JPH01197667A - 周波数計測方式 - Google Patents

周波数計測方式

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JPH01197667A
JPH01197667A JP63022093A JP2209388A JPH01197667A JP H01197667 A JPH01197667 A JP H01197667A JP 63022093 A JP63022093 A JP 63022093A JP 2209388 A JP2209388 A JP 2209388A JP H01197667 A JPH01197667 A JP H01197667A
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signal
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JP63022093A
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Fumio Ikeuchi
池内 史夫
Toshiaki Ueno
俊明 上野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/28273
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76202Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/7613Single electron transistors; Coulomb blockade devices
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディジタル信号処理による波形解析に係り、
特に高速フーリエ変換を利用した周波数計測方式に関す
るものである。
〔従来の技術〕
正弦波信号の周波数を計算する方法として、ゼロクロス
点間の時間(周期Tの1/2)を求めるものが知られて
いるが、信号が振幅方向にオフセットを持つ場合、誤差
を生じてしまうことになる。−方、オフセットが考慮さ
れたものとしては、特開昭61−280577号公報が
挙げられる。
第4図(a)はオフセットがない場合での測定例を示す
が、T/2はt12  tllとして求められるように
なっている。一方、同図(b)はオフセット電圧VOf
がある場合での測定例を示すが、図示の如くT/2とし
て2Δを全誤差を生じてしまう、これに対し上記公報で
は、第5図に示すように被測定信号のサンプリングデー
タのうち、極大値v2゜極小値V5とこれら値各々に隣
接したデータVlpv3、V41 V6 (第6図(a
)、(b)ヲ参照)ニヨッテ。
以下に示す近似式(1)〜(3)より振幅が最大、最小
となる時点teaχ+ tminを求めたうえT/2を
算出することで、被測定信号の周波数fが検出されるよ
うになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、これまでにあっては、被測定信号は正弦
波だけに限定されており、そ九に更に高調波を含む場合
や、雑音を含む場合での誤差の発生については考慮され
ていないものとなっている。
本発明の目的は、波形形状如何によることなく正確に周
波数が検出可とされた周波数計測方式を供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、被測定信号を周期可変としてサンプリング
し、その波形データを高速フーリエ変換(FFT)処理
している間に、処理結果のS/N比が最大となるサンプ
リングクロックの周波数にもとづき被測定信号の周波数
を求めることで達成される。
〔作用〕
一般的に波形は多くの周波数成分が合成されたものとし
て構成されているが、その波形をFFT処理することに
よってはその波形を構成する周波数成分が分離抽出され
るようになっている。さて、ある波形1周期分のサンプ
リングデータについてFFT処理を施した場合には、周
波数成分は正確に分離抽出されるようになっている。し
かしながら、1周期に満たない範囲、あるいは1周期を
越える範囲についてのサンプリングデータにFFT処理
を施した場合は、その不連続部分の影響によって各種周
波数成分以外にサイドローブ成分が顕在するようになる
というものである。よって、サンプリング周期可変とし
て、しかも一定数のサンプリングデータにFFT処理を
施している間に、基本波成分や高調波成分を信号、サイ
ドローブ成分を雑音として扱うものとして、信号対雑音
比、いわゆるS/N比が最大となる処理結果が得られる
場合でのサンプリングクロック・より被測定信号の周波
数が知られるというものである。
〔実施例〕
以下、本発明を第1図、第3図により説明するが、その
具体的説明に入る前にその理論的背景について詳細に説
明すれば以下のようである。
即ち1時間関数を周波数の関数に変換するアルゴリズム
としてのFFTによっては、一般的な波形である正弦波
はiの周期に対応する周波数成分のみとして周波数解析
されるが、三角波、矩形波等はその周期に対応する周波
数成分以外にも多くの周波数成分が合成されたものとし
て周波数解析されるようになっている。
第2図(a)〜(C)はある波形についての範囲がそれ
ぞれ1周期分、1周期分未満、1周期分超過の場合での
データにFFTを施した結果を示したものであるが、1
周期分の場合は正確な周波数成分が得られていることが
判がる。しかしながら、それ以外の場合には不連続部分
の影響によって本来の周波数成分以外に1図示のように
サイドローブ成分が連続スペクトル状に出現するものと
なっている。よって、この基本周波数成分および高調波
成分を信号として、また、サイドローブ成分を雑音とし
て扱う場合、信号対雑音比(S/N)が最良となるべく
データ数一定、サンプリングクロックの周期を可変とし
て波形をサンプリングする場合は、S/Nが最大となる
場合でのサンプリングクロックの周波数より被測定信号
の周波数が検出され得るものである。ところで、第2図
(d)は被測定周波数fχ、サンプリングクロックf 
CLKおよびデータ点数N王者の一例での関係を示すが
、nを自然数として(n)・fχ= f ctx/ N
の関係が成立する場合にS/Nが最大となるものとなっ
ている。
因みに本例ではn=1.N=8の場合を示す、なお、サ
ンプリング定理よりf工<fct、に/2の関係が成立
する必要があり、また、FFTのアルゴリズムの制約上
Nの値は2のべき乗として設定されるようになっている
さて、本発明を具体的に説明すれば、第1図は本発明に
係る周波数計測装置の一例での構成を示したものである
。図示のように本例でのものはゲイン・オフセット回路
1.アンチエリアシングフィルタ(A−A−Filte
r;A−A−F)2.A/D変換器3.平均化機能付メ
モリ4.FFT処理回路5゜S/N比演比演算器上PU
7.周波数シンセサイザ8.クロック発生器9.アドレ
ス発生器10.電圧コンパレータ11およびカウンタ1
2より構成されたものとなっている。
被測定周波数fχiこ係る被測定信号は先ずゲイン・オ
フセット回路1でその信号レベルとオフセットが調整さ
れたうえ、A−A−F2によってA/D変換時にエリア
シングが発生されないようにすべくフィルタリングされ
た後、A/D変換器3でディジタルデータに変換される
ようになっている。ディジタルデータに変換された波形
データは平均化機能付メモリ4に必要数分(N個)格納
された後、FFT処理回路5で周波数関数に変換され、
更にS/N比演比演算器上ってS/Nが算出されたうえ
CPU7に取り込まれるようになって゛いる。なお、平
均化機能付メモリ4は被測定信号に雑音が多く含まれて
いる時、その平均化機能によって周波数測定精度の劣化
を防ぐために有効となっている。
一方1以上の動作に並行してはゲイン・オフセット回路
1の出力は電圧コンパレータ11で矩形波に整形された
うえカウンタ12でカウントされカウント値はCPU7
に取り込まれるようになっている。後に詳述するところ
であるが、これによって被測定周波数fxが現時点での
サンプリング周波数f CLKによる測定範囲内にある
か否か、また、被測定周波数fχの概ねの値が検出され
るようになっているものである。また、入力信号がダイ
ナミックレンジ内にない場合にはA/D変換器3よリオ
ーバーフロー(0,F、)信号や、アンダーフロー(U
、F、)信号が出力されるが、CPU7ではこれら信号
にもとづきゲイン・オフセット回路1を制御することで
、被測定信号の信号レベルやオフセットが調整されてい
るものである。
CPU7ではまたカウンタ12からのカウント値やS/
N算出値情報より適当なサンプリング周波数fCLにを
更新設定したうえ周波数シンセサイザ8を制御すること
で周波数シンセサイザ8からはその更新設定に係るサン
プリング周波数f CLKを得るための周期を持ったク
ロック信号が発生されるようになっている。クロック発
生器9ではそのクロック信号を分周することで、更新設
定されたサンプリング周波数f CLKが得られており
、これがA/D変換器3に対してはA/D変換信号とし
て、またアドレス発生器10に対してはアドレス生成用
クロック信号として作用しているものである。
アドレス発生器10ではメモリ4へのデータ格納アドレ
スを発生している以外に、カウンタ12でのカウント動
作期間を制御するようになっている。
ここで、電圧コンパレータ11とカウンタ12の機能に
ついて詳細に説明すれば、これは既述のように被測定周
波数fχがクロック周波数f CLKに対しサンプリン
グ定理(fχ<fctに/2)を満足しているか否かを
検出するためのものである。カウンタ12はアドレス発
生器10によってデータ数N個分のアドレスが発生され
ている期間だけカウントイネーブル状態に保持されてお
り、その間電圧コンパレータ11によって矩形波に整形
された被測定信号はカウンタ12にてカウントされるよ
うになっている。そのカウント結果がN/2未満となっ
ている場合はサンプリング定理を満たしているも、満た
さない場合にはサンプリング周波数fCLにを高め満た
す方向にCPU7によって周波数シンセサイザ8が制御
されるものである。サンプリング周波数f CLKが可
変とされていることから、これに応じA−A−F2での
遮断周波数も可変とされているものである。
さて1以上の構成での最高計測周波数はA/D変換器の
変換クロック周波数によるが、現在市販されているもの
では8ビツト100MHzクラスが入手可能な最高速で
あり、これによれば50MHzまでが測定可能となる。
以上第1図について説明したが、本発明に係る周波数計
測装置ではゲイン・オフセット回路1やA−A−F2、
電圧コンパレータ11、カウンタ12は必ずしも必要と
されず、必要な機能に応じ個々に付加されることになる
最後に測定周波数のレンジ拡大機能について説明すれば
、この機能はゲイン・オフセット回路1の出力を可変分
周比で分局可とした、゛第3図に示すようなプリスケー
ラ13をゲイン・オフセット回路1とA−A−F2、電
圧コンパレータ11との間に介在せしめ、被測定周波数
fχがプリスケーラ13を介在せしめない場合での測定
周波数範囲を越えた場合に被測定周波数fχをプリスケ
ーラ13によって分周することで、測定周波数範囲を拡
大することが可能となる。その際分局比を大きくとる程
に後段で使用されているA/D変換器などの動作速度は
低速度で済まされることから、装置としての構成が容易
となるばかりでなく、A/D変換器として高精度なもの
を用い得、高い周波数精度で被測定周波数を測定し得る
ことになる。なお、スイッチ14.15はCPU7によ
る制御下にプリスケーラ13をバイパスさせるか否かを
定めるためのものである。
本発明は以上のようなものであるから、FFTアナライ
ザや波形ディジタイザ等に用いれば、入力波形を正確に
2のべき乗個取込むことが可能となるため、後処理のF
FT演算の精度劣化が防止されると同時に、窓関数の実
行が不要となる。また、前処理として被測定信号を分周
する場合は、被A/D変換波形は被測定信号の波形形状
に関係なく矩形波となるため、上述のような効果は得ら
れないにしても、被測定信号の分周によって周波数の測
定範囲を大−に拡大し得、また、後段での低速化によっ
ては高精度化が実現され、周波数測定精度の向上が図れ
ることになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明による場合は、波形形状如何
によることなく正確に被測定信号の周波数が検出される
といった効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る周波数計測装置の一例での構成
を示す図、第2図(a)〜(d)は、本発明の理論的背
景を説明するための図、第3図は、周波数゛の測定レン
ジ拡大手段としてのプリスケーラを説明するための図、
第4図(a) 、 (b)は、従来技術に係る周波数測
定方法を説明するための図、第5図、第6図(a)、(
b)は、従来技術に係る他の周波数測定方法を説明する
ための図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、サンプリングクロックの周波数を一定方向に更新す
    る度に、該クロックによって被測定信号を一定データ数
    分A/D変換して一時記憶した後は、一時記憶されてい
    る一定データ数分のA/D変換値をフーリエ変換処理し
    たうえ処理結果中に含まれるサイドローブ成分をノイズ
    としてS/Nを求めるようにし、S/N比が最大となる
    場合でのサンプリングクロックの周波数より被測定信号
    の周波数を求めることを特徴とする周波数計測方式。 2、A/D変換の際ダイナミックレンジを越える旨の信
    号の出力があった場合は、該信号にもとづき被測定信号
    の信号レベル、オフセットレベルが前処理として調整さ
    れる特許請求の範囲第1項記載の周波数計測方式。 3、A/D変換される被測定信号は、前以てサンプリン
    グクロック周波数に追従した遮断周波数特性でフィルタ
    リングされている特許請求の範囲第1項記載の周波数計
    測方式。 4、サンプリングクロック周波数の更新は、被測定信号
    の一定データ数分に亘るA/D変換期間中、カウントさ
    れた2値化被測定信号のカウント結果にもとづき制御さ
    れる特許請求の範囲第1項記載の周波数計測方式。 5、A/Dされる被測定信号は、前以て分周比可変とし
    て分周されている特許請求の範囲第1項記載の周波数計
    測方式。 6、一定データ数分のA/D変換値は、データ各々の平
    均値として一時記憶される特許請求の範囲第1項記載の
    周波数計測方式。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001021597A (ja) * 1999-07-09 2001-01-26 Toyo Commun Equip Co Ltd 周波数分析装置
WO2020110820A1 (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 物理量測定装置

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