JPS6394170A

JPS6394170A - セトリング特性測定方法

Info

Publication number: JPS6394170A
Application number: JP61239737A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tamamura; 俊雄玉村; Akira Hoshika; 星加　昭; Kiyoyasu Hiwada; 清康檜皮
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1988-04-25
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: US4833403A; JPH0785096B2

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】〔発明の技術分野〕本発明はセトリング特性を高精度で測定するための方法
に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

増幅器等の動特性を評価する陳、そのステップ応答のセ
トリング時間等のセトリング特性が重要な項目である。

従来、セトリング特性を測定するにはオシロスコープや
高速ディジタイザ等を用いて被測定デバイス（以下ＤＵ
Ｔと称する）からの出力信号を直接観測していた。また
、測定に用いられるオシロスコープの入力増幅冨の飽和
による特性劣化を防ぐため、アナログ的に差動動作をさ
せるものもあった。このような測定方法の例としては、
たとえば、１９８４年１１月１５日発行のＥＤＮ誌に掲
載された論文である“Ｓｅｔｔｌｉｎｇ−ｔｉｍｅ　　
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　　ｄｅ−ｍａｎｄ　　ｐｒ
ｅｃｉｓｅ　　ｔｅｓｔ　　ｃｉｒ　−ｃｕｉｔｒｙ　
　（Ｊｉｍ　　Ｗｉｌｌｉａｍｓ著）中で説明されてい
る。

このような方法で高精度のセトリング特性の測定を行な
う場合、被測定デバイスからの伝送線の伝送特性や差動
増幅器の特性が測定精度に誤差をもたらす。伝送線の伝
送特性による波形歪についてはたとえば産報特によって
出版された電子科学シリーズ４４「パルス計測とその応
用」の第２０６頁を＃熱されたい。この歪を補正するこ
とは非常に困難でありまた伝送線毎の特性のバラツキを
定量化することも難しい。増幅器についても周知の通り
高専へ度のセトリング特性の測定系に使用できる良好な
特性を持つものを得るのは困難である。

また、ＤＵＴからの出力信号をサンプリングしてディジ
タル化して↑りられる測定データを解析する場合、ケー
ブル、プローブ増幅器やサンプラの部分で誤差が生じる
。ＤＵＴの出力を間に河も入れずに直接サンプラに接続
すれば、ケーブルやプローブ増幅器による誤差分はなく
なるが、サンプラによる誤差分は依然として除去できな
い。その上、このような接続形態は測定系の構成上不可
能なことが多いので、この方法では汎用性が失なわれて
しまう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を除去し、高
精度のセトリング特性測定方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例によれば、はぼ理想的な波形を発生す
るパルス発生器を用いて測定系自体のセトリング特性に
よる誤差分を補償するセトリング特性測定方法が与えら
れる。

この測定方法においては、ＤＵＴからの出力信号はサン
プリングされ更にディジタル化されて記録される。この
ようにして採取された測定データにはＤＵＴのセトリン
グの様子の他に、測定系のセトリング特性による誤差成
分が重畳されている。

一方、ＤＵＴの出力の測定とは別途に、測定系にａ接に
ほぼ理想的な波形のパルスを与えてそのパルスをこの測
定系で観測した基準データを採取する。この理想的な波
形とは具体的には少なくとも一方のレベルが平坦になっ
ている波形である。

この：５構成分を除去するため、本実施例では測定デー
タ、基準データの夫々について所定の基準点を求め、両
基準点間でタイミングを合わせる。

更に、測定データと基準データのレベル合わせを行なう
。このレベル合わせは両データのレベル間のゲインおよ
びオフセットの両者について行なう。

このようにしてタイミングおよびレベル合わせされた基
準データを測定データから差し引く。この結果に対して
理想的波形を足し込むことにより、ＤＵＴの出力信号の
真のセトリング特性を示す波形データを（）ることがで
きる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例のセトリング特性測定方法を
実現するための一構成例である。同図において測定系１
００の入力には、一方のレベルが平坦なパルスを発生す
る平坦パルス発生器（以下、ＦＰＧと称する）１０１と
セトリング特性を測定すべきもの（以下ＯＵＴと称する
）の出力を切換えて与える。

ＤＵＴとしては増幅２、ディジタル・アナログ・コンバ
ータ、ケーブル、リレー等のセトリング特性を測定すべ
きものであれば河でも接続することができる。

ＦＰＧとしては、高レベル側あるいは低レベル側の一方
が平坦な（つまりセトリング時間が０で、セトリング後
は任意の時間一定レベルを維持できる）パルスを発生す
るパルス発生器を用いる。もちろん両レベルとも平坦で
あっても良い。このようなパルスの例を第２図の（Ａ）
およびＣＢ）に示し、またこれらのパルスを発生するた
めの回路の構成例を夫々第３図の（Ａ）および（Ｂ）に
示す。第３図中に示す構成例では、必ずしも理想的では
ない波形を出力するパルス発生器３０１．３０２の出力
を、高速動作をするショットキー・バリア・ダイオード
Ｄｌａ、　Ｄ２ａ、　Ｄｌｂ、　Ｄａｂを用いた整形回
路３０３．３０４によって整形している。

更に整形回路３０３．３０４には、この回路の入出力に
接続されている伝送線とインピーダンス整合をとるため
の終Ｑ抵抗Ｒｉａ、　ＲｏａｌＲｉｂ、Ｒｏｂが設けら
れている。特に出力側の終端抵抗Ｒｏａ、Ｒｏｂにより
、ショットキー・バリア・ダイオードＤ２ａ、Ｄ２ｂが
オフになったときの、整形回路３゜３．３０４の出力側
での反射が防止される。なお、第３図に示した形態のＦ
ＰＧについては本覇出顆人が昭和６１年９月１日付で出
願した特許出頭「パルス発生器」中で詳細に述べられて
いるので、ここではこれ以上説明しない。

先ず、ＦＰＧＩＯＩが発生するほとんど理想的な波形を
持つパルスを測定系１００に与える。このパルスは伝送
線１０５、サンプラ１０７、ディジタイザ１０９を通り
、ディジタル化されたデータの時系列の形でメモリｌｌ
ｌに記憶される。これを基準データとする。

ＤＵ７１０３の出力信号をＦＰＧの出力信号と同じよう
にして測定系１００で測定し、ディジタル化されたデー
タの時系列の形でメモリ１１１に記憶する。これを測定
データとする。

なお、ＤＵＴ１０３が増幅器やケーブル等の場合には、
ＦＰＧｌｏｌ、ＤＵＴ１０３の接続を第１Ａ図に示すよ
うにして良い。

このようにして得られた測定データと基準データより、
ＦＰＧＩＯＩの出力信号が理想的な波形であると見なし
て、ＣＰＵ１１３により、以下のような手ＩＩＩで測定
データの補償を行なう。

測定データおよび基準データは一般にタイミングもまた
レベルも互いに異なっているから、これらを合わせ込ま
なければならない。そのための基準点等をたとえば以下
のように定める。先ず測定データおよび基準データの各
々について第４図に示すようにして５０％のレベルの基
準点Ａ、Ｂを定める。すなわち、基準点Ａ、Ｂ間の時間
をＴｈとするとき、基準点Ａの時刻からＴｈの８５％な
いし９０％の区間Ｈのレベルの平均〔下側平均〕を１０
０％のレベルとする。また、基準点Ｂの時刻からＴＩ　
　（−Ｔ−Ｔｈ）の８５％ないし９０％（データ終了点
に達するとデータ開始点に戻る）の区間りの平均ｍ（下
ＩＩＩ平均）を０％とする。このとき基準点ＡＳＢのレ
ベルが５０％となるようにＡ％Ｂを決定する。なお以下
では測定データの基準点Ａ％Ｂを夫々Ａｍ、１３ｍ、ま
た基準データの基準点Ａ、Ｂを夫々Ａｒ、Ｂｒで表わす
。なお、１００％点、０％点を５０％点からの時間によ
って定めているので循環的な定義に見えるかも知れない
が、実際には逐次近似的にこれらの点を定めることがで
きる。たとえば、測定された最小電圧および最大電圧を
夫々仮に０％点および１００％点と定めると５０％レベ
ルの電圧が仮に定めらる。

これから上述の定義によりある区間の平均を行って、０
％および１００％のレベルが定められる。

これにより、より正確な５０％レベルがわかる。

測定された波形が充分すみやかにセトリングする場合に
はこれで実用上止しいと見なせる５０％点が求まる。あ
るいは上述の手続を更に繰返して良い。

次に、ゲイン係数Ｇを以下のようにして求める：Ｇ−（
（測定データの上側平均）−（測定データの下側平均）
）÷［（基準データの上側平均）−（基準データの下側
平均）〕また、オフセット係数ＯＦを以下のようにして求める：（ａ）高レベル圏のセトリング特性の測定の場合：０Ｆ−（測定データの上側平均）−（基準データの上側
平均）（ｂ）低レベル側のセトリング特性の測定の場合：ＯＦ−（測定データの下側平均）−（基準データの下側
平均）以上のようにして得られた係数を用いて測定データと基
準データの差Ｃａｔ（ｎ）を以下のようにして求める：Ｃａ　！　（ｎ）＝−ＯＦ＋測定データ（ｎ）−基準デ
ータ（ｎ）／Ｇただし、測定データ（ｎ）、基準データ（ＴＩ）は夫々
のデータにおいて基準点Ａ　Ｉｆ　％　Ａ　ｒのデータ
点から数えて夫々ｎ番目のデータ点であることを示す。

また、第４図におけるデータ終了点に達すると以降のデ
ータ点はデータ開始点からとっていく。

これにより、測定データと基準データのタイミングは、
夫々の基準点ＡｍとＡｒを同時刻とすることによって合
わせられ、またレベルについてはゲインおよびオフセッ
トの両者について合わせられる。

このようにして求められたＣａｔの値は、測定データか
ら１Ｓｌｌｌ定系のセトリング特性による誤差成分を差
引いた真の波形そのものを表わしているのではなく、測
定データが理想的な波形からどれだけずれているかを表
わしている。測定データを差分だはで評価するのであれ
ばこれで良い。正規のセトリング波形を（ツようとする
ならば、理想的な波形のパルスをＣａｔに足込む必要が
ある。

この理想的な波形のパルスを示すデータＰ　（ｎ）は第
５図に示されるようにして定められる。

先ず測定データの立上りにおける基準点Ａ１〔５０％レ
ベルの点〕を基準とする：Ｐ　（０）　＝　（Ｕｐ　＋Ｌｖ　）　／まただし、Ｕ
ｐ、Ｌｖは夫々測定データの上側平均、下側平均の仙で
ある。

また、立上りの部分についてはＰ（ｎ）をＰ　（ｎ）　
＝　Ｓｒ　Ｘ　（Ｔ／Ｎ）　ｘ　ｎ　＋Ｐ　（０）・・
・・・・（１）とする。ここで、Ｎは全データ点数であり、またＳ「は
測定データの立上りスルー・レートである。

式（１）は、基準点Ａｍの＃Ｉ後のデータ点であって、
Ｐ　（ｎ）のｉｌムが下側平均、上側平均の仙Ｌｖ、Ｕ
ｐの間になるような範囲に適用される。

Ｐ　（ｎ）の伯がＵｐとなってから立下り開始点まではＰ　（ｎ）りＵｐとする。なお立下り開始点としては、たとえば立下りに
おける基檗点Ｂｍを通り、傾きが測定データの立下りス
ルー・レートＳｆの直線Ｆが偵Ｕｐの水平線と交わる点
であると定める。

なお、上述の立上りスルーレートＳ「、立下りスルーレ
ートＳｆはたとえば第４図で電圧が２０％の点と８０％
の点の間の傾きによって定めてよい。

立下り開始点から下１ｌＩＩ平均Ｌｖに達するまでは１
’　（ｎ）は上述の直ｍＦ上に乗るようにする。またそ
れ以降は立上り開始点までＰ　（ｎ）　＝Ｌｖとする。

二のようにして得られた理想パルスのＩ＋ｆｉＰ（ｎ）
をＣａ１（ｎ）に加えることによって、測定データから
測定系１００自身のセトリング特性による誤差分を除去
した波形を得ることができる。

なお、ＦＰＧＩＯＩが発生するパルスの立上りおよび立
下りのはやさはＤＵＴ１０３の出力信号のものとほぼ同
じとした方が、誤差の少ない補償を行なうことができる
。

本発明は上述の実施例に限定されるものでないことは言
うまでもない。

たとえば以上の説明では測定データと基準データのデユ
ーティ〔つまり、平坦であるべき部分の長さ〕が等しい
ことを前提としたが、この前提が成立しない場合には、
どちらかのデータが立下り開始点に達した後は誤った補
償を行なうことなってしまう。この事態に対しては、た
とえば′ＩＡ６図に示すようにして解決することができ
る。先ず、基準データのデユーティを測定データのデユ
ーティよりも長くしておく。そして、測定データ上の所
定の点までは上と同じような補償を行なう。この所定の
点とはたとえば測定データの立下り開始点として良い。

そして、この立下り開始点以後については、補償用のデ
ータとしては基準データの立下りの５０％のレベルの点
からＴａ　　（測定データの立下り開始点から５０％点
までの時間）だけ遡った点からのデータを用いる。

また、測定データの極性が上述の説明と逆で、低レベル
側のセトリング特性を測定する場合でも上と全く同Ｆｉ
　ｔ、に補償が可能であることは言うまでもない。更に
、高低両レベルのセトリング特性を測定することも可能
である。これを行なうには、高低のレベル夫々について
基準データを持てば良い、そして、両者のクロスポイン
トをたとえば５０％点に設定し測定データの補償にあた
っては、５０％点より上側には高レベルが平坦な基準デ
ータを、また下側には低レベルが平坦な基準データを用
いる。あるいは測定系が充分線型である場合には、一方
の基草データの正負を逆にすることによって、他方の基
準データとして用いても良い。

測定系でデータを取込むにあたっては、通常行なわれて
いるように測定を複数回繰返しＣＰＵｌ１３で平均して
も良い。また、基準データと測定データのサンプリング
・レートが異なる場合には両データを比較する除に補間
を行なって良い。

また、第４図等には基準点等を定めるために用いられる
具体的な比率を多数与えたが、これら比率を別の値に変
更しても良い、また第４図とは異なる手１１１１で測定
データと基準データのタイミングおよびレベルを合わせ
そも良い。

また、測定データの全範囲にわたって補償を行なうかわ
りに、セトリング特性の測定にとって必要な部分、たと
えば第４図では基準点Ａ付近から必要な時間分だけ補償
を行なうことによって、ＤＵＴの出力がセトリングして
いく様子を知ることができる。

また、測定データと基準データを得る順序はどちらを先
にしても良い。更に、系の構成を変更せず、また温度・
湿度等の外部要因が一定に保たれている場合には、基準
データを頻繁に取り直す必要はない。

また上述の実施例では、タイミングおよびレベル合わせ
の後に理想的な波形データを足し込んでいるが、この順
序を変更することも自由である。

たとえば、測定データと基準データを用いて、測定デー
タ中の測定系自身のセトリング特性に基く：？Ｉ差成分
を打消すための補償データを計算し、この補償データと
測定データから被測定信号の真の波形を再現することも
できる。

また、基準信号を発生する手段としては、所望の基準波
形を発生できるものであれば、実施例中に示したものに
は限定されるものではない。

【発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、セトリング特性
等の測定にあたって、測定系の誤差をほぼ完全に除去す
ることができるという従来にない効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のセトリング特性測定方法を
行なうための構成を示すブロック図、第１Ａ図は第１図
中のＦＰＧとＯＵＴの接続形態の一例を示す図、第２図
は基準データを与えるパルスの波形の例を示す図、第３
図は第２図に示すパルスを発生するためのＦＰＧの構成
例を示す図、第４図は実施例における測定データおよび
基準データのタイミング合わせおよびレベル合わせを説
明するための図、第５図は補償を行なう際に用いられる
理想パルスの波形の決定法の一例を示す図、第６図は測
定データと基準データのデユーティが異なる場合の補償
方法の一例を示す図である。１０１：ＦＰＧｌ　　１０３：ＤＵＴ１１０５：伝送線
、　　１０７：サンプラ、１０９：ディジタイザ、　　
Ｉｌｌ　：メモリ、１１３：ＣＰＵ。出頭人橘河・ヒユーレット・パッカード株式会社代理人　弁理
士　　長　谷　川　次　男（△）（Ｂ）ｒＢ図１リシ代兄

Claims

【特許請求の範囲】入力信号をサンプリングしディジタル化して測定する測
定系を用いたセトリング特性測定方法において、少なくとも一方のレベルが平坦な基準パルスを測定して
基準データを得る段階と、被測定信号を測定して測定データを得る段階と、前記測
定データと前記基準データのタイミングおよびレベルを
合わせて前記測定データから測定系自身のセトリング特
性に基く成分を除去する段階とを含むことを特徴とするセトリング特性測定方法。