JPH075213A

JPH075213A - デジタル・スペクトラムアナライザの測定値補正装置

Info

Publication number: JPH075213A
Application number: JP17269493A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Arai; 通明新井
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】従来は、デジタル・スペクトラムアナライザ
のアナログ入力回路部が、複数の補正回路のボリウムや
トリマコンデンサ等にて、ゲインの周波数補正および２
チャンネル入力間の位相補正を施して精度を得ている
が、有限のレンジ幅毎の調整回路手法では、かなり難し
かしく回路での補正には限界があった。そこで本発明
は、これら補正を全周波数に渡ってきめ細かくし、この
補正係数をメモリ上に持たせておき、各周波数毎に補正
演算をして、高精度を実現することを目的とする。【構成】補正値テーブル２７と、補正演算部１６を設
けて、各周波数と測定レンジ毎に、ゲインと位相補正係
数値を、当該補正テーブルから取り出して、２チャンネ
ルのゲイン補正演算する。そしてこれらの一連の動作
を、制御部２８にて実行制御する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、デジタル・スペクト
ラムアナライザを用いて、各種の周波数スペクトラムや
周波数応答特性を測定する為に、位相測定やゲイン測定
を行う場合、これら周波数に依存するアナログ回路部に
補正する手段を講じて、測定精度の向上をはかる回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル・スペクトラムアナライザは、
１または、２チャンネルの測定入力を用いて、被測定対
象（以後ＤＵＴと称す）の各種の周波数スペクトラム
や、周波数応答特性を測定するものである。この時に、
本測定器側は、全周波数にわたってゲイン変化や位相ず
れがないようにしておく必要がある。

【０００３】まず、図２（ａ）の従来の構成ブロック図
を示して、各構成要素と動作説明をする。減衰器４２、
５２で、入力信号を所定の振幅範囲まで減衰し、増幅器
４３、５３は、所定の増幅度に増幅するもので、ここ
に、周波数特性の補正調整をする為のボリウムやトリマ
コンデンサがある。また、当該増幅部には、帯域周波数
以上（例えば１００ＫＨｚ）のスペクトラム成分の折り
返し誤差を除くためのアンチ・アリアジング・フィルタ
回路（ＦＦＴ処理を施した時のアリアジングを防止）も
内蔵していて、位相に影響を与える要素にもなってい
る。

【０００４】ＡＤコンバータ４４、５４は、サンプリン
グ周波数毎にデジタルデータに変換する。ここには、サ
ンプル・ホールド回路も有り、周波数依存要素がある。
ＦＦＴ処理部１３、２３は、サンプリングデータを高速
フーリエ変換した後、各周波数のスペクトラム出力１
４、２４、を得る。そして、２チャンネル間の振幅比と
位相差は、振幅比位相差演算部１７で、この２チャンネ
ル間の振幅比位相差を演算して出力１８を得る。

【０００５】実際にＤＵＴを接続して各種スペクトラム
特性を正しく測定するためには、周波数により誤差を生
ずるアナログ部１２、２２の位相とゲインが変化しない
ように調整しておかなければならない。ただし、一般の
測定形態での伝達関数測定においては、２チャンネル間
の振幅比と位相差を使って、伝達特性と伝達関数を求め
るので、２チャンネルの当該アナログ部が同じ周波数特
性をもち、位相回転するならば、通常、誤差にはならな
い。

【０００６】上記のため、当該アナログ部は、全周波数
範囲に渡ってゲインや位相差が変わらないように周波数
補正回路を増幅部に内蔵して、ボリウムやトリマコンデ
ンサから構成される調整要素４６、５６を複数設けて周
波数特性を調整する。しかし、現実には、これら調整要
素は有限の調整ポイントのため、図２（ｂ）の従来の誤
差例６１、６２のように誤差が完全には無くならず、ま
た、精度良く合わせ込むことにおいても、お互いの調整
要素が影響するため、難しいのが現状である。

【０００７】その理由は、いずれかの調整要素を動かす
と、他の周波数調整要素にも影響を与えてしまう為、再
びやり直す必要があり、全周波数を調整するには、繰り
返し調整を、粗調整、微調整、精密調整と順次実施し
て、目的の誤差範囲内に追込む必要があり、かなりの調
整時間を必要としていた。

【０００８】Ａ、Ｂチャンネルは、同一の構成になって
おり、通常のスペクトラムを測定するには、どちらか一
方のチャンネルを用いれば良い。これをシングルチャン
ネル動作とする。また、周波数応答関数を測定する場合
には、図３の接続図のように、ＳＧ７１の出力をＤＵＴ
７２とデジタル・スペクトラムアナライザ７３のＡチャ
ンネル入力に接続し、当該ＤＵＴからの出力信号をＢチ
ャンネル入力に接続して、ＤＵＴの伝達関数を測定す
る。これをデュアルチャンネル動作とする。

【０００９】デュアルチャンネル動作では、（Ａチャン
ネルのスペクトラム）／（Ｂチャンネルのスペクトラ
ム）の計算で伝達関数を求めます。また、デュアルチャ
ンネル動作時は、アナログ部は、２チャンネル間の周波
数特性（ゲイン、位相）が同様に変化する場合において
は測定精度に影響を受けない。しかし、周波数特性を高
精度に同一にすることは、前記の有限の調整ポイントの
説明のように、難しい。

【００１０】一方、シングルチャンネル動作では、ゲイ
ンがフラットでなければならず、前記同様、調整が難し
い。また、このシングルチャンネル動作の測定スペクト
ラム成分の位相を求めたいという要求があって（例えば
歪み波形の高調波成分の振幅と位相測定）、従来は、正
確な位相測定が出来なかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来、デジタル・スペ
クトラムアナライザのアナログ入力回路部は、複数の補
正回路のボリウムやトリマコンデンサ等にて、ゲインの
周波数補正および２チャンネル入力間の位相補正を施し
て測定器としての精度を得ているが、この方法では、補
正の限界があった。

【００１２】特に２チャンネル入力間の位相ずれを（例
えば０．５度以下に）補正するには、従来のように有限
のレンジ幅毎の調整回路手法では、かなり難しかった。
そこで本発明は、高精度に自動的に実現することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】

（図１（ａ）の解決手段）上記課題を解決するために、
本発明は、全周波数に渡ってきめ細かく（例えば５ＫＨ
ｚ毎に）補正する手段を補正値テーブル２７、補正演算
部１６、制御部２８と、必要に応じて信号発生器３１
（以下ＳＧと称す）、補正値作成部３４を設けて解決す
る。のゲインと位相の補正回路では、図１（ａ）の回路
図のように、補正値テーブル２７と、補正演算部１６を
設けて、各周波数と測定レンジ毎に、ゲインと位相補正
係数を、当該補正テーブルから取り出して、２チャンネ
ルのゲイン補正演算する。そしてこれらの一連の動作
を、制御部２８にて実行制御する手段にしたものであ
る。

【００１４】各チャンネルの外部入力信号は、当該アナ
ログ部１２、２２でデジタル変換する。そして、当該Ｆ
ＦＴ処理部１３、２３で、高速ＦＦＴ演算して周波数毎
のゲインと位相データに変換する。

【００１５】そして、この出力を当該補正演算部で、当
該補正値テーブルから各周波数に対応した補正データを
取り出して補正演算処理した後スペクトラム信号出力す
る。また、デュアルチャンネル動作では、（Ａチャンネ
ルのスペクトラム）／（Ｂチャンネルのスペクトラム）
の計算で伝達関数を求める必要がある。この為、この２
チャンネルのスペクトラム信号出力を当該振幅比位相差
演算部に与えて、２チャンネル間の伝達関数を演算した
後外部に信号出力する。

【００１６】補正演算部１６は、従来アナログ回路１
２、２２で調整していたゲインや位相補正の代わりに、
当該補正演算部を設けて、ここで全ての補正演算をおこ
なう。つまり、ＦＦＴ処理部１３、２３から、各周波数
毎のゲインと位相のデジタルデータを入力して、補正値
テーブル２７から対応する補正係数を読みだして、補正
演算を実行し、その結果の値を出力する。また、ここで
の補正演算手段として、制御部２８のソフトで処理して
も良いし、デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）等を
補正演算部１６に設けて高速化しても良い。

【００１７】補正値テーブル２７は、補正係数を書き込
みと保存と読みだしする手段を持つ。このテーブルの内
容には、ゲイン補正係数と位相補正係数に分類され、周
波数分割単位毎の補正係数を持つ。また、Ａ、Ｂチャン
ネル毎にも、また、各減衰器のレンジ切り替え毎にも対
応した補正係数を持っている。

【００１８】制御部２８は、補正演算の実行制御を行
う。つまり、補正条件である減衰器のレンジ、使用チャ
ンネル、測定周波数、に応じて補正値テーブルと補正演
算部１６を制御して、目的とする補正演算の実行をす
る。

【００１９】接続手段としては、測定外部入力信号をア
ナログ部１２、２２に入力し、当該アナログ部１２、２
２からの出力をＦＦＴ処理部１３、２３の入力に接続
し、当該ＦＦＴ処理部からの出力をそれぞれ補正演算部
１６の入力に接続する。そして、補正テーブル２７か
らの補正係数出力を当該補正演算部の入力に接続する。

【００２０】そして、当該補正演算部は、各チャンネル
の周波数毎の、補正後のゲインと位相を出力する。ま
た、この２チャンネルの出力は、振幅比位相差演算部１
７の入力にも接続され、当該振幅比位相差演算部の差信
号１８出力する。

【００２１】（図１（ｂ）の解決手段）また、上記構成
に図１（ｂ）のように信号発生器ＳＧ３１と、補正値作
成部３４と、ＳＷ１１、２１、３５、３６とを追加した
構成手段により、随時キャリブレーションを実行して、
補正値テーブル２７の内容データを更新する手段を追加
した構成例がある。

【００２２】Ａチャンネル側の補正値を求める場合は、
当該ＳＧのアナログ信号を当該アナログ部１２に与え
る。そして、当該アナログ部１２の出力を当該ＦＦＴ処
理部１３に与える。また、当該ＳＧのデジタル信号出力
は、当該ＦＦＴ処理部２３に直接与えて、補正値を求め
る。

【００２３】また、Ｂチャンネル側の補正値を求める場
合は、当該ＳＧのアナログ信号を当該アナログ部２２に
与える。そして、当該アナログ部２２の出力を当該ＦＦ
Ｔ処理部２３に与える。そして、当該ＳＧのデジタル信
号を当該ＦＦＴ処理部１３に直接与えて、補正値を求め
る。

【００２４】補正テーブル値を求めるキャリブレーショ
ン時は、次のように行う。ＳＧ３１は、全周波数スイー
プできる信号発生器で、アナログ出力３２とデジタル出
力３３を持っている。

【００２５】接続手段としては、当該アナログ部１２の
入力には、外部入力と当該ＳＧアナログ出力を当該ＳＷ
１１で切り替えて入力し、同じく、当該アナログ部２２
の入力には、外部入力と当該ＳＧアナログ出力を当該Ｓ
Ｗ２１で切り替えて入力し、そして当該ＳＧアナログ出
力は、当該ＳＷ１１、２１の他方の入力に接続する。

【００２６】そして、当該ＦＦＴ処理部１３の入力に
は、当該アナログ部１２の出力と当該ＳＧデジタル出力
を切り替えて入力し、同じく、当該ＦＦＴ処理部２３の
入力には、当該アナログ部２２の出力と当該ＳＧデジタ
ル出力を切り替えて入力し、そして当該ＳＧデジタル出
力は、当該ＳＷ３５、３６の他方の入力に接続し、当該
振幅比位相差演算部１７の出力を、当該補正値作成部３
４に接続し、当該補正値作成部の出力データを、当該補
正値テーブルに格納する。

【００２７】

【作用】補正値テーブルは、アナログ部が周波数により
ゲイン特性と位相特性が、基準値よりずれるのを補正す
るための補正係数（チャンネル毎、周波数単位毎、アナ
ログ部内蔵減衰器毎）を収容する。そして、この補正係
数は、周波数単位毎に持つのできめの細かい補正を可能
にする。

【００２８】補正演算部は、ＦＦＴ処理部からの、周波
数毎のゲインデータ入力を、これに対応した周波数単位
位置にある補正値テーブルから補正係数を取り出し加減
乗除演算を行い、補正した結果を出力できる。位相のデ
ータ入力に対しても、同様に補正実施出力できる。

【００２９】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例について、図１（ｂ）の本
発明のＳＧ内蔵時の構成ブロック図を参照して説明す
る。まず、従来に対して追加した各構成要素の説明をす
ると。

【００３０】補正値テーブル２７は、例えば、全体で２
×２×８×２０＝６４０ポイントの補正係数が当該補正
値テーブルにある。ここで補正係数の種類として、２と
は、ゲイン補正係数と位相補正係数の２種類であり、次
の２とは、Ａ、Ｂチャンネルの独立した補正係数種類で
ある。

【００３１】そして、次の８とは、各減衰器のレンジ切
り替え毎の補正係数種類である。これは、減衰器のレン
ジ切り替えに伴って発生するゲインと位相誤差も、この
補正係数で補正するためである。そして、次の２０と
は、周波数分割単位毎（例えば５ＫＨｚ）の補正係数種
類である。一例を示すと、５ＫＨｚステップ毎に補正係
数を設けると、１００ＫＨｚまでの測定範囲の場合で
は、１００／５＝２０ポイントの周波数分割毎に補正係
数を設ける。

【００３２】補正係数用メモリには、書き換え可能なメ
モリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリやバッ
テリバックアップメモリ等）を使用する。この補正係数
の設定方法は、一つの方法は、製造調整時に、外部から
ＳＧを用いて、各周波数毎に正確に測定し求めた値をメ
モリに書き込んおく場合がある。

【００３３】また、他の方法は、図１（ｂ）の実施例の
ようにＳＧ３１を内蔵している構成の場合では、電源投
入時または、随時、自動測定して補正係数を更新するこ
とで、アナログ部の経時変化や温度変化があっても、常
に誤差を最小の状態で補正実現する場合とがある。この
当該ＳＧには、アナログとデジタルの両出力を備えてい
る信号発生器である。

【００３４】例えば、アナログ部１２の伝達関数を測定
する場合は、ＳＷ１１を切り替えてＡチャンネルのアナ
ログ部の入力にＳＧ３１のアナログ出力を与える。一
方、Ｂチャンネルには、ＳＷ３６を切り替えて、ＳＧ３
１のデジタル出力を直接ＦＦＴ処理部２３の入力に与え
る。このようにした後、ＳＧ３１をスイープして測定す
ることで、アナログ部１２の伝達関数が求まる。このデ
ータを基に、補正値作成部３４で計算し、この出力の補
正データをアナログ部１２の補正値テーブル２７に設定
する。同様にしてアナログ部２２も、ＳＷ２１、３５を
切り替えて、補正テーブル値を設定する。

【００３５】つぎに、実際のＤＵＴ測定使用時の補正演
算動作を説明すると。各チャンネルの入力信号を、当該
アナログ部でＡＤ変換してデジタル信号に変換した後、
これをＦＦＴ処理部１３、２３では、高速ＦＦＴ演算し
て周波数毎のゲインと位相データに変換出力する。

【００３６】その後に、このデータを補正演算部１６に
与える。一方、当該補正テーブルから、補正しようとす
る周波数に対応した補正係数を取り出し、補正演算した
後、結果を出力する。このようにして、ＦＦＴ処理部か
ら入力される各周波数毎のゲインと位相データ全部に対
して、同様にして補正演算実行し出力する。これによる
補正誤差結果の誤差例を図２（ｂ）の６３、６４に示す
ように、周波数分割単位に細かく補正を行えることで、
容易に誤差を少なくできる。

【００３７】ここでの補正演算処理は、ソフトまたはＤ
ＳＰで行うので演算時間がかかるが、リアルタイム処理
の必要はなく、本補正によるスループット低下の影響は
ほとんどない。

【００３８】また、ここでは説明しなかったが、温度セ
ンサを内蔵し、予め温度に対する補正係数を当該補正テ
ーブルに書き込んでおけば、周囲温度の変化による部品
定数やＯＰアンプ等の温度変化による誤差も、上記と同
様の手法により、容易に補正することができる。

【００３９】（実施例２）次に、上記の実施例の構成で
ＳＧによるキャリブレーション部分を除いた、図１
（ａ）の本発明のＳＧなし時の構成ブロック図を参照し
て説明する。図１（ｂ）と異なる部分は、ＳＧ３１と補
正値作成部３４とＳＷ１１、２１、３５、３６を削除し
た構成になっている。

【００４０】つまりこれは、補正テーブルの更新をする
必要のないときの構成である。この理由は、実用上、補
正テーブルの値を更新する必要がない程度の経時安定
性、温度ドリフトである場合においては、工場出荷時に
一度設定しておけば良いからである。

【００４１】これにより、コストを削減できる。そし
て、十分に実用的な誤差精度を維持できる。ただ、メン
テナンス等で、アナログ部の回路部品の修理交換等をし
た時は、再度設定作業を行うものとする。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記に記載されるような効果を奏する。周
波数範囲の細かい単位で補正をするため、精度確保が容
易で確実にできる。また、従来のように、繰り返しの調
整追込みも無くなり、他に影響されず独立した補正がで
きるので、この点でも精度維持が確実になった。

【００４３】これにより、ゲインの周波数特性誤差、お
よび、２チャンネル間の振幅比、位相差の周波数特性誤
差を、従来より著しく低減できた。この結果、より精度
の高い測定が提供可能になった。

【００４４】また従来、シングルチャンネル動作では、
測定スペクトラム成分の位相測定については、従来の補
正方法では実現が難しかった。それが、本方式により、
位相絶対値補正が可能になったことで、新しい測定機能
（例えば歪み波形の高調波成分の位相測定）の追加が実
現できるようになった。

【００４５】また、アナログ部の調整用回路がいらなく
なり部品コストの低減ができる。しかも、従来、手動で
調整していたものが、自動調整化が可能な方式となった
ことで、調整作業工数低減が期待できる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＧ内蔵時の構成ブロック図、及び、
ＳＧなし時の構成ブロック図である。

【図２】従来の構成ブロック図と、調整誤差データ特性
の例である。

【図３】周波数応答関数の測定時の接続図である。

【符号の説明】

１１、２１、３５、３６ＳＷ１２、２２アナログ部１３、２３ＦＦＴ処理部１６補正演算部１７振幅比位相差演算部２７補正値テーブル２８制御部３１ＳＧ３４補正値作成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル・スペクトラムアナライザ（Ｆ
ＦＴアナライザ）において、当該デジタル・スペクトラムアナライザのゲイン（利
得）と位相の補正係数を格納する補正値テーブル（２
７）と、入力アナログ信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ処理部
（１３）、（２３）からの出力信号と、当該補正テーブ
ル（２７）からの補正値データとで測定値の補正演算を
する補正演算部（１６）と、上記補正演算を実行制御する制御部（２８）と、を有することを特徴とするデジタル・スペクトラムアナ
ライザの測定値補正装置。
【請求項２】上記請求項１に、当該デジタル・スペク
トラムアナライザの全周波数範囲をスイープする信号発
生器（３１）と、当該信号発生器の出力信号と外部入力信号を切り替える
ための切り替えスイッチＳＷ（１１）、（２１）と、アナログ部（１２）の出力信号と当該信号発生器のデジ
タル出力信号を切り替えるための切り替えスイッチ（３
５）と、アナログ部（２２）の出力信号と当該信号発生器のデジ
タル出力信号を切り替えるための切り替えスイッチ（３
６）と、測定した当該振幅比位相差演算部（１７）からのデータ
をもとに補正値を作成する、補正値作成部（３４）と、当該補正値作成部（３４）のデータを補正値テーブル
（２７）に入力する手段と、を有する請求項１のデジタル・スペクトラムアナライザ
の測定値補正装置。