JPH0430550B2 - - Google Patents

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JPH0430550B2
JPH0430550B2 JP58181642A JP18164283A JPH0430550B2 JP H0430550 B2 JPH0430550 B2 JP H0430550B2 JP 58181642 A JP58181642 A JP 58181642A JP 18164283 A JP18164283 A JP 18164283A JP H0430550 B2 JPH0430550 B2 JP H0430550B2
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test signal
signal
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converter
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【発明の詳細な説明】 この発明は試験信号を測定対象へ供給し、その
測定対象の入力試験信号と出力試験信号とを高速
フーリエ変換し、その変換出力から測定対象の伝
達関数を測定するデジタルスペクトルアナライザ
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a digital camera that supplies a test signal to a measurement target, performs fast Fourier transform on the input test signal and output test signal of the measurement target, and measures the transfer function of the measurement target from the converted output. Regarding spectrum analyzers.

<発明の背景> デジタルスペクトルアナライザは第1図に示す
ように試験信号発生器11から試験信号を発生し
て測定対象12へ与え、測定対象12からの出力
試験信号を端子13より高速フーリエ変換解析装
置(以下FFT解析装置と記す)14へ入力し、
また測定対象12の入力側の試験信号を端子15
よりFFT解析装置14に入力し、解析装置14
においてそれぞれ入力された試験信号をデジタル
信号に変換した後、高速フーリエ変換して測定対
象12の伝達関数を求める。
<Background of the Invention> As shown in FIG. 1, a digital spectrum analyzer generates a test signal from a test signal generator 11 and applies it to a measurement object 12, and performs fast Fourier transform analysis on the output test signal from the measurement object 12 from a terminal 13. Input to the device (hereinafter referred to as FFT analysis device) 14,
In addition, the test signal on the input side of the measurement object 12 is connected to the terminal 15.
is input to the FFT analysis device 14, and the analysis device 14
After converting each input test signal into a digital signal, fast Fourier transform is performed to obtain a transfer function of the measurement object 12.

FFT解析装置14においては第2図に示すよ
うに入力端子13(又は15)よりの試験信号は
可変利得増幅器16を通じて低域波器17に供
給され、低域波器17の出力はAD変換器18
において一定周期でサンプリングされてデジタル
信号に変換され、そのデジタル信号はバツフアメ
モリ19内に記憶される。バツフアメモリ19に
一定サンプル数、例えば1024個のサンプル数が記
憶されるとFFT変換器21において高速フーリ
エ変換が行われる。
In the FFT analyzer 14, as shown in FIG. 2, the test signal from the input terminal 13 (or 15) is supplied to the low frequency converter 17 through the variable gain amplifier 16, and the output of the low frequency converter 17 is sent to the AD converter. 18
The signal is sampled at a constant period and converted into a digital signal, and the digital signal is stored in the buffer memory 19. When a fixed number of samples, for example 1024 samples, are stored in the buffer memory 19, fast Fourier transform is performed in the FFT converter 21.

その際にAD変換器18における変換を有効に
行うため、つまりサンプルしたデータを例えば
AD変換器の10ビツトのデジタル信号に変換する
場合、その10ビツトの全域をなるべく使うように
して解析感度を上げるように入力のレンジ設定が
行われる。即ちバツフアメモリ19よりサンプル
値を読み出し、そのサンプル値が小さ過ぎる場合
は増幅器16の利得を上げ、逆にサンプル値が大
き過ぎる場合は増幅器16の利得を下げてAD変
換器18での変換を最適化する。
At that time, in order to effectively perform the conversion in the AD converter 18, in other words, the sampled data is
When converting to a 10-bit digital signal from an AD converter, the input range is set to use the entire 10-bit range as much as possible to increase analysis sensitivity. That is, a sample value is read from the buffer memory 19, and if the sample value is too small, the gain of the amplifier 16 is increased, and conversely, if the sample value is too large, the gain of the amplifier 16 is lowered to optimize the conversion by the AD converter 18. do.

FFT解析器21においては第3図のステツプ
S1に示すように入力信号の感度を設定する。即ち
先に述べたようにAD変換器18の変換が最適に
行われるようにその入力レベルを設定する操作が
行われる。その後その設定状態においてバツフア
メモリ19に取込まれた、例えば1024個のサンプ
ル値についてステツプS2で高速フーリエ変換を行
い、ステツプS3で端子15からの入力試験信号及
び端子13からの出力試験信号に対するパワース
ペクトラムGaa,Gbb、更に相互スペクトラム
Gabを演算する。即ち端子15より入力された試
験信号についてFFT解析した各周波数成分につ
いてその実部の自乗と虚部の自乗との和Gaaを演
算し、また端子13より入力された出力試験信号
についても同様にそのFFT解析した各周波数成
分の実部の自乗と虚部の自乗との和Gbbを演算し
て各パワースペクトラムを求め、更に入力試験信
号の高速フーリエ変換の共役と対応する周波数成
分の出力試験信号の高速フーリエ変換との積を演
算して相互スペクトラムGabを演算する。
In the FFT analyzer 21, the steps shown in Fig.
Set the input signal sensitivity as shown in S1 . That is, as described above, an operation is performed to set the input level of the AD converter 18 so that the conversion is performed optimally. Thereafter, in step S2 , a fast Fourier transform is performed on, for example, 1024 sample values taken into the buffer memory 19 in the setting state, and in step S3 , the input test signal from the terminal 15 and the output test signal from the terminal 13 are processed. Power spectrum Gaa, Gbb, and mutual spectrum
Calculate Gab. That is, the sum Gaa of the square of the real part and the square of the imaginary part is calculated for each frequency component subjected to FFT analysis of the test signal input from the terminal 15, and the FFT is similarly performed for the output test signal input from the terminal 13. Each power spectrum is calculated by calculating the sum Gbb of the square of the real part and the square of the imaginary part of each analyzed frequency component, and then calculates the conjugate of the fast Fourier transform of the input test signal and the output test signal of the corresponding frequency component. The mutual spectrum Gab is calculated by calculating the product with the Fourier transform.

各試験信号を同様に繰り返して取込み、同様の
ことをしてパワースペクトラム及び相互スペクト
ラムを必要数求め、これらの平均をステツプS4
行い、平均パワースペクトラム<Gaa>及び<
Gbb>、平均相互スペクトラム<Gab>を求め
る。これら平均値からステツプS5で伝達関数が求
められる。即ち平均相互スペクトラム<Gab>を
平均パワースペクトラム<Gaa>で割算する。各
周波数ごとにこのことが行われる。FFT解析器
21で解析された結果は表示器22に表示され
る。
Repeat each test signal in the same way, obtain the required number of power spectra and mutual spectra, and average these in step S4 to obtain the average power spectra <Gaa> and <
Gbb>, find the average mutual spectrum <Gab>. A transfer function is determined from these average values in step S5 . That is, the average mutual spectrum <Gab> is divided by the average power spectrum <Gaa>. This is done for each frequency. The results analyzed by the FFT analyzer 21 are displayed on the display 22.

ところで従来の試験信号発生器11では例えば
単一正弦波を発生して一つの正弦波ごとに高速フ
ーリエ変換を行い、次にその周波数を変化させて
高速フーリエ変換を行うことを順次繰り返し行う
場合と、ランダム雑音の発生して試験信号として
測定対象に与える場合とがある、前者の単一正弦
波による場合は測定精度が高いが測定時間が長く
なる。一方ランダム雑音を発生する場合は一度で
測定できるが測定精度が悪い。しかし、例えば伝
達関数の測定において周波数軸に対するレベルの
変化が比較的ゆつくりしているような場合におい
てはランダム雑音による測定でも測定精度がそれ
程悪くなく、比較的高い精度の測定が得られる。
測定対象によつては共振点や反共振点が生じる部
分であり、このように周波数軸に対する変化が急
激な部分ではランダム雑音による測定は精度が劣
下する。即ち第4図に示すような伝達関数におい
ては周波数軸上の中間部において共振点23aや
反共振点23bがあり、特性曲線が急激に変化し
ている。このようなところにおいてランダム雑音
による測定は特に精度が悪く、この共振点の尖つ
た部分がなまつてしまう欠点がある。しかしこの
ように急激に変化しない比較的ゆつくり変化する
領域23cの部分ではランダム雑音による測定で
も比較的高い精度で測定できることが判つた。
By the way, in the conventional test signal generator 11, for example, a single sine wave is generated, fast Fourier transform is performed on each sine wave, and then the frequency is changed and fast Fourier transform is performed repeatedly. In some cases, random noise is generated and given to the measurement target as a test signal.In the former case, using a single sine wave, the measurement accuracy is high, but the measurement time is long. On the other hand, when random noise is generated, it can be measured in one go, but the measurement accuracy is poor. However, for example, in a case where the change in level with respect to the frequency axis is relatively slow in measurement of a transfer function, measurement accuracy is not so bad even with measurement using random noise, and relatively high precision measurement can be obtained.
Depending on the object to be measured, resonance points or anti-resonance points may occur, and the accuracy of measurements using random noise deteriorates in areas where there is a sudden change in the frequency axis. That is, in the transfer function as shown in FIG. 4, there is a resonance point 23a and an anti-resonance point 23b in the middle part on the frequency axis, and the characteristic curve changes rapidly. In such places, measurement using random noise has a particularly poor accuracy, and has the disadvantage that the sharp part of the resonance point becomes blunt. However, it has been found that in the region 23c, which does not change rapidly but changes relatively slowly, measurement using random noise can be performed with relatively high accuracy.

<発明の概要> このような点よりこの発明の目的は特性の変化
が周波数軸に対して急激な部分と、余り変化しな
い部分とを含むような場合において全体として高
い精度でしかも比較的短時間で測定を行うことが
できるデジタルスペクトルアナライザを提供する
ものである。
<Summary of the Invention> From this point of view, the purpose of the present invention is to achieve high accuracy as a whole and a relatively short time in cases where the change in characteristics includes parts that are rapid with respect to the frequency axis and parts that do not change much. The purpose is to provide a digital spectrum analyzer that can perform measurements at

この発明によれば試験信号発生器として複数種
類の試験信号を発生するように構成しておき、ま
た測定周波数範囲を複数の領域に分割し、その各
分割した領域ごとに発生すべき試験信号を設定で
きるように構成し、その設定した各周波数領域ご
とにその領域に適する設定した試験信号によつて
試験を行い、その場合少なくとも各領域ごとに
AD変換器における変換特性が最適になるように
AD変換器の入力レベルを調整する。
According to this invention, the test signal generator is configured to generate a plurality of types of test signals, and the measurement frequency range is divided into a plurality of regions, and the test signal to be generated for each divided region is generated. For each set frequency range, the test is performed using a set test signal suitable for that range, in which case at least
To optimize the conversion characteristics of the AD converter
Adjust the input level of the AD converter.

このため試験信号発生器11は例えば第5図に
示すように構成される。即ちバス25にはCPU
26、その動作プログラムを記憶したROM2
7、読み書き可能なRAM28、更に第1図のFFT
解析装置14と接続された入出力部29が接続さ
れている。入出力部29を通してFFT解析装置
14より試験信号の発生に必要なデータ、即ち例
えば雑音信号、多重正弦波信号、単一正弦波信
号、周波数掃引正弦波信号などの信号モードを示
すデータと、発生する周波数範囲の最大値と最小
値、更に振幅レベル、必要に応じて周波数変化幅
Δを示すデータなどが送られ、これらデータと
共にFFT解析装置14内のAD変換器18のサン
プリングクロツクと同期するための一般にこれよ
りも高い周波数のクロツクが入力される。このク
ロツクは入出力回路29より分周器31に入力さ
れ、分周器31はバス25に接続されてその入力
データに応じてCPU26から必要な分周比が設
定される。
For this purpose, the test signal generator 11 is configured as shown in FIG. 5, for example. In other words, bus 25 has a CPU
26. ROM2 that stores the operating program
7. Readable/writable RAM28, and FFT shown in Figure 1
An input/output unit 29 connected to the analysis device 14 is connected. The FFT analyzer 14 outputs data necessary for generating a test signal through the input/output unit 29, that is, data indicating a signal mode such as a noise signal, multiple sine wave signal, single sine wave signal, frequency swept sine wave signal, etc. The maximum and minimum values of the frequency range to be analyzed, as well as the amplitude level and, if necessary, data indicating the frequency change width Δ are sent, and these data are synchronized with the sampling clock of the AD converter 18 in the FFT analysis device 14. Generally, a clock with a higher frequency than this is input. This clock is input from the input/output circuit 29 to a frequency divider 31, which is connected to the bus 25, and a necessary frequency division ratio is set by the CPU 26 in accordance with the input data.

一方波形メモリ32には多重正弦波の波形の各
点をサンプルしたデジタル値を記憶したものや、
周波数掃引信号例えばF0乃至F1の周波数が変化
する掃引正弦波信号の波形が記憶されるなど各種
の信号波形が記憶されており、どの波形の信号を
読出すかはバス25を通じてCPU26により、
つまりFFT解析装置14から与えられた信号モ
ードに応じて波形メモリ32の読み出し領域が選
定されて決定される。波形メモリ32は分周器3
1の出力、一般にAD変換器18と同期した同一
周波数のクロツクで読み出される。このため分周
器31の出力がスイツチ33を通じて波形メモリ
32内のアドレスカウンタへ供給され、このアド
レスカウンタが歩進される。スイツチ33を切換
えて雑音発生器40からランダムパルスを波形メ
モリ32へ供給して雑音信号を読み出すこともで
きる。
On the other hand, the waveform memory 32 stores digital values obtained by sampling each point of a multiple sine wave waveform,
Various signal waveforms are stored, such as a frequency sweep signal, such as a swept sine wave signal whose frequency changes from F 0 to F 1 , and which waveform signal to read out is determined by the CPU 26 via the bus 25 .
That is, the readout area of the waveform memory 32 is selected and determined according to the signal mode given from the FFT analysis device 14. Waveform memory 32 is frequency divider 3
1 output, which is generally read out with a clock of the same frequency synchronized with the AD converter 18. Therefore, the output of the frequency divider 31 is supplied to the address counter in the waveform memory 32 through the switch 33, and this address counter is incremented. It is also possible to read out the noise signal by switching the switch 33 and supplying random pulses from the noise generator 40 to the waveform memory 32.

波形メモリ32より読み出された信号はアナロ
グ信号に変換され、乗算器34を通じ、更にスイ
ツチ35を通じてレベル調整器36へ供給され
る。レベル調整器36はCPU26によりバス2
5を通じて、レベルがFFT解析装置14より与
えた大きさに応じて設定される。その設定された
レベルを持つた試験信号が端子37より出力さ
れ、これが第1図の測定対象12に与えられる。
単一正弦波信号を発生する場合においては正弦波
メモリ38が分周器31の出力クロツクで読み出
される。正弦波メモリ38から発生する正弦波信
号の周波数はバス25を通じてCPU26より設
定される。この読み出された正弦波信号はスイツ
チ39を通じ更にスイツチ35を通じてレベル設
定器36に供給される。またこの正弦波信号は乗
算器34で波形メモリ32から読み出された信号
と乗算することができる。この試験信号発生器
は、FFT解析装置14から与えられたデータに
応じてその指定されたモードの試験信号を指定さ
れた周波数範囲内において発生することができ
る。
The signal read from the waveform memory 32 is converted into an analog signal, and is supplied to a level adjuster 36 through a multiplier 34 and a switch 35. The level adjuster 36 is set to bus 2 by the CPU 26.
5, the level is set according to the magnitude given by the FFT analyzer 14. A test signal having the set level is output from the terminal 37, and is applied to the measurement object 12 in FIG.
In the case of generating a single sine wave signal, the sine wave memory 38 is read out by the output clock of the frequency divider 31. The frequency of the sine wave signal generated from the sine wave memory 38 is set by the CPU 26 via the bus 25. This read sine wave signal is supplied to a level setter 36 through a switch 39 and further through a switch 35. Further, this sine wave signal can be multiplied by a signal read out from the waveform memory 32 in a multiplier 34. This test signal generator is capable of generating a test signal of a specified mode within a specified frequency range according to data given from the FFT analysis device 14.

先に述べたようにAD変換器18の入力レベル
をそのAD変換器の変換動作が最適となるよう
に、つまり最も有効な変換データが得られるよう
に制御する。そのためにFFT解析装置14に入
力された信号レベルが大き過ぎた場合を検出する
ようになれる。例えば第6図に示すように可変利
得増幅器16内において差動入力信号は抵抗器4
1,42を通じて増幅器43の共通の入力端子に
与えられ、増幅器43の出力が比較器44におい
て基準電源45の基準電圧と比較され、この同相
雑音成分がある程度以上大きい場合は比較器44
の出力が高レベルとなるように構成されている。
更に可変利得増幅器16の出力が比較器46に分
岐供給され、この増幅出力と基準電源47の基準
電圧とが比較され、増幅出力がAD変換器18に
おける最大変換レベルよりも大きいレベルの場合
は比較器46の出力が高レベルとなるようにされ
ている。AD変換器18の変換出力はデジタル比
較器48に分岐供給され、レジタル49内のしき
い値と比較され、AD変換器18の出力がオーバ
ーフローしているようなデータの場合は比較器4
8より高レベルが生じる。
As described above, the input level of the AD converter 18 is controlled so that the conversion operation of the AD converter is optimized, that is, the most effective conversion data is obtained. Therefore, it is possible to detect when the signal level input to the FFT analysis device 14 is too large. For example, as shown in FIG.
1 and 42 to a common input terminal of an amplifier 43, and the output of the amplifier 43 is compared with a reference voltage of a reference power supply 45 in a comparator 44. If this common mode noise component is larger than a certain level, the output of the amplifier 43 is applied to a common input terminal of an amplifier 43.
is configured so that the output is at a high level.
Furthermore, the output of the variable gain amplifier 16 is branched and supplied to a comparator 46, and this amplified output is compared with the reference voltage of a reference power supply 47. If the amplified output is at a level higher than the maximum conversion level in the AD converter 18, the comparison is made. The output of the device 46 is set to a high level. The conversion output of the AD converter 18 is branched to a digital comparator 48 and compared with a threshold value in a register 49. If the output of the AD converter 18 is overflowing data, the comparator 48
Levels higher than 8 occur.

AD変換器18の変換出力は例えば12ビツトで
あり、並列ビツト出力線52中の最上位より12ビ
ツトがAD変換出力に用いられる。一方比較器4
4,46,48の各出力はオア回路51を通じて
AD変換器の出力線52の最下位ビツトに入力さ
れている。従つて入力信号レベルや雑音が大き過
ぎるとバツフアメモリ19に入力されたデータ中
の最下位ビツトが論理1となつており、FFT解
析器21でバツフアメモリ19を読み出してその
最下位ビツトが1の場合は入力信号が大き過ぎた
と判定して可変利得増幅器16の利得を一定値、
例えば10db低下させる。
The conversion output of the AD converter 18 is, for example, 12 bits, and the most significant 12 bits of the parallel bit output line 52 are used for the AD conversion output. On the other hand, comparator 4
Each output of 4, 46, 48 is passed through an OR circuit 51.
It is input to the least significant bit of the output line 52 of the AD converter. Therefore, if the input signal level or noise is too large, the least significant bit in the data input to the buffer memory 19 will be a logic 1, and when the FFT analyzer 21 reads out the buffer memory 19 and the least significant bit is 1, It is determined that the input signal is too large and the gain of the variable gain amplifier 16 is set to a constant value.
For example, lower it by 10db.

このレンジ設定操作は例えば第7図に示したよ
うに行われる。バツフアメモリ19内に所定のデ
ータ数例えば1024個が取込まれると、このFFT
解析器21はバツフアメモリ19をステツプS1
所定数、例えば1024個を取出し、ステツプS2にお
いてそれ迄に可変利得増幅器16の利得を上げる
ことと下げることの両動作をやつたか否かチエツ
クされ、そのような動作を行なつてない場合はス
テツプS3においてその読み出したデータの各最下
位ビツトが1かどうか、つまりオーバーフローし
ているものがあるかどうかチエツクされ、オーバ
ーフローしているものがある場合はステツプS4
可変利得増幅器16の利得を一定量、例えば
10dbだけ低下する。一方ステツプS3において読
み出したデータよりその入力が小さ過ぎるか否か
がチエツクされ、これはそのデータの絶対値の上
位何ビツトかが常に0の場合は入力レベルのデー
タが小さ過ぎると判定され、この場合はステツプ
S6において可変利得増幅器16の利得を一定量、
例えば10dbだけ上昇する。このようなことを繰
り返し、つまり1回行うごとに新たにデータを
1024個とつてそのデータについてオーバーフロー
があるか、小さ過ぎるかをチエツクし何べんか繰
り返した後、或は1回の操作でその入力データの
すべてがオーバーフローもなく過少入力でもない
場合はステツプS7において適切レンジであると判
定し、このレンジに可変利得増幅器16の利得が
設定保持される。尚場合によるとある入力範囲に
おいては利得が大き過ぎたため利得を下げると次
に取込んだデータに対しては利得が小さ過ぎるよ
うになり、ステツプS7に移ることができないよう
な場合がある。即ち利得を上げることと下げるこ
とが共に行われる状態になるとこれがステツプS2
で検出され、その時の過少入力レンジと判定され
た側の利得、つまりステツプS6で過少入力と判定
されて利得を上げた状態の利得にステツプS8で設
定される。
This range setting operation is performed, for example, as shown in FIG. When a predetermined number of data, for example 1024, is loaded into the buffer memory 19, this FFT
The analyzer 21 extracts a predetermined number, for example 1024, from the buffer memory 19 in step S1 , and checks in step S2 whether or not the gain of the variable gain amplifier 16 has been both increased and decreased. If such an operation is not performed, it is checked in step S3 whether each least significant bit of the read data is 1, that is, whether there is any overflow, and if there is overflow, it is checked. In step S4 , the gain of the variable gain amplifier 16 is set to a fixed amount, e.g.
Decreased by 10db. On the other hand, in step S3 , it is checked whether the input is smaller than the read data, and if the upper bits of the absolute value of the data are always 0, it is determined that the input level data is too small. In this case, step
At S6 , the gain of the variable gain amplifier 16 is set to a certain amount,
For example, it increases by 10db. This process is repeated, that is, new data is generated each time.
After checking whether there is overflow or too small input data for 1024 items and repeating it several times, or if all of the input data is neither overflow nor underinput in one operation, go to step S. 7 is determined to be an appropriate range, and the gain of the variable gain amplifier 16 is set and held in this range. Note that in some cases, the gain is too large in a certain input range, so if the gain is lowered, the gain becomes too small for the next captured data, making it impossible to proceed to step S7 . In other words, when the gain is increased and decreased at the same time, this is the step S2 .
In step S8 , the gain is set to the gain of the side determined to be in the under-input range at that time, that is, the gain determined to be under-input in step S6 and the gain increased.

次にこの発明による装置の動作を説明する。第
8図に示すようにまずステツプS1で測定全帯域
F0乃至Foを、雑音信号或は多重正弦波信号を測
定対象12に与えて測定する。これにより第4図
に示したような大まかな伝達関数特性を得て周波
数に対するレベル変化が急峻な部分となだらかな
部分とに分け、この図においてはF0乃至F1の領
域とF1乃至F2の領域とF2乃至Foの領域との三つ
に分けてそれぞれの領域に対して発生すべき試験
信号を例えば第9図に示すようにF0乃至F1及び
F2乃至Foは雑音信号とし、F1乃至F2の領域は単
一正弦波信号とし、各発生する信号の振幅をV1
V2,V3とし、また正弦波信号についてはその正
弦波の周波数の変化幅Δを例えばFo/400とする。
Next, the operation of the apparatus according to the present invention will be explained. As shown in Figure 8, first, in step S1 , the entire measurement band is measured.
F 0 to F o are measured by applying a noise signal or a multiple sine wave signal to the measurement object 12 . As a result, a rough transfer function characteristic as shown in Fig. 4 is obtained, and the level change with respect to frequency is divided into a steep part and a gentle part. For example , as shown in FIG .
F 2 to F o are noise signals, F 1 to F 2 are single sine wave signals, and the amplitude of each generated signal is V 1 ,
V 2 and V 3 , and for a sine wave signal, the frequency change width Δ of the sine wave is, for example, F o /400.

ここで400はFFT解析器の解析線スペクトラム数
である。このような試験データをFFT解析装置
14に設定する。またこの時rを1に設定し、こ
れよりステツプS3において指定領域r1である周波
数F0乃至F1の領域についての試験測定を行い、
その測定後ステツプS4においてrを+1し、ステ
ツプS5においてそのrが領域数R、つまりこの例
においては三つの領域に分けたからR=3よりも
大であるか否か判定され、大でない場合はステツ
プS3に戻つて次の指定領域、即ちこの例では2番
目の指定領域F1乃至F2の領域に対する測定を行
う。
Here, 400 is the number of analysis line spectra of the FFT analyzer. Such test data is set in the FFT analysis device 14. Also, at this time, r is set to 1, and from this point, in step S3 , a test measurement is performed for the frequency range F0 to F1 , which is the designated region r1,
After the measurement, r is incremented by 1 in step S 4 , and in step S 5 it is determined whether or not r is greater than the number of regions R, that is, in this example, since it is divided into three regions, R = 3. If so, the process returns to step S3 and measurements are performed on the next specified area, that is, the second specified area F1 to F2 in this example.

指定領域r=1のように雑音信号を用いて測定
する場合第10図に示すようにFFT解析装置1
4から必要な試験データ、即ち周波数領域がF0
乃至F1であつて、発生する試験信号が雑音信号、
更に振幅がV1であることを示すデータが試験信
号発生器11に供給される。これに基づいて試験
信号発生器11はステツプS2において第5図にお
いてスイツチ33を雑音信号源40側に切換えてこ
れにより雑音信号によつて波形メモリ32を読み
出し、その波形メモリ32の出力は乗算器34を
通じ、スイツチ35を通じてレベル設定器36に
供給され、レベル設定器36でV1のレベルに設
定されて試験信号を出力する。スイツチ39はオ
フとされる。
When measuring using a noise signal such as in the designated area r=1, the FFT analysis device 1 is used as shown in Figure 10.
The test data required from 4, i.e. the frequency domain is F 0
to F 1 , and the generated test signal is a noise signal,
Furthermore, data indicating that the amplitude is V 1 is supplied to the test signal generator 11 . Based on this, the test signal generator 11 switches the switch 33 to the noise signal source 40 side in FIG . The signal is supplied to a level setter 36 through a switch 35 through a switch 34, and is set to the level of V1 by the level setter 36 to output a test signal. Switch 39 is turned off.

この試験信号を受信してFFT解析装置14に
おいては先に第6図及び第7図について述べたよ
うにAD変換器18の変換特性が最良となるよう
にその入力側をレベルを設定すべく可変利得増幅
器16の利得を制御する。その後ステツプS4にお
いてその設定したレベルにおいてFFT解析を行
う。この測定が例えばk回行つてその平均を先に
述べたようにとる。このようにして一つの設定領
域に対する測定が行われると次の指定領域、この
例ではF1乃至F2の領域に対する測定となるが、
この場合における測定は例えば第11図に示すよ
うに行う。
Upon receiving this test signal, the FFT analyzer 14 changes the level of the input side of the AD converter 18 so that the conversion characteristics of the AD converter 18 are the best, as described above with reference to FIGS. 6 and 7. Controls the gain of gain amplifier 16. Thereafter, in step S4 , FFT analysis is performed at the set level. This measurement is performed k times, for example, and the average is taken as described above. When the measurement for one set area is performed in this way, the next designated area, in this example, the area from F 1 to F 2 , is measured.
Measurement in this case is performed, for example, as shown in FIG.

即ちステツプS1で領域がF1乃至F2、試験信号
が単一正弦波、、振幅がV2、周波数変化がFo/400で あることをそれぞれ示す試験データを試験信号発
生器11へ転送する。ステツプS2においてこの指
定領域における最低周波数F1をF1に設定し、ス
テツプS3で試験信号発生器11より信号を発生す
る。この場合第5図においてスイツチ39をオン
とし、スイツチ35をスイツチ39側に切換え
る。正弦波メモリ38においてF1の周波数を発
生するように設定する。従つて最初においては周
波数F1の正弦波が発生し、これが出力され、こ
の正弦波信号に基づいてステツプS4において、最
適感度になるようにレベル設定が行われる。その
後周波数F1の正弦波についてステツプS5でFFT
解析を行い、ステツプS6で周波数FiにΔを加算
してFiとし、このFiが指定領域の最高周波数F2
り大きいか否かステツプS7でチエツクされ、小さ
い場合はステツプS3に戻り、これよりF1+Δの
周波数の正弦波信号を発生する。このようにして
順次Δ高い周波数の正弦波信号を発生すると共
にその都度感度設定が最適になるように設定して
FFT解析を行い、かつその解析の際には最適設
定レベルにおいて複数回データをとつてFFT変
換出力を平均する。発生する単一正弦波の周波数
Fiが指定領域の最高周波数F2よりも大きくなると
指定領域における単一正弦波による試験を終了す
る。
That is, in step S1 , test data indicating that the region is F1 to F2 , the test signal is a single sine wave, the amplitude is V2 , and the frequency change is F o /400 is transferred to the test signal generator 11. do. In step S2 , the lowest frequency F1 in this designated area is set to F1 , and in step S3 , a signal is generated from the test signal generator 11. In this case, the switch 39 is turned on in FIG. 5, and the switch 35 is switched to the switch 39 side. The sine wave memory 38 is set to generate the frequency F1 . Therefore, initially, a sine wave of frequency F1 is generated and output, and based on this sine wave signal, level setting is performed in step S4 to obtain the optimum sensitivity. Then perform FFT on the sine wave of frequency F 1 in step S 5 .
The analysis is performed, and in step S6 , Δ is added to the frequency F i to obtain F i.In step S7 , it is checked whether this F i is greater than the highest frequency F2 in the specified area, and if it is smaller, the process is continued in step S3. , and from this a sine wave signal with a frequency of F 1 +Δ is generated. In this way, a sine wave signal with a higher frequency is sequentially generated, and the sensitivity setting is set to be optimal each time.
Perform FFT analysis, and during the analysis, take data multiple times at the optimal setting level and average the FFT conversion output. Frequency of single sine wave generated
When F i becomes greater than the highest frequency F 2 in the specified area, the test with a single sine wave in the specified area is terminated.

この例においては次には周波数F2乃至Foの領
域の測定に移るが、その場合には第10図と同様
の動作で試験を行う。測定周波数範囲を分けてそ
の各領域に対する試験信号の発生は例えば第4図
の例において周波数F0乃至F1の領域及び周波数
F2乃至Foの領域に対しては周波数掃引正弦波信
号を発生するようにしてもよい。或はこれらの領
域のすべてを周波数掃引正弦波信号を発生するよ
うにし、例えば第12図及び第13図に示すよう
に周波数F0乃至F1の領域ではΔ1=40Hzの間周波
数を掃引する信号を発生し、次にΔ1だけ加算し
た周波数F0+Δ1乃至F0+2Δ1の範囲内の周波数
を掃引する正弦波信号を発生し、周波数領域F1
乃至F2については掃引信号幅Δ2を小さく、例え
ば4Hz程度にしてゆつくりした掃引信号で測定
し、更に周波数領域F2乃至Foについて掃引幅Δ3
=100Hzのように大きな掃引幅で測定するように
してもよい。また測定範囲を雑音信号或は多重正
弦波で測定し、その後周波数領域が変化の激しい
範囲例えば先の例ではF1乃至F2の範囲内におい
てのみ単一正弦波や遅い速度の周波数掃引正弦波
で測定し、その部分の測定データを、前の多重正
弦波や雑音信号を用いたデータの替りに使用する
ようにしてもよい。
In this example, next we move on to measurement in the frequency range F 2 to F o , in which case the test is performed in the same manner as in FIG. 10. For example, in the example of Fig. 4 , the measurement frequency range is divided and a test signal is generated for each region.
A frequency swept sine wave signal may be generated for the region from F 2 to F o . Alternatively, all of these regions may be configured to generate frequency-swept sinusoidal signals, for example, as shown in FIGS. 12 and 13, in the frequency F 0 to F 1 region, the frequency is swept between Δ 1 =40 Hz. Generate a signal, then generate a sinusoidal signal that sweeps the frequency within the range of F 0 + Δ 1 to F 0 + 2Δ 1 , which is an addition of Δ 1 , and then sweep the frequency range F 1
For F 2 to F 2 , the sweep signal width Δ 2 is made small, for example, about 4 Hz , and the sweep signal is slowed down .
The measurement may be performed with a large sweep width such as =100Hz. In addition, the measurement range is measured using a noise signal or multiple sine waves, and then a single sine wave or a slow frequency swept sine wave is used only within the range of F 1 to F 2 in the frequency domain where the frequency range changes rapidly. The measurement data of that part may be used in place of the previous data using multiple sine waves or noise signals.

このように周波数領域を分割して測定し、また
その都度感度の最適化を行つているため、解析結
果をその周波数範囲F0〜Foの全体として見るた
めにはレベル補正を行う必要がある。つまり第1
0図のステツプS4及び第11図のステツプS5にお
けるFFT解析処理は第14図に示すように行わ
れる。即ちFFT変換をステツプS1で行い、その
解析結果に対してステツプS2で大きさ補正を行
う。この補正は例えば最初に取込んだ周波数領域
F0乃至F1に対して行われたレベルレンジ設定を
基準とし、その時の可変利得増幅器16の利得よ
りも利得を大きくした場合の周波数領域のFFT
変換出力については、例えば利得を10db大きく
した場合はその各測定周波数成分の大きさを
10db下げ、逆に利得を10db下げた場合はFFT変
換の各周波数成分の大きさを10dbだけ上げる補
正を行う。その後ステツプS3でその補正された各
周波数成分について、それぞれパワースペクトラ
ムGaa,Gbb相互スペクトラムGabの演算が行わ
れる。更に新たなデータを同様にして取込み、即
ち第10図又は第11図の処理を行い、このよう
にして取込んだ複数のデータについて各周波数成
分ごとにステツプS4で平均を求め、つまり平均パ
ワースペクトラム<Gaa><Gbb>、平均相互ス
ペクトラム<Gab>を演算する。更にこの平均ス
ペクトラムよりステツプS5で伝達関数を演算す
る。
In this way, the frequency domain is divided and measured, and the sensitivity is optimized each time, so it is necessary to perform level correction in order to view the analysis results as the entire frequency range F 0 to F o . . In other words, the first
The FFT analysis processing in step S4 in FIG. 0 and step S5 in FIG. 11 is performed as shown in FIG. That is, FFT conversion is performed in step S1 , and size correction is performed on the analysis result in step S2 . This correction can be done, for example, in the frequency domain that was first acquired.
FFT in the frequency domain when the gain is made larger than the gain of the variable gain amplifier 16 at that time, based on the level range setting made for F 0 to F 1
Regarding the conversion output, for example, if the gain is increased by 10db, the magnitude of each measured frequency component is
If the gain is lowered by 10 db, and conversely the gain is lowered by 10 db, the magnitude of each frequency component of the FFT conversion is corrected by increasing it by 10 db. Thereafter, in step S3 , power spectra Gaa and Gbb mutual spectrum Gab are calculated for each of the corrected frequency components. Furthermore, new data is imported in the same manner, that is, the processing shown in FIG . Compute the spectrum <Gaa><Gbb> and the average mutual spectrum <Gab>. Furthermore, a transfer function is calculated from this average spectrum in step S5 .

<効果> 以上述べたようにこの発明によればまず粗く全
測定周波数帯域に対して測定し、その結果を見て
測定結果が急激に変化している附近においては単
一正弦波信号或はゆつくりした周波数掃引信号に
よつて測定することによつて高精度の測定を行う
ことができ、しかも特性の変化が比較的ゆつくり
のなめらかな部分においては雑音信号や多重正弦
波信号或は高速度の掃引信号を用いることによつ
て短かい時間で高い精度の測定を行うことができ
る。従つて全体としては測定時間が短かく、しか
も高い精度の測定を行うことができる。
<Effects> As described above, according to the present invention, first, rough measurements are performed over the entire measurement frequency band, and then, by looking at the results, it is possible to use a single sine wave signal or a signal in the vicinity where the measurement results are changing rapidly. Highly accurate measurements can be made by measuring with the generated frequency sweep signal, and in areas where the characteristics change relatively slowly and smoothly, noise signals, multiple sine wave signals, or high speed signals can be used. By using the sweep signal, highly accurate measurements can be made in a short time. Therefore, the overall measurement time is short and high precision measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はデジタルスペクトルアナライザの測定
系を示すブロツク図、第2図はFFT解析装置の
一部を具体的に示したブロツク図、第3図は
FFT解析の動作例を示す流れ図、第4図は測定
した伝達関数の特性例を示す図、第5図は試験信
号発生器の一例を示すブロツク図、第6図はオー
バーフロー検出の一例を示すブロツク図、第7図
は最適レベルレンジに設定する動作例を示す流れ
図、第8図はこの発明によるスペクトルアナライ
ザの動作例を示す流れ図、第9図はその試験信
号、周波数領域の設定例を示す図、第10図及び
第11図はそれぞれ各指定領域に対する動作例を
示す流れ図、第12図は他の試験信号の割当てデ
ータを示す図、第13図はその第12図に対応し
た周波数特性の割当てを示す図、第14図は第1
0図のステツプS4、第11図のステツプS5
FFT解析の動作例を示す流れ図である。 11…試験信号発生器、12…測定対象、14
…FFT解析装置、16…可変利得増幅器、17
…低域波器、18…AD変換器、19…バツフ
アメモリ、21…FFT解析器、22…表示器。
Figure 1 is a block diagram showing the measurement system of the digital spectrum analyzer, Figure 2 is a block diagram specifically showing a part of the FFT analysis device, and Figure 3 is a block diagram showing the measurement system of the digital spectrum analyzer.
A flowchart showing an example of FFT analysis operation, Figure 4 is a diagram showing an example of the characteristics of the measured transfer function, Figure 5 is a block diagram showing an example of a test signal generator, and Figure 6 is a block diagram showing an example of overflow detection. 7 is a flowchart showing an example of operation for setting the optimum level range, FIG. 8 is a flowchart showing an example of operation of the spectrum analyzer according to the present invention, and FIG. 9 is a flowchart showing an example of setting the test signal and frequency domain. , FIG. 10 and FIG. 11 are flowcharts showing operation examples for each designated area, FIG. 12 is a diagram showing assignment data of other test signals, and FIG. 13 is a diagram showing frequency characteristic assignment corresponding to FIG. 12. Figure 14 shows the first
Step S4 in Figure 0, Step S5 in Figure 11
2 is a flowchart showing an example of operation of FFT analysis. 11...Test signal generator, 12...Measurement object, 14
...FFT analysis device, 16...Variable gain amplifier, 17
...Low frequency converter, 18...AD converter, 19...Buffer memory, 21...FFT analyzer, 22...Display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 試験信号発生器からの試験信号を測定対象へ
供給し、その測定対象からの信号をAD変換器で
デジタル信号に変換し、そのデジタル信号を高速
フーリエ変換して解析を行うデジタルスペクトル
アナライザにおいて、上記試験信号発生器は異な
る周波数間隔の複数周波数成分の同時発生か、順
次発生かにより種別される複数の種類の試験信号
を選択的に発生できるように構成され、測定用周
波数範囲を複数の領域に分割すると共にその各領
域において発生すべき試験信号の種類を設定する
試験信号設定手段と、その設定手段により設定さ
れて各周波数領域に対応した設定試験信号を上記
試験信号発生器から発生させる手段と、その発生
した各試験信号に応じて上記AD変換器で最適変
換が得られるようにAD変換器の入力レベルレン
ジを設定するレベル設定手段とを具備するデジタ
ルスペクトルアナライザ。
1. In a digital spectrum analyzer that supplies a test signal from a test signal generator to a measurement target, converts the signal from the measurement target into a digital signal with an AD converter, and performs fast Fourier transform on the digital signal for analysis. The above test signal generator is configured to be able to selectively generate multiple types of test signals that are classified based on whether multiple frequency components at different frequency intervals are generated simultaneously or sequentially, and the frequency range for measurement is divided into multiple regions. a test signal setting means for setting the type of test signal to be generated in each frequency region; and means for causing the test signal generator to generate a set test signal set by the setting means and corresponding to each frequency region. and a level setting means for setting the input level range of the AD converter so that the AD converter can perform optimal conversion according to each test signal generated.
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