JPH01197667A - 周波数計測方式 - Google Patents
周波数計測方式Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
波数が検出可とされた周波数計測方式を供するにある。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
、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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63022093A JPH01197667A (ja) | 1988-02-03 | 1988-02-03 | 周波数計測方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63022093A JPH01197667A (ja) | 1988-02-03 | 1988-02-03 | 周波数計測方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01197667A true JPH01197667A (ja) | 1989-08-09 |
Family
ID=12073257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63022093A Pending JPH01197667A (ja) | 1988-02-03 | 1988-02-03 | 周波数計測方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01197667A (ja) |
Cited By (2)
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 |
-
1988
- 1988-02-03 JP JP63022093A patent/JPH01197667A/ja active Pending
Cited By (4)
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 |
JPWO2020110820A1 (ja) * | 2018-11-30 | 2021-09-27 | 日立Astemo株式会社 | 物理量測定装置 |
US11467015B2 (en) | 2018-11-30 | 2022-10-11 | Hitachi Astemo, Ltd. | Physical quantity measurement device |
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A521 | Written amendment |
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