JP6705791B2 - ポリフェーズフィルタの測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリフェーズフィルタの評価技術に関する。

無線通信などの技術分野おいて、アナログ複素フィルタであるポリフェーズフィルタが用いられる。図１（ａ）、（ｂ）は、ＲＣポリフェーズフィルタの等価回路図である。ＲＣポリフェーズフィルタ１００は、抵抗と容量を含む受動回路である。図１のＲＣポリフェーズフィルタは１次であるが、２個、３個と直列に接続することにより２次、３次のフィルタを構成できる。

ポリフェーズフィルタはいくつかの機能を有する。図２は、ＲＣポリフェーズフィルタ１００の第１の機能を説明する図である。ポリフェーズフィルタのＱ入力を無入力とし、Ｉ入力にｃｏｓ信号を与えることで、Ｑ出力から、ｓｉｎ信号を取り出すことができる。この機能を利用して、ポリフェーズフィルタをπ／２（９０°）移相器として用いることができる。

図３は、ＲＣポリフェーズフィルタ１００の第２の機能を説明する図である。ポリフェーズのＩ入力、Ｑ入力に、イメージ成分Ｂを含むｃｏｓ信号、ｓｉｎ信号を入力すると、Ｉ出力、Ｑ出力から、イメージ成分を除去したｃｏｓ信号、ｓｉｎ信号を取り出すことができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、１次ポリフェーズフィルタの周波数特性を示す図である。図４（ａ）は振幅特性を、図４（ｂ）は位相特性を示す。ポリフェーズフィルタは、｜Ｈ_ｉｍ（ω）｜＝｜Ｈ_ｒｅ（ω）｜が成り立つ周波数（相対角周波数１，−１）おいて、ヒルベルト変換を行うヒルベルトフィルタとして振る舞う。図４（ｂ）に示すように、位相特性は全地域にわたり∠Ｈ_ｉｍ（ω）−∠Ｈ_ｒｅ（ω）＝π／２が成り立つ。

図５（ａ）、（ｂ）は、３次ポリフェーズフィルタの周波数特性を示す図である。図５（ａ）は振幅特性を、図５（ｂ）は位相特性を示す。図５（ａ）に示すように、３次のポリフェーズフィルタでは、｜Ｈ_ｉｍ（ω）｜＝｜Ｈ_ｒｅ（ω）｜が成り立つ周波数帯域が拡大される。

特開２０１７−０９６９５１号公報

Kenneth W. Martin, "Complex Signal Processing in Not Complex", IEEE TRANSACTION ON CIRCUITS AND SYSTEMS - I: REGULAR PAPERS、VOL. 51, NO.9, September 2004、pp. 1823-1836

ポリフェーズフィルタの特性の指標として、ＩＱインバランスがあり、これを正確に評価することが求められる。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ポリフェーズフィルタのインバランスを簡易かつ正確に測定可能な装置および方法の提供にある。

本発明のある態様はポリフェーズフィルタの測定装置に関する。測定装置は、ポリフェーズフィルタのＩ入力、Ｑ入力の一方にｃｏｓ信号またはｓｉｎ信号を含む試験信号を供給し、他方の電位を固定する信号発生器と、ポリフェーズフィルタのＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形をデジタル化する波形測定器と、デジタル化されたＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形を周波数情報に変換し、それらの比を演算する演算処理部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、ポリフェーズフィルタのＩＱインバランスを評価できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、ＲＣポリフェーズフィルタの等価回路図である。 ＲＣポリフェーズフィルタの第１の機能を説明する図である。 ＲＣポリフェーズフィルタの第２の機能を説明する図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、１次ポリフェーズフィルタの周波数特性を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、３次ポリフェーズフィルタの周波数特性を示す図である。 実施の形態に係る試験装置のブロック図である。 図６の試験装置によるＩＱインバランスの測定原理を説明する図である。 図６の試験装置によるＩＱインバランスの測定原理を説明する図である。 変形例に係る試験装置のブロック図である。

（実施の形態の概要）
本明細書には、本発明の一実施の形態として、ポリフェーズフィルタの測定装置が開示される。測定装置は、ポリフェーズフィルタのＩ入力、Ｑ入力の一方にｃｏｓ信号またはｓｉｎ信号を含む試験信号を供給し、他方の電位を固定する信号発生器と、ポリフェーズフィルタのＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形をデジタル化する波形測定器と、デジタル化されたＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形を周波数情報に変換し、それらの比を演算する演算処理部と、を備える。

この態様によると、Ｉ出力とＱ出力の周波数情報の比をとることにより、遅延の項を除去して、ＩＱインバランスを簡単に評価できる。

ポリフェーズフィルタのＩ入力に試験信号を与えた測定と、Ｑ入力に試験信号を与えた測定と、を時分割で行ってもよい。これにより、Ｉ，Ｑ２つの入力を評価できる。

試験信号はマルチトーン信号であってもよい。

マルチトーン信号の複数の周波数成分の位相は、試験信号のクレストファクターが小さくなるように調整されてもよい。これにより波形測定器に入力される信号のクレストファクターが小さくなるため、高精度な測定が可能となる。

試験信号は、掃引正弦波（Swept Sine）信号であってもよい。

（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図６は、実施の形態に係る試験装置２００のブロック図である。試験装置２００は、信号発生器２１０、波形測定器２２０、演算処理部２３０を備える。

試験装置２００には、被試験デバイス（ＤＵＴ）であるポリフェーズフィルタ１００が接続される。ポリフェーズフィルタ１００の次数は限定されず、またパッシブ回路であると、アクティブ回路であるとを問わない。

信号発生器２１０は、ポリフェーズフィルタ１００のＩ入力、Ｑ入力の一方にｃｏｓ信号またはｓｉｎ信号を含む試験信号Ｓ_ＴＥＳＴを供給し、他方の電位を固定（たとえば接地）する。信号発生器２１０はたとえば任意波形発生器（ＡＷＧ：Arbitrary Waveform Generator）２１２と、スイッチ２１４を備える。上述のようにポリフェーズフィルタ１００は差動入力を有しており、したがって波形発生器２１０も差動で構成される。スイッチ２１４は、ポリフェーズフィルタ１００のＩ入力、Ｑ入力の選択された一方に試験信号Ｓ_ＴＥＳＴを供給し、他方を接地可能に構成される。

たとえば試験信号Ｓ_ＴＥＳＴは複数の周波数成分を含むマルチトーン信号を用いることができる。マルチトーン信号の複数の周波数成分（トーン）の位相は、試験信号Ｓ_ＴＥＳＴのクレストファクター（信号のピーク値と最小値の比）が小さくなるように決定するとよい。これにより、Ｉ出力、Ｑ出力それぞれの時間波形のクレストファクターが小さくなるため、波形測定器２２０におけるＳ／Ｎ比、測定精度を高めることができる。

波形測定器２２０は、デジタイザ（Ａ／Ｄコンバータ）２２２，２２４を含み、ポリフェーズフィルタ１００のＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形をデジタル化する。

演算処理部２３０は、デジタル化されたＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形を周波数情報に変換し、それらの比を演算する。時間波形から周波数情報への変換には、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いることができる。

以上が試験装置２００の構成である。続いて測定原理を説明する。

図７は、図６の試験装置２００によるＩＱインバランスの測定原理を説明する図である。試験信号Ｓ_ＴＥＳＴとして、ｃｏｓ（ω_０ｔ）がＩ入力に供給されており、Ｑ入力は接地される。なおここでのω_０は単一周波数を意味するものではない。Ｉ出力の時間波形をＩｏｕｔと表記、その周波数ドメインの情報（スペクトル）をＲｅＯｕｔ（ω）と表記する。またＱ出力の時間波形をＱｏｕｔと表記し、その周波数ドメインの情報（スペクトル）を、ＩｍＯｕｔ（ω）と表記する。

出力波形のスペクトルＲｅＯｕｔ（ω）、ＩｍＯｕｔ（ω）は、式（１）、（２）で表される。それらの比であるＩＱインバランスは、式（３）で表される。

なお、ｅ^ｊπ／２＝ｊｓｉｎ（π／２）＝ｊの関係を用いている。

図８は、図６の試験装置２００によるＩＱインバランスの測定原理を説明する図である。試験信号Ｓ_ＴＥＳＴとして、ｊｃｏｓ（ω_０ｔ）がＱ入力に供給されており、Ｉ入力は接地される。チルダ?は、Ｑ入力に対する伝達関数を表す。

出力波形のスペクトルＲｅＯｕｔ（ω）、ＩｍＯｕｔ（ω）は、式（４）、（５）で表される。それらの比であるＩＱインバランスは、式（６）で表される。

以上が試験装置２００の測定原理である。
式（１）、（２）には、位相遅延に相当する位相項θ（ω_０）が含まれるが、式（３）で計算されるＩＱインバランスには、位相項θ（ω_０）が含まれない。同様に、式（４）、（５）には、位相遅延に相当する位相項θ（ω_０）が含まれるが、式（６）で計算されるＩＱインバランスには、位相項θ（ω_０）が含まれない。

このように実施の形態に係る試験装置２００によれば、Ｉ入力に試験信号を与えて式（３）のＩＱインバランスを計算し、Ｑ入力に試験信号を与えて式（６）のＩＱインバランスを計算することで、ポリフェーズフィルタ１００の特性を簡易に評価できる。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

（変形例１）
試験信号Ｓ_ＴＥＳＴは、マルチトーン信号には限定されず、掃引正弦波（Swept Sine）信号や、ＩＱ変調信号、疑似ランダム信号を用いることができる。ＩＱ変調信号は、キャリアをＩ，Ｑベースバンド信号に応じて変調した被変調信号と把握できる。

（変形例２）
図９は、変形例に係る試験装置２００Ａのブロック図である。図６の信号発生器２１０は、１個の任意波形発生器２１２とスイッチ２１４の組み合わせであったが、図９の信号発生器２１０Ａは、２個の任意波形発生器２１２，２１６を備え、図６のスイッチ２１４が省略される。任意波形発生器２１２、２１６は相補的にアクティブとなる。任意波形発生器２１２、２１６の一方がアクティブとなり、試験信号Ｓ_ＴＥＳＴを生成する間、他方の出力は固定（たとえば接地）される。

１００ ポリフェーズフィルタ
２００ 試験装置
２１０ 信号発生器
２１２ 任意波形発生器
２１４ スイッチ
２１６ 任意波形発生器
２２０ 波形測定器
２３０ 演算処理部

Claims (7)

1. ポリフェーズフィルタの測定装置であって、
   前記ポリフェーズフィルタのＩ入力、Ｑ入力の一方にｃｏｓ信号またはｓｉｎ信号を含む試験信号を供給し、他方の電位を固定する信号発生器と、
   前記ポリフェーズフィルタのＩ出力、Ｑ出力それぞれの波形をデジタル化する波形測定器と、
   デジタル化された前記Ｉ出力、Ｑ出力それぞれの波形を周波数情報に変換し、それらの比を演算する演算処理部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記ポリフェーズフィルタのＩ入力に前記試験信号を与えた測定と、Ｑ入力に前記試験信号を与えた測定と、を時分割で行うことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記試験信号はマルチトーン信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記マルチトーン信号の複数の周波数成分の位相は、前記試験信号のクレストファクターが小さくなるように調整されることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記試験信号は、掃引正弦波信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
6. 前記試験信号は、キャリアを変調した被変調信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
7. ポリフェーズフィルタの測定方法であって、
   前記ポリフェーズフィルタのＩ入力、Ｑ入力の一方にｃｏｓ信号またはｓｉｎ信号を含む試験信号を供給し、他方の電位を固定するステップと、
   前記ポリフェーズフィルタのＩ出力、Ｑ出力それぞれを取得するステップと、
   前記Ｉ出力、Ｑ出力を周波数領域に変換し、それらの比を演算するステップと、
   を備えることを特徴とする測定方法。

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