JPS6071967A - Digital spectrum analyzer - Google Patents

Digital spectrum analyzer

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JPS6071967A
JPS6071967A JP18164283A JP18164283A JPS6071967A JP S6071967 A JPS6071967 A JP S6071967A JP 18164283 A JP18164283 A JP 18164283A JP 18164283 A JP18164283 A JP 18164283A JP S6071967 A JPS6071967 A JP S6071967A
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JP
Japan
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test signal
signal
frequency
converter
band
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JP18164283A
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Takahiro Yamaguchi
隆弘 山口
Masayuki Ogawa
政行 小川
Toshiharu Kasahara
笠原 寿治
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Advantest Corp
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Advantest Corp
Takeda Riken Industries Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To shorten measurement time as the whole and to make high-precision measurement possible by setting a test signal for each measuring frequency range divided in plural areas and adjusting the input level of an AD converter. CONSTITUTION:First, a noise signal is given to an object 12 to be measured to measure all measuring bands F0-Fn, and a general transfer function characteristic is obtained. This characteristic is divided to parts, where the level change for frequency is sharp, and parts where it is slow, and the noise signal is set as the test signal to an FFT analyzer 14 in case of the area from the band F0 to the band F1 and the area from the band F2 to the band Fn, and a single sine wave signal is set as the test signal to the analyzer 14 in case of the area from the band F1 to the band F2. Next, the set test signal is supplied from a test signal generator 11 to the object 12 to be measured, and the input level of the AD converter in the FFT analyzer 14 is so set that an optimum conversion is attained in the AD converter, and FFT analysis is performed. The transfer function of the object 12 to be measured is measured in accordance with the input test signal of the object 12 to be measured and the Fourier conversion output of the output test signal.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は試験信号を測定対象へ供給し、その測定対象
の入力試験信号と出力試験信号とを高速フーリエ変換し
、その変換出力から測定対象の伝達関数を測定するデジ
タルスペクトルアナライザに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a digital camera that supplies a test signal to a measurement target, performs fast Fourier transform on the input test signal and output test signal of the measurement target, and measures the transfer function of the measurement target from the converted output. Regarding spectrum analyzers.

〈発明の背景〉 デジタルスペクトルアナライザは第1図に示すように試
験信号発生器11から試験信号を発生して測定対象12
へ与え、測定対象12からの出力試験信号を端子13よ
り高速フーリエ変換解析装置(以下FFT解析装置と記
す)14へ入力し、また測定対象12の入力側の試験信
号を端子15よ、9 FFT解析装置14に入力し、解
析装置14においてそれぞれ入力された試験信号をデジ
タル信号に変換した後、高速フーリエ変換して測定対象
12の伝達関数をめる。
<Background of the Invention> As shown in FIG.
The output test signal from the measurement object 12 is inputted to the fast Fourier transform analysis device (hereinafter referred to as FFT analysis device) 14 from the terminal 13, and the test signal on the input side of the measurement object 12 is inputted to the terminal 15, 9 FFT. The input test signals are input to the analysis device 14, and the input test signals are converted into digital signals in the analysis device 14, and then subjected to fast Fourier transformation to determine the transfer function of the measurement object 12.

FFT解析装置14においては第2図に示すように入力
端子13(又は15)よりの試験信号は可変利得増幅器
16を通じて低域r波器17に供給され、低域f波器1
7の出力はAD変換器18において一定周期でサンプリ
ングされてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号
はバッファメモリ19内に記憶される。バッファメモリ
19に一定サンプル数、例えば1,024個のサンプル
数が記憶されるとF’FT変換器21において高速フー
リエ変換が行われる。
In the FFT analyzer 14, as shown in FIG.
The output of 7 is sampled at a constant cycle by an AD converter 18 and converted into a digital signal, and the digital signal is stored in a buffer memory 19. When a certain number of samples, for example 1,024 samples, are stored in the buffer memory 19, fast Fourier transform is performed in the F'FT transformer 21.

その際にAD変換器18における変換を有効に行うため
、つまりサンプルしたデータを例えばAD変換器の10
ビツトのデジタル信号に変換する場合、その10ピツト
の全域をなるべく使うようにして解析感度を上げるよう
に入力のレンジ設定が行われる。即ちバッファメモリ1
9よりサンプル値を読み出し、そのサンプル値が小さ過
ぎる場合は増幅器16の利得を上げ、逆にサンプル値が
大き過ぎる場合は増幅器16の利得を下げてAD変換器
18での変換を最適化する。
At that time, in order to effectively perform the conversion in the AD converter 18, in other words, the sampled data is
When converting into a bit digital signal, the input range is set so as to use the entire 10-pit range as much as possible to increase analysis sensitivity. That is, buffer memory 1
If the sample value is too small, the gain of the amplifier 16 is increased, and if the sample value is too large, the gain of the amplifier 16 is decreased to optimize the conversion by the AD converter 18.

FFT解析器21においては第3図のステップSlに示
すように入力信号の感度を設定する。即ち先に述べたよ
うにAD変換器18の変換が最適に行われるようにその
入力レベルを設定する操作が行われる。その後その設定
状態においてバッファメモリ19に取込まれた、例えば
1,024個のサンプル値についてステップS2で高速
フーリエ変換を行い、ステップS3で端子15からの入
力試験信号及び端子13からの出力試験信号に対するパ
ワースペクトラムQaa 、 Qbb 、更に相互スペ
クトラムGabを演算する。即ち端子15より入力され
た試験信号についてFFT解析した各周波数成分につい
てその実部の自乗と虚部の自乗との和Gaaを演算し、
また端子13よυ入力された出力試験信号についても同
様にそのFFT解析した各周波数成分の実部の自乗と虚
部の自乗との和Gbbを演算して各パワースペクトラム
をめ、更にこれらの入力試験信号の高速フーリエ変換と
出力試験信号の高速フーリエ変換の対応する周波数成分
について三方の共軛との積を演算して相互スペクトラム
Gabを演算する。
In the FFT analyzer 21, the sensitivity of the input signal is set as shown in step Sl in FIG. That is, as described above, an operation is performed to set the input level of the AD converter 18 so that the conversion is performed optimally. Thereafter, in step S2, fast Fourier transform is performed on, for example, 1,024 sample values taken into the buffer memory 19 in the setting state, and in step S3, the input test signal from the terminal 15 and the output test signal from the terminal 13 are processed. The power spectra Qaa, Qbb and the mutual spectrum Gab are calculated. That is, the sum Gaa of the square of the real part and the square of the imaginary part is calculated for each frequency component subjected to FFT analysis of the test signal input from the terminal 15,
Similarly, for the output test signal input through the terminal 13, the sum Gbb of the square of the real part and the square of the imaginary part of each frequency component subjected to FFT analysis is calculated to obtain each power spectrum, and further, these inputs are A mutual spectrum Gab is calculated by multiplying the corresponding frequency components of the fast Fourier transform of the test signal and the fast Fourier transform of the output test signal with the three-way joint yoke.

各試験信号を同様に繰り返して取込み、同様のことをし
てパワースペクトラム及び相互スペクトラムを必要数求
め、これらの平均をステップS4で行い、平均パワース
ペクトラム<Gaa〉及び〈Gbb〉、平均相互スペク
トラム(Gab :)をめる。これら平均値からステッ
プS5で伝達関数がめられる。即ち平均相互スペクト2
ム〈Gab〉を平均パワースペクトラム〈Gaa〉で割
算する。各周波数ごとにこのことが行われる。FFT解
析器21で解析された結果は表示器22に表示される。
Each test signal is repeatedly acquired in the same way, the necessary number of power spectra and mutual spectra are obtained in the same way, and these are averaged in step S4, and the average power spectra <Gaa> and <Gbb>, the average mutual spectrum ( Enter Gab:). A transfer function is determined from these average values in step S5. That is, the average mutual spectrum 2
Divide the average power spectrum <Gab> by the average power spectrum <Gaa>. This is done for each frequency. The results analyzed by the FFT analyzer 21 are displayed on the display 22.

ところで従来の試験信号発生器11よりは例えば単一正
弦波を発生して一つの正弦波ごとに高速フーリエ変換を
行い、次にその周波数を変化きせて高速フーリエ変換を
行うことを順次繰り返し行う場合と、ランダム雑音を発
生して試験信号として測定対象に与える場合とがある。
By the way, when the conventional test signal generator 11 generates a single sine wave, performs fast Fourier transform on each sine wave, and then performs fast Fourier transform while changing its frequency, this is repeated in sequence. In some cases, random noise is generated and applied to the measurement target as a test signal.

前者の単一正弦波による場合は測定精度が高いが測定時
間が長くなる。一方ランダム雑音を発生する場合は一度
で測定できるが測定精度が悪い。しかし、例えば伝達関
数の測定において周波数軸に対するレベルの変化が比較
的ゆつくシしているような場合においてはランダム雑音
による測定でも測定精度がそれ程悪くなく、比較的高い
精度の測定が得られる。
The former case of using a single sine wave has high measurement accuracy but requires a long measurement time. On the other hand, when random noise is generated, it can be measured in one go, but the measurement accuracy is poor. However, for example, in cases where the level change with respect to the frequency axis is relatively slow in the measurement of a transfer function, the measurement accuracy is not so bad even with measurement using random noise, and a relatively high-precision measurement can be obtained.

測定対象によっては共振点や反共振点が生じる部分であ
り、このように周波数軸に対する変化が急激な部分では
ランダム雑音による測定は精度が劣下する。即ち第4図
に示すような伝達関数においては周波数軸上の中間部に
おいて共振点23aや反共振点23bがあり、特性曲線
が急激に変化している。このようなところにおいてラン
ダム雑音による測定は特に精度が悪く、この共振点の尖
った部分がなまってしまう欠点がある。しかしこのよう
に急激に変化し々い比較的ゆっくり変化する領域23e
の部分ではランダム雑音による測定でも比較的高い精度
で測定できることが判った。
Depending on the object to be measured, resonance points or anti-resonance points may occur, and the accuracy of measurement using random noise deteriorates in such a portion where there is a sudden change with respect to the frequency axis. That is, in the transfer function as shown in FIG. 4, there is a resonance point 23a and an anti-resonance point 23b in the middle part on the frequency axis, and the characteristic curve changes rapidly. In such places, measurement using random noise has a particularly poor accuracy, and has the disadvantage that the sharp part of the resonance point becomes dull. However, in this region 23e, which changes rapidly, it changes relatively slowly.
It was found that even measurements using random noise can be performed with relatively high accuracy in this part.

〈発明の概要〉 このような点よりこの発明の目的は特性の変化が周波数
軸に対して急激な部分と、余り変化しない部分とを含む
ような場合において全体として高い精度でしかも比較的
短時間で測定を行うことができるデジタルスペクトルア
ナライザを提供するものである〇 この発明によれば試験信号発生器として複数種類の試験
信号を発生するように構成しておき、また測定周波数範
囲を複数の領域に分割し、その各分割した領域ごとに発
生すべき試験信号を設定できるように構成し、その設定
した各周波数領域ごとにその領域に適する設定した試験
信号によって試験を行い、その場合少なくとも各領域ご
とにAD変換器における変換特性が最適になるようにA
D変換器の入力レベルを調整する。
<Summary of the Invention> From this point of view, the purpose of the present invention is to achieve high accuracy as a whole and a relatively short period of time in cases where the change in characteristics includes a rapid part and a part that does not change much with respect to the frequency axis. According to the present invention, the test signal generator is configured to generate multiple types of test signals, and the measurement frequency range is divided into multiple regions. The configuration is such that the test signal to be generated can be set for each divided area, and the test is performed for each frequency area using the set test signal suitable for that area. A to optimize the conversion characteristics of the AD converter for each
Adjust the input level of the D converter.

このため試験信号発生器11は例えば第5図に示すよう
に構成される。即ちバス25にはCPU26、その動作
プログラムを記憶したROM27.読み書き可能々RA
M 28 、更に第1図のF”FT解析装置14と接続
された入出力部29が接続されている。入出力部29を
通してFFT解析装置14より試験信号の発生に必要な
データ、即ち例えば雑音信号、多重正弦波信号、単一正
弦波信号9周波数掃引圧弦波信号などの信号モードを示
すデータと、発生する周波数範囲の最大値と最小値、更
に振幅レベル、必要に応じて周波数変化幅Δfを示すデ
ータなどが送られ、これらデータと共にFFT解析装置
14内のAD変換器18のサンプリングクロックと同期
した一般にこれよりも高い周波数のクロックが入力され
る。このクロックは入出力回路29よシ分周器31に入
力され、分周器31はバス25に接続されてその入力デ
ータに応じてCPU 26から必要な分周比が設定され
る。
For this purpose, the test signal generator 11 is configured as shown in FIG. 5, for example. That is, the bus 25 includes a CPU 26 and a ROM 27 that stores its operating program. Readable and writable RA
M 28 is further connected to an input/output section 29 which is connected to the F"FT analyzer 14 shown in FIG. Data indicating the signal mode, such as a signal, multiple sine wave signal, single sine wave signal, 9-frequency swept pressure sinusoidal signal, the maximum and minimum values of the frequency range in which it occurs, as well as the amplitude level and, if necessary, the frequency change width. Data indicating Δf, etc. are sent, and together with these data, a clock that is synchronized with the sampling clock of the AD converter 18 in the FFT analyzer 14 and generally has a higher frequency than this is input.This clock is input from the input/output circuit 29. The signal is input to a frequency divider 31, which is connected to the bus 25, and a necessary frequency division ratio is set by the CPU 26 in accordance with the input data.

一方波形メモリ32には多重正弦波の波形の各点をサン
プルしたデジタル値を記憶したものや、周波数掃引信号
例えばFo乃至Flの周波数が変化する掃引正弦波信号
の波形が記憶されるなど各種の信号波形が記憶されてお
り、どの波形の信号を読出すかはバス25を通じてCP
U 26によシ、つま#)FFT解析装置14から与え
られた信号モードに応じて波形メモリ32の読み出し領
域が選定されて決定される。波形メモリ32は分周器3
1の出力、一般にAD変換器18と同期した同一周波数
のクロックで読み出される。このため分周器31の出力
がスイッチ33を通じて波形メモリ32内のアドレスカ
ウンタへ供給され、このアドレスカウンタが歩進される
。スイッチ33を切換えて雑音発生器40からランダム
パルスを波形メモリ32へ供給して雑音信号を読み出す
こともできる。
On the other hand, the waveform memory 32 stores digital values obtained by sampling each point of a multiple sine wave waveform, and a waveform of a frequency sweep signal, such as a swept sine wave signal whose frequency changes from Fo to Fl. The signal waveforms are stored, and which waveform of the signal to read is determined by the CP via the bus 25.
According to the signal mode given from the FFT analyzer 14, the readout area of the waveform memory 32 is selected and determined. Waveform memory 32 is frequency divider 3
1 output, generally read out with a clock of the same frequency synchronized with the AD converter 18. Therefore, the output of the frequency divider 31 is supplied to the address counter in the waveform memory 32 through the switch 33, and this address counter is incremented. It is also possible to read out the noise signal by switching the switch 33 and supplying random pulses from the noise generator 40 to the waveform memory 32.

波形メモリ32よシ読み出された信号はアナログ信号に
変換され、乗算器34を通じ、更にスイッチ35を通じ
てレベル調整器36へ供給される。レベル調整器36は
CPU26によりバス25を通じて、レベルがFFT解
析装置14より与えた大きさに応じて設定される。その
設定されたレベルを持った試験信号が端子37より出力
され、これが第1図の測定対象12に与えられる。単一
正弦波信号を発生する場合においては正弦波メモリ38
が分周器31の出力クロックで読み出される。正弦波メ
モリ38から発生する正弦波信号の周波数はバス25を
通じてCPU26よシ設定される。この読み出された正
弦波信号はスイッチ39を通じ更にスイッチ35を通じ
てレベル設定器36に供給される。またこの正弦波信号
は乗算器34で波形メモリ32から読み出された信号と
乗算することができる。この試験信号発生器は、FFT
解析装置14から与えられたデータに応じてその指定さ
れたモードの試験信号を指定された周波数範囲内におい
て発生することができる。
The signal read out from the waveform memory 32 is converted into an analog signal, and is supplied to a level adjuster 36 through a multiplier 34 and a switch 35. The level adjuster 36 is set by the CPU 26 via the bus 25 in accordance with the level given by the FFT analyzer 14. A test signal having the set level is output from the terminal 37, and is applied to the measurement object 12 in FIG. In the case of generating a single sine wave signal, a sine wave memory 38
is read out using the output clock of the frequency divider 31. The frequency of the sine wave signal generated from the sine wave memory 38 is set by the CPU 26 via the bus 25. This read sine wave signal is supplied to a level setter 36 through a switch 39 and further through a switch 35. Further, this sine wave signal can be multiplied by a signal read out from the waveform memory 32 in a multiplier 34. This test signal generator uses FFT
Depending on the data provided by the analyzer 14, a test signal of the specified mode can be generated within the specified frequency range.

先に述べたようにAD変換器18の入力レベルをそのA
D変換器の変換動作が最適となるように、つまシ最も有
効な変換データが得られるように制御する。そのために
FFT解析装置14に入力された信号レベルが大き過ぎ
た場合を検出するようにされる。例えば第6図に示すよ
うに可変利得増幅器16内において差動入力信号は抵抗
器41 、42を通じて増幅器43の共通の入力端子に
与えられ、増幅器43の出力が比較器44において基準
電源45の基準電圧と比較され、この同相雑音成分があ
る程度以上大きい場合は比較器44の出力が高レベルと
なるように構成されている。更に可変利得増幅器16の
出力が比較器46に分岐供給され、この増幅出力と基準
電源47の基準電圧とが比較され、増幅出力がΩ変換器
18における最大変換レベルよりも大きいレベルの場合
は比較器46の出力が高レベルとなるようにされている
OAD変換器18の変換出力はデジタル比較器48に分
岐供給され、レジスタ49内のしきい値と比較され、A
D変換器18の出力がオーバーフローしているようなデ
ータの場合は比較器48より高レベルが生じる。
As mentioned earlier, the input level of the AD converter 18 is
Control is performed so that the conversion operation of the D converter is optimized and the most effective conversion data is obtained. For this purpose, a case where the signal level input to the FFT analysis device 14 is too large is detected. For example, as shown in FIG. 6, within the variable gain amplifier 16, a differential input signal is applied to a common input terminal of an amplifier 43 through resistors 41 and 42, and the output of the amplifier 43 is applied to a comparator 44 as a reference voltage of a reference power supply 45. It is compared with the voltage, and if this common mode noise component is larger than a certain level, the output of the comparator 44 is configured to become high level. Further, the output of the variable gain amplifier 16 is branched and supplied to a comparator 46, and this amplified output is compared with the reference voltage of a reference power supply 47. If the amplified output is at a level higher than the maximum conversion level in the Ω converter 18, the comparison is made. The conversion output of the OAD converter 18, in which the output of the converter 46 is set to a high level, is branched to a digital comparator 48, and is compared with a threshold value in a register 49.
If the output of the D-converter 18 is overflowing data, a higher level than the comparator 48 will be generated.

AD変換器18の変換出力は例えば12ビツトであシ、
並列ビット出力線52中の最上位より12ビツトがAD
変換出力に用いられる。一方比較器44 、46 、4
8の各出力はオア回路51を通じてAD変換器の出力線
52の最下位ビットに入力されている。従って入力信号
レベルや雑音が大き過ぎるとノくラフアメモリ19に入
力されたデータ中の最下位ビットが論理1となっておシ
、FFT解析解析器上1(ツファメモ1)19を読み出
してその最下位ビットが1の場合は入力信号が大き過ぎ
たと判定して可変利得増幅器16の利得を一定値、例え
ば10db低下させる。
The conversion output of the AD converter 18 is, for example, 12 bits,
The most significant 12 bits of the parallel bit output line 52 are AD.
Used for conversion output. On the other hand, comparators 44, 46, 4
Each output of 8 is input through an OR circuit 51 to the least significant bit of an output line 52 of the AD converter. Therefore, if the input signal level or noise is too large, the lowest bit in the data input to the rough memory 19 becomes logic 1, and the lowest If the bit is 1, it is determined that the input signal is too large, and the gain of the variable gain amplifier 16 is lowered by a certain value, for example, 10 db.

このレンジ設定操作は例えば第7図に示したように行わ
れる0バツフアメモリ19内に所定のデータ数例えば1
,024個が取込まれると、このFFT解析解析器上1
ッファメモリ19をステップS+で所定数、例えば1,
024個を取出し、ステップS2においてそれ迄に可変
利得増幅器16の利得を上げることと下げることの両動
作をやったか否かチェックされ、そのような動作を行な
ってない場合はステップS3においてその読み出したデ
ータの各最下位ビットが1かどうか、つ糧りオーツ(−
フローしているものがあるかどうかチェックされ、オー
バーフローしているものがある場合はステップS4で可
変利得増幅器16の利得を一定量、例えば10dbだけ
低下する。一方ステップS3において読み出したデータ
よりその入力が小さ過ぎるか否かがチェックされ、これ
はそのデータの上位例ビットかが常にOの場合は入力レ
ベルのデータが小さ過ぎると判定され、コノ場合はステ
ップS6において可変利得増幅器16の利得を一定量、
例えば10dbだけ上昇する。このようなことを繰り返
し、つまり1回行うごとに新たにデータを1,024個
とってそのデータについてオーバーフローがあるか、小
さ過ぎるかをチェックし何べんか繰り返した後、或は1
回の操作でその入力データのすべてがオーバーフローも
なく過少入力でもない場合はステップS7において適切
レンジであると判定し、このレンジに可変利得増幅器1
6の利得が設定保持される。尚場合によるとある入力範
囲においては利得が大き過ぎたため利得を下げると次に
取込んだデータに対しては利得が小さ過ぎるようになシ
、ステップS7に移ることができないような場合がある
。即ち利得を上げることと下げることが共に行われる状
態に々るとこれがステップS2で検出され、その時の過
少入力レンジと判定された側の利得、つまシステップS
6で過少入力と判定されて利得を上げた状態の利得にス
テップS8で設定される。
This range setting operation is performed, for example, as shown in FIG.
,024 pieces are taken in, this FFT analysis analyzer 1
The buffer memory 19 is stored in a predetermined number, for example 1, in step S+.
024 is taken out, and in step S2 it is checked whether or not the gain of the variable gain amplifier 16 has been both increased and decreased up to that point. If such an operation has not been performed, it is read out in step S3. Checks whether each least significant bit of the data is 1 or not (−
It is checked whether there is any overflow, and if there is overflow, the gain of the variable gain amplifier 16 is lowered by a certain amount, for example 10 db, in step S4. On the other hand, in step S3, it is checked whether the input is too small compared to the read data, and if the upper example bit of the data is always O, it is determined that the input level data is too small; In S6, the gain of the variable gain amplifier 16 is set to a certain amount,
For example, it increases by 10db. After repeating this process, that is, taking 1,024 new data each time and checking whether there is an overflow or whether it is too small, or after repeating it several times, or
If all of the input data is neither overflow nor underinput in the first operation, it is determined in step S7 that the range is appropriate, and the variable gain amplifier 1 is set in this range.
A gain of 6 is kept set. In some cases, the gain is too large in a certain input range, so if the gain is lowered, the gain becomes too small for the next captured data, making it impossible to proceed to step S7. In other words, when the gain is increased and decreased at the same time, this is detected in step S2, and the gain of the side determined to be under-input range at that time is changed in step S.
6, it is determined that the input is too low, and the gain is set to the increased state in step S8.

次にこの発明による装置の動作を説明する。第8図に示
すようにまずステップS1で測定全帯域F。
Next, the operation of the apparatus according to the present invention will be explained. As shown in FIG. 8, first, in step S1, the entire band F is measured.

乃至Fnを、雑音信号或は多重正弦波信号を測定対象1
2に与えて測定する。これにより第4図に示したような
大まかな伝達関数特性を得て周波数に対するレベル変化
が急峻な部分となだらかな部分とに分け、この図におい
てはFo乃至Flの領域とFr乃至F2の領域とF2乃
至Fnの領域との三つに分けてそれぞれの領域に対して
発生すべき試験信号を例えば第9図に示すようにFo乃
至Fl及びF2乃至Fnは雑音信号とし、Fl乃至F2
の領域は単一正弦波信号とし、各発生する信号の振幅を
Vl + F2 * F3とし、また正弦波信号につい
てはその正弦波の周波数の変化幅Δfを例えばF、とす
る0このような試験デー00 りをFFT解析装置14に設定する。またこの時rを1
に設定し、これよりステップS3において指定領域rl
である周波数Fo乃至F+の領域についての試験測定を
行い、その測定後ステップS4においてrを+1し、ス
テップS5においてそのrが領域数R1つまりこの例に
おいては三つの領域に分けたからR=3よりも大である
か否か判定され、犬でない場合はステップS3に戻って
次の指定領域、即ちこの例では2番目の指定領域Ft乃
至F2の領域に対する測定を行う。
to Fn, the noise signal or multiple sine wave signal is the measurement target 1
2 and measure. As a result, a rough transfer function characteristic as shown in Fig. 4 is obtained, and the level change with respect to frequency is divided into a steep part and a gentle part. In this figure, the area from Fo to Fl and the area from Fr to F2 are divided. For example, as shown in FIG. 9, the test signals to be generated for each region are divided into three regions, F2 to Fn, and Fo to Fl and F2 to Fn are noise signals, and Fl to F2 are
The region of is a single sine wave signal, the amplitude of each generated signal is Vl + F2 * F3, and for a sine wave signal, the range of change in the frequency of the sine wave Δf is, for example, F.0 Such a test The data 00 is set in the FFT analysis device 14. Also, at this time, r is 1
From now on, in step S3, the designated area rl
A test measurement is performed for the frequency range Fo to F+, and after the measurement, r is incremented by 1 in step S4, and in step S5, r is the number of regions R1, that is, in this example, it is divided into three regions, so R = 3. If it is not a dog, the process returns to step S3 to perform measurements on the next specified area, that is, the second specified area Ft to F2 in this example.

指定領域r = lのように雑音信号を用いて測定する
場合第10図に示すようにFFT解析装置14から必要
な試験データ、即ち周波数領域がF。乃至F1であって
、発生する試験信号が雑音信号、更に振幅が■1である
ことを示すデータが試験信号発生器11に供給される。
When measuring using a noise signal in the designated region r = l, as shown in FIG. 10, the test data required from the FFT analyzer 14, that is, the frequency region is F. to F1, data indicating that the generated test signal is a noise signal and that the amplitude is 1 is supplied to the test signal generator 11.

これに基づいて試験信号発生器11はステップS2にお
いて第5図においてスイッチ33を雑音信号源44側に
切換えてこれにより雑音信号によって波形メモリ32を
読み出し、その波形メモリ32の出力は乗算器34を通
じ、スイッチ35を通じてレベル設定器36に供給され
、レベル設定器36でVlのレベルに設定されて試験信
号を出力する。スイッチ39はオフとされる。
Based on this, the test signal generator 11 switches the switch 33 to the noise signal source 44 side in FIG. , the signal is supplied to a level setter 36 through a switch 35, and the level setter 36 sets the level to Vl and outputs a test signal. Switch 39 is turned off.

この試験信号を受信してFFT解析装置14においては
先に第6図及び第7図について述べたようにAD変換器
18の変換特性が最良となるようにその入力側をレベル
を設定すべく可変利得増幅器16の利得を制御する。そ
の後ステップS4においてその設定したレベルにおいて
FFT解析を行う。この測定が例えばに回行ってその平
均を先に述べたようにとる。このようにして一つの指定
領域に対する測定が行われると次の指定領域、この例で
はFl乃至F2の領域に対する測定となるが、この場合
における測定は例えば第11図に示すように行う0即ち
ステップS+で領域がF+乃至F2、試験信号が単一正
弦波、振幅がF2、周波数変化が五であることをそれぞ
れ示す試験データを試験信号発生器11へ転送スる。ス
テップS2においてこの指定領域における最低周波数F
+をFoに設定し、ステップS3で試験信号発生器11
より信号を発生する。この場合第5図においてスイッチ
39をオンとし、スイッチ35をスイッチ39側に切換
える。正弦波メモリ38においてFiの周波数を発生す
るように設定する。
Upon receiving this test signal, the FFT analyzer 14 changes the level of the input side of the AD converter 18 so that the conversion characteristics of the AD converter 18 are the best, as described above with reference to FIGS. 6 and 7. Controls the gain of gain amplifier 16. Thereafter, in step S4, FFT analysis is performed at the set level. This measurement is performed, for example, several times and the average is taken as described above. When the measurement for one designated area is performed in this way, the next designated area, in this example, the area Fl to F2, is measured. Test data indicating that S+ is in the range F+ to F2, the test signal is a single sine wave, the amplitude is F2, and the frequency change is 5 is transferred to the test signal generator 11. In step S2, the lowest frequency F in this designated area is
+ is set to Fo, and in step S3 the test signal generator 11
generate more signals. In this case, the switch 39 is turned on in FIG. 5, and the switch 35 is switched to the switch 39 side. The sine wave memory 38 is set to generate the frequency Fi.

従って最初においては周波数F+の正弦波が発生し、こ
れが出力され、この正弦波信号に基づいてステップS4
において、最適感度になるようにレベル設定が行われる
。その後周波数F1の正弦波についてステップS5でF
FT解析を行い、ステップS6で周波数F1に、Δfを
加算してFiとし、とのFiが指定領域の最高周波数F
2より大きいか否かステップS7でチェックされ、小さ
い場合はステップS3に戻り、これよりF1+Δfの周
波数の正弦波信号を発生する。このようにして順次Δf
高い周波数の正弦波信号を発生すると共にその都度感度
設定が最適になるように設定してFFT解析を行い、か
つその解析の際には最適設定レベルにおいて複数回デー
タをとってFFT変換出力を平均する0発生する単一正
弦波の周波数Flが指定領域の最高周波数F2よりも大
きくなると指定領域における単一正弦波による試験を終
了する〇 この例においては次には周波数F2乃至Fhの領域の測
定に移るが、その場合には第10図と同様の動作で試験
を行う。測定周波数範囲を分けてその各領域に対する試
験信号の発生は例えば第4図の例において周波数Fo乃
至F1の領域及び周波数F2乃至Fnの領域に対しては
周波数掃引正弦波信号を発生するようにしてもよい。或
はこれらの領域のすべてを周波数掃引正弦波信号を発生
するようにし、例えば第12図及び第13図に示すよう
に周波数Fo乃至Flの領域ではΔ:h =40Hzの
間部波数を掃引する信号を発生し、次にΔftだけ加算
した周波数Fo十Δf1乃至Fo+2Δf1の範囲内の
周波数を掃引する正弦波信号を発生し、周波数領域Fl
乃至F2については掃引信号幅Δfzを小さく、例えば
4Hz程度にしてゆっくりしだ掃引信号で測定し、更に
周波数領域F2乃至Fnについては掃引幅Δfs = 
100Hzのように大きな掃引幅で測定するようにして
もよい。また測定範囲を雑音信号或は多重正弦波で測定
し、その後周波数領域が変化の激しい範囲例えば先の例
ではFl乃至F2の範囲内においてのみ単一正弦波や遅
い速度の周波数掃引正弦波で測定し、その部分の測定デ
ータを、前の多重正弦波や雑音信号を用いたデータの替
りに使用するようにしてもよい0このように周波数領域
を分割して測定し、またその都度感度の最適化を行って
いるため、解析結果をその周波数範囲Fo = Fll
の全体として見るためにはレベル補正を行う必要がある
。つまり第10図のステップS4及び第11図のステッ
プS5におけるFFT解析処理は第14図に示すように
行われる。即チFFT 変換をステップSlで行い、そ
の解析結果に対してステップS2で大きさ補正を行う。
Therefore, at the beginning, a sine wave of frequency F+ is generated and output, and based on this sine wave signal, step S4
In this step, level setting is performed to obtain the optimum sensitivity. After that, in step S5 for the sine wave of frequency F1, F
FT analysis is performed, and in step S6, Δf is added to frequency F1 to obtain Fi, and Fi is the highest frequency F in the specified area.
It is checked in step S7 whether it is larger than 2, and if it is smaller, the process returns to step S3, and from this, a sine wave signal with a frequency of F1+Δf is generated. In this way, Δf
Generate a high frequency sine wave signal and perform FFT analysis by setting the sensitivity settings to be optimal each time. During the analysis, data is taken multiple times at the optimal setting level and the FFT conversion output is averaged. 0 When the frequency Fl of the generated single sine wave becomes larger than the highest frequency F2 of the specified area, the test using the single sine wave in the specified area is finished. 0 In this example, next, the measurement of the area of frequencies F2 to Fh is performed. In that case, the test is performed in the same manner as in FIG. To divide the measurement frequency range and generate test signals for each region, for example, in the example of FIG. 4, a frequency swept sine wave signal is generated for the frequency range Fo to F1 and the frequency range F2 to Fn. Good too. Alternatively, all of these regions may be configured to generate frequency swept sine wave signals, for example, as shown in FIGS. 12 and 13, in the frequency range Fo to Fl, an intermediate wave number of Δ:h = 40 Hz is swept. A signal is generated, and then a sine wave signal that sweeps a frequency within the range of a frequency Fo+Δf1 to Fo+2Δf1, which is an addition of Δft, is generated, and the frequency domain Fl
For F2 to F2, the sweep signal width Δfz is made small, for example, about 4 Hz, and measurement is performed using a slowly sweeping signal, and for the frequency range F2 to Fn, the sweep width Δfs =
Measurement may be performed with a large sweep width such as 100 Hz. Also, the measurement range is measured with a noise signal or multiple sine waves, and then a single sine wave or a slow frequency swept sine wave is used only in a range where the frequency domain changes rapidly, for example, in the range from Fl to F2 in the previous example. However, the measurement data of that part may be used in place of the previous data using multiple sine waves or noise signals.The frequency domain is divided and measured in this way, and the optimal sensitivity is determined each time. Since the analysis results are calculated in the frequency range Fo = Fll
In order to see the whole image, it is necessary to perform level correction. That is, the FFT analysis processing in step S4 in FIG. 10 and step S5 in FIG. 11 is performed as shown in FIG. In other words, FFT conversion is performed in step Sl, and the analysis result is subjected to size correction in step S2.

この補正は例えば最初に取込んだ周波数領域FO乃至F
lに対して行われたレベルレンジ設定を基準とし、その
時の可変利得増幅器16の利得よりも利得を大きくした
場合の周波数領域のFFT変換出力については、例えば
利得を10db大きくした場合はその各測定周波数成分
の大きさを10db下げ、逆に利得を10 db下げた
場合はFFT変換の各周波数成分の大きさを10dbだ
け上げる補正を行う。その後ステップS3でその補正さ
れた各周波数成分について、それぞれノくワースペクト
ラムGaa 、 Qbb相互スペクトラムGabの演算
が行われる0更に新たなデータを同様にして取込み、即
ち第10図又は第11図の処理を行い、このようにして
取込んだ複数のデータについて各周波数成分ごとにステ
ップS4で平均をめ、つまり平均パワースペクトラム<
 Gaa ) (Gbb )、平均相互スペクトラム〈
Gab〉を演算する。更ニこの坪均スペクトラムよりス
テップS5で伝達関数を演算する。
This correction is performed, for example, in the frequency range FO to F that was first captured.
Regarding the FFT conversion output in the frequency domain when the gain is made larger than the gain of the variable gain amplifier 16 at that time, using the level range setting made for l as a reference, for example, if the gain is increased by 10 db, each measurement If the magnitude of the frequency component is lowered by 10 db and conversely the gain is lowered by 10 db, correction is performed to increase the magnitude of each frequency component of the FFT transform by 10 db. Thereafter, in step S3, the lower spectrum Gaa, Qbb, and mutual spectrum Gab are calculated for each of the corrected frequency components.New data is also taken in in the same manner, that is, the process shown in FIG. 10 or 11. The multiple data acquired in this way are averaged for each frequency component in step S4, that is, the average power spectrum <
Gaa ) (Gbb ), average mutual spectrum〈
Gab> is calculated. Furthermore, a transfer function is calculated from this Tsubo-yen spectrum in step S5.

〈効 果〉 以上述べたようにこの発明によればまず粗く全測定周波
数帯域に対して測定し、その結果を見て測定結果が急激
に変化している附近においては単−正弦波信号或はゆつ
くシした周波数掃引信号によって測定することによって
高精度の測定を行うことができ、しかも特性の変化が比
較的ゆつ〈シの々めらかな部分においては雑音信号や多
重正弦波信号或は高速度の掃引信号を用いることによっ
て短かい時間で高い精度の測定を行うことができる。従
って全体としては測定時間が短かく、シかも高い精度の
測定を行うことができる。
<Effects> As described above, according to the present invention, first, rough measurements are performed over the entire measurement frequency band, and then, by looking at the results, in the vicinity where the measurement results are changing rapidly, single-sine wave signals or High-precision measurements can be made by measuring with a slow frequency sweep signal, and the characteristics change relatively slowly. By using a high-speed sweep signal, high-precision measurements can be made in a short amount of time. Therefore, overall measurement time is short and highly accurate measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はデジタルスペクトルアナライザの測定系を示す
ブロック図、第2図はFFT解析装置の一部を具体的に
示したブロック図、第3図はFFT解析の動作例を示す
流れ図、第4図は測定した伝達関数の特性例を示す図、
第5図は試験信号発生器の一例を示すブロック図、第6
図はオーバーフロー検出の一例を示すブロック図、第7
図は最適レベルレンジに設定する動作例を示す流れ図、
第8図はこの発明によるスペクトルアナライザの動作例
を示す流れ図、第9図はその試験信号9周波数領域の設
定例を示す図、第10図及び第11図はそれぞれ各指定
領域に対する動作例を示す流れ図、第12図は他の試験
信号の割当てデータを示す図、第13図はその第12図
に対応した周波数特性の割当てを示す図、第14図は第
10図のステツブS41第11図のステップS5のFF
T解析の動作例を示す流れ図である。 11:試験信号発生器、12:測定対象、14:FFT
解析装置、16:可変利得増幅器、17:低域を波器、
18:AD変換器、19:バッファメモリ、21 : 
FFT解析器、22:表示器。 特許出願人 タケダ理研工業株式会社 代 理 人 草 野 卓 7178 図 ?9 図 110図 第11 図 7i712図 71713図 トO會を八T1 第14−胆 手続補正書(自発) 昭和59年10月17日 2、発明の名称 デジタルスペクトルアナライザ3、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 タケダ理研工業株式会社 4、代 理 人 東京都新宿区新宿4−2−21 相撲
ビル5、拒絶理由通知の日付 自 発 6、補正の対象 発明の詳細な説明の欄及び図面7補正
の内容 (1)明細書第4頁12〜14行「更に・・・・・・・
・・との換の共役と対応する周波数成分の出力試験信号
の高速フーリエ変換との積ヲ」、と訂正する。 (9) 同書第5頁6行目「試験信号発生器11より」
「試験信号発生器11で」と訂正する。 回書第7頁キー←a行目「サンプリングクロックと同期
した」を「サンプリングクロックと同期するだめの」と
訂正する。 (4)同書第12頁6行目「そのデータの上位側ビット
か」を「そのデータの絶対値の上位側ピット (5) ス。」の後に、[こ\で400はFFT解析器の(6) を「雑音信号源40」と訂正する。 (7)添附コピー図に朱書で示すように第5図中に符号
「25」を加入する。 以 上
Fig. 1 is a block diagram showing the measurement system of the digital spectrum analyzer, Fig. 2 is a block diagram specifically showing a part of the FFT analysis device, Fig. 3 is a flow chart showing an example of FFT analysis operation, and Fig. 4 is a diagram showing an example of the characteristics of the measured transfer function,
Figure 5 is a block diagram showing an example of a test signal generator, Figure 6 is a block diagram showing an example of a test signal generator.
Figure 7 is a block diagram showing an example of overflow detection.
The figure is a flowchart showing an example of operation for setting the optimum level range.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the spectrum analyzer according to the present invention, FIG. 9 is a diagram showing an example of setting the frequency range of the test signal 9, and FIGS. 10 and 11 each show an example of the operation for each designated region. Flow chart, FIG. 12 shows the assignment data of other test signals, FIG. 13 shows the assignment of frequency characteristics corresponding to FIG. 12, and FIG. 14 shows step S41 of FIG. 10. FF of step S5
It is a flowchart which shows the example of operation of T analysis. 11: Test signal generator, 12: Measurement target, 14: FFT
Analyzer, 16: Variable gain amplifier, 17: Low frequency waver,
18: AD converter, 19: buffer memory, 21:
FFT analyzer, 22: Display. Patent applicant: Takeda Riken Kogyo Co., Ltd. Agent: Takashi Kusano 7178 Figure? 9 Figure 110 Figure 11 Figure 7i712Figure 71713ToO meeting 8T1 14th Bile procedural amendment (spontaneous) October 17, 1980 2, Title of invention Digital spectrum analyzer 3, Amendment person case Relationship between patent applicant Takeda Riken Kogyo Co., Ltd. 4, agent Sumo Building 5, 4-2-21 Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, date of notice of reasons for refusal Initiator 6, subject of amendment Column for detailed description of the invention and drawings 7. Contents of amendment (1) Page 4 of the specification, lines 12-14 “Furthermore...
...and the product of the fast Fourier transform of the output test signal of the corresponding frequency component.'' (9) Page 5, line 6 of the same book “From test signal generator 11”
Correct it to "by the test signal generator 11." Circular page 7 key ← Correct line a "synchronized with the sampling clock" to "synchronized with the sampling clock". (4) In the same book, page 12, line 6, change ``Is it the upper bit of the data?'' after ``The upper bit of the absolute value of the data (5).'' 6) Correct it to "noise signal source 40". (7) Add the numeral "25" to Figure 5 as shown in red in the attached copy diagram. that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試験信号発生器からの試験信号を測定対象へ供給
し、その測定対象からの信号をAD変換器でデジタル信
号に変換し、そのデジタル信号を高速フーリエ変換して
解析を行うデジタルスペクトルアナライザにおいて、上
記試験信号発生器は複数の種類の試験信号を選択的に発
生できるように構成され、測定周波数範囲を複数の領域
に分割すると共にその各領域において発生すべき試験信
号の種類を設定する試験信号設定手段と、その設定手段
により設定されて各周波数領域に対応した設定試験信号
を上記試験信号発、生器から発生させる手段と、その発
生した試験信号に応じて上記AD変換器での最適変換が
得られるようにAD変換器の入力レベルレンジを設定す
るレベル設定手段とを具備するデジタルスペクトルアナ
ライザ。
(1) A digital spectrum analyzer that supplies a test signal from a test signal generator to a measurement target, converts the signal from the measurement target into a digital signal with an AD converter, and performs fast Fourier transform on the digital signal for analysis. In the test signal generator, the test signal generator is configured to selectively generate multiple types of test signals, and divides the measurement frequency range into multiple areas and sets the type of test signal to be generated in each area. a test signal setting means; a means for generating a set test signal set by the setting means and corresponding to each frequency domain from the test signal generator; A digital spectrum analyzer comprising level setting means for setting an input level range of an AD converter so as to obtain optimum conversion.
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JP2003511673A (en) * 1999-10-07 2003-03-25 ローデ ウント シュワルツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディット ゲゼルシャフト Configuration for determining the complex transfer function of an instrument
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