JPH0448271A - 周波数変化測定装置 - Google Patents

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、加えられたトリガ信号を起点として、周波数
が変化する信号を出力する信号源の出力の時間二周波数
特性を測定する装置に関するものである。

〈従来の技術〉 周波数を測定する手段として、周波数カウンタが知られ
ている。周波数カウンタは、被測定信号の周期Ｔｘに応
じた期間、ゲートを開いて、内蔵する基準タロツク発生
器から得た一定周期Ｔｃ（既知）のクロック信号を計数
する。その計数値をＮとすると、（１）式の関係がある
６ Ｔｘ＝Ｔｃ−Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　（１）
このように測定した被測定信号の周期ＴＸより、周波数
ｆＸ（＝１／Ｔｘ）を算出している９周波数カウンタに
よっては、被測定信号の周期Ｔｘのｍ倍の期間ゲートを
開いて、タロツク信号を計数するものもある。この場合
、 ｍ　−Ｔｘ＝ｍ　−Ｔｃ−Ｎ　　　　　　　　　　　（
２）の関係があり、両辺をｍで除算すると（１）式と同
様な周波数測定結果が得られる。なお、（１）式及び（
２）式の周期ＴＸは、厳密な意味で言うと、タロツク周
期Ｔｃの整数倍にならず、端数の時間■＾があるため、 Ｔｘ＝Ｔｃ−Ｎ＋Ｔ八　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（３）であり、このＴＡを測定して
、より精密に周波数を測定する周波数カウンタもあるが
、ここでは発明の趣旨と外れるので、その説明を省略す
る。

このような従来の周波数カウンタを単に用いた測定シス
テムでは、周波数が刻々と変化する信号の、（時間二側
波数）の関係を正確に測定することができない、その理
由を以下に説明する。

まず、周波数が刻々と変化する信号の例を説明する。

ｔ　圧制御Ｘ１発振器（以下、ｖＣＯト記す、　ＶＣＯ
：ｖｏｌｔａｇｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｏｓｃｉｌ
ｌａｔｏｒ）は、加えられた制御電圧に応じた周波数の
信号を出力するものである。

第４図は、ｖＣＯへ加えた制御電圧波形ｆａ）と、ｖＣ
Ｏの出力周波数の推移（ｂ）の関係を示した図であり、
横軸は時間軸である。即ち、ｖＣＯへ第４図（ａ）のよ
うなステップ状の制御Ｘ！電圧ｖＯ→ｖ１→ｖ２→ν３
・・・を加えた場合、制ｍ電圧に応じてｖＣＯの出力周
波数は、ｆＯ→ｆ１→ｆ２→ｆ３・・・と変化する。一
般に、ｖＣＯの出力周波数は、第４図［ｂ）のように固
有の応答特性をもって推移する。従って、ＶＣＯへ加え
る制御電圧の変化（周波数）を速くすると、制御電圧が
成る周波数以上の高周波領域で、ｖＣＯが応答できなく
なる。応答特性は、ｖＣＯの性能を判断する重要な特性
であり、（時間二側波数）特性を測定したいと言う要望
がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、周波数カウンタを単に用いただけの従来測定シ
ステムでは、刻々と変化する周波数応答の特性（例えば
第４図ｆｂ）の特性）を測定することができない。

これを第５図を参照して説明する０周波数カウンタは、
第５図の１回目の測定（測定１）で、この時の被測定信
号（Ｃ）の周期Ｔｘ１だけゲートを開はクロック信号を
計数する。そしてこの期間ＴＸ１で計数したパルス数Ｎ
１を期間Ｂにて演算して、被測定信号の周波数丁×１を
算出する。即ち、１回の周波数測定に（ＴＸ１＋Ｂ）の
時間を必要とする６次に２回目の測定（測定２）では、
この時の被測定信号（Ｃ）の周期ＴＸ２だけゲートを開
け、タロツク信号を計数する。そして（Ｔｘ２千Ｂ）の
時間かけて２回目の測定周波数ｆｘ２が得られる。

以下、３回目以降の測定（測定３．測定４．・・・）を
上述と同様に繰返して行うような測定システムでは、Ｔ
Ｘｌ　、　ＴＸ２　、　Ｔｘ３　、−・・に対応したｆ
ｘｌ　、　ｆｘ２、ｆｘ２　、・・・を測定することに
なり、第５図ｆｃ）に示す信号の　時間二側波数　特性
を正確に測定できない、即ち第５図から明らかなように
、従来の測定システムでは、周波数ｆｘ３の部分を測定
することができない。

言い換えると、被測定信号の周波数の時間変化が測定シ
ステムの測定繰返し周期＜ＴＸ十Ｂ）よりも短い場合、
（時間二側波数）特性を正確に測定することができない
。従って、第４図（ｂ）の波形ら正確に測定することが
できない。

本発明の目的は、被測定信号の周波数の時間変化が測定
システムの測定繰返し周期（Ｔｘ＋Ｂ）よりも短い場合
でも、正確に測定することができる周波数変化測定装置
を提供することである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記課題を解決するなめに トリガ信号を起点として、周波数が変化する被測定信号
を出力する信号源の出力を導入し、この時間二周波数特
性を測定する装置において、一定周期のクロック信号を
出力する基準クロック発生器（４）と、 アーミング信号の直後に発生した被測定信号のエツジを
起点としてゲートを開き、前記クロック信号を計数して
被測定信号の周期に応じた信号を出力する周波数カウン
タ（２）と、 周波数カウンタの出力を格納するメモリ（６）と、トリ
ガ信号と、このトリガ信号に対する発生遅延時間τが毎
回異なるアーミング信号と、を１セットとして繰返し出
力する手段（３，５）と、を備え、トリガ信号毎に、前
記被測定信号の異なる時間位置における周波数を測定す
るようにしたものである。

〈作用〉 前記手段（３，５）からトリガ信号が信号源へＭ４返し
加えられると同時に、トリガ信号に対して発生遅延時間
τ（＝　ｄｌ、ｄ２．ｄ３．・・・）が毎回異なるアー
ミング信号が周波数カウンタに加えられる。従って、（
ｄ２−６１）、　（ｄ３−ｄ２）、・・・を小さく設定
することにより、測定システムの繰返し測定周期（Ｔｘ
十Ｂ　＞より短いサンプリング周期で被測定信号の周波
数値をメモリに取り込むことができる。

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る周波数変化測定装置の構成例を示
す図、第２図は第１図装置の入力信号と各部信号との時
間的関係を示すタイムチャートである。

第１図において、信号源１は、周波数が時間的に変化す
る信号ＳＡ（例えば、第２図ｆｄ）のような波形）を出
力するものであり、例えばＶＣＯのようなものである。

この信号源１は、外部から加えられたトリガ信号を起点
として、前記した信号ＳＡを出力する。

１０は本発明に係る周波数変化測定装置であり、加えら
れた被測定信号ＳＡの　時間：周波数　特性を測定し、
例えば、第４図（ｂ）に示すような波形を表示する装置
である。この周波数変化測定装置１０は、周波数カウン
タ２と、アーミング・ティレイカウンタ３と、基準クロ
ック発生器４と、コントローラ５と、データメモリ６と
、フレームメモリ７と、表示器８とを備えている。

周波数カウンタ２は、被測定信号ＳＡと、タロツク信号
ｃｋと、アーミング信号を導入し、アーミング信号の直
後に発生した被測定信号ＳＡのエツジを起点とし、この
時の被測定信号ＳＡの周期の整数倍ｍに応じた期間ゲー
トを開き、この期間通過したクロック信号ｃｋを計数す
る。そして、この計数値がＮであると、Ｎ　／　ｍの演
算を行い、被測定信号ＳＡの１周期における計数値を算
出する。このような機能の周波数カウンタ２は、所謂レ
シプロカル・カウンタと呼ばれ公知である。この周波数
カウンタ２の動作は、第３図を用いて後述する。

アーミング・デイレイカウンタ３は、コントローラ５か
らトリガ信号と、デイレイ値データを導入するとともに
、基準タロツク発生器４からタロツク信号ＣＫを導入し
、アーミング信号を周波数カウンタ２へ出力するもので
ある。このアーミング信号は、デイレイ値データで指定
された時間τだけトリガ信号に遅れて発生する。

基準クロック発生器４は、一定周期Ｔｃのタロツク信号
ＣＫを周波数カウンタ２とアーミング・デイレイカウン
タ３へ出力する。

コントローラ５は、トリガ信号を信号源１へ、デイレイ
値データをアーミング・デイレイカウンタ３へ、読出し
書込み命令信号（以下、Ｒ／Ｗ信号と言う）と、アドレ
ス信号をデータメモリ６へ加えるとともに、データメモ
リ６がらデータを取り込む。そして更に第２図を表示す
るような画像情報をフレームメモリ７へ書き込む。ここ
でデイレイ値データは、トリガ信号に対するアーミング
信号の遅延量τを指定するデータであり、トリガ信号と
対になってコントローラ５から出力される。

そしてこの遅延量では、毎回異なる値に選ばれる。

このようなコントローラ５は、例えばマ・ｆクロコンピ
ユータを用いることで実現できる。

データメモリ６は、周波数カウンタ２が測定した周波数
データを導入し、これを格納するものである。なお、周
波数データは、被測定信号ＳＡの周波数そのものを示す
データに限定しない。例えば、被測定信号の周期を示す
データでもよい。

フレームメモリ７は、例えば第２図（ｄ）に示すような
波形データ（時間：周波数）の１画面分を格納し、この
ような波形は、例えばＣＲＴで構成される表示器８上に
表示される。

以上のように構成された第１図装置の動作を説明する６
まず、第２図を参照して第１図装置の全体的な動作を説
明する。

信号源１は、コントローラ５からトリガ信号が加えられ
るたびに（第２図（１）参照）、このトリガ信号の発生
を起点として、例えば第２図ｆｄ）に示すような周波数
が時間的に変化する信号を出力する。信号源１は、例え
ば、第２図（ｄ）に示す波形形態（時間二層波数の特性
）を任意に変化させることができる機能を有していても
、本発明により時間：周波数の測定をする際は、トリガ
信号が加えられるたびに、第２図（ｄ）に示す波形を変
化させることなく繰返し出力するものとする。

１回目の周波数測定（以下単に測定と言う）において、
例えばコントローラ５は、デイレイ値データにより、遅
延時間τ−０を指示したとする。

その結果、アーミング・デイレイカウンタ３からは、ト
リガ信号と同時に時刻ｔ１にてアーミング信号１が周波
数カウンタ２へ加えられる（第２図（１）と（２）参照
）９周波数カウンタ２は、アーミング信号が加えられる
と、例えば期間ＡＯにわたりゲートを開き、タロツク信
号を計数する。ここでＡＯは、アーミング信号の発生以
降に加えられた被測定信号ＳＡの周期の整数倍の期間で
ある。このようにして周波数カウンタ２は、期間ＡＯに
てクロック信号ＣＫを計数し、その後、期間Ｂにて、そ
の計数値から周波数Ｆ１を算出する。この周波数値Ｆ１
は、データメモリ６に格納される０以上で１回目の周波
数測定が終了する。

２回目の測定においては、コントローラ５から遅延時間
τ＝ｄ１　　のデータが指示され、コントローラ５から
出力される２発目のトリガ信号の発生から時間ｄ１遅れ
て、アーミング・デイレイカウンタ３から第２図（４）
に示す２発目のアーミング信号２が出力される。周波数
カウンタ２は、２発目のアーミング信号２が加えられる
と、例えば期間Ａ１にわたりゲートを開き、タロツク信
号Ｃにを計数して、その後、期間Ｂにて、その計数値か
ら周波数Ｅ２を算出する。そしてこの周波数値Ｆ２も、
データメモリ６に格納される。

以下、３回目の測定においては、３発目のトリガ信号と
、遅延時間τ＝ｄ２のアーミング信号３が出力され（第
２図（６）＃照）、４回目の測定においては、４発目の
トリガ信号と、遅延時間τ＝ｄ３のアーミング信号４が
出力される。そして、３回目の測定では、第２図に示す
周波数Ｅ３が得られ、４回目の測定では周波数Ｆ４か得
られる。

即ち、第２図のグラフに示す周波数Ｆ１は、期間ｔ１→
ｔ２までの平均の周波数であり、同じく周波数［２は、
期間ｔ２−１３までの平均の周波数であり、周波数Ｆ３
は、期間ｔ３−ｔ４までの平均の周波数である。

このように本発明によれば、トリガ信号の発生時期に対
し、アーミング信号の発生時期を次第に遅らせており、
第２図のグラフの時間軸におけるサンプリング位置を次
第にシフトすることができ、周波数波形曲線（ｄ）の総
べての時間部分において、その周波数値をデータメモリ
６に取込むことができる。

従って、データメモリ６に格納されていた第２図に示す
周波数値Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３．Ｆ４．・・・を、コントロ
ーラで順に読出し、このデータに公知の演算処理を加え
て図形データを得ることができる。そしてこれをフレー
ムメモリ７に書き込み、横軸を時間軸、縮軸を周波数軸
とする図形を表示器８に描くことができる。

なお、このようにして得られた図形は、周波数値が、Ｆ
ｌ、　Ｆ２．　Ｆ３．・・・である階段状のグラフであ
る。

しかし、ｌＦ２．Ｆ３．・−・間を滑らかな線で補間す
る公知の演算をコントローラ５で加えることにより第２
図（ｄ）のような特性曲線を表示することもできる。

上述では本発明の要部動作を説明したが、次に第１図装
置の周波数カウンタ２の周辺における具体的な波形を例
に上げ周波数測定の動作を第３図を参照しながら補足的
に説明する。

■　１回目の測定 コントローラ５からトリガ信号か信号源１に加えられる
たびに、信号源１から例えば第３図（２）に示す周波数
が時間的に変化するパルス状の被測定信号か出力される
とする。１回目の測定において、１発目のアーミング信
号１がトリガ信号より例えば遅延時間τ＝ｄ１で発生す
ると、周波数カウンタ２に内蔵されているり形フリップ
フロップ（第６図参照）のＤ＠子に加えられる内部ゲー
ト信号が“旧ＧＨ”となる（第３図（４）参照）。

この内部ゲート信号のパルス幅は、第１図装置（周波数
カウンタ）の使用者が任意に設定することができ、ここ
では、そのパルス幅は、第３図に示す“ＴＧ”であると
する。第６図に示す周波数カウンタ２のＤ形フリップフ
ロップのＣＫ端子には、被測定信号Ｓ＾が加えられてお
り、第３図（２）の１　に示す被測定信号の立上がりエ
ツジが加えられると、このエツジ時において、Ｄ端子が
“旧ＧＨ”であるから（第３図（４）＃照）、Ｄ形フリ
ップフロップのＱ出力である測定ゲート信号は、“ＨＩ
ＧＨ”となる（第３図（５）＃照）、この測定ゲート信
号が“［叶”となるのは、内部ゲート信号が″［０％”
となった後に、発生した第３図（２）に示す　３の立上
がりエツジ時である。

周波数カウンタ２は、測定ゲート信号が“旧ＧＨ”の期
間に加えられたクロック信号ＣＫと、被測定信号Ｓ＾の
立上がりエツジ数を計数する。その結果、第３図の例で
は、クロック信号ＣＫの計数値Ｎ＝８であり（第３図（
６）参照）、被測定信号ＳＡの計数値ｎ＝３（第３図（
２）参照）である、このように動作した１回目の測定に
おいて、測定ゲート時間は（測定ゲート信号のパルス幅
・・・第３図（５））、被測定信号ＳＡの２周期分であ
る。従って、１回目の測定では、第３図（２）のエツジ
番号１〜３の期間（２周期分）の測定をしたことになり
、２周期でタロツク信号の計数値Ｎ＝８であるから、１
周期当たりの計数値Ｎ１＝８／２＝４　　である。

■　２回目の測定 ２回目の測定において、２発目のアーミング信号２がト
リガ信号より遅延時間τ＝ｄ２で発生すると、これに同
期してＤ形フリップフロップ（第６図）のＤ端子に加え
られる内部ゲート信号が“旧ＧＨ”となる（第３図（８
）参照）。

この内部ゲート信号は、時間ＴＧ後に“［０−”となる
から、Ｄ形フリップフロップの出力である測定ゲート信
号２は、被測定信号の■の立上がりエツジで“旧畦”と
なり、■の立上がりエツジで“ＬＯＷ”となる（第３図
（２）と（９）参照）。

その結果、周波数カウンタ２は、測定ゲート信号２がＨ
ＩＧＨ”の期間に加えられたクロック信号数Ｎ＝１０と
（第３図（６）参照）、被測定信号ＳＡの立上がりエツ
ジ数ｎ＝４を計数する（第３図（２）参照）。

従って、２回目の測定において、測定ゲート時間は、被
測定信号ＳＡの３周期分である。そして、２回目の測定
では、第３図（２）のエツジ番号■〜■の期間（３周期
分）の測定をしたことになり、３周期でタロツク信号の
計数値Ｎ−１０であるがら、１周期当たりの計数値Ｎ２
＝　１０／　３　＝　３．３３　　である。

■　３回目の測定 ３回目の測定も上述と同様であり、３発目のアーミング
信号３がトリガ信号より遅延時間τ＝６３で発生すると
（第３図（１０）参照）、これに同期して内部ゲート信
号が“旧ＧＨ”となる（第３図（１１）参照）。

測定ゲート信号３は、被測定信号の（１）の立上がりエ
ツジで“［Ｇ）ｌ”となり、（６）の立上がりエツジで
“［囲”となる（第３図（２）と（１２）参照）。

その結果、周波数カウンタ２は、測定ゲート信号３が“
ＨＩＧＨ”の期間に加えられたクロック信号数Ｎ＝１１
と（第３図（６）参照）、被測定信号ｓＡノ立上がりエ
ツジ数ｎ＝６を計数する（第３図（２）参照）。

従って、３回目の測定ゲート時開は、被測定信号ＳＡの
５周期分である。そして、３回目の測定では、第３図（
２）のエツジ番号（１）〜（６）の期間（５周期分）の
測定をしたことになり、５周期でクロック信号の計数値
Ｎ＝１１であるがら、１周期当たりの計数値ｒ４２＝　
１１／　５　＝　２．２　　である。

上述のように、１回目の測定では、被測定信号ＳＡの立
上がりエツジ１〜３の間の平均周期ＴＸＩを測定したこ
とになり、その周期ＴＸ１は、ＴＸｌ　＝４　・ＴＣ である。なお、Ｔｃは、タロツク信号の周期である。

また、２回目の測定では、被測定信号ＳＡの立上がりエ
ツジ■〜■の間の平均周期ＴＸ２を測定したことになり
、その周期ＴＸ２は、 ＴＸ２　＝３．３３・Ｔｃ である。

また、３回目の測定では、被測定信号Ｓ＾の立上がりエ
ツジ（１）〜（６）の間の平均周期ＴＸ３を測定したこ
とになり、その周期ＴＸ３は、 ＴＸ３　＝２．２　−　Ｔｃ である。即ち、第３図（２）から分かるように、被測定
信号の総べての時間領域についての周波数を測定するこ
とができる。

く本発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、コントローラ５から
出力するデイレイ値データにより、アーミング信号の発
生間隔（ｄ２−ｄｌ）、　（ｄ３−ｄ２）、・・・を適
切に設定することで、測定システムの繰返し測定周期（
Ｔｘ＋　Ｂ　）より短いサンプリング周期で被測定信号
の周波数値をメモリに取り込むことができ、被測定信号
の総べての時間領域についての周波数を測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る周波数変化測定装置の構成例を示
す図、第２図と第３図は第１図装置の入力信号と各部信
号との時間的関係を示すタイムチャート、第４図と第５
図は従来例を説明するための図、第６図はＤ形フリップ
フロップを示す図である。 ２・・・周波数カウンタ、３・・・アーミング・デイレ
イカウンタ、４・・・基準クロック発生器、５・・・コ
ントローラ、６・・・データメモリ、１０・・・周波数
変化測定装置。 第 図 ｘ４ 第 ［ン１ Ｄ形フリップフロツブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 トリガ信号を起点として、周波数が変化する被測定信号
   を出力する信号源の出力を導入し、この時間：周波数特
   性を測定する装置において、一定周期のクロック信号を
   出力する基準クロック発生器（４）と、 アーミング信号の直後に発生した被測定信号のエッジを
   起点としてゲートを開き、前記クロック信号を計数して
   被測定信号の周期に応じた信号を出力する周波数カウン
   タ（２）と、 周波数カウンタの出力を格納するメモリ（６）と、トリ
   ガ信号と、このトリガ信号に対する発生遅延時間τが毎
   回異なるアーミング信号と、を１セットとして繰返し出
   力する手段（３、５）と、を備え、トリガ信号毎に、前
   記被測定信号の異なる時間位置における周波数を測定す
   るようにした周波数変化測定装置。