JPH0552884A - 周波数測定装置および時間測定装置 - Google Patents

周波数測定装置および時間測定装置

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JPH0552884A
JPH0552884A JP21215591A JP21215591A JPH0552884A JP H0552884 A JPH0552884 A JP H0552884A JP 21215591 A JP21215591 A JP 21215591A JP 21215591 A JP21215591 A JP 21215591A JP H0552884 A JPH0552884 A JP H0552884A
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JP
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JP21215591A
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English (en)
Inventor
Koichi Irie
浩一 入江
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】回路規模や測定時間を増大させることなく、周
波数測定や時間測定の高精度化を実現することである。 【構成】本発明の周波数測定装置は、位相の異なる複数
個の信号を出力できる分周器と、その分周器の出力信号
を計数する複数個のカウンタと、これらのカウンタにゲ
ート信号を与えるゲート信号発生回路と、カウンタの計
数値に演算処理を施す演算回路とを有している。位相の
異なる並列パルス列を各カウンタに入力し、その計数値
の変化状態を利用して測定値を算出するため、パルスの
位相差レベルでの測定が可能となり、分解能を向上でき
る。特殊な回路や測定方法を使わないため、測定時間の
増大を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数測定装置および
時間測定装置に関し、特に、回路規模や測定時間を増大
させることなく高精度の測定を行えるようにした測定装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】周波数測定装置の従来例の一例が図5に
示される。この装置は、分周器300 と周波数測定部400
とからなっている。分周器300 は高速動作が要求される
ためにバイポーラプロセス用いて形成されており、周波
数測定部400 は回路規模が大きいため、集積度が高くか
つ低コストのCMOSプロセスを利用して形成されてい
る。
【0003】この周波数測定部400 は、カウンタ410
と、レジスタ420 と、演算回路430 と、ゲート発生回路
440 で構成されており、ゲート期間T中のクロック数を
カウントし、所定の演算を行って周波数を求めるように
なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5の従来例では、周
波数測定値fCK′=N・(Q/T)となった場合
(N;分周比,Q;計数値,T;ゲート期間)、最高
±N/Tの誤差が生じる。
【0005】このことについて、図6を用いて説明す
る。 T=τ1+τ2+(Q−1)(N/fCK)である。
したがって、 fCK={(Q−1)N}/{T−(τ1+τ2)}
である。 ここで、0<τ1+τ2<(2N/fCK)より、 {(Q・N)/T}−(N/T)<fCK<{(Q
・N)}/T+(N/T)となる。 したがって、 fCK′=(Q・N)/Tとすれば、最高で±N/T
の誤差が存在することになる。
【0006】これを小さくして高精度にするには、Tを
大きくするか、またはNを小さくする必要がある。しか
し、この場合、測定速度か周波数範囲のどちらかを犠牲
にしなければいけないという問題点がある。
【0007】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的は、回路規模や測定時間を増
大させることなく、測定の高精度化を実現することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の周波数測定装置
は、位相の異なる複数個の信号を出力できる分周器と、
その分周器の出力信号を計数する複数個のカウンタと、
これらのカウンタにゲート信号を与えるゲート信号発生
回路と、カウンタの計数値に演算処理を施す演算回路と
を有している。
【0009】また、本発明の時間測定装置は、位相の異
なる複数個の信号を出力できる分周器と、その分周器の
出力信号を計数する複数個のカウンタと、カウンタの計
数値に演算処理を施す演算回路とを有している。
【0010】
【作用】位相の異なる並列パルス列を各カウンタに入力
し、その計数値の変化状態を利用して測定値を算出する
ため、パルスの位相差レベルでの測定が可能となり、分
解能を向上できる。特殊な回路や測定方法を使わないた
め、測定時間の増大を抑制できる。
【0011】また、典型的なディジタル回路の付加によ
り実現できるため、IC化にも適用でき、測定回路が大
規模なものにならない。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 (実施例1)図1は本発明の一実施例の構成を示す図で
ある。本実施例は、位相が異なる複数のパルス列を並列
に出力するN分周器(出力数;2N,周波数;fCK
N,位相遅れ;mπ/2N(m=0, ・・,2N-1)) 100 と、カ
ウンタ(0) 〜(2N-1)と、レジスタ(0) 〜(2N-1) と、演
算回路200 と、ゲート発生回路300 とを有している。
【0013】分周器100 は、図2に示すように、T型フ
リップフロップ110 〜160 をツリー状に接続(すなわ
ち、カスケード接続)して構成される。次に、図3を用
いて、本実施例の動作を説明する。N分の1分周器100
は前述したように、周波数が等しく(fCK/N)、位
相の異なる(位相遅れ:mπ/2N,ただし、m=0,・
・,2N-1)2N個の信号を出力する。
【0014】この分周器100 の出力信号(パルス列)
は、2N個のカウンタ(0)〜(2N-1)により計数され、レジ
スタ(0)〜(2N-1)にラッチされる。これらのカウンタお
よびレジスタには、ゲート発生回路から共通のゲート信
号(カウンタに対しては計数開始タイミングを与え、レ
ジスタに対しては計数値のラッチタイミングを与える)
が供給される。演算回路200 は、各レジスタの計数値に
適当な演算処理を施して、周波数測定値fCK′を得
る。
【0015】以下、この周波数測定値fCK′の精度に
ついて考察する。図3に本実施例における、ゲート信号
と2N個のカウンタの入力信号のタイミングチャートを示
す。本実施例では、入力パルスの位相遅れが大きくなる
と、それまでカウントされなかった前端のパルス(一つ
前のパルス)がゲート期間Tの内部に入り込むため、そ
のカウンタの計数値が“1”増加する。また、位相遅れ
が大きくなると、後端のパルスがゲート期間Tの外に出
てしまうため、そのカウンタの計数値が“1”減少す
る。このため、複数のカウンタのうちの部分的な一群の
計数値は、カウンタ(0) の計数値とは異なることにな
る。
【0016】すなわち、カウンタm(m=1,・・,2N
-1)は、それぞれ周波数が等しく、位相遅れがmに比例
した(mπ/N)入力信号を持つもので、その計数値は
次のような性質をもつことになる。 カウンタ(0)の計数値との差は±1か0 カウンタm相互の計数値の差は、±1か0 上記より、カウンタ(0)の計数値より多い計数
値を持つカウンタと少ない計数値を持つカウンタは同時
に存在しない。 カウンタ(0)より計数値の多い(または少ない)カ
ウンタの番号は必ず連続している。
【0017】カウンタ(0)の最初のトリガ位置はゲー
トの左端からτ1のところにあるが、カウンタmでは、
以下のようになる。 τ1+(N/fCK)・(mπ/2πN)=τ1+(m
/2fCK),(m=1〜2N-1) これが、N/fCKを越える
と、一つ前のパルスも計数される(計数値1増加)。
【0018】また、カウンタ(0) の最後のトリガ位置は
ゲートの右端からτ2のところにあるが、カウンタmで
は、以下のようになる。 τ2−(N/fCK)・(mπ/2πN)=τ2−(m
/2fCK),(m=1〜2N-1) これが“0”より小さくな
ると、一番最後のパルスが計数されない(計数値1減
少)。以上より、カウンタmの計数値により、τ1+τ
2は次のように分類される。
【0019】(a)カウンタ(0) より計数値の多いカウ
ンタmが存在する場合 カウンタi+1から(0≦i≦2N-2) 、カウンタi+K
(1≦k≦2N-1-i) までK 個のカウンタの計数値がカウ
ンタ(0) の計数値より多くなったとすると、 τ1+(i/2fCK)<(N/fCK)<τ1+
{(i+1)/(2fCK)} よって、 {(2N-i-1) /(2fCK)}<τ1<{(2N-i) /
(2fCK)} また、後端に関しては、 {τ2−(i+K +1)/(2fCK)}<0<{τ2
−(i+K )/(2f )}が成立する。 よって、 {(i+K)/(2fCK)}<τ2<{(i+K +1)
/(2fCK)} よって、 {(2N+K −1)/2fCK}<τ1+τ2<{(2N+
K +1)/(2fCK)} となる。
【0020】(b)カウンタ(0) より計数値の少ないカ
ウンタmが存在する場合 カウンタ(i+1)から(0≦i≦2N-2) 、カウンタi
+K (1≦K≦2N−1−i)までK 個のカウンタの計数
値が、カウンタ(0) の計数値より少なかったとすると、
以下のようになる。
【0021】τ1+{(i+K )/2fCK)}<(N
/fCK)<τ1+{(i+K +1)/(2fCK)} よって、 {(2N-i-K-1) /(2fCK)}<τ1<{(2N-i-K)
/(2fCK)} また、後端に関しては、 {τ2−(i+1)/(2fCK)}<0<{τ2−
(i)/(2fCK)}が成立する。 よって、 {i/(2fCK)}<τ2<{(i+1) /(2f
CK)} よって、 {(2N−K −1)/(2fCK)}<τ1+τ2<
{(2N−K +1)/(2f )}となる。
【0022】(C)2N個のカウンタの計数値がすべて等
しい場合 上述の(a),(b)以外の場合であり、 {(2N−1)/(2fCK)}<τ1+τ2<{(2N+
1)/(2fCK)}となる。
【0023】したがって、以上の3つの場合をまとめる
と、次のようになる。 (2N+SK−1)/(2fCK)<τ1+τ2<(2N+SK
+1)/(2fCK)・・・ 但し、 K(0 ≦K ≦2N-1) ;カウンタ(0) と計数値の異なるカウ
ンタの個数 S ;カウンタ(0) より計数値の多いカウンタが存在する
場合は“1”,カウンタ(0) より計数値の少ないカウン
タが存在する場合は“−1”,2N個のカウンタの計数値
がすべて等しい場合は、K =0であるため、任意であ
る。
【0024】計数時間をT,カウンタ(0)の計数値をQ
とすると、 T=τ1+τ2+(Q−1)・(N/fCK)であ
る。したがって、 fCK=N(Q−1)/{T−(τ1+τ2)}・・
・ である。
【0025】ここで、上述の式(τ1+τ2)を式
に代入すると、 (QN)/T+{(SK-1)/(2T)}<fCK
(QN)/T+{(SK+1)/(2T)}・・・ となる。すなわち、 {(QN)/T}+(SK/2T)−(1/2T)<f
CK<{(QN)/T}+(SK/2T)+(1/2
T)・・・ したがって、測定値をfCK′={(QN)/T}+
(SK/2T)とすると、誤差は最高、±(1/2T)と
なる。これは、従来例の1/2Nであり、測定精度を向
上できる。
【0026】なお、カウンタ(0) は、計数値がオーバー
フローしないように、十分なビット数が必要であるが、
カウンタmはQと計数値を比較するためだけにあり、
計数値の差はたかだか±1であるため、2ビットで十分
である。
【0027】本実施例を、例えば、PLLを用いた周波
数シンセサイザ回路のプリチューン用カウンタに用いる
と、短時間に、精度よく設定周波数の近傍(ロックイン
レンジ)に引き込むことができ、便利である。
【0028】(実施例2)図4は本発明の第2の実施例
の構成を示す図である。本実施例は、周波数一定のクロ
ックを用いて入力ゲート信号の時間幅Tを測定する時間
測定装置(積分型A/D変換器などに用いられる)を構
成したものである。
【0029】第1の実施例と異なるのは、基準クロック
CKを分周器100 に入力すること、測定対象であるゲ
ート信号を直接にカウンタおよびレジスタに入力するこ
とである。
【0030】本実施例において、T=τ1+τ2+(Q
−1)(N/fCK)である。 ここで、(2N+SK−1)/(2fCK)<τ1+τ2<
(2N+SK+1)/(2f CK)より、 {(QN)/fCK}+{(SK-1)/2fCK}<T
<(QN)/fCK+{(SK+1)/2fCK}とな
る。 したがって、T′={(QN)/fCK}+{SK/
(2fCK)}とすると、 誤差は、最高で±1/(2fCK)となる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、周波数測
定装置の周波数測定部に複数個のカウンタを設け、それ
らのカウンタに位相の異なる周波数信号を入力し、計数
値に演算処理を施すことにより、測定時間を増加させる
ことなく、測定誤差を1/(2N)に低減することがで
きた。また、付加した回路は、すべてディジタル回路で
あるため、小型化・IC化にも対応できる効果がある。
【0032】また、同様に、測定時間を増加させること
なく、装置の大型化を招くことなく、時間測定装置の測
定精度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数測定装置の一実施例の構成を示
す図である。
【図2】分周器の構成例を示す図である。
【図3】図1の実施例の動作を示すタイミングチャート
である。
【図4】本発明の時間測定装置の一実施例の構成を示す
図である。
【図5】従来例の構成を示す図である。
【図6】図5の従来例の、動作および問題点を説明する
ためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
100 分周器 110 〜160 T型フリップフロップ 200 演算回路 300 ゲート発生回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数を測定すべきパルス信号を入力と
    し、この入力を分周し、クロック位相の異なる複数のパ
    ルス信号を並列に出力する分周器と、 この分周器から並列に出力される前記パルス信号のそれ
    ぞれを入力とし、その入力パルス数を計数する複数のカ
    ウンタと、 これらの複数のカウンタにゲート信号を供給するゲート
    信号発生回路と、 前記複数のカウンタの各計数値に所定の演算処理を施
    し、パルス信号の周波数を特定して出力する演算回路と
    を有することを特徴とする周波数測定装置。
  2. 【請求項2】 一定周波数のクロック信号が入力され、
    この入力を分周し、クロック位相の異なる複数のパルス
    信号を並列に出力する分周器と、 測定すべき時間幅を有するパルス信号がゲート信号とし
    て供給され、また、前記分周器から並列に出力されるパ
    ルス信号のそれぞれが入力され、前記ゲート信号の入力
    タイミングから入力パルス数の計数を開始する複数のカ
    ウンタと、 この複数のカウンタの各計数値に所定の演算処理を施
    し、パスル信号の時間幅を特定して出力する演算回路と
    を有することを特徴とする時間測定装置。
JP21215591A 1991-08-23 1991-08-23 周波数測定装置および時間測定装置 Pending JPH0552884A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011106832A (ja) * 2009-11-12 2011-06-02 Netcomsec Co Ltd 周波数測定装置
DE102010027829A1 (de) * 2010-04-15 2011-10-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Oszillationen eines Oszillators

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011106832A (ja) * 2009-11-12 2011-06-02 Netcomsec Co Ltd 周波数測定装置
DE102010027829A1 (de) * 2010-04-15 2011-10-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Oszillationen eines Oszillators

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