JP6454066B2 - 試験及び計測機器及び入力信号処理方法並びにそのためのコンピュータープログラム - Google Patents

Description

本発明は、試験及び計測機器の分野に関し、特には、ディスプレイ中心周波数とスパンの設定の自動構成を伴って入力信号の周波数ドメイン波形を表示するように構成された試験及び計測機器に関する。

現代のスペクトラム分析器及びデジタルオシロスコープは、一般的に所定の入力信号の周波数ドメインの内容を分析する可能性を提供する。そのような試験及び計測機器は、トリガーハードウェアと所望のイベントを捕捉するように構成されたソフトウェアを装備する。信号が一度捕捉されると、デホルトのディスプレイ中心周波数とスパンの設定で結果としての周波数ドメイン分析波形が表示される。

米国特許第７１９１０７９号 米国特許第４６１１１６４号

インターネットのテクトロニクス社のウェブサイトＭＤＯ４０００Ｂシリーズミックスド・ドメイン・オシロスコープ（Mixed Domain Oscilloscope）［ｏｎ ｌｉｎｅ］、２０１３年１２月１２日サーチ<http://jp.tek.com/oscilloscope/mdo4000-mixed-domain-oscilloscope>

利用者は、手動でディスプレイ中心周波数とスパンの設定を調整して、波形内において対象領域を強調する必要がある。このことは退屈で時間のかかる処理であることがある。したがって、ディスプレイ中心周波数とスパンの自動設定を提供して試験及び計測機器の操作を単純化する必要性が存在する。

当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定を有すると共に、入力信号を処理するように構成された試験及び計測機器が開示されている。試験及び計測機器は、入力信号をデジタル化し、第１位のピークを突き止めることによって、入力信号の第１位のピークの周波数を決定するように構成されたプロセッサーを含んでいる。プロセッサーは、第１位のピークの周波数に基づき当初のディスプレイ中心周波数の設定を調整するように構成されている。プロセッサーは、ピーク帯域幅テストレベルにおける第１位のピークの帯域幅をピーク帯域幅閾値と比較することによって、帯域幅の比較をするように構成されている。プロセッサーは、その帯域幅比較に基づいて当初のスパン設定を調整し、調整されたディスプレイ中心周波数とスパンの設定を用いて処理された波形信号を発生するように構成されている。

プロセッサーは、スパンが減少されているときに分解能帯域幅（ＲＢＷ）がそれに比例して減少するようにスパンとＲＢＷの間で一定の比率を維持するように構成されてもよい。プロセッサーは、入力信号に対して周波数ドメイン変換を行い、周波数ドメインデータを発生し、該周波数ドメインデータに基づいて第１位のピークを突き止めるように構成されてもよい。プロセッサーは、ディスプレイ中心周波数を第１位のピークの周波数に設定するように構成されてもよい。プロセッサーは、最小スパンに基づいてスパン設定を調整するかしないかを決定するように構成されてもよい。

試験及び計測機器は、また、処理された波形信号を表示するように構成されたディスプレイと、デジタル化された入力信号を記憶するように構成されたメモリを含んでいてもよい。プロセッサーは、利用者入力を受け取って当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定を調整するように構成されてもよい。プロセッサーは、利用者入力を受け取ってピーク帯域幅閾値を調整するように構成されてもよい。プロセッサーは、スパンインクリメントに基づいてスパン設定を調整するように構成されてもよい。

当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定を有する試験及び計測機器において入力信号を処理する方法が開示されている。この方法は、入力信号をデジタル化し、第１位のピークを突き止めることによって、入力信号の第１位のピークの周波数を決定することを含んでいる。当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定は、第１位のピークの周波数に基づき調整される。ピーク帯域幅のテストレベルにおける第１位のピークの帯域幅をピーク帯域幅の閾値と比較することによって、帯域幅の比較が行われる。この帯域幅比較に基づいて当初のスパン設定が調整される。調整されたディスプレイ中心周波数とスパンの設定を用いて処理された波形信号が発生される。

スパンが減少されているときに分解能帯域幅（ＲＢＷ）がそれに比例して減少するようにスパンとＲＢＷの間で一定の比率が維持されるようにしてもよい。入力信号に対して周波数ドメイン変換が行われて周波数ドメインデータを発生し、該周波数ドメインデータに基づいて第１位のピークが突き止められるようにしてもよい。ディスプレイ中心周波数が第１位のピークの周波数に設定されるようにしてもよい。最小スパンに基づいてスパン設定を調整するかしないかを決定するようにしてもよい。

ディスプレイが提供されてもよいし、それは処理された波形信号を表示するように構成されてもよい。デジタル化された入力信号はメモリに記憶されてもよい。利用者入力が受信されてもよく、当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定は利用者入力に基づいて調整されてもよい。利用者入力は受信されてもよく、ピーク帯域幅閾値は利用者入力に基づいて調整されてもよい。スパン設定は、スパンインクリメントに基づいて調整されてもよい。

当初のディスプレイ中心周波数とスパンの設定を有する試験及び計測機器において入力信号を処理する方法を行うように構成されたプロセッサーによって実行されるコンピュータープログラムが記憶されているコンピュータ判読可能な媒体も開示されている。この方法は、入力信号をデジタル化し、第１位のピークを突き止めることによって、入力信号の第１位のピークの周波数を決定することを含んでいる。当初のディスプレイ中心周波数の設定は、第１位のピークの周波数に基づき調整される。ピーク帯域幅テストレベルにおける第１位のピークの帯域幅をピーク帯域幅の閾値と比較することによって、帯域幅の比較が行われる。この帯域幅比較に基づいて当初のスパン設定が調整される。調整されたディスプレイ中心周波数とスパンの設定を用いて処理された波形信号が発生される。

図１は、ディスプレイを有するミックスド・ドメイン・オシロスコープの略図である。 図２は、中心周波数とスパンの自動調整以前の波形を示すディスプレイの略図である。 図３は、より詳細な波形を示すディスプレイの略図である。 図４は、第１位のピークを拡大した後のディスプレイの略図である。 図５は、スパン調整後の第１位のピークを拡大したディスプレイの略図である。 図６は、中心周波数とスパンの自動調整処理を示すフローチャートである。 図７は、入力波形の取得、中心周波数とスパンの自動調整及び後続の表示を示すブロック図である。

スペクトラム分析器及びミックスド・ドメイン・オシロスコープのような試験及び計測機器の対象信号を分析し、中心周波数とスパン設定を自動的に調整するための技術がここに開示されている。スペクトラム分析器又はミックスド・ドメイン・オシロスコープを用いた周波数ドメイン分析の間、利用者はたびたび対象の特定信号についてスペクトラム表示を中央に移動し、そして、その信号の画面上の波形が検査及び分析するために十分広くなるまで周波数スパン（スパン）を減少する必要がある。その方法は主に手動であり、退屈で時間がかかる。ここに開示される技術は、所定の波形のうち最も可能性のある部分を突き止めるためのディスプレイ中心周波数とスパンの設定のための自動化されたアプローチを提供する。

図１は、複数の表示エリアに分割されたディスプレイ１２を有する試験及び計測機器（オシロスコープ）１０の略図である。エリア１４と１６は、少なくとも一つの波形２４と２６と、たとえば、軸や図形的な情報や文字である他のグラフィカルな表示３４と３６をグラフィックに表示するように構成されている。オシロスコープ１０は、また、利用者入力のために構成された複数の利用者コントロール１８と試験信号などを受信するように構成された複数の電気的入力２０を有する。この例においては、利用者コントロール１８は、いわゆる当業者にとって既知のディスプレイ中心周波数とスパンの設定を選択／調整するように構成されたコントロールを含んでいる。

この例においては、オシロスコープ１０は、プログラム情報とデータの記憶のために構成された、関連するメモリ２３を有するプロセッサー２２を含んだ取得システム２１を伴うスタンドアローンユニットとして実施されている。プロセッサー２２が、たとえば、Ｉ／Ｏやグラフックジェネレーションハードウェアなどの別の回路と連結されうることが理解されるべきである。プロセッサー２２は、利用者コントロール１８を介して少なくとも入力の一部を受信するように構成されている。アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２５は、電気的入力２０で受信した信号をデジタル化するように構成されている。トリガ検出器（トリガシステム）２７は、以下に説明されるように取得プロセスを制御するためにタイミング信号を提供する。様々なトリガモードが、たとえば、米国特許第７１９１０７９号に開示されている。自動チューニング方法が、たとえば、米国特許第４６１１１６４号（特開昭５９−１５７５７４号に対応）に開示されている。

プロセッサー２２は、また、ディスプレイ１２上に表示される情報の少なくとも一部を発生するように構成されている。試験及び計測機器が、たとえば、デスクトップやラップトップやタブレットやスマートフォーンや他のコンピュータ機器であるコンピュータ機器を用いて実現された実施の形態を含む様々なハードウェアとソフトウェアを用いて実現されうることと、それらのシステムのいくつかがディスプレイ機器を提供／必要とすることがあり得たり又はあり得なかったりすることは理解されるべきである。デジタイザーは、ディスプレイなしの試験及び計測機器の例である。

一般的に、以下のアプローチはディスプレイ中心周波数とスパンを自動的に設定するために用いられることが可能である。

１．ディスプレイ中心周波数を機器の帯域又は利用者によって選択されたようなサブレンジの中央に設定する。

２．スパンを機器の帯域幅全体又は利用者によって選択されたようなサブレンジに設定する。

３．取得（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）を行って、信号に対して周波数ドメインへの変換を行って周波数ドメイン波形（データ）を発生する。

４．「周波数ドメイン波形」内の最高振幅ピーク（「第１位のピーク」）を突き止めて、その第１位のピークの周波数と同等にディスプレイ中心周波数を設定する。

５．第１位のピークの振幅よりｎ ｄＢ（たとえば３ｄＢ）下であるポイントとポイントの間の第１位のピークの帯域幅を決定する。

６．第１位のピークの帯域幅が現在のスパンのｗパーセント（たとえば１０％）を越えて広がっている場合には停止する。

７．スパンが現時点で最小可能値である場合には停止する。

８．スパンをより小さな値（たとえば、現在値の１０％）に減少する。機器は、また、スパンが減少されているときに分解能帯域幅（ＲＢＷ）が同じ比率により減少するようにスパンとＲＢＷの間で一定の比率を維持するように構成されてもよい。このことは、信号をより詳細に明らかにする。

９．そして、完了するまで工程３から８を繰り返す。

図２乃至図５は、上記の自動化方法における異なるポイントで表示された波形に関するディスプレイの図である。図２乃至図４は、この方法の中間段階の波形を示す。最終的なディスプレイ（図５）のみが現実の試験及び計測機器によって発生されなければならないことが理解されるべきである。図２は、中心周波数とスパンの自動化調整前の波形４２を示すディスプレイ４０ａの略図である。波形４２はより大きなピーク（第１位のピーク）５０とより小さなピーク（第２位のピーク）５１を含んでいる。取得前に、ディスプレイ中心周波数は、装置の帯域の中央に調整され、スパンが帯域の帯域幅全体に設定されることが可能である。

図３は、波形４２の左側部分をより詳細に示すディスプレイ４０ｂの略図である。この帯域の左側部分が第１位のピーク５０を含んでいるので、プロセッサー２２は中心周波数とスパンを自動的に調整しこの波形のこの部分を重点的に取り扱うように構成されている。たとえば、プロセッサー２２は、取得した信号に対して周波数ドメイン変換を行って周波数ドメインデータ（波形）を発生し、その信号の周波数ドメインデータをメモリ２３に記憶するように構成されている。この信号の周波数ドメインデータに基づいて、プロセッサーは周波数ドメイン波形内で最高振幅ピークを突き止めるように構成されている。プロセッサーは、さらに、ディスプレイ中心周波数を波形ピークの周波数と同じに設定するように構成されている。

図４は、波形４２の第１位のピーク５０について拡大されたディスプレイ４０ｃの略図である。上記のように、ディスプレイ中心周波数が第１位のピーク５０の周波数に設定される。スパンは以下のように調整されうる。プロセッサーは、ピーク帯域幅テストレベル５２に位置するテストポイントにおける第１位のピーク５０の幅を決定するように構成されうる。ピーク帯域幅テストレベル５２は、ピーク振幅に対して測定されたｄＢで特定されうる。ピーク帯域幅テストレベルは、デホルト値、たとえば、３ｄＢを有していてもよい。利用者が必要に応じてピーク帯域幅テストレベルを調整できることは理解されるべきである。ピーク帯域幅テストレベルにおけるピーク帯域幅がピーク帯域幅閾値よりも広い場合、拡大レベルは調整される必要はない（停止）。ピーク帯域幅閾値は、現在のスパンのパーセンテージに関して特定されるようにしてもよい。ピーク帯域幅閾値が、たとえば、１０％であるデホルト値を有するようにしてもよいことは理解されるべきである。

スパンが現時点で試験及び計測機器についての最小可能値である場合、それ以上のスパン調整をする必要はない。ピーク帯域幅テストレベルにおいて測定されたピーク帯域幅がピーク帯域幅閾値よりも狭い場合、たとえば１０％である、現在のスパン設定のスパン調整インクリメントを用いて現在のスパン設定はより小さな値に減少されるようにしてもよい。試験及び計測機器は、また、スパンが減少されているときに分解能帯域幅（ＲＢＷ）が同じ比率により減少するようにスパンとＲＢＷの間で一定の比率を維持するように構成されてもよい。このことは、信号をより詳細に明らかにする。このプロセスは、取得プロセスと共に始まる調整されたスパン設定について繰り返されることもある。

図５は、最終スパン調整後に第１位のピーク５０を拡大したディスプレイ４０ｄの略図である。この例においては、ピーク帯域幅テストレベルにおいて測定されたピーク帯域幅がピーク帯域幅閾値よりも広い。従って、これ以上のスパン調整は必要ない。

図６は、上記のプロセスを一般的な用語で示したフローチャート６０である。ここに含まれるフローチャートが例示のみであることと、他のプログラムエントリー及びエクジットポイントやタイムアウト機能やエラーチェックルーティーンなど（図示せず）が、通常代表的なシステムソフトウェアに実装されていることは理解されるべきである。システムソフトウェアがランチされた後でも引き続き作動できることも理解されるべきである。したがって、たとえば、引用番号６１ａと６１ｂである開始ポイントと終了ポイントは、必要に応じて実行されるコードの一部の論理的な開始ポイントと終了ポイントを示すことを意図したものである。いずれかのブロックの実行順序も、また、この開示事項の範囲を逸脱しない限りにおいて変更可能である。これらのアスペクトの実行は、ここに開示された事項に基づいて当業者の理解の範囲内で明らかであり且つ十分容易である。

当初のディスプレイ中心周波数が機器の帯域の中央に設定され、当初のスパンがブロック６２によって示されるように帯域の帯域幅全体に設定される。ブロック６３によって示されるように取得が行われて、信号に対して周波数ドメイン変換が行われて周波数ドメインデータが発生されメモリ内に記憶される。ブロック６５によって示されるように、周波数ドメインデータを用いて第１のピークが突き止められ、ディスプレイ中心周波数が第１位のピークの周波数に設定される。ピーク帯域幅テストレベルにおける第１位のピークのピーク帯域幅がピーク帯域幅閾値と比較される。ピーク帯域幅テストレベルにおけるピーク帯域幅がピーク帯域幅閾値よりも広い場合、ブロック６６によって示されるようにプロセスが完了する。そうでない場合、ブロック６７でプロセスが続行する。スパン設定が最小値である場合、プロセスが完了する。そうでない場合、スパン設定がブロック６４によって示されるようにスパンインクリメント分だけ減少され、処理がブロック６３に続行する。

図７は、取得と中心周波数及びスパン自動調整と後続の入力波形表示を示すハイレベルブロック図７０である。ＲＦ信号は、ブロック７１によって示されるように試験及び計測機器の入力に連結される。所定の帯域が、ブロック７２によって示されるように選択される。その帯域が、引用番号７３によって示されるように、必要に応じてダウンコンバートされることもある。ＲＦ信号は、ブロック７４によって示されるようにデジタル化される。デジタル信号は、ブロック７５によって示されるようにデシメーションされ、フィルタされることもある。結果としてのデータが、ブロック７６によって示されるようにメモリ内に記憶される。中心周波数及びスパンの自動設定が、ブロック７７によって示されるように行うこともある。結果としての波形が、ブロック７８によって示されるように表示されうる。

ここに開示された事項に基づいて多くの改変が可能であることは理解されるべきである。特徴と構成要素が特定の組み合わせにより上記で説明されてはいるけれども、それぞれの特徴又は構成要素は、他の特徴及び構成要素がなくとも、単独で用いられることができ、又は、他の特徴及び構成要素があってもなくても各種の組み合わせにおいて用いられることができる。ここに開示された装置又は方法は、コンピュータープログラム、ソフトウェア、汎用のコンピューター又はプロセッサーによって実行されるためのコンピュータ判読可能な保存媒体（固定媒体）に組み入れられたファームウェアで実現可能である。コンピュータ判読可能な保存媒体の例は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）やレジスタやキャッシュメモリや半導体メモリデバイスや内蔵ハードディスクやリムーバブルディスクのような磁性体や磁気光学媒体やＣＤ−ＲＯＭディスクのような光学媒体やデジタル他用途ディスク（ＤＶＤ）を含んでいる。

適切なプロセッサーは、例として、汎用プロセッサーや専用プロセッサーや従来のプロセッサーやデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）や複数のマイクロプロセッサーやＤＳＰコアに関連した一又はそれ以上のマイクロプロセッサーやコントローラーやマイクロコントロッラーや特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）やフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路や他のタイプの集積回路（ＩＣ）及び／又はステートマシーンを含んでいる。

１０…試験及び計測機器
１２…ディスプレイ
１８…利用者コントロール
２０…電気的入力
２１…取得システム
２２…プロセッサー
２３…メモリ
２５…Ａ／Ｄ変換器
２７…トリガ検出器
４２…波形
５０…第１位のピーク
５１…第２位のピーク
５２…ピーク帯域幅テストレベル

Claims (7)

1. 当初のディスプレイ中心周波数及びスパンの設定を有すると共に、入力信号を処理するように構成された試験及び計測機器であって、該試験及び計測機器が、
   前記入力信号をデジタル化し、デジタル化入力信号を生成するよう構成されるアナログ・デジタル・コンバータと、
   プロセッサーと
   を具え、
   該プロセッサーが、
   前記デジタル化入力信号に対して周波数ドメイン変換を行って周波数ドメインデータを発生する処理と、
   前記周波数ドメインデータ中の第１位のピークの周波数を求める処理と、
   前記第１位のピークの前記周波数に基づき前記当初のディスプレイ中心周波数の設定を調整する処理と、
   ピーク帯域幅テストレベルにおける前記第１位のピークの帯域幅をピーク帯域幅閾値と比較することによって、帯域幅比較を実行する処理と、
   前記帯域幅比較に基づいて前記当初のスパンの設定を調整する処理と、
   調整されたディスプレイ中心周波数及びスパンの設定を用いて、前記周波数ドメインデータの波形信号を発生する処理と
   行うように構成されている試験及び計測機器。
2. 前記プロセッサーが、前記スパンを減少させると、分解能帯域幅（ＲＢＷ）を比例して減少させて、前記スパンと前記ＲＢＷとの間の比率を一定に維持するように構成されている前記請求項１に記載の試験及び計測機器。
3. 前記当初のディスプレイ中心周波数の設定を調整する処理において、前記プロセッサーが、前記ディスプレイ中心周波数を前記第１位のピークの前記周波数に設定する処理を行うように構成される請求項１又は２に記載の試験及び計測機器。
4. 当初のディスプレイ中心周波数及びスパンの設定を有する試験及び計測機器において入力信号を処理する方法であって、
   入力信号をデジタル化し、デジタル化入力信号を生成する処理と、
   前記デジタル化入力信号に対して周波数ドメイン変換を行って周波数ドメインデータを発生する処理と、
   前記周波数ドメインデータ中の第１位のピークの周波数を求める処理と、
   前記第１位のピークの前記周波数に基づき前記当初のディスプレイ中心周波数の設定を調整する処理と、
   ピーク帯域幅テストレベルにおける前記第１位のピークの帯域幅をピーク帯域幅閾値と比較することによって、帯域幅比較を実行する処理と、
   前記帯域幅比較に基づいて前記当初のスパンの設定を調整する処理と、
   調整されたディスプレイ中心周波数及びスパンの設定を用いて、前記周波数ドメインデータの波形信号を発生する処理と
   を具える入力信号処理方法。
5. 前記スパンを減少させると、分解能帯域幅（ＲＢＷ）を比例して減少させて、前記スパンと前記ＲＢＷとの間の比率を一定に維持する処理を更に具える請求項４に記載の入力信号処理方法。
6. 前記当初のディスプレイ中心周波数の設定を調整する処理において、前記ディスプレイ中心周波数を前記第１位のピークの前記周波数に設定する処理を行う請求項４又は５に記載の入力信号処理方法。
7. 当初のディスプレイ中心周波数及びスパンの設定を有する試験及び計測機器において、入力信号を処理する方法を行うように構成されたコンピュータープログラムであって、前記試験及び計測機器によって実行されると、請求項４から６のいずれかの方法が実行されるコンピュータープログラム。

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