JP6325201B2 - 試験測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験測定装置に関し、特に、周波数領域情報を表示する試験測定装置に関する。

米国オレゴン州ビーバートンのテクトロニクス社から入手可能なＲＳＡ６１００シリーズ・リアルタイム・スペクトラム・アナライザやＭＤＯ４０００シリーズ・ミックスド・ドメイン・オシロスコープなどのような試験測定装置は、入力信号について、時間領域と周波数領域の両方から表示する能力がある。

こうした試験測定装置を利用する場合、ユーザは、時間領域では表示できるものの、周波数領域では表示できない信号に出くわすことがある。これは、時間領域表示では、試験測定装置の取込み（アクイジション）帯域幅から得られた全てのデータが示されるのに対して、周波数領域表示では、そのデータの一部分のみしか示されないために、普通に生じていることである。つまり、周波数領域表示では、取込み帯域幅の端部に関する信号のデータは、試験測定装置の取込みパス内の種々のアナログ及びデジタル・フィルタによって減衰されており、また、位相の非線形性が原因で歪んでいるために、取込み帯域幅の両端部における信号のデータも表示しないのである。結果として、試験測定装置の取込み帯域幅内にあるものの表示スパン外の信号、つまり、「帯域内だがスパン外」又は単純に「スパン外」の信号は、時間領域表示では見ることが可能であるが、周波数領域表示では見ることができない。

この不一致によって、ユーザが混乱する様々な事態が生じるという結果になり得る。

１つの状況としては、時間領域及び周波数領域の測定値が単純に一致しないというものがある。ユーザは、等しい測定値になると推定される２つの値が、なぜ異なる結果となるのか、その原因を探り続けることになる。

別の状況としては、取込み帯域内だがスパン外の過大パワーが、オーバーフロー状態を生じさせる場合がある。オーバーフロー状態とは、信号の振幅が過大で、デジタル信号処理の演算ビット数が不足している状態のことである。周波数領域表示を見ているユーザには、その過大パワーが見えず、そして、なぜ装置がオーバーフロー状態を示しているのか、考え続けることになる。

ドイツのローデ・シュワルツ社のＦＳＷシグナル・スペクトラム・アナライザは、帯域端部のロールオフ部分を含む取込み帯域幅全体を示す拡大スペクトラム表示をユーザが見ることが可能になっている。

特開２００５−１６４２９５号明細書

しかし、この実施形態における問題は、拡大スペクトラム表示機能を有効にする場合、ユーザがこの機能について、充分に精通していなければならないということである。スペクトラム・アナライザに関する経験の浅いユーザにとっては、異なる測定結果が得られることも、説明もなく警告メッセージ（例えば、上述のオーバーフロー状態など）が出ることも、非常に困惑することである。真の問題を見るためには、スパンの設定をもっと広くしなければならないが、十二分な経験のないユーザには、それがわからないかもしれない。

本発明の実施形態による試験測定装置は、取込み（アクイジション）帯域内だがスパン外の過大エネルギーを自動的に検出し、ユーザにその状態を通知する。

本発明の概念１は、試験測定装置であって、
入力信号をデジタル化してデジタル・データを生成するアナログ・デジタル変換部と、
上記デジタル・データをスパン内パワー及びスパン外パワーを有する周波数スペクトラムに変換する周波数変換部と、
スパン外過大パワーを検出する検出部と、
検出された上記スパン外過大パワーをユーザに通知する通知手段と
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１の試験測定装置であって、上記検出部が、あるパワー・レベル絶対値に対して上記スパン外パワーの合計を比較することによって、上記スパン外過大パワーを検出することを特徴としている。

本発明の概念３は、上記概念１の試験測定装置であって、上記スパン外パワーの合計を上記スパン内パワーの合計に対して比較することによって上記スパン外過大パワーを検出することを特徴としている。

本発明の概念４は、上記概念１の試験測定装置であって、上記検出部は、上記スパン外パワーの合計をスパン内の最大信号に対して比較することによって上記スパン外過大パワーを検出することを特徴としている。

本発明の概念５は、上記概念１の試験測定装置であって、上記検出部は、上記スパン外パワーの合計を表示値に対して比較することによって上記スパン外過大パワーを検出することを特徴としている。

本発明の概念６は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、時間領域表示上でメッセージを表示することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。この表示されるメッセージとは、スパン外過大エネルギーの存在をユーザに警告するものである。

本発明の概念７は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、周波数領域表示上でメッセージを表示することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。この表示されるメッセージとは、スパン外過大エネルギーの存在をユーザに警告するものである。

本発明の概念８は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、通知音を生成することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。

本発明の概念９は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、上記ユーザにフル・スパンで見るよう指示することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。

本発明の概念１０は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、上記ユーザのために、フル・スパンを表示することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。このとき、スパン内とスパン外の境界を同時に表示しても良い。

本発明の概念１１は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、インタラプトを生じさせることで、上記ユーザに通知することを特徴としている。

本発明の概念１２は、上記概念１の試験測定装置であって、上記通知手段は、無効な測定値であることを示しつつ、測定結果を提供することによって、上記ユーザに通知することを特徴としている。

本発明の目的、効果及び他の新規な点は、以下の詳細な説明を添付の特許請求の範囲及び図面とともに読むことによって明らかとなろう。

図１は、従来の試験測定装置の単純化したハイレベル・ブロック図である。 図２は、本発明の実施形態による試験測定装置の単純化したハイレベル・ブロック図である。 図３は、図２の試験測定装置を用いて生成された周波数領域表示の一例を示した図である。

図１は、リアルタイム・スペクトラム・アナライザやミックスド・ドメイン・オシロスコープなどのような従来の試験測定装置１００の単純化したハイレベル・ブロック図である。最もシンプルな形態においては、アナログ入力信号がアナログ・デジタル変換部１０５に入力され、アナログ・デジタル変換部１０５はアナログ入力信号をデジタル化して、デジタル・データを生成する。試験測定装置の形態によっては、アナログ入力信号をアナログ・フィルタ１０４によってデジタル化する前にフィルタ処理しても良く、また、デジタル化した後にデジタル・フィルタ１０６でフィルタ処理（例えば、サンプル・レートを間引きするなど）をしても良い。デジタル・データは、続いて、２つの異なる表示を行うために処理される。

第１に、デジタル・データは、時間対パワー又は振幅計算部１１０に供給され、例えば、デジタル・データを同相（Ｉ）サンプル及び直交（Ｑ）サンプルに変換され、続いてＩ^２及びＱ^２の合計の平方根を計算することによって、時間に対するパワー又は振幅のトレースを計算する処理が行われ、次に、このトレースが時間領域表示１１５上で表示される。

また、デジタル・データは、スペクトラム計算部１２０に供給され、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、チャープＺなどのような周波数変換を用いて、周波数スペクトラムを計算する処理が行われる。上述のように、フィルタ１０４及び１０６には、ロールオフがあり、周波数スペクトラムの両端部、例えば、その帯域幅の上下１０％について、歪ませるので、これらはユーザの使用に適したものでなくなる。そのため、スペクトラム計算部１２０は、周波数スペクトラムのこれら部分を表示部へと通常は通過させない。なお、試験測定装置１００は、種々の試験測定装置の中の任意のものを代表したものと考えて良く、ダウン・コンバータ、トリガ回路などの具体的な構成要素は、簡単のために示していない。

図２は、本発明の実施形態による試験測定装置２００の単純化したハイレベル・ブロック図である。試験測定装置２００は、図１に示した試験測定装置１００と似ているが、スペクトラム計算部１２０での計算で得られた周波数スペクトラムが、スパン外エネルギー計算部２０５にも供給され、これが入力信号に関して取込み（アクイジション）帯域内だがスパン外の過大エネルギーをモニタする点で異なっている。帯域内スパン外過大エネルギーが検出されると、試験測定装置２００は、その状態をユーザに通知する。

帯域内スパン外過大エネルギーは、種々の方法の内の任意の方法で検出するようにしても良い。例えば、種々の実施形態においては、パワー・レベルの任意の絶対値、スパン内パワー合計に対する任意の比率（パーセンテージ）、スパン内信号の最高値に対する任意の比率（パーセンテージ）、又は表示値（例えば、スクリーン上の一番上の値や任意の基準値）などの種々の値の任意の１つを、スパン外パワーの合計が超えるか否かを判断することによって、帯域内スパン外過大エネルギーを検出するようにしても良い。これらの値は、ユーザ又は装置が定義するようにしても良い。これの代わりに、例えば、スパン内パワーを第１アナログ・フィルタでフィルタ処理し、スパン外パワーを第２アナログ・フィルタでフィルタ処理し、そして、これら得られたフィルタ処理信号の振幅を比較するなど、アナログ回路を用いてスパン外過大パワーを検出するようにしても良い。

試験測定装置は、帯域内スパン外過大エネルギーを種々の方法で通知するようにしても良い。例えば、ある実施形態では、試験測定装置が、その表示装置の画面内の時間領域表示１１５又は周波数領域表示１３０上にメッセージを表示する。別の実施形態では、試験測定装置が通知音を生成する。また別の実施形態では、試験測定装置がユーザにフル・スパンを見るように指示を出すことで、ユーザがスパン外過大エネルギーを見ることができるようにするか、これに代えて、試験測定装置が、そのユーザのために、自動的にフル・スパンを表示しても良い。試験測定装置が、外部の制御用パソコンから遠隔制御で動作している場合では、試験測定装置がインタラプト（interrupt：中断）信号を生成して制御用パソコンに送信し、制御用パソコンにおける処理を一時中断させたり、インタラプトのメッセージがパソコン上で表示されるようにしても良い。更には、試験測定装置が、測定値が無効であることを示しつつ、測定結果を返すようにしても良い。

理解を助けるために、図３では、図２の試験測定装置２００を用いて生成された周波数領域表示３００の一例を示している。その全取込み帯域幅は、９７〜１０３ＭＨｚ、つまり、６ＭＨｚである。しかし、スペクトラムの上部及び下部の０.５ＭＨｚは、上述のように歪んでいるので、通常の動作では、これら上部及び下部の０.５ＭＨｚは表示されず、そのため、ユーザには、点線３０５及び３１０で示される９７.５〜１０２.５ＭＨｚ、つまり、５ＭＨｚの帯域幅だけが見える。従って、通常の動作では、この表示３００を見ているユーザは、表示の中央の信号３１５が取込み帯域幅内の最大の信号であると（誤って）考えるであろうが、帯域内ながらスパン外の信号３２０が実際にはパワーにおいて更に高い。帯域内スパン外信号３２０は、上述したような混乱を招く事態を起こし得るのであるが、上述のように、試験測定装置２００は、帯域内スパン外信号３２０を自動的に検出し、メッセージ３２５を介してユーザに通知し、これによって混乱を回避する。試験測定装置２００は、また、６ＭＨｚの帯域幅のフル・スパンを表示するようにユーザに指示しても良く、これによってユーザは、帯域内スパン外信号３２０を見ることができる。更に、試験測定装置２００が、帯域内スパン外過大信号３２０を検出すると、自動的に６ＭＨｚ帯域幅のフル・スパンを表示しても良く、このとき、設定された通常のスパンとの境界（スパン内とスパン外の境界、例えば、図３における点線３０５及び３１０）を合わせて表示しても良い。

時間領域及び周波数領域表示の両方を持つ試験測定装置の観点から本発明を説明してきたが、本発明は、周波数領域表示だけを持つ試験測定装置において、例えば、オーバーフロー状態となってしまう帯域内スパン外信号を検出する場合などにおいても、有用であることは明らかであろう。

先に図示するとともに説明してきたスペクトラム計算、時間対振幅計算、スパン外エネルギー計算などの種々の実施形態や要素は、ハードウェア、ソフトウェア、又は、これら２つの組み合わせで実現されても良く、そして、汎用マイクロプロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）を含んでいるか、これらの上で実現されても良い。

上述の説明から明らかなように、本発明は、試験測定装置の分野において、大きな進歩をもたらすものである。本発明の具体的な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多様な変形が可能なことは明らかであろう。

１０４ アナログ・フィルタ
１０５ アナログ・デジタル変換部
１０６ デジタル・フィルタ
１１０ 時間対振幅計算部
１１５ 時間領域表示
１２０ スペクトラム計算部
１３０ 周波数領域表示
２００ 試験測定装置
２０５ スパン外エネルギー計算部

Claims (2)

1. 入力信号をデジタル化してデジタル・データを生成するよう構成されるアナログ・デジタル変換部と、
   上記デジタル・データをスパン内パワー及びスパン外パワーを有する周波数スペクトラムに変換するよう構成される周波数変換部と、
   上記スパン外パワーをスパン外パワー状態パラメータと比較することによって、上記スパン外パワーの状態を検出するよう構成される検出部と、
   検出された上記スパン外パワーの上記状態をユーザに通知する通知手段と
   を具え、
   上記周波数スペクトラムの全帯域幅は、測定に適した帯域幅であるスパンと、測定に適さないスパン外とから構成され、上記スパン外パワーが上記スパン外の上記周波数スペクトラムから算出される試験測定装置。
2. 上記通知手段は、上記ユーザのために上記周波数スペクトラムの上記全帯域幅を表示することによって、上記ユーザに通知することを特徴とする請求項１記載の試験測定装置。

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