JP5883558B2 - 周波数測定装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、周波数の測定に関し、特に、僅かな周波数の変化を検出し得る周波数測定装置に関する。

周波数測定の方式には、決められたゲート時間（ゲートタイム）内に通過するパルスをカウントする直接カウント方式（例えば特許文献１参照）、及びパルス周期を正確に計測しその時間の逆数から周波数を求めるレシプロカル方式（例えば特許文献２参照）、及びΔΣ変調信号を得ることで周波数を求める方式（例えば特許文献３参照）が知られている。上記直接カウント方式は比較的小規模の回路で実現することができるが、周波数分解能を高めるためにはゲート時間を長く取る必要がある（例えば、０．１Ｈｚの分解能を得るために必要なゲート時間は１０秒である。）。レシプロカル方式はこの欠点を克服することができるが、パルス間隔を正確に測定するための回路が直接カウント形式と比較して大規模となる。ΔΣ変調信号を得ることで周波数を求める方式では、ダイナミックレンジを確保する際に制約があり、測定精度の間にトレードオフがあった。さらに、高次のΔΣ変調信号を得ることやＰＬＬを採用する等により測定精度を改善することができるが、別途アナログ回路を必要とし回路面積が大きくなるという問題があった。

出願人は、上記方式に代わる新たな方式として、短ゲートタイムカウント方式（短ゲートカウント方式、短ゲート方式とも呼ぶ）による周波数測定装置を提案した（特許文献４参照）。この短ゲートカウント方式では、所定の短いゲートタイムで途切れることなく繰り返し被測定信号のカウント（サンプリング）を行い、得られたカウント値の列から高周波成分を取り除く（フィルタリングする）よう構成したものである。これによって、上記従来の方法と比較して、時間分解能、周波数分解能をいずれも大幅に改善している。この方式の周波数測定装置は、カウンタ回路と小規模な演算回路で構成されるため、回路規模の増大を抑えつつ、容易にマルチチャネル化することができる利点を持つ。また、ゲート時間を短くするほど、言い換えればサンプリング周波数を高くするほど、ダイナミックレンジおよび分解能を同時に向上させることができるという特徴を有している。

上記の短ゲートカウント方式を採用すると、一定の条件下においてパターン雑音が発生する。このパターン雑音は、被測定周波数（被測定信号の周波数）とサンプリング周波数（ゲート信号の周波数）との比によって求められる動作点パラメータが単純な有利数値に近い場合に大きくなる。そこで、出願人はさらに、動作点パラメータと雑音レベルとの分布特性に基づいて被測定周波数とサンプリング周波数とを選定することによって、パターン雑音のレベルを低減する方法を提案していた（特許文献５参照）。

特開２００１−１１９２９１号公報 特開平５−１７２８６１号公報 米国特許第７２３０４５８号 特開２００９−２５０８０７号公報 特開２０１０−０８５２８６号公報

しかし、上記従来の方法では、被測定周波数の変化量が大きい場合には、パターン雑音のレベルを低減できない場合があった。

そこで、本発明の一形態では、被測定周波数が大きく変化した場合であっても、パターン雑音による影響を回避するための周波数測定装置を提供することなどを目的とする。

かかる課題を解決するために、本発明の一態様の周波数測定装置は、分周比または逓倍比を動的に変更した場合でも連続的に被測定信号の周波数を測定可能な周波数測定装置であって、基準信号を生成する基準信号源と、前記分周比または逓倍比で前記基準信号を分周または逓倍した分周逓倍基準信号を生成する分周逓倍部と、前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に観測される前記被測定信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第１カウント値を出力する第１カウンタ部と、前記第１カウント値に含まれる高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、前記分周比または逓倍比に基づいて換算係数を導出する係数導出部と、前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数または前記換算係数の逆数を乗算する換算部と、を備え、前記分周逓倍部は、前記第１ローパスフィルタの前記出力値に基づいて求められる、前記被測定信号の周波数ｘと前記分周逓倍基準信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるアイドリングトーンを相対的に低くする所定の範囲となるよう前記分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されている。

かかる構成の周波数測定装置によれば、係数導出部及び換算部を備えているため、基準信号の分周比または逓倍比を動的に変更したことで発生しうる出力信号に対する過渡応答を適切に補正することができ、連続的に被測定信号の周波数を測定することが可能となる。
さらには、分周逓倍基準信号の周波数と被測定信号の周波数との組み合わせがパターン雑音の大きくなる組み合わせとなることを避けるような周波数測定装置を構成することで、出力信号に対するパターン雑音の影響を回避することが可能となる。
かかる構成によれば、パターン雑音が大きくならないような動作点パラメータとなるように、分周比または逓倍比を動的に変更することが可能となる。ひいては出力信号に含まれるノイズを低減させることが可能となる。

また、前記係数導出部は、前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記基準信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第２カウント値を出力する第２カウンタ部と、前記第２カウント値に含まれる高周波成分を除去して前記換算係数として出力する第２ローパスフィルタと、を備えており、前記換算部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数の逆数を乗算するよう構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、比較的単純な回路によって、係数導出部と換算部とを構成することができる。

また、本発明の一態様の周波数測定装置は、分周比または逓倍比を動的に変更した場合でも連続的に被測定信号の周波数を測定可能な周波数測定装置であって、基準信号を生成する基準信号源と、前記基準信号を分周または逓倍した分周逓倍基準信号を生成する基準信号分周逓倍部と、前記被測定信号を第１の分周比または逓倍比で分周または逓倍した第１分周逓倍被測定信号を生成する第１分周逓倍部と、前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記第１分周逓倍被測定信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第１カウント値を出力する第１カウンタ部と、前記第１カウント値に含まれる高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、前記基準信号を第２の分周比または逓倍比で分周または逓倍した第２分周逓倍基準信号を生成する第２分周逓倍部と、前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記第２分周逓倍基準信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第２カウント値を出力する第２カウンタ部と、前記第２カウント値に含まれる高周波成分を除去して換算係数として出力する第２ローパスフィルタと、前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数または前記換算係数の逆数を乗算する換算部と、を備え、前記第１分周逓倍部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に基づいて前記被測定信号を分周または逓倍し、前記第２分周逓倍部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に基づいて前記基準信号を分周または逓倍し、前記換算部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数の逆数を乗算するよう構成されており、前記第１分周逓倍部は、前記第１分周逓倍被測定信号の周波数ｘ１と前記基準信号の周波数ｙ１との比ｘ１／ｙ１の小数部によって定義される第１動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるパターン雑音を相対的に低くする所定の範囲となるよう前記第１の分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されており、前記第２分周逓倍部は、前記第２分周逓倍基準信号の周波数ｘ２と前記基準信号の周波数ｙ２との比ｘ２／ｙ２の小数部によって定義される第２動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるパターン雑音を相対的に低くする所定の範囲となるよう前記第２の分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されており、前記第１ローパスフィルターと前記第２ローパスフィルターとは同じ構成である。

かかる構成によれば、パターン雑音が大きくならないような動作点パラメータとなるように、第１及び第２の分周比または逓倍比を動的に変更することが可能となる。ひいては出力信号に含まれるノイズを低減させることが可能となる。

また、本発明は上記いずれかの周波数測定装置を備える電子機器を含む。

実施形態１における周波数測定装置の構成を示す図。 比較例における周波数測定装置の構成を示す図。 比較例の周波数測定装置の出力値を示す第１のグラフ。 比較例の周波数測定装置の出力値を示す第２のグラフ。 比較例の周波数測定装置を用いて実際に周波数測定を行った際の出力値を示すグラフ。 動作点パラメータと雑音強度との関係を示すグラフ。 実施形態１の周波数測定装置を用いて実際に周波数測定を行った際の出力値を示すグラフ。 ローパスフィルタから出力される換算係数の逆数の変化を示したグラフ。 実施形態２における周波数測定装置の構成を示す図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．定義
２．実施形態１
（１）周波数測定装置の構成
（２）比較例の周波数測定装置の構成
（３）周波数測定装置の動作
３．実施形態２
４．補足

＜１．定義＞
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。

「○○部」（○○は任意の語。）：電気回路や半導体回路によって構成された部分を含むがこれに限定されず、当該部分の機能を果たす物理的手段、またはソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの部分が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の部分の機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
「スケーリング」：ある値に対して所定の算術演算をすることによって、所望の単位に換算することを指す。例えば、本発明のスケーリング部（換算部）は、入力値に対して所定の算術演算をして、周波数を示す値を出力することなどが可能である。

＜２．実施形態１＞
以下、図１乃至８を参照しながら本発明の実施形態１について説明する。

＜（１）周波数測定装置の構成＞
図１は、本実施形態１における周波数測定装置の構成を示す図である。図１に示すように、周波数測定装置は、被測定信号源１００、基準クロック源１１０、分周逓倍部１２０、短ゲートタイムカウンタ部１３０、ローパスフィルタ１４０、スケーリング部１５０、及び係数導出部２００を含んで構成される。係数導出部２００は、短ゲートタイムカウンタ部１６０、及びローパスフィルタ１７０を含む。

（被測定信号源１００）
被測定信号源１００はパルス列状の被測定信号を生成可能に構成される。この被測定信号源１００は、例えば、発振周波数が３０ＭＨｚ程度の水晶発振器であり、水晶振動子と発振回路とを備えて構成される。水晶振動子の表面には、所定の物質を吸着する性質を有する吸着膜が形成されている。この吸着膜にニオイ物質などが付着すると、その付着量に応じて水晶発振器の発振周波数が低下する。本実施形態１の周波数測定装置は、この発振周波数の低下を観測することで吸着膜に付着した物質の量を特定できるので、ニオイセンサーなどに適用可能である。被測定信号は、短ゲートタイムカウンタ部１３０に入力される。

（基準クロック源１１０）
基準クロック源（基準信号源）１１０は、被測定信号とは異なる、固定された周波数を有するパルス列状の信号である基準クロック（基準信号）を生成可能に構成される。この基準クロック源１１０は、被測定信号源１００とは独立して構成された水晶発振器であり、水晶振動子と発振回路とを備えて構成される。水晶振動子の表面には、被測定信号源１００に含まれるものと異なり吸着膜は形成されておらず、水晶振動子の周辺の気体に含まれる物質に関わらず、基準クロックは一定の周波数を有する信号となる。

（分周逓倍部１２０）
分周逓倍部１２０は、変更可能な分周比または逓倍比で、基準クロックを分周及び／または逓倍した分周逓倍基準クロック（分周逓倍基準信号）を生成可能に構成される。分周比または逓倍比は、ローパスフィルタからフィードバックによって入力されるカウント値に基づいて決定される。なお、分周逓倍部１２０は単純なカウンタなどで構成可能な分周機能のみを備えるものとしてよい。

（短ゲートタイムカウンタ部１３０）
短ゲートタイムカウンタ部１３０は、入力された被測定信号のパルス列を途切れることなく計数（カウント）しつつ、分周逓倍基準クロックの１周期からなるゲート時間の間に観測される被測定信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方を計数する。この計数結果であるカウント値は、ローパスフィルタ１４０に対して出力される。なお、短ゲートタイムカウンタ部１３０は、内部カウンタで被測定信号のエッジを連続的に、リセットせずに計数し、その連続カウント値を分周逓倍基準クロックのエッジを用いてサンプリングすることにより連続カウント値を得る構成にすることができる。ここで、今回得られた連続カウント値と、前回得られた連続カウント値の差から、分周逓倍基準クロックのエッジ間に観測される被測定信号のエッジの数を導出可能である。なお、分周逓倍基準クロックの周波数を「サンプリング周波数」と称したり、分周逓倍基準クロックの１周期を「サンプリング周期」と称したりすることがある。

（ローパスフィルタ１４０）
ローパスフィルタ１４０は、入力されたカウント値に含まれる高周波成分を除去し、その低周波成分のみを出力信号として出力するよう構成される。さらに、ローパスフィルタは、短ゲートタイムカウンタ部１３０から入力されたカウント値を、分周逓倍部１２０に対して出力する。ローパスフィルタ１４０の構成の具体例としては、移動平均フィルタなどが挙げられる。

（スケーリング部１５０）
スケーリング部（換算部）１５０は、ローパスフィルタ１４０の出力値に、係数導出部２００で導出されたスケーリング係数（換算係数）またはその逆数を乗算して出力可能に構成される。これにより、スケーリング部１５０からは、例えば被測定信号の周波数に対応する値を出力することが可能となる。

（係数導出部２００）
係数導出部２００は、分周比または逓倍比に基づいてスケーリング係数を導出可能に構成される。ここで、スケーリング係数は、周波数測定装置が動作中において、分周比または逓倍比が動的に変化した場合であっても、過渡応答による影響を受けることなく、連続的に被測定信号の周波数を測定するために用いられる。また、上記のとおり、係数導出部２００は、短ゲートタイムカウンタ部１６０、及びローパスフィルタ１７０を含んで構成される。

（短ゲートタイムカウンタ部１６０）
短ゲートタイムカウンタ部１６０は、入力された基準クロックのパルス列を、分周逓倍基準クロックの１周期からなるゲート時間で途切れることなく計数（カウント）し、そのカウント値を出力可能に構成される。これは、入力信号の一方が被測定信号から基準クロックへと変わっている点以外においては短ゲートタイムカウンタ部１３０と同様の構成である。

（ローパスフィルタ１７０）
ローパスフィルタ１７０は、短ゲートタイムカウンタ部１６０から入力されたカウント値に含まれる高周波成分を除去し、その低周波成分のみを出力信号として出力するよう構成される。これは、入力信号が短ゲートタイムカウンタ部１３０の出力から短ゲートタイムカウンタ部１６０の出力に変わった点以外においては、ローパスフィルタ１４０と同様の構成である。ローパスフィルタ１７０の構成の具体例としては、移動平均フィルタなどが挙げられる。

＜（２）比較例の周波数測定装置の構成＞
ここで、本実施形態１の周波数測定装置の特徴をより分かりやすくするため、図２を参照しながら、周波数測定装置の比較例について説明する。

この比較例における周波数測定装置では、図２と図１との違いから分かるように、係数導出部２００が含まれない構成となっている。よって、スケーリング部１５０は、分周比または逓倍比の変化に関わらず固定されたスケーリング係数を用いて処理を行うものとする。

＜（３）周波数測定装置の動作＞
次に、本実施形態１の周波数測定装置の動作について、図３乃至図８を参照しながら具体的に説明する。ここでは、実施形態１の周波数測定装置の特徴を分かりやすくするため、比較例の周波数測定装置の動作についても説明している。

図３は、基準クロックとして３００１００２４．５Ｈｚの周波数を有する信号を用い、分周逓倍部１２０においては基準クロックを３２７６８分周するよう構成し、２９８７２６０８．６Ｈｚの周波数を有する被測定信号の立ち上がりエッジを計数したときの比較例の周波数測定装置の出力値を示している。なお、サンプリング周波数は、３００１００２４．５÷３２７６８＝９１５．８Ｈｚである。ローパスフィルタ１４０は、１段あたり２００タップの３段移動平均フィルタを用いた。スケーリング部１５０では、出力信号が被測定信号の周波数を示すような換算係数を乗算している。図３に示すように、出力信号である被測定信号の周波数の測定値は、２９８７２６０８．６Ｈｚの値を示している。

図４は、上記同様の各条件において、１秒おきに３２７６８分周と３２７７３分周との間で交互に分周比を変更した際の比較例の周波数測定装置における出力値を示している。ここで、分周比を大きくするとゲート時間が長くなりサンプリング周波数が低くなるため、測定された１サンプル毎のカウント値は減少する。また、上記のとおり比較例の周波数測定装置ではスケーリング係数が固定されている。よって、比較例の周波数測定装置の出力値は、被測定信号の周波数が高くなったかのように見えてしまっている。

ここで、上記のように周波数測定装置の出力値において、被測定信号の周波数が変化していないにも関わらず高くなったかのように見えるのは、スケーリング係数が固定されているために発生する過渡応答が原因である。そこで、分周比が変更された場合においても正しい出力値を得るためには、分周比が変更された際に発生する過渡応答を補正する必要がある。

そこで、本実施形態１の周波数測定装置は、スケーリング係数を導出可能な係数導出部２００を備え、このスケーリング係数をローパスフィルタ１４０の出力値に乗算して出力可能なスケーリング部１５０を備えている。係数導出部２００は、上記のとおり、短ゲートタイムカウンタ部１６０及びローパスフィルタ１７０を備えている。本実施形態１の周波数測定装置は、この係数導出部２００及びスケーリング部１５０を備えることによって、分周逓倍部１２０において分周比が変更された場合であっても過渡応答に影響されない出力値を得ることができるようになる。

ここで、比較例の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の出力値と、本実施形態１の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の周波数測定の出力値とを比較して、より具体的に説明する。測定条件は、いずれの測定においても、被測定信号源１００に含まれる水晶振動子の周辺に乾燥空気を流した状態で、２９９４８６４Ｈｚの安定した周波数を有する被測定信号が得られた状態から、この水晶振動子の周辺に水蒸気を６０秒間導入した後、再度乾燥空気を流している。このとき、水晶振動子は水蒸気を吸着した後脱離するため、周波数測定装置からの出力値である被測定信号の周波数の値が変化する。

図５は、比較例の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の出力値を示すグラフである。このグラフでは、横軸を時間、縦軸を周波数としている。図５からは、水晶振動子の周辺に水蒸気を導入することで周波数が２０Ｈｚ程度低下し、その後徐々に回復する様子が分かる。ここで、２９９２４８５５Ｈｚ〜２９９２４８５０Ｈｚのあたりに大きなアイドリングトーン（パターン雑音）が生じている。このアイドリングトーンは、以下で詳細に説明するように、動作点０．００付近で発生するものであった。

図６は、動作点パラメータと雑音強度（雑音レベル）との関係を示すグラフである。

動作点パラメータは特性把握の便宜上用いられるもので、短ゲートタイムカウンタ部１３０で用いられる２つの信号から以下のように定義される。
動作点パラメータ＝（被測定信号の周波数）÷（分周逓倍基準クロックの周波数）−Ｉｎｔ（被測定信号の周波数÷分周逓倍基準クロックの周波数）

ただし、Ｉｎｔ（ｃ）はｃの整数部を示す関数である。上記定義式より、動作点パラメータは（被測定信号の周波数÷分周逓倍基準クロックの周波数）の小数部分を指すものであり、０以上１未満の間の値を取ることがわかる。図６にも示される雑音強度は動作点パラメータの複雑な関数であり、動作点パラメータ０．５で対称性を持つ。すなわち、動作点パラメータ０．５−ｄにおける雑音強度は、動作点パラメータ０．５＋ｄにおけるパターン雑音強度に等しいという性質がある（０＜ｄ≦０．５）。そこで、図６における動作点パラメータと雑音強度との関係は、動作点パラメータ０〜０．５の範囲で示している。

ここで、上記比較例の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の出力値について検討する。被測定信号の周波数が２９９２４８５５Ｈｚ及び２９９２４８５０Ｈｚとなったときの動作点パラメータは以下のようになる。なお、動作点パラメータは以下の計算結果Ｘの小数点部分ｘであり、０．５より大きく１．０以下の値についての動作点パラメータは１−ｘとなる。
２９９２４８５５÷（３００１００２４．５÷３２７６８）＝３２６７５．００３
２９９２４８５０÷（３００１００２４．５÷３２７６８）＝３２６７４．９９８

上記計算結果から分かるように、図５に示す比較例の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の出力値においては、動作点パラメータが０を交差する辺りでアイドリングトーンが発生していたことが分かる。

次に、本実施形態１の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った場合について説明する。

図７は、本実施形態１の周波数測定装置を用いて周波数測定を行った際の出力値を示すグラフである。この図７のグラフに示すように、本実施形態１の周波数測定装置ではアイドリングトーンが発生していない。これは、本実施形態１の周波数測定装置では、ローパスフィルタ１４０からのフィードバックにより、分周逓倍部１２０が動作点パラメータが所定の範囲に収まるように、すなわち本実施形態１では動作点パラメータが０付近の値にならないように、分周比または逓倍比を制御していることによる。このように制御することで、アイドリングトーン（パターン雑音）を避け続けることが可能な周波数測定装置を提供可能である。

ここで、分周逓倍部１２０による分周比の具体的な制御方法について、具体例を挙げて説明する。

ここでは、動作点パラメータを０．０１〜０．０４の範囲にするよう制御し、この範囲から外れた際には、分周比を±５だけ変化させる構成とした。このとき、図７に示す（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の各時間において動作点パラメータが０．０１〜０．０４の範囲を超えたため、それぞれ分周比を、（ａ）では３２７６８分周から３２７６３分周へ、（ｂ）では３２７６３分周から３２７５８分周へ、（ｃ）では３２７５８分周から３２７６３分周へ、と変更した。このときの動作点パラメータの変化は以下のようになっている。

（ａ）では、直前には２９９２４８６４Ｈｚであった被測定信号の周波数が２９９２４８６１Ｈｚへと変化した。このとき、
２９９２４８６４÷（３００１００２４．５÷３２７６８）＝３２６７５．０１３２
２９９２４８６１÷（３００１００２４．５÷３２７６８）＝３２６７５．００９８
となっており、動作点パラメータが０．１３２から０．００９８へと変化したことが分かる。よって、被測定信号の周波数が２９９２４８６１Ｈｚになったタイミングで、分周逓倍部１２０は、分周比を３２７６８分周から３２７６３分周へと変化させる。こうすることで、
２９９２４８６１÷（３００１００２４．５÷３２７６３）＝３２６７０．０２４０
となり、動作点パラメータが０．０１〜０．０４の範囲に戻る。

（ｂ）では、被測定信号の周波数が２９９２４８４８Ｈｚへと変化した。このとき、
２９９２４８４８÷（３００１００２４．５÷３２７６３）＝３２６７０．００９８
となっており、動作点パラメータが０．０９８になっている。よって、被測定信号の周波数が２９９２４８４８Ｈｚになったタイミングで、分周逓倍部１２０は、分周比を３２７６３分周から３２７５８分周へと変化させる。こうすることで、
２９９２４８４８÷（３００１００２４．５÷３２７５８）＝３２６６５．０２４０
となり、動作点パラメータが０．０１〜０．０４の範囲に戻る。

（ｃ）では、被測定信号の周波数が２９９２４８６３Ｈｚへと変化した。このとき、
２９９２４８６３÷（３００１００２４．５÷３２７５８）＝３２６６５．０４０４
となっており、動作点パラメータが０．０４０４となっている。よって、被測定信号の周波数が２９９２４８６３Ｈｚになったタイミングで、分周逓倍部１２０は、分周比を３２７５８分周から３２７６３分周へと変化させる。こうすることで、
２９９２４８６３÷（３００１００２４．５÷３２７６３）＝３２６７０．０２６２
となり、動作点パラメータが０．０１〜０．０４の範囲に戻る。

ここで、分周逓倍部１２０において分周比が変更されたときに、ローパスフィルタ１７０の出力値である換算係数がどう変化するか説明する。なお、以下の説明では、スケーリング部１５０での乗算に用いられる、換算係数の逆数をグラフに示している。

図８は、分周比が（ａ）３２７６８分周から３２７６３分周へ、（ｂ）３２７６３分周から３２７５８分周へ、及び（ｃ）３２７５８分周から３２７６３分周へ、と変化した際の、ローパスフィルタ１７０から出力される換算係数の逆数の変化を、初期状態を１．００として示したグラフである。なお、初期状態とは、分周比が３２７６８分周の状態を指す。ここではグラフを見やすくするため、上記分周比の変更を１秒間隔で行っている。

図８から分かるように、換算係数の逆数は、分周比を小さくした直後から徐々に大きくなり、しばらくすると定常状態となっている。逆に、分周比を大きくしたときは、換算係数の逆数はその直後から徐々に小さくなり、しばらくすると定常状態となっている。

以上のような構成の周波数測定装置では、係数導出部２００などを備える構成としている。これによって、基準クロック（基準信号）の分周比または逓倍比を動的に変更することで発生しうる出力信号に対する過渡応答を適切に補正することができ、連続的に被測定信号の周波数を測定することが可能となる。

また、分周逓倍基準クロック（分周逓倍基準信号）の周波数と被測定信号の周波数との組み合わせがパターン雑音の大きくなる組み合わせとなることを避けるような周波数測定装置を構成することが好ましい。この場合、周波数測定装置の出力信号に対するパターン雑音の影響を回避することが可能となる。

また、係数導出部２００が、短ゲートタイムカウンタ部１６０及びローパスフィルタ１７０を備える構成としている。これにより、比較的単純な回路によって、係数導出部２００とスケーリング部（換算部）１５０とを構成することができる。

また、本実施形態１の周波数測定装置では、パターン雑音が大きくならないような動作点パラメータになるよう、分周比または逓倍比を動的に変更している。これにより、出力信号に含まれるパターン雑音を効果的に低減させることが可能となる。

＜３．実施形態２＞
次に、図９を参照しながら、本発明の実施形態２について説明する。

図９は、本実施形態２における周波数測定装置の構成を示す図である。図９に示すように、周波数測定装置は、被測定信号源１００、基準クロック源１１０、分周逓倍部１２１、分周逓倍部１８０、短ゲートタイムカウンタ部１３０、ローパスフィルタ１４０、スケーリング部１５０、及び係数導出部２１０を含んで構成される。係数導出部２１０は、分周逓倍部１９０、短ゲートタイムカウンタ部１６０、及びローパスフィルタ１７０を含んで構成される。

実施形態１の周波数測定装置に係る図１と、図９とを比較すると、本実施形態２では、さらに２つの分周逓倍部１８０及び１９０を備えている点で異なっている。また、実施形態１ではローパスフィルタ１４０から分周逓倍部１２１に入力されていたカウント値は、本実施形態２では分周逓倍部１８０及び１９０に入力されている。その他については、本実施形態２は実施形態１と同様の構成及び機能を備えている。

（分周逓倍部１２１）
分周逓倍部１２１は、予め定められた分周比または逓倍比で、基準クロック源１１０から入力される基準クロックを分周及び／または逓倍した分周逓倍基準クロック（分周逓倍基準信号）を生成可能に構成される。

（分周逓倍部１８０）
分周逓倍部１８０は、変更可能な分周比または逓倍比で、被測定信号を分周及び／または逓倍した分周逓倍被測定信号を生成可能に構成される。分周比または逓倍比は、ローパスフィルタ１４０からフィードバックによって入力されるカウント値に基づいて決定される。

（分周逓倍部１９０）
分周逓倍部１９０は、変更可能な分周比または逓倍比で、基準クロックを分周及び／または逓倍した分周逓倍基準クロック（分周逓倍基準信号）を生成可能に構成される。分周比または逓倍比は、ローパスフィルタ１４０からフィードバックによって入力されるカウント値に基づいて決定される。分周逓倍部１９０における分周比または逓倍比は、分周逓倍部１８０における分周比または逓倍比の変更に合わせて、同じ割合で変更される。

以上のような構成の周波数測定装置によれば、実施形態１の周波数測定装置と異なり、短ゲートタイムカウンタ部１３０及び１６０に供給される分周逓倍基準クロックが一定となる。これによって、周波数測定装置の動作を安定させることが可能となる。

本実施形態２で説明した構成によっても、実施形態１と同様の機能を提供することができる。

すなわち、本実施形態２の周波数測定装置では、係数導出部２００などを備える構成としている。これによって、基準クロック（基準信号）の分周比または逓倍比を動的に変更したことで発生しうる出力信号に対する過渡応答を適切に補正することができ、連続的に被測定信号の周波数を測定することが可能となる。

また、分周逓倍基準クロック（分周逓倍基準信号）の周波数と被測定信号の周波数との組み合わせがパターン雑音の大きくなる組み合わせとなることを避けるような周波数測定装置を構成することが好ましい。この場合、周波数測定装置の出力信号に対するパターン雑音の影響を回避することが可能となる。

また、係数導出部２００が、短ゲートタイムカウンタ部１６０及びローパスフィルタ１７０を備える構成としている。これにより、比較的単純な回路によって、係数導出部２１０とスケーリング部（換算部）１５０とを構成することができる。

また、本実施形態２の周波数測定装置では、パターン雑音が大きくならないような動作点パラメータになるよう、分周比または逓倍比を動的に変更している。これにより、出力信号に含まれるパターン雑音を低減させることが可能となる。

＜４．補足＞
本発明の周波数測定装置は、ニオイセンサー等の電子機器に適用可能である。

なお、上記の説明では水晶振動子を用いる例を挙げて説明したが、必ずしも水晶振動子である必要はなく、他の振動子に置き換えることも可能である。

また、周波数測定装置においてローパスフィルタ１４０からフィードバックされているカウント値は、短ゲートタイムカウンタ部１３０からフィードバックされる構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、分周逓倍部が分周を行う場合についてのみ記載しているが、もちろん逓倍する構成にすることが可能である。

また、上記実施形態で説明した動作点パラメータを０．０１〜０．０４の範囲にする構成はあくまで一例に過ぎず、これ以外の範囲にするような構成としてもよい。

また、分周比、及び動作点パラメータが所定の範囲外となったときの分周比の変化量については、実施形態に記載したもののみならず、適当なものとして設定することが可能である。

また、上記実施形態においては、スケーリング部１５０は換算係数の逆数をローパスフィルタ１４０の出力に乗算するような構成としたが、係数導出部が予め逆数として導出した換算係数を出力し、スケーリング部１５０はこの換算係数をローパスフィルタ１４０の出力に乗算するような構成とすることも可能である。

また、周波数測定装置に含まれる被測定信号源１００は必ずしも１つである必要はなく、複数であってもよい。この場合、それぞれの被測定信号源に対応する短ゲートタイムカウンタ部、ローパスフィルタ、及びスケーリング部が必要となる。

１００……被測定信号源、１１０……基準クロック源、１２０・１２１……分周逓倍部、１３０……短ゲートタイムカウンタ部、１４０……ローパスフィルタ、１５０……スケーリング部、１６０……短ゲートタイムカウンタ部、１７０……ローパスフィルタ、１８０・１９０……分周逓倍部、２００・２１０……係数導出部

Claims (4)

1. 分周比または逓倍比を動的に変更した場合でも連続的に被測定信号の周波数を測定可能な周波数測定装置であって、
   基準信号を生成する基準信号源と、
   前記分周比または逓倍比で前記基準信号を分周または逓倍した分周逓倍基準信号を生成する分周逓倍部と、
   前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に観測される前記被測定信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第１カウント値を出力する第１カウンタ部と、
   前記第１カウント値に含まれる高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、
   前記分周比または逓倍比に基づいて換算係数を導出する係数導出部と、
   前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数または前記換算係数の逆数を乗算する換算部と、
   を備え、
   前記分周逓倍部は、
   前記第１ローパスフィルタの前記出力値に基づいて求められる、前記被測定信号の周波数ｘと前記分周逓倍基準信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるアイドリングトーンを相対的に低くする所定の範囲となるよう前記分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されている、
   周波数測定装置。
2. 前記係数導出部は、
   前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記基準信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第２カウント値を出力する第２カウンタ部と、
   前記第２カウント値に含まれる高周波成分を除去して前記換算係数として出力する第２ローパスフィルタと、
   を備えており、
   前記換算部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数の逆数を乗算する、
   請求項１に記載の周波数測定装置。
3. 分周比または逓倍比を動的に変更した場合でも連続的に被測定信号の周波数を測定可能な周波数測定装置であって、
   基準信号を生成する基準信号源と、
   前記基準信号を分周または逓倍した分周逓倍基準信号を生成する基準信号分周逓倍部と、
   前記被測定信号を第１の分周比または逓倍比で分周または逓倍した第１分周逓倍被測定信号を生成する第１分周逓倍部と、
   前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記第１分周逓倍被測定信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第１カウント値を出力する第１カウンタ部と、
   前記第１カウント値に含まれる高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、
   前記基準信号を第２の分周比または逓倍比で分周または逓倍した第２分周逓倍基準信号を生成する第２分周逓倍部と、
   前記分周逓倍基準信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記第２分周逓倍基準信号の立ち上がり及び／または立ち下がりエッジを計数した第２カウント値を出力する第２カウンタ部と、
   前記第２カウント値に含まれる高周波成分を除去して換算係数として出力する第２ローパスフィルタと、
   前記第１ローパスフィルタの出力値に前記換算係数または前記換算係数の逆数を乗算する換算部と、
   を備え、
   前記第１分周逓倍部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に基づいて前記被測定信号を分周または逓倍し、
   前記第２分周逓倍部は、前記第１ローパスフィルタの出力値に基づいて前記基準信号を分周または逓倍し、
   前記第１分周逓倍部は、前記第１分周逓倍被測定信号の周波数ｘ１と前記基準信号の周波数ｙ１との比ｘ１／ｙ１の小数部によって定義される第１動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるアイドリングトーンを相対的に低くする所定の範囲となるよう前記第１の分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されており、
   前記第２分周逓倍部は、前記第２分周逓倍基準信号の周波数ｘ２と前記基準信号の周波数ｙ２との比ｘ２／ｙ２の小数部によって定義される第２動作点パラメータの値が前記被測定信号の測定値に生じるアイドリングトーンを相対的に低くする所定の範囲となるよう前記第２の分周比または逓倍比を動的に変更するよう構成されており、
   前記第１ローパスフィルタと前記第２ローパスフィルタとは同じ構成である、
   周波数測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の周波数測定装置を備える電子機器。