JPS58174861A - アナログ・デジタル変換器の特性測定装置 - 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】 本発明はアナログ・デジタル変換器、特に高周波信号用
アナログ・デジタル変換器の特性測定波アナログ・デジ
タル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器という）によりデジタル
信号に変換され、デジタル処理されている。このアナロ
グ信号のデジタル処理を正確（１行なうには、まずＡ／
Ｄ変換器が高い確度で動作しなければならない。Ａ／Ｄ
変換器の確度を決める特性には、直流特性、全体的にな
だらかな非直線性、局部的な非直線性（微分非直線性）
、利得特性、オフセット特性、周波数応答、微分利得（
ＤＧ）　、微分位相（ＤＰ）、アパーチャ時間等がある
。これらＡ／Ｄ変換器の特性を測定する従来の装置を第
１図に示す。この従来の装置では、試験信号発生器１０
からの試験信号を被測定Ａ／Ｄ変換器１２に供給して、
クロック発生器１４からのクロック信号毎にデジタル信
号に変換する。尚、このクロック信号周波数はサンプリ
ング定理より、試験信号を正弦波に分解したときの最高
周波数の２倍以上でなければならない。ところで、一般
（ニデジタル・アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器とい
う）はＡ／Ｄ変換器に比較すると問題はなく、直流及び
低周波数においては、非常に高確度のものが容易に得ら
れる。よってＡ／Ｄ変換器１２からのデジタル出力信号
は標準Ｄ／Ａ変換器１６により正確にアナログ信号に変
換される。このアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１２の特
性（一応じて信号発生器１０からの試験信号を変化させ
たものであるので、測定器（測定手段）１８により試験
信号との差を比較すること（二より、Ａ／Ｄ変換器１２
の特性を測定できる。測定器１８には、デジタル・マル
チメータ、オシロスコープ、ベクトル・スコープ等が利
用でき、また試験信号には、正弦波、掃引周波数正弦波
、傾斜波、３角波、テレビジョン試験信号等が利用でき
る。

ところでアナログ信号の周波数、が、高くなるにつれて
、Ｄ／Ａ変換器１６内の電子ヌイノテのスイッチング速
度等で決まるセトリング時間が無視できなくなり、Ｄ／
Ａ変換器１６の確度が悪くなる。

よってＤ／Ａ変換器１６からのアナログ出力信号にはＡ
／Ｄ変換器１２及びＤ／Ａ変換器１６の誤差が含まれる
ので、測定器１８の測定結果はＡ／Ｄ変換器１２及びＤ
／Ａ変換器１６の組合せの総合特性となり、Ａ／Ｄ変換
器１２の特性のみを測定できなかった。

従って、本発明の目的は高周波信号用Ａ／Ｄ変換器の特
性を測定する装置の提供にある。

以下、本発明の好適な実施例（二ついて添付図を参照し
て説明する。第２図は本発明の第１実施例のブロック図
であり、第１図と同様なブロックは同じ参照符号で示し
、それらの説明は省略する。

本実施例では試験信号発生器１０は正弦波を発生するの
で、その周波数を可変とすることにより、周波数応答、
各周波数における利得特性、アパーチャ時間、後述する
有効ビット数等を測定できる。

試験信号発生器１０からの正弦波試験信号を被測定Ａ／
Ｄ変換器１２に供給すると共に、周波数変換器２０に供
給する。この周波数変換器２０は試験信号周波数Ｆｓと
所定周波数Ｆｐとの差または和の周波数ＦＣのパルス信
号を発生し、このパルス信号をクロック信号としてＡ／
１）変換器１２に供給する。例えば試験信号周波数Ｆｓ
及び所定周波数Ｆｐを夫々１０　ＭＨｚ及び１０ＫＨｚ
トすルト、周波数変換器２０の出力周波数ＦＣは９．９
９　ＭＨｚである。。

尚、周波数変換器２０は周波数Ｆｓが可変してもＦＣ＝
Ｆｓ−Ｆｐの関係を維持するし、周波数ＦｓとＦｐが非
常に異なる、即ち周波数ＦｓとＦＣが非常に類似してい
ることに留意されたい。

第３図は第２図に用いている周波数変換器２０のブロッ
ク図である。電圧制御発振器（以下ＶＣＯという）２２
は制御電圧により周波数Ｆｃの変化する正弦波を発生す
る発振器であり、その出力信号はシーミツト回路２４に
よりパルス信号に整形されてＡ／Ｄ変換器１２にクロッ
ク信号として供給される。混合器２６は試験信号発生器
１０からの試験信号及びＶＣＯ２２の出力信号を混合し
て、周波数がＦｓ＋ＦＣの信号を発生する。周波数Ｆｃ
十Ｆｃは非常に高く、周波数Ｆｓ　　Ｆｃは低いので低
域フィルタ２８を用いること（二より混合器２６の出力
信号から周波数Ｆｓ−ＦＣの信号を分離できる。低周波
発振器３０は所定周波数Ｆｐ、例えば１０ＫＨｚの信号
を発生する自励発振器である。周波数比較器３２はフィ
ルタ２８及び低周波発振器（５） ３０の出力信号の周波数Ｆｓ−ＦＣ及びＦｐを比較し、
それら周波数の差に相当する電圧を発生して、この周波
数の差がなくなるようにＶＣＯ２２の発振周波数を制御
する。よってブロック２２−２６−２８−３０−３２の
ループ（二より、周波数Ｆｓ−ＦＣとＦｐとは等しくな
る。即ちＦＣ；Ｆｓ：ｌ：Ｆｐとなり、ＶＣＯ２２の出
力周波数は試験信号発生器１０の出力周波数Ｆｓに関係
なく、この周波数Ｆｓと所定周波数Ｆｐとの差または和
になる。尚、フィルタ２Ｂの出力周波数Ｆｓ−ＦＣは周
波数Ｆｐなので、フィルタ２８は周波数Ｆｐを中心とし
た帯域フィルタでもよい。

次に第４図の波形図を参照して、第２図の動作を説明す
る。第４図の波形Ａは試験信号発生器１０からの正弦波
試験信号（周波数Ｆｓ　）であり、波形Ｂは周波数変換
器２０からのクロック信号（第４図の場合、周波数ＦＣ
二Ｆｓ−Ｆｐ）である。Ａ／Ｄ変換器１２はクロック信
号Ｂが発生する毎に試験信号廿をデジタル信号に変換す
る。波形Ａにおいて、黒丸印はデジタル信号１：変換さ
れる時点を示（６） す。このデジタル信号を標準Ｄ／Ａ変換器１６によりア
ナログ信号（：変換すると、第４図の波形Ｃの如くなる
。即ち高周波試験信号はこの試験信号周波数とクロック
信号周波数との差周波数（Ｆｓ−ＦＣ−Ｆｐ）の低周波
信号（−変換されたこと（−なる。

よって、Ａ／Ｄ変換器１２を試験する信号が高周波数で
あっても、Ｄ／Ａ変換器１６が変換する信号は低周波数
なので、Ｄ／Ａ変換器１６は高確度範囲で動作する。従
って、高周波信号におけるＡ／Ｄ変換器１２の特性を正
確（二側定器１８で測定できる。また測定器１８に供給
される信号周波数は常に所定周波数Ｆｐなので、仮え、
試験信号の周波数を可変しても、測定器１８自体の周波
数特性に測定結果は影響されないので、高精度の測定が
可能となる。尚、この実施例では周波数変換器２０から
のクロック信号周波数ＦＣは周波数ＦｓとＦｐとの差で
あるが、周波数ＦｓとＦｐとの和であっても、Ｄ／Ａ変
換器１６の出力信号の位相が反転するのみで、同様な測
定が可能であることに留意されたい。また周波数変換器
２０からのクロック信号周波数Ｉｉ’ｃがＦｓ＋Ｆｐか
Ｆｓ−ＦｐかはＶＣＯ２２が高い周波数から引込まれる
か、低い周波数から引込まれるかで決まり、測定結果に
はほとんど影響しない。

上述した第２図の実施例では、被測定Ａ／Ｄ変換器１２
の入力信号周波数とクロック信号周波数とは独立してお
らず、互いに接近した一定関係に保たれている。よって
、例えばテレビジョン用Ａ／Ｄ変換器のように、クロッ
ク周波数が一定であり、入力信号周波数が種々変化する
場合や、入力及びクロック周波数が独立に変化する場合
には、第２図の実施例では、Ａ／Ｄ変換器１２の実際の
動作における特性は測定できない。第５図はこの点を改
善した本発明の第２実施例のブロック図である。第１及
び第２図のブロックと同様なブ凸ツクは同一の参照番号
により示す。第２図の実施例との相違点は、デジタル・
ラッチ回路３４がＡ／Ｄ変換器１２及びＤ／Ａ変換器１
６の間に挿入されており、第３図に示す周波数変換器２
０の出力信号によりＡ／Ｄ変換器１２のデジタル出力信
号をラッチしてＤ／Ａ変換器１６に供給する点と、Ａ／
Ｄ変換器１２のクロック信号をクロック発生器１４から
得る点である。

第５図の実施例の動作を第６図の波形図を参照して説明
する。第６図の波形Ａは試験信号発生器１０からの正弦
波試験信号であり、その周波数Ｆｓは例えば１０ＭＨｚ
である。波形Ｂはクロック発生器１４からのクロック信
号であり、その周波数はサンプリング定理より周波数Ｆ
ｓの２倍以上でなければならず、本実施例では例えば６
０ＭＨｚである。

しかし、このクロック信号周波数は周波数Ｆｓより高け
れば高い程よい。Ａ／Ｄ変換器１２はクロック信号Ｂ毎
に波形Ａをデジタル信号に変換するので、そのデジタル
信号の値をアナログ値（−変換すると波形Ｃのよう（二
なる。尚、波形Ａ（二おいて、黒丸印は、デジタル信号
への変換時点を示す。この実施例（二おいて周波数変換
器２０は、試験信号Ａの周波数Ｆｓと例えばｌ０ＫＨ２
の所定周波数Ｆｐとの差の周波数Ｆｃ　（例えば９．９
９ＭＨｚ　）のパルス信号りを発生する。尚、周波数Ｆ
ｓとＦＣとは接近しく９） ている必要がある。ラッチ回路３４はパルス信号りが発
生する毎にＡ／Ｄ変換器１２の出力信号をラッチするの
で、このラッチ回路３４のデジタル出力信号をＤ／Ａ変
換器１６によりアナログ信号に変換すると、波形Ｅの如
き周波数Ｆｐ　（Ｆｓ　　Ｆｃ　）例えば１０ＫＨｚの
信号が得られる。即ち、Ａ／Ｄ変換器１２は高周波試験
信号をそのままの周波数状態でデジタル信号（−変換す
るが、ラッチ回路３４の出力信号は低周波数に変換され
ている。よってＤ／Ａ変換器は低周波数のアナログ信号
に変換すればよいので、高確度範囲で動作し、そのアナ
ログ信号（１含まれる誤差は、はとんどＡ／Ｄ変換器１
２の影響である。従って、Ａ／Ｄ変換器１２の特性を測
定器１８により高精度に測定できる。この実施例では試
験信号周波数とＡ／Ｄ変換器１２のクロック周波数を独
立に制御できるので、Ａ／Ｄ変換器１２の実際の動作状
態（二おける種々の特性（例えば、周波数応答、ＤＧ、
ＤＰ、アパーチャ時間等）を正確に測定できる。尚、周
波数変換器２０の出力周波数ＦＣが周波数ＦｓとＦｐと
の和で（１０） あっても同様な測定ができる。またＤＧ及び１）Ｐを測
定する際には、試験信号発生器１０からの正弦波信号（
−傾斜波または３角波を重畳させてＡ／Ｄ変換器１２に
供給する必要がある。

第７図は本発明の第３実施例のブロック図であり、第５
図の実施例を利用して被測定Ａ／Ｄ変換器の有効ビット
数を測定する装置である。まず有効ビット数について簡
単（二説明する。Ａ／Ｄ変換器の確度は入力信号周波数
等の種々の条件（二より異なり、公称分解能（出力ビツ
ト数で決まる）以下になる。有効ビット数とは与えられ
た条件で出力ビット数の何ビットまでが信頼できるかを
示すものである。この有効ビット数を測定する従来方法
は、既知な波形例えば純粋な正弦波をＡ／Ｄ変換器に供
給し、そのデジタル出力データをコンピュータに供給し
た。コンビーータは回帰分析法により、回帰波形データ
例えば基本波成分に対応する回帰正弦波データを求め、
このデータをＡ／Ｄ変換器の出力データから差引くこと
によりＡ／Ｄ変換器で発生したノイズ成分を求める。更
に、このノイズ成分と回帰波形例えば基本波成分のデー
タから８７Ｎ比を求め、有効ビット数Ｎを次の関係式か
ら求めた。

Ｎ＝　（Ｓ／Ｎ−１，８）　／６．０２しかし、この従
来方法はコンビーータを利用するため、システムが犬虎
、また、演算が複雑なため、測定結果を得るのに長時間
を要した。

第７図の実施例は上述の従来方法を改善している。尚、
この実施例は第５図と類似しているので、第５図のブロ
ックと同様なブロック（二は同じ参照番号を符し、相違
点のみ説明する。試験信号発生器１０は周波数Ｆｓの純
粋な正弦波を発生するものであり、その出力信号の周波
数スペクトルを第８Ａ図に示す。この試験信号発生器１
０の一興体例は後述する。第５図の測定器１８として、
第７図の実施例では、帯域除去フィルタ３６、実効値（
ＲＭ８　）測定器３８及びピーク値測定器４０を用いて
いる。帯域除去フィルタ３６は周波数Ｆｐ末調の周波数
を通過させる低域フィルタ及び周波数Ｆｐより高い周波
数を通過させる高域フィルタより成り、周波数Ｆｐを除
去するフィルタである。

被測定Ａ／Ｄ変換器１２は試験信号発生器１０からの周
波数ｐｓの純粋な正弦波信号をデジタル信号に変換する
が、そのデジタル信号（二はＡ／Ｄ変換器１２の特性に
応じたノイズ成分が含まれている。このデジタル信号を
ラッチ回路３４（＝供給して周波数を低減すると、標準
Ｄ／Ａ変換器１６のアナログ出力信号の周波数スペクト
ルは１８Ｂ図に示すようになる。即ち、周波数Ｆｓの基
本波成分の周波数はＦｐとなり、Ａ／Ｄ変換器１２内で
発生したノイズ成分の周波数も低くなる。帯域除法フィ
ルタ３６は基本波成分（一対応する周波数Ｆｐを除去す
るので、その出力信号はノイズ成分のみとなる。このノ
イズ成分縁実効値及びピーク値を測定器３８及び４０に
より夫々測定する。尚、試験信号発生器１０の出力信号
の実効値Ｒ８ＣｄＢ〕も測定しておく必要がある。Ａ／
Ｄ変換器１２及びＤ／Ａ変換器１６の総合利得を１とし
、ＲＭ８測定器３８の測定値をＲＮＣｄＢ〕とすると、
有効ピント数は（Ｒ８ＲＮ　　１．８　）　／　６．０
２となる。Ａ／Ｄ変換（１３） 器１２及びＤ／Ａ変換器１６の総合利得が１以外の場合
は、実効値Ｒ５に利得を加減すれば良い。またピーク値
測定器４０の測定結果を用いれば、誤差の最大値におけ
る有効ビット数を測定できる。

この有効ビット数は高周波（＝おけるＡ／Ｄ変換器のダ
イナミック性能を正しく表わしている。即ち、従来のア
パーチャ・ジッタによる誤差、及びＡ／Ｄ変換器のアナ
ログ回路部の非直線歪による高周波誤差等の高周波入力
時のすべての誤差を含んでおり、より正確な表現形式で
ある。またビットという表現は直感的にも判り易いとい
う利点がある。

尚、フィルタ３６は低ノイズの能動フィルタ、または高
域フィルタでもよい。

第９図は純粋な正弦波を発生する試験信号発生器の一興
体例の回路図である。発振器４２は帰還路に水晶発振子
Ｙｌ、Ｙ２及びＹ３を有するエミッタ接地型トランジス
タであり、スイッチＳ１及び８２じより水晶発振子Ｙ１
．Ｙ２及びＹ３を切換えて、発振周波数を制御する。発
振器４２の出力信号はバッファ４４を介してスイッチＳ
３及び（１４） Ｓ４により選択されるフィルタ４６に供給される。

フィルタ４６の出力信号は増幅器４８により増幅され、
スイッチ８５〜５１０（二より選択されるフィルタ５０
（二供給される。尚、スイッチ８１〜Ｓ１０は連動して
おり、フィルタ４６及び５０は、発振器４２が発振して
いる周波数１＝最適なものが選択され、端子５２（二純
粋な正弦波信号を出力する。

第１０図は本発明の第４実施例のブロック図である。こ
の実施例は第３及び第５図を組合せたものと類似してい
るので、同様なブロックには同じ参照番号を符し、相違
点のみ説明する。ＶＣＯ２２は周波数ＮＦＣの正弦波を
発生し、この正弦波はシｗミツト回路５４によりパルス
信号に整形される。

ＶＣＯ２２がパルス信号を発生する場合、シーミント回
路５４は不要である。シーミツト回路５４の出力パルス
信号は、Ａ／Ｄ変換器１２にクロック信号として供給さ
れると共（二、カウンタ等で構成された分周器５６（二
よりＮ分の１に分周される。

分周器５６の出力パルスの周波数はＦＣ（ＮＦｃ／Ｎ）
となり、ランチ回路３４にクロック信号として供給され
ると共に、フィルタ５８により正弦波（−変換されて混
合器２６に供給される。その他の動作は第３図の場合と
同様であるが、ＶＣＯ２２の発振周波数がＦＣのＮ倍で
あることに留意されたい。

周波数Ｆｐが試験信号周波数Ｆｓより極端に低い場合、
周波数ＦＣは周波数Ｆｓに非常に近い。よって分周器５
６の分周比Ｎを適当な値（二選択することにより、試験
信号周波数Ｆｓ（１応じた最適な周波数ＮＦＣのクロッ
ク信号を周波数Ｆｓに関係なく常にＡ／Ｄ変換器１２に
供給できる。従って、試験信号周波数を可変することに
より、Ａ／Ｄ変換器の入力周波数の最高値を容易に測定
できる。尚、混合器２６及びフィルタ５８を取外し、Ｄ
／Ａ変換器１６の出力信号をフィルタ２８に供給しても
よい３上述の如く、本発明のＡ／Ｄ変換器の特性測定装
置によれば、標準Ｄ／Ａ変換器に供給されるデジタル信
号のアナログ値の周波数は被測定Ａ／Ｄ変換器の入力周
波数よりも低いので、Ｄ／Ａ変換器の良好な動作範囲を
利用できる。よってＤ／Ａ変換器のアナログ出力信号は
Ａ／Ｄ変換器の特性により左右され、Ｄ／Ａ変換器の影
響はほとんどない。従って、Ａ／Ｄ変換器の高周波入力
信号時の特性を容易且つ正確にＤ／Ａ変換器の出力信号
から測定できる。また、周波数変換器を用いているので
、試験信号周波数に応じた最適な周波数のクロック信号
を被測定Ａ／Ｄ変換器またはラッチ回路（１自動的（−
供給できる。更（二有効ビット数の測定もコンピュータ
等の複雑なシステムを用いずに簡単且つ迅速に測定でき
る。また、Ｄ／Ａ変換器の出力信号が供給される測定手
段の入力周波数は、常にＦｐで一定とすることができる
ので、試験信号の周波数が可変であっても、測定手段の
周波数特性は測定結果に影響せず、特（二Ａ／Ｄ変換器
の各入力周波数（二対する測定結果の対比は正確である
。尚、周波数Ｆｐは低い程よい。

上述は本発明の好適な実施例についてのみ説明したが、
当業者には本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形
変更が可能なことが理解されよう。

例えば、試験信号波形は測定目的に応じて正弦波（１７
） 以外に種々の波形が利用できる。また、標準Ｄ／Ａ変換
器の出力信号にグリッチが存在する場合、Ｄ／Ａ変換器
の後段にリサンプラを設けてもよい。

更に、被測定Ａ／Ｄ変換器及びランチ回路に供給するク
ロック信号の周波数は試験信号周波数（１応じて手動で
調整してもよい。周波数変換器は第３図（二元した以外
（二種々の回路が利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のブロック図、第２図は本発明の第１実
施例のブロック図、第３図は本発明に用いる周波数変換
器の好適なブロック図、第４図は第２図の動作を説明す
る波形図、第５図は本発明の第２実施例のブロック図、
第６図は第５図の動作を説明する波形図、第７図は本発
明の第３実施例のブロック図、第８Ａ及び第８Ｂ図は第
７図の動作を説明する周波数スペクトル図、第９図は第
７図に用いる試験信号発生器の一例の回路図、第１１図
は本発明の第４実施例のブロック図である。 １０：　試験信号発生器 １２：　被測定アナログ・デジタル変換器（１８） １６：　デジタル・アナログ変換器 １８：　測定手段 特許出願人：ソ二一・テクトロニクス株式会社（１９） 回 （９ 隈 ３７１− 手続補正書（方式） 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ■、事件の表示　　昭和５７年特許願第５７８１０号２
　発明の名称　　アナログ・デジタル変換器の特性測定
装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京部品用８北品用５丁目９番３１号電話０３
−４４８−４６４７ ４、補正命令の日付　　昭和５７年７月２７日５、補正
の対象　　明細書の図面の簡単な説明の欄６、補正の内
容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定アナログ・デジタル変換器に試験信号を供給する
   試験信号発生器と、上記被測定アナログ・デジタル変換
   器のデジタル出力信号が供給されるデジタル・アナログ
   変換器と、該デジタル・アナログ変換器のアナログ出力
   信号を測定する測定手段とを具え、上記試験信号の周波
   数と所定周波数との差または和（二等しい周波数の信号
   の各サイクル毎に上記被測定アナログ・デジタル変換器
   のデジタル出力信号を上記デジタル・アナログ変換器（
   ＝供給することを特徴とするアナログ・デジタル変換器
   の特性測定装置。