JPH0675083B2 - 周波数カウンタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周波数カウンタ、特に発振信号バーストの周
波数を測定する自己アーミング型周波数カウンタ装置に
関する。

〔従来の技術とその問題点〕

通常、周波数カウンタでパルス状信号の周波数を測定す
るには２通りの方法がある。その１つは、連続した入力
信号イベント間に、既知の周波数の基準クロックイベン
ト（パルス）の数を数える方法である。この基準イベン
トの計数値で既知の周波数を割れば求める信号周波数が
得られる。第２の方法は、既知の基準時間内に発生する
入力信号イベントを計数するものである。入力信号の周
波数は、入力イベントの計数値を既知の基準時間で割れ
ば得られる。いずれの場合も、その結果によってデジタ
ル表示器が駆動され、各計数サイクルの終了毎に表示が
更新される。プリスケール周波数カウンタでは、被測定
信号が、まず分周器に入力され、分周器はＮ番目（Ｎは
選択された整数）の信号イベント毎に１個のパルスをカ
ウンタ入力端に対して出力する。周波数カウンタへの入
力信号をプリスケーリングすることにより、低速の周波
数カウンタを用いてより高い周波数の信号バーストを測
定することができる。

アーミング可能な周波数カウンタは、通常、外部回路か
らアーミング信号を受けて動作を開始する。ここでアー
ミング（arming）するとは、入力信号を受け付ける状態
にすることである。つまり、アーミング信号によって、
カウンタが入力信号を受け付ける状態になるのである。
よって、アーミングされている限り、カウンタは、入力
イベントまたは基準イベントを計数し、信号周波数を算
出し、各計数サイクルの終りに表示を更新するという動
作を続ける。アーミング信号がオフされた後、カウンタ
は、通常次の入力信号イベントが発生するまで計数を続
けた後、計数を停止し、再アーミングされて再び計数を
開始する。

アーミング可能な周波数カウンタで、可能な限りの短い
信号バーストを測定可能にするには、信号バーストが始
まる前にカウンタはアーミングされる必要がある。ま
た、最後の入力信号イベントが発生する前にアーミング
信号が停止するという条件も重要である。これによっ
て、カウンタで算出された周波数は真の測定値を表し、
信号バーストの終了後に発生したイベントにより変更さ
れることがない。従来、短時間の信号バーストの周波数
を測定することは、その信号バーストにうまく同期した
パルス幅可変のパルスをアーミング信号として用いるこ
とができない限り、困難であった。このような有用なパ
ルス幅可変のパルスが常に得られるとは限らない。信号
バーストが規則的かつ一定幅で発生する場合、方形波信
号発生器を用い、その出力をデュアルトレース・オシロ
スコープ上で信号バーストと比較しながら調整して、適
当な幅及びタイミングのアーミング信号を作ることがで
きる。しかし、この方法は困難であり且つ時間を要す
る。なにより、この方法は、いつ発生し、いつ終了する
か判らない単発の（再発生しない）信号バーストに対し
て周波数カウンタをアーミングしようとする場合には全
く役に立たない。

したがって、カウンタのアーミング及びディスアーミン
グが被測定信号バーストの開始及び停止を予測して行わ
れるような、プリスケーリングされた、またはさらない
信号バーストの周波数を測定する自己アーミング型の周
波数カウンタが必要である。

本発明の目的は、周波数測定される信号からカウンタの
アーミング信号が得られる自己アーミング型の周波数カ
ウンタ装置を提供することである。

本発明の他の目的は、バースト幅の狭い所定周波数の入
力信号の周波数測定が行える自己アーミング型の周波数
カウンタ装置を提供することである。

本発明の他の目的は開始及び終了時点の不明な任意バー
スト幅の信号バーストの周波数が測定できる自己アーミ
ング型周波数カウンタ装置を提供することである。

本発明の他の目的は、カウンタが入力信号を受ける前に
アーミングされ、その入力信号が終了する前にディスア
ーミングされるように入力信号が遅延される自己アーミ
ング型周波数カウンタ装置を提供することである。

本発明の他の目的は、被測定信号が、低レベルノイズに
よる誤測定を防止するために緩衝され、且つ低速計数回
路による高周波信号測定を可能にするためにプリスケー
リングされる自己アーミング型周波数カウンタ装置を提
供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の周波数カウンタ装置は、所定周波数F im以上の
周波数を有する入力信号の開始を検出してアーミング信
号を発生し、入力信号の終了を検出してアーミング信号
の発生を停止する信号検出手段（300）と、信号検出手
段（300）からのアーミング信号を受けて入力信号を受
け付ける状態となり、入力信号の周波数を測定する測定
手段（400）と、入力信号を所定時間td遅延して測定手
段（400）に供給する遅延手段（200）とを具え、所定時
間tdが信号検出手段（300）のアーミング信号の発生及
びこの発生の停止に要する時間並びに所定周波数F imの
信号の１周期の和であることを特徴とする。

また、本発明の周波数カウンタ装置は、所定周波数F im
以上の周波数を有する入力信号の開始を検出してアーミ
ング信号を発生し、入力信号の終了を検出してアーミン
グ信号の発生を停止する信号検出手段（300）と、入力
信号を所定数Ｎで分周して分周信号Voを発生する分周手
段（100）と、信号検出手段（300）からのアーミング信
号を受けて分周信号Voを受け付ける状態となり、分周信
号Voの周波数を測定して入力信号の周波数を算出する測
定手段（400）と、分周信号Voを所定時間td遅延して測
定手段（400）に供給する遅延手段（200）とを具え、所
定時間tdが信号検出手段（300）のアーミング信号の発
生及びこの発生の停止に要する時間並びに所定周波数F
imの信号をＮで分周した信号（Vd又はVo）の１周期の和
であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、２つのモードのいずれかで動作するア
ーミング可能な周波数カウンタを構成の一部として含む
プリスケール・自己アーミング型周波数カウンタ装置が
得られる。第１のモードでは、連続した入力信号イベン
ト間に発生する既知の周波数の基準クロックイベントを
計数し、この既知周波数を基準クロックイベントの計数
値で割算することにより信号周波数が算出される。第２
のモードでは、既知の基準時間内に発生した入力信号イ
ベントを計数し、この計数値を既知の基準時間で割算す
ることにより信号周波数が算出される。いずれの場合
も、カウンタ動作は、アーミング信号を受けた時点で始
まり、アーミング信号終了後の最初の入力イベントで停
止する。

本発明による周波数カウンタは更にバッファ、プリスケ
ーリング・パルス整形器、エンベロープ検出器及び遅延
線を有する。バッファは、周波数測定されるべき発振信
号を受け、入力オフセット電圧でオフセットされた同様
の発振信号を出力する。このオフセットは、入力信号中
の低レベルのノイズがカウンタの誤動作を引き起こすの
を防止する。

パルス整形器（分周手段）は、オフセットされた発振信
号を、アーミング可能な周波数カウンタで測定できるよ
うに同一周波数のパルス化された信号に変換する。必要
ならば、パルス整形された出力信号の周波数が発振入力
信号周波数の整数分の１になるようにパルス整形器でプ
リスケーリングを行って、低速周波数カウンタを用い
て、より高周波信号を測定できるようにしてもよい。

エンベロープ検出器は、周波数測定される発振信号バー
ストの開始及び停止を検出し、アーミング型周波数カウ
ンタにアーミング信号を送出する。

入力信号バーストとアーミングの実際の時間関係を考え
ると、カウンタのアーミングは、入力信号バースト開始
直後に始まり、入力信号バースト終了直後に停止してい
る。つまり、カウンタがアーミング信号を受けている時
間は、入力信号バーストが生じている期間より実際には
遅延している。そこで、遅延手段で入力信号バーストを
遅延してアーミング信号とタイミングを合せる必要がで
てくるのであるが、このアーミング及びディスアーミン
グ（アーミングの終了）の遅延は、アーミング信号を生
成するエンベロープ検出器内の比較器のスイッチング時
間、コンデンサの充放電時間、更に周波数カウンタがア
ーミング信号を受けてからその動作を開始及び終了する
ときに生じる遅延時間などが原因である。

バースト幅の小さい信号も周波数測定できるように、パ
ルス整形器のパルス信号出力端とアーミング周波数カウ
ンタの入力端との間に遅延線が設けられ、この遅延線に
よってカウンタへのパルス化された信号の到達を、エン
ベロープ検出器がカウンタをアーミングした後の時点ま
で遅らせる。より限定的には、この遅延線の信号遅延時
間は、測定される最も低い周波数信号の周波数でスケー
リング整数を割った値と、カウンタアーミングのオンオ
フ遅延時間との和に略等しく設定される。この信号遅延
時間によって小さいバースト幅の信号の周波数測定が可
能になり、且つ測定されたバーストの後のイベントによ
って周波数計数値が変化するのが防止される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明によるプリスケーリング自己アーミン
グ型周波数カウンタ装置（10）のブロック図を示す。こ
の装置はプリスケーリング・パルス整形器（100）、遅
延手段（200）、エンベロープ検出器（300）、アーミン
グ可能な周波数カウンタ（400）及び入力バッファ（60
0）を有する。

バッファ（600）は、２入力信号の差に比例した出力信
号を発生する差動増幅器である。バッファ（600）の非
反転入力端に、周波数測定される発振信号V inが入力さ
れ、反転入力端に一定の基準電圧V minが印加される。
バッファ（600）の出力ViはV minに等しい負のオフセッ
トを受けている以外V inと同じである。V minの大きさ
は、入力線（610）上の小振幅ノイズ信号によりViがOV
より上昇してカウンタの誤動作を引き起すことがないよ
うに選択される。

バッファ（600）の出力信号Viはプリスケーリング・パ
ルス整形器（100）の入力端に入力される。プリスケー
リング・パルス整形器（100）はＮ進形回路であり、周
波数Fiの発振入力信号Viが周波数Fi/N（ここにＮは選択
された整数）のパルス化された出力信号Voになる。バッ
ファ（600）及びプリスケーリングパルス整形器として
用いるにふさわしいデバイスは、当該技術分野で慣用の
容易に入手し得るものであるから、これらのデバイスの
詳細な説明はここでは省略する。

パルス整形器（100）の出力信号Voは遅延手段（200）に
入力される。遅延手段（200）は、パルス化された入力
信号（この場合Vo）と同一の信号を所定時間だけ遅延さ
せて出力信号Vdとして発生する回路である。遅延手段
（200）は低周波信号を遅延させるのによく用いられる
並列コンデンサ及び直列インダクタを含む回路網から成
ってもよい。高周波信号用には、所定長の信号線が遅延
手段（200）として用いられる。その遅延時間は、その
信号線を信号が伝播する速さでその信号線の長さを割っ
た値に等しい。

バッファ（600）の信号出力Viはエンベロープ検出器（3
00）にも供給される。エンベロープ検出器（300）は整
流器（320）、コンデンサ（330）、抵抗器（340）、比
較器（350）から成る。整流器（320）はViを整流し、そ
の整流信号Vbを比較器（350）の入力端と、接地された
並列のコンデンサ（330）及び抵抗器（340）とに供給す
る。Viが０より上がると、Vbも０より上がりコンデンサ
（330）を充電する。比較器（350）の負入力に印加され
たバイアス電圧V biasよりVbが大きくなると、比較器
（350）はカウンタアーミング信号Vaを出力する。Viが
コンデンサ電圧より下がると、コンデンサ（330）は抵
抗器（340）を介して放電する。コンデンサ（330）の電
圧がV biasより低くなると比較器（350）はアーミング
信号Vaを停止する。しかし、抵抗器（340）が必要な程
度の大抵抗値を有するならば、コンデンサ（330）の放
電はゆっくり行われる。最初のViパルスに続いて直ちに
発生する次のViパルスに応じてバッファ（600）は、コ
ンデンサ電圧がV biasより低くなる前にコンデンサ（33
0）を再充電する。従って、比較器（350）の出力Vaは、
連続したViの正の振れが充分の大きさを有し間隔が空き
すぎない限り、発振Vi信号バーストの期間中、高状態に
とどまる。

周波数カウンタ（400）は入力信号Vdの周波数を２通り
の方法で測定することができる。基準計数モードでは、
カウンタ（400）は連続したVd信号パルス間に発生する
既知周波数の基準クロックイベントを計数し、その計数
値で、既知周波数を割って信号周波数を得る。信号計数
モードでは、カウンタ（400）は既知の基準時間内に発
生するVd信号パルスを計数し、この計数値を既知の基準
時間で割ることにより信号周波数を求める。周波数カウ
ンタ（400）は、算出された信号周波数をデジタル表示
器（500）に表示させる手段を含んでもよく、その表示
は各測定サイクルの終了毎に更新される。

周波数カウンタ（400）はアーミング信号Vaを受けた後
でのみ動作を開始し、アーミング信号Vaが高にある間、
入力イベントまたは基準イベントの計数を続け、信号周
波数を算出し、各計数サイクルの終りに表示を更新す
る。アーミング信号Vaがオフされると、カウンタ（40
0）は基準計数モードでは次の信号パルスを受けとるま
で基準イベントの計数を続ける。信号計数モードでは、
カウンタ（400）はディスアーミング後の最初の信号パ
ルスを計数したのち計数を停止する。いずれの場合も、
ディスアーミング後で、次のVdパルスを受けとったとき
または受けとる前に計数サイクルの終了が起これば、カ
ウンタ（400）はその最後の計数期間の周波数を算出し
表示を更新する。そうでなければ、表示は最後のフル計
数サイクルで算出された周波数に固定される。アーミン
グ可能な周波数カウンタ（400）として用いるにふさわ
しいデバイスは周知であり、容易に入手可能なのでここ
では詳述しない。

コンデンサ（330）の充電時間、比較器（350）のスイッ
チング時間及びカウンタ自身に固有の遅延機構に関連し
た遅延のために、カウンタ（400）のアーミングはVi信
号バーストの開始後、ある時間が経過するまで起こらな
い。同様に、Vi信号バーストが終了した後、カウンタの
ディスアーミングは、コンデンサ（330）の放電時間、
比較器（350）のスイッチング時間及びカウンタ（400）
の内部回路の遅延によって遅延する。従って、周波数カ
ウンタ（400）がアーミングされている期間は、Vi信号
バーストが実際生じている期間から遅れることになる。
基準計数モードまたは信号計数モードのいずれでも動作
できるようにするために、カウンタ（400）はアーミン
グ開始後、少くとも２個のパルスを受ける必要がある。
測定したい入力信号に対して予め前提する所定の最低入
力周波数F imに対して、周波数カウンタ（400）が可能
な限り短い信号バーストでも動作するためには、Vdの最
初のパルスがアーミング前にカウンタに到達してはなら
ない。そのため、遅延手段（200）が設けられ、その遅
延時間は、エンベロープ検出器（300）によって発生さ
れたアーミング信号とうまく同期するように調整され
る。遅延手段（200）の遅延時間を選ぶ際に重要なこと
は、最後のVdパルスがアーミング信号Vaの終了後まで遅
延されなければならないということである。なぜなら、
いずれのモードにおいてもディスアーミング後の最初の
Vdパルスがカウンタ動作を停止させるからである。も
し、カウンタのディスアーミング前に最後のVdパルスが
発生したら、カウンタは誤った周波数値を出力し、直前
の正しく算出されたVdバースト計数サイクルの周波数表
示を誤表示に変えてしまう。信号計数モードでは、カウ
ンタ（400）がディスアーミングされた後にVdパルスが
まったく発生しないと、基準時間が正確に定まらないの
で、カウンタ（400）は表示の周波数を０にセットして
しまう。また、基準計数モードでは、カンウタ（400）
がディスアーミングされた後、ノイズ・パルス又は後続
のVdパルスを受けるまでカウンタ（400）が基準クロッ
クの計数を続けるので、表示周波数は無意味なものにな
ってしまう。

遅延手段（200）の最適な遅延時間は、被測定信号の周
波数及びバースト幅によって決まる。遅延時間を長くす
れば低周波信号の測定が行える一方、遅延時間を短くす
れば、よりバースト幅の狭い信号の測定が可能になる。

第２図は、第１図の回路内の種々の信号のパルスシーケ
ンスの関係を示すタイミング図である。説明簡略回路の
ため、図示の場合、Vinは周波数Fimの方形波としてあ
る。しかし、第１図の回路は他の形状の発振入力信号に
対しても動作する。プリスケーリング・パルス整形器
（100）によってVin入力パルスを係数４（Ｎ＝４）で分
周するとすれば、Voパルスは２番目のVinパルス毎に始
まり４番目のVinパルス毎に終わることになる。

カウンタ（400）のアーミングは、Vin信号バーストの開
始後、時間t onだけ、即ち、エンベロープ検出器（30
0）の遅延とカウンタ（400）の内部のアーミング遅延と
の和の分だけ遅延する。カウンタ（400）のディスアー
ミングは時間t offだけ、即ち、検出器（300）及びカウ
ンタ（400）のターンオフ遅延分だけ遅延する。カウン
タ（400）が正しく動作するには、ディスアーミング前
に少くとも１個のVdパルスの前縁（立上り）を受け、デ
ィスアーミング後（アーミングを終了後）に１個のVdパ
ルスの前縁を受ける必要がある。従って、V in信号バー
ストは、少くとも２個のVdパルス（後者のVdパルスはア
ーミング終了後に開始）を発生するに足るだけの長さが
なければならない。

Vd信号パルスはVo信号パルスから時間td、即ち遅延手段
（200）の遅延時間だけ遅れる。遅延時間tdは次の如く
選定される。

td＝t on＋N/F im＋t off……（１） ここで、N/F imは、分周した係数Ｎ（ここでは４）を所
定の最低入力周波数F imで割ったものであるから、V in
が最低入力周波数F imのときのV inの４周期分、つま
り、Vd（又はVo）の１周期分の時間を意味する。このよ
うに遅延時間を選択すると第２図に示すように、第１の
Vdの前縁は、ディスアーミングの瞬間と略同時に発生し
得る。この最悪の場合では、プリスケーリング・パルス
整形器（100）の出力Voを初め高の状態であり、Voが低
になるには２個のV inパルスを必要とする。また、この
特別な例では、V inが正への振れ（立上り）からではな
く、負への振れ（立下り）から始まっている。パルス整
形器（100）が最初のV inパルスを受けたときにこの最
悪の状態以外の状態であれば、カウンタがディスアーミ
ングされるより早く上述の最初の（２つの内の第１の）
Vdパルスが発生する。ところで、仮に遅延手段（200）
の遅延時間tdを図示したものより長くしたとすると、最
初のVdの前縁がディスアーミングの後に発生してしまう
可能性がある。また、図示したF imより低い周波数の他
のVi信号バーストの周波数を測定した場合、最初のVdの
前縁がディスアーミングの後に発生してしまう可能性が
ある。しかし、V in信号バーストの周波数がF imより高
ければ、最初（第１）のVdの前縁（立上り）は、常にデ
ィスアーミングの前に発生する。

一方、式（１）のようにtdを調整したときに、最後（第
２）のVdの前縁は、常にディスアーミングの後に発生し
なければならない。もしV inの最初の振れが正方向（立
上り）であり、且つこの最初のV inの前縁に応じてプリ
スケーリング・パルス整形器（100）が立上エッジを発
生すれば、第２図の場合より丁度Vdの１周期分早く最初
のVdの前縁が発生する。この場合、第２のVdの前縁は、
ディスアーミングと同時に発生する。ここでt onがVoの
１周期に比べて充分に小さいと、ディスアーミングと略
同時に発生した第２のVdの前縁が最後の前縁となり、そ
の後にVdの前縁が来ないことになってしまう。即ち、仮
にtdを式（１）に示したものより小さく選択してしまう
と、短いバースト信号の最後のVdの前縁がカウンタをデ
ィスアーミングする前に発生する可能性がある。しかし
ながら、式（１）が示すように遅延手段（200）を調整
すれば、最低入力周波数F im以上の入力信号について
は、精度良く測定することができる。

入力信号を最低周波数F im以上とする制約の他に、任意
の周波数の入力信号は、ディスアーミングが最初のVd信
号の前縁より前に生じないように以下の式（２）に定め
る最小バースト幅（MBW）以上の長さを必要とする。

MBW＝td＋N/F im ＝t on＋2N/F im＋t off……（２） 本発明の周波数カウンタ装置により低周波数（F imが
低）の信号を測定したい場合には、遅延線（200）を非
常に長くし、遅延時間tdを式（１）の条件を満足させつ
つ大きくすればよい。ただし、こうするとすべての被測
定入力信号の最小バースト幅（MBW）を式（２）に従っ
て広いものにする必要がある。逆に、非常に短いバース
ト幅の周波数を測定したい場合には、遅延時間tdを小さ
くするために遅延線（200）に短いものを使用すればよ
く、これによって式（２）に従って最小バースト幅（MB
W）が狭くなる。ただし、遅延時間tdをこのように小さ
くするには、式（１）からわかるように最低入力周波数
F imを高くする必要があるので、高周波数のときにしか
信頼性の良い周波数測定ができない。つまり、遅延時間
は、被測定入力信号について最低周波数の制約と最小バ
ースト幅（MBW）制約のかねあいから選択する必要があ
る。

以上、本発明の周波数カウンタ装置は、測定したい所定
周波数以上の入力信号バーストの開始時点及び終了時点
を上述の如く予測することによって、開始時点及び終了
時点が予めわかっていなくとも、上記所定周波数から定
まる最小バースト幅以上の幅をもつ信号バーストについ
て、その周波数を高い信頼性で測定できる。本発明で
は、プリスケーリング・パルス整形器を用いれば低速の
カウンタで高周波信号の測定が行える。また、バッファ
によって、低レベルの入力ノイズによるカウンタの誤動
作を防止できる。以上、本発明の好適実施例について説
明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形
・変更が行えることは当業者には明らかであろう。

〔発明の効果〕

本発明の周波数カウンタによれば、所定周波数以上の入
力信号バーストの開始及び終了を検出してアーミング信
号を発生し、このアーミング信号を所定時間だけ遅延す
るようにしたので、開始及び終了時点の不明な、所定周
波数以上のバースト信号の周波数を測定することが可能
になる。また、入力信号バーストを分周手段で分周する
ようにしても良く、これによって、バーストの周波数が
高くても回路の動作速度を比較的遅くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の回路で最低限の周波数、最小限度のバースト幅の入
力バースト信号の測定の際の主要信号のタイミング図で
ある。 図中、（100）は分周手段、（200）は遅延手段、（30
0）は信号検出手段、（400）は測定手段である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定周波数以上の周波数を有する入力信号
   の開始を検出してアーミング信号を発生し、上記入力信
   号の終了を検出して上記アーミング信号の発生を停止す
   る信号検出手段と、 上記信号検出手段からの上記アーミング信号を受けて上
   記入力信号を受け付ける状態となり、上記入力信号の周
   波数を測定する測定手段と、 上記入力信号を所定時間遅延して上記測定手段に供給す
   る遅延手段とを具え、 上記所定時間が上記信号検出手段の上記アーミング信号
   の発生及び該発生の停止に要する時間並びに上記所定周
   波数の信号の１周期の和であることを特徴とする周波数
   カウンタ装置。
2. 【請求項２】所定周波数以上の周波数を有する入力信号
   の開始を検出してアーミング信号を発生し、上記入力信
   号の終了を検出して上記アーミング信号の発生を停止す
   る信号検出手段と、 上記入力信号を所定数Ｎで分周して分周信号を発生する
   分周手段と、 上記信号検出手段からの上記アーミング信号を受けて上
   記分周信号を受け付ける状態となり、上記分周信号の周
   波数を測定して上記入力信号の周波数を算出する測定手
   段と、 上記分周信号を所定時間遅延して上記測定手段に供給す
   る遅延手段とを具え、 上記所定時間が上記信号検出手段の上記アーミング信号
   の発生及び該発生の停止に要する時間並びに上記所定周
   波数の信号を上記Ｎで分周した信号の１周期の和である
   ことを特徴とする周波数カウンタ装置。