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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022161720
(43)【公開日】2022-10-21
(54)【発明の名称】信号測定装置および周期信号の測定方法
(51)【国際特許分類】
G01R 23/14 20060101AFI20221014BHJP
【ＦＩ】
G01R23/14 D
G01R23/14 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021066755
(22)【出願日】2021-04-09
(71)【出願人】
【識別番号】390005175
【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100109047
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 雄祐
(74)【代理人】
【識別番号】100109081
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 友由
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】浅見 幸司
(57)【要約】
【課題】広帯域なサンプルホールド回路が不要な、信号測定装置を提供する。
【解決手段】信号測定装置１００は、周期的な被測定信号Ｓ１を測定する。マルチトーン信号発生器１１０は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号Ｓ２を生成する。複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち対応するひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす。周波数ミキサー１２０は、マルチトーン信号Ｓ２を、被測定信号Ｓ１と周波数ミキシングする。周波数フィルタ１３０は、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３を受け、所定の周波数帯域を通過する。Ａ／Ｄコンバータ１４０は、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４をデジタル信号Ｓ５に変換する。
【選択図】図３
【解決手段】信号測定装置１００は、周期的な被測定信号Ｓ１を測定する。マルチトーン信号発生器１１０は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号Ｓ２を生成する。複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち対応するひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす。周波数ミキサー１２０は、マルチトーン信号Ｓ２を、被測定信号Ｓ１と周波数ミキシングする。周波数フィルタ１３０は、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３を受け、所定の周波数帯域を通過する。Ａ／Ｄコンバータ１４０は、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４をデジタル信号Ｓ５に変換する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
同じ波形を繰り返す周期的な被測定信号を測定する信号測定装置であって、
複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するマルチトーン信号発生器であって、前記複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、前記被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうちひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす、マルチトーン信号発生器と、
前記マルチトーン信号を、前記被測定信号と周波数ミキシングする周波数ミキサーと、
前記周波数ミキサーの出力を受け、所定の周波数帯域を通過する周波数フィルタと、
前記周波数フィルタの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
を備えることを特徴とする信号測定装置。
複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するマルチトーン信号発生器であって、前記複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、前記被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうちひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす、マルチトーン信号発生器と、
前記マルチトーン信号を、前記被測定信号と周波数ミキシングする周波数ミキサーと、
前記周波数ミキサーの出力を受け、所定の周波数帯域を通過する周波数フィルタと、
前記周波数フィルタの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
を備えることを特徴とする信号測定装置。
【請求項2】
前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理する信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の信号測定装置。
【請求項3】
前記信号処理部は、前記Ａ／Ｄコンバータの出力のスペクトルを取得することを特徴とする請求項２に記載の信号測定装置。
【請求項4】
前記信号処理部は、前記スペクトルに含まれる複数の周波数成分を、前記被測定信号に含まれる基本波および高調波に対応した順序で再マッピングし、
再マッピングしたスペクトルから、前記被測定信号の波形を再生することを特徴とする請求項３に記載の信号測定装置。
再マッピングしたスペクトルから、前記被測定信号の波形を再生することを特徴とする請求項３に記載の信号測定装置。
【請求項5】
前記信号処理部は、前記スペクトルに含まれる複数の周波数成分を補正することを特徴とする請求項３または４に記載の信号測定装置。
【請求項6】
Δｆ１＜Δｆ２＜…＜Δｆｎを満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号測定装置。
【請求項7】
Δｆ１、Δｆ２、…、Δｆｎの差分が一定であることを特徴とする請求項６に記載の信号測定装置。
【請求項8】
Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎは、ランダムに定められることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号測定装置。
【請求項9】
同じ波形を繰り返す周期的な被測定信号の測定方法であって、
複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するステップであって、前記複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、前記被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち対応するひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす、ステップと、
前記マルチトーン信号を、前記被測定信号と周波数ミキシングするステップと、
周波数フィルタにより周波数ミキシング後の信号の所定の周波数帯域を抽出するステップと、
周波数フィルタにより抽出した信号を、デジタル信号に変換するステップと、
を備えることを特徴とする測定方法。
複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するステップであって、前記複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、前記被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち対応するひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす、ステップと、
前記マルチトーン信号を、前記被測定信号と周波数ミキシングするステップと、
周波数フィルタにより周波数ミキシング後の信号の所定の周波数帯域を抽出するステップと、
周波数フィルタにより抽出した信号を、デジタル信号に変換するステップと、
を備えることを特徴とする測定方法。
【請求項10】
前記デジタル信号を処理し、前記被測定信号の波形を再構築するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、周期信号の測定技術に関する。
【背景技術】
【0002】
アナログ信号をデジタル信号として取り込む場合、サンプリング定理にもとづくオーバーサンプリングが行われる。オーバーサンプリングでは、アナログ信号に含まれうる最大周波数の２倍より高い周波数で、アナログ信号をサンプリングし、サンプリングされた信号をデジタル値に変換する。
【0003】
この手法では、アナログ信号の周波数が高くなると、高速なサンプリング周波数で動作するデジタイザが必要である。したがって、超高速なクロック信号などを測定したい場合、それより高速に動作するデジタイザを用意することは困難である。
【0004】
信号波形が、同じ波形を繰り返す繰り返し信号（周期信号）である場合には、アンダーサンプリングを利用することができる。
【0005】
図１は、アンダーサンプリングによる信号測定装置１０を示す図である。信号測定装置１０は、サンプルホールド回路２０、Ａ／Ｄコンバータ３０および処理部４０を備える。
【0006】
図２は、アンダーサンプリングによる波形測定を説明する図である。被測定信号Ｓ１は、周期Ｔｐを有する繰り返し信号である。サンプルホールド回路２０は、被測定信号Ｓ１を、被測定信号Ｓ１の周期Ｔｐの非整数倍のサンプリング周期Ｔｓでサンプリングする。後段のＡ／Ｄコンバータ３０は、サンプルホールド回路２０によってサンプリングされた信号を、デジタル値に変換して取り込む。処理部４０は、Ａ／Ｄコンバータ３０によって取り込まれたデジタル値にもとづいて、もとの被測定信号Ｓ１の波形を再構築する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１２－２４７４２３号公報
【特許文献2】特開２０２０－０３９０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
アンダーサンプリングでは、サンプリングレートＴｓは被測定信号Ｓ１の繰り返し周波数よりも低くなるが、その場合であっても、依然として高速かつ広帯域なサンプルホールド回路２０が必要である。さらに、サンプルホールド回路２０の周波数特性を、広帯域にわたってフラットとすることは難しい。
【0009】
本開示はかかる状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の目的のひとつは、広帯域なサンプルホールド回路が不要な、信号測定装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示のある態様は、同じ波形を繰り返す周期的な被測定信号を測定する信号測定装置に関する。信号測定装置は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するマルチトーン信号発生器であって、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうちひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす、マルチトーン信号発生器と、マルチトーン信号を、被測定信号と周波数ミキシングする周波数ミキサーと、周波数ミキサーの出力を受け、所定の周波数帯域を通過する周波数フィルタと、周波数フィルタの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、を備える。
【0011】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0012】
本開示のある態様によれば、広帯域なサンプルホールド回路を用いずに、高速な周期信号を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】アンダーサンプリングによる信号測定装置を示す図である。
【図2】アンダーサンプリングによる波形測定を説明する図である。
【図3】実施形態に係る信号測定装置のブロック図である。
【図4】実施例１に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
【図5】実施例１に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
【図6】実施例２に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
【図7】実施例３に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
【図8】実施例４に係る信号測定装置のブロック図である。
【図9】実施例４に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
【図10】実施例４に係る波形再構築を時間領域で説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
【0015】
この概要は、考えられるすべての実施形態の広範な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
【0016】
一実施形態に係る信号測定装置は、同じ波形を繰り返す周期的な被測定信号を測定する。信号測定装置は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号を生成するマルチトーン信号発生器と、マルチトーン信号を被測定信号と周波数ミキシングする周波数ミキサーと、周波数ミキサーの出力を受け、所定の周波数帯域を通過する周波数フィルタと、周波数フィルタの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、を備える。複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、被測定信号に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうちひとつと対応付けられており、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす。
【0017】
周波数ミキサーの出力信号は、Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３，…Δｆｎを周波数成分として含み、それぞれの信号強度／位相は、被測定信号の基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち、対応するひとつの信号強度／位相と相関を有している。したがって、周波数ミキサーの出力を周波数フィルタを通過させることで、周波数成分Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３，…Δｆｎを含む信号を取り出すことができ、元の被測定信号を復元するために必要な情報を得ることができる。この方式では、周波数フィルタの出力は、周波数成分Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３，…Δｆｎを含むところ、これらの周波数は、もとの被測定信号の繰り返し周波数よりも格段に低くすることができるため、サンプルホールド回路を用いずに、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換できる。つまり高速かつ広帯域なサンプルホールド回路が不要となる。
【0018】
一実施形態において、信号測定装置は、Ａ／Ｄコンバータの出力を処理する信号処理部をさらに備えてもよい。
【0019】
信号処理部によって、Ａ／Ｄコンバータの出力をデジタル領域で処理することにより、被測定信号の波形を再生できる。あるいは、信号処理部によって周波数ミキサーなどのゲインを補正することにより測定精度を改善できる。
【0020】
一実施形態において、信号処理部は、Ａ／Ｄコンバータの出力のスペクトルを取得してもよい。これにより、被測定信号のスペクトル情報を得ることができる。
【0021】
一実施形態において、信号処理部は、スペクトルに含まれる複数の周波数成分を、被測定信号に含まれる基本波および高調波に対応した順序で再マッピングし、再マッピングしたスペクトルから、被測定信号の波形を再生してもよい。
【0022】
一実施形態において、信号処理部は、スペクトルに含まれる複数の周波数成分を補正してもよい。これにより、周波数ミキサーやその他の回路におけるゲインの誤差や、その他のシステマチックな誤差を補正できる。
【0023】
一実施形態において、Δｆ１＜Δｆ２＜…＜Δｆｎを満たしてもよい。
【0024】
一実施形態において、Δｆ１、Δｆ２、…、Δｆｎの差分が一定であってもよい。この場合、信号処理部における信号処理を簡素化できる。
【0025】
一実施形態において、Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎは、ランダムに定められてもよい。
【0026】
（実施形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0027】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0028】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0029】
図３は、実施形態に係る信号測定装置１００のブロック図である。信号測定装置１００が測定対象とする被測定信号Ｓ１は、同じ波形を繰り返す高速なアナログの周期信号である。信号測定装置１００は、マルチトーン信号発生器１１０、周波数ミキサー１２０、周波数フィルタ１３０、Ａ／Ｄコンバータ１４０、信号処理部１５０を備える。
【0030】
被測定信号Ｓ１は、その繰り返し周波数を基本波ｆ０として、その整数倍の高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０，…を含みうる。
【0031】
マルチトーン信号発生器１１０は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを含むマルチトーン信号Ｓ２を生成する。周波数ｆｉ（１≦ｉ≦ｎ）を有する周波数成分を、ＭＴｉと表記する。
【0032】
マルチトーン信号Ｓ２に含まれる複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎはそれぞれ、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうちひとつと対応付けれる。そして、各周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎと、対応する周波数との差をΔｆ１，Δｆ２，…Δｆｎとするとき、Δｆ１≠Δｆ２≠…≠Δｆｎを満たす。
【0033】
たとえば、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…にこの順で対応付けたとする。その場合、周波数の対応付けは以下の通りとなる。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝２ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝３ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝４ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝２ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝３ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝４ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
【0034】
たとえば被測定信号Ｓ１が、デューティサイクルが５０％の矩形波（クロック信号）のような場合、被測定信号Ｓ１は、基本波ｆ０と、奇数次の高調波成分３ｆ０，５ｆ０，…を含む。この場合において、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…ｆｎを、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波ｆ０および奇数次の高調波３ｆ０，５ｆ０，７ｆ０…にこの順で対応付けたとする。その場合、周波数の対応付けは以下の通りとなる。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
【0035】
周波数ミキサー１２０は、マルチトーン信号Ｓ２を被測定信号Ｓ１と周波数ミキシングする。この周波数ミキシングにより、被測定信号Ｓ１に含まれる周波数成分がダウンコンバージョンされ、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３には、Δｆ１～Δｆｎに対応する周波数成分と、それ以外の周波数成分が含まれる。
【0036】
周波数フィルタ１３０は、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３のうち、所定の周波数帯域を通過させる。所定の周波数帯域は、Δｆ１～Δｆｎを含むように定められる。周波数フィルタ１３０は、ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタが好適である。
【0037】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４をデジタル信号Ｓ５に変換する。信号処理部１５０は、Ａ／Ｄコンバータ１４０の出力信号Ｓ５を処理し、被測定信号Ｓ１の波形を再構築する。信号処理部１５０は、コンピュータやワークステーションとソフトウェアプログラムの組み合わせで実装してもよいし、ハードウェアのみで実装してもよい。
【0038】
信号処理部１５０の処理は、マルチトーン周波数ｆ１～ｆｎと、被測定信号Ｓ１の周波数成分ｆ０，２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…との対応関係や、Δｆ１～Δｆｎの決め方に応じて定められる。信号処理部１５０の処理については後述する。
【0039】
以上が信号測定装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。
【0040】
周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３は、Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３，…Δｆｎを周波数成分として含み、それぞれの信号強度／位相は、被測定信号Ｓ１の基本波ｆ０および高調波２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０…のうち、対応するひとつの信号強度／位相と相関を有する。したがって、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３を、周波数フィルタ１３０を通過して得られる信号Ｓ４は、元の被測定信号Ｓ１の基本波および高調波のスペクトルと相関を有するスペクトルを有している。Ａ／Ｄコンバータ１４０によって、信号Ｓ４をデジタル信号Ｓ５に変換し、信号処理を行うことで、高速な被測定信号の波形Ｓ１を再生できる。
【0041】
以上が信号測定装置１００の動作である。続いてその利点を説明する。
【0042】
この方式では、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４は、周波数成分Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３，…Δｆｎを含むところ、これらの周波数は、もとの被測定信号Ｓ１の繰り返し周波数よりも格段に低くすることができる。したがってサンプルホールド回路を用いずに、Ａ／Ｄコンバータ１４０によってデジタル値に変換できる。つまり高速かつ広帯域なサンプルホールド回路が不要となる。
【0043】
本開示は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。
【0044】
続いて、信号測定装置１００の詳細についていくつかの実施例を参照して説明する。
【0045】
（実施例１）
実施例１において、被測定信号Ｓ１は、奇数次の高調波のみを含む場合を想定し、以下のように、周波数を対応付けるものとする。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
実施例１において、被測定信号Ｓ１は、奇数次の高調波のみを含む場合を想定し、以下のように、周波数を対応付けるものとする。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
【0046】
さらに実施例１では、
Δｆ２＝３Δｆ１
Δｆ３＝５Δｆ１
Δｆ４＝７Δｆ１
…
Δｆｎ＝（２ｎ－１）Δｆ１
のように周波数差を定めるものとする。
Δｆ２＝３Δｆ１
Δｆ３＝５Δｆ１
Δｆ４＝７Δｆ１
…
Δｆｎ＝（２ｎ－１）Δｆ１
のように周波数差を定めるものとする。
【0047】
図４は、実施例１に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。上から順に、被測定信号Ｓ１およびマルチトーン信号Ｓ２のスペクトル、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３のスペクトル、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４のスペクトルを示す。横軸の周波数は相対値を示す。
【0048】
計算において、被測定信号Ｓ１の繰り返し周波数ｆ０は、周波数の相対値で７１としており、サンプリング周波数を相対値で４０９６としている。マルチトーンの本数ｎは１０本であり、１９次高調波まで利用するものとする。
【0049】
仮に被測定信号Ｓ１の信号波形を、図１の信号測定装置によりアンダーサンプリングの手法で測定しようとした場合、繰り返し周波数ｆ０と同程度か、その数分の１程度のサンプリング周波数ｆｓが必要であり、またＡ／Ｄコンバータを広帯域化する必要がある。
【0050】
これに対して、本実施例では、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４に含まれる最大周波数成分は、Δｆ１０＝１９×Δｆ１となる。このΔｆ１０を、ｆ０よりも十分に低くなるように、たとえば１／１０以下、あるいはさらにそれより低く定めることにより、Ａ／Ｄコンバータ１４０が処理するべき帯域は、図１の信号測定装置に比べて格段に狭くできる。そのため、Ａ／Ｄコンバータ１４０の前段において、広帯域なサンプルホールド回路は不要となる。また、Ａ／Ｄコンバータ１４０に要求される応答速度も低くてよい。
【0051】
図５は、実施例１に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。上から順に、被測定信号Ｓ１、マルチトーン信号Ｓ２、周波数ミキサー１２０の出力信号Ｓ３、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４の時間波形を示す。
【0052】
ここで、上述のように、
Δｆ２＝３Δｆ１
Δｆ３＝５Δｆ１
Δｆ４＝７Δｆ１
…
Δｆｎ＝（２ｎ－１）Δｆ１
の関係を満たしている場合、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４の波形は理論上、被測定信号Ｓ１の波形を時間軸上で、ｆ０／Δｆ１倍に引き延ばした波形となる。つまり、信号処理部１５０においては、特段の処理を行わなくても、被測定信号Ｓ１の波形を取得することができることに留意されたい。
Δｆ２＝３Δｆ１
Δｆ３＝５Δｆ１
Δｆ４＝７Δｆ１
…
Δｆｎ＝（２ｎ－１）Δｆ１
の関係を満たしている場合、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４の波形は理論上、被測定信号Ｓ１の波形を時間軸上で、ｆ０／Δｆ１倍に引き延ばした波形となる。つまり、信号処理部１５０においては、特段の処理を行わなくても、被測定信号Ｓ１の波形を取得することができることに留意されたい。
【0053】
ただし現実的にはローパスフィルタ１３０の帯域は、余裕を持って広く設計する場合が多く、その場合、周波数フィルタ１３０の出力波形Ｓ４は、余計な周波数成分を含むことになるから、被測定信号Ｓ１の波形を時間軸に引き延ばした波形から歪んだものとなる。この場合は信号処理部１５０によって、余計な周波数成分を除去すれば、歪みを除去して、正しい被測定信号Ｓ１の波形を取得することが可能である。
【0054】
なお、信号処理部１５０において、被測定信号Ｓ１の波形を補正してもよい。補正処理は、時間領域で行ってもよいし、周波数領域で行ってもよい。
【0055】
時間領域の補正処理を行う場合、信号処理部１５０はデジタルフィルタを含んでもよい。周波数ミキサー１２０の変換ゲインが、マルチトーンの周波数ｆ１，ｆ２，…ごとに異なる場合、Ａ／Ｄコンバータ１４０の出力信号Ｓ５を、デジタルフィルタを通すことにより、変換ゲインを補正することができる。デジタルフィルタによって、ゲインのみでなく、位相を補正してもよい。
【0056】
周波数領域の補正処理を行う場合、信号処理部１５０は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理により、Ａ／Ｄコンバータ１４０の出力信号Ｓ５を、周波数ドメインのスペクトルに変換してもよい。
【0057】
そして信号処理部１５０は、信号Ｓ５のスペクトルに、周波数領域でゲイン補正および位相補正を行い、補正後のスペクトルを逆高速フーリエ変換することにより、補正後の波形を再構築してもよい。
【0058】
（実施例２）
実施例２では、被測定信号Ｓ１は、奇数次と偶数次の高調波の両方を含む場合を想定し、以下のように、周波数を対応付けるものとする。図６は、実施例２に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
ｆ１－Δｆ１＝ｆ０
ｆ２－Δｆ２＝２ｆ０
ｆ３－Δｆ３＝３ｆ０
ｆ４－Δｆ４＝４ｆ０
…
ｆｎ－Δｆｎ＝ｎｆ０
実施例２では、被測定信号Ｓ１は、奇数次と偶数次の高調波の両方を含む場合を想定し、以下のように、周波数を対応付けるものとする。図６は、実施例２に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
ｆ１－Δｆ１＝ｆ０
ｆ２－Δｆ２＝２ｆ０
ｆ３－Δｆ３＝３ｆ０
ｆ４－Δｆ４＝４ｆ０
…
ｆｎ－Δｆｎ＝ｎｆ０
【0059】
さらに実施例１では、
Δｆ２＝２Δｆ１
Δｆ３＝３Δｆ１
Δｆ４＝４Δｆ１
…
Δｆｎ＝ｎΔｆ１
のように周波数差を定めるものとする。
Δｆ２＝２Δｆ１
Δｆ３＝３Δｆ１
Δｆ４＝４Δｆ１
…
Δｆｎ＝ｎΔｆ１
のように周波数差を定めるものとする。
【0060】
実施例２によれば、偶数次の高調波を含む被測定信号Ｓ１を、実施例１と同様に測定することができる。以下の実施例では、奇数次のみを含む被測定信号Ｓ１を例とするが、実施例２と同様の修正を施せば、奇数次と偶数次の両方を含む被測定信号Ｓ１の測定に適用できる。
【0061】
（実施例３）
実施例３では、実施例１と同様に、奇数次の高調波のみを想定し、以下のように周波数関係を対応付ける。図７は、実施例３に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
実施例３では、実施例１と同様に、奇数次の高調波のみを想定し、以下のように周波数関係を対応付ける。図７は、実施例３に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。
ｆ１＝ｆ０－Δｆ１
ｆ２＝３ｆ０－Δｆ２
ｆ３＝５ｆ０－Δｆ３
ｆ４＝７ｆ０－Δｆ４
…
ｆｎ＝（２ｎ－１）ｆ０－Δｆｎ
【0062】
実施例３では、周波数差Δｆ１～Δｆｎが、以下のように定められる。
Δｆ１＝ｆＩＦ
Δｆ２＝ｆＩＦ＋Δｆ
Δｆ３＝ｆＩＦ＋２Δｆ
Δｆ４＝ｆＩＦ＋３Δｆ
…
Δｆｎ＝ｆＩＦ＋（ｎ－１）Δｆ
ｆＩＦは、任意の中間周波数である。
Δｆ１＝ｆＩＦ
Δｆ２＝ｆＩＦ＋Δｆ
Δｆ３＝ｆＩＦ＋２Δｆ
Δｆ４＝ｆＩＦ＋３Δｆ
…
Δｆｎ＝ｆＩＦ＋（ｎ－１）Δｆ
ｆＩＦは、任意の中間周波数である。
【0063】
実施例３では、周波数フィルタ１３０の出力信号Ｓ４は、中間周波数ｆＩＦを基準とするスペクトルを有することとなる。たとえばＡ／Ｄコンバータ１４０の特性が最も高性能となる周波数領域に、中間周波数ｆＩＦをあわせることで、測定精度を高めることができる。中間周波数ｆＩＦを０Ｈｚ（ＤＣ）となるように、Δｆ１～Δｆｎを定めてもよい。
【0064】
（実施例４）
実施例１～３では、Δｆ１＜Δｆ２＜…＜Δｆｎの関係が成立していたが、周波数差の関係はそれに限定されない。また、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎが、整数倍の関係にあったが、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎは非整数倍の関係にあってもよい。つまり、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎはランダムに定めることができる。
実施例１～３では、Δｆ１＜Δｆ２＜…＜Δｆｎの関係が成立していたが、周波数差の関係はそれに限定されない。また、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎが、整数倍の関係にあったが、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎは非整数倍の関係にあってもよい。つまり、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎはランダムに定めることができる。
【0065】
図８は、実施例４に係る信号測定装置１００Ａのブロック図である。マルチトーン信号発生器１１０は、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎの大きさの順序が任意に定められたマルチトーン信号Ｓ２を生成する。
【0066】
周波数ミキサー１２０～Ａ／Ｄコンバータ１４０の処理は、実施例１～３と同様である。実施例４では、信号処理部１５０の処理が、実施例１～３と異なる。
【0067】
信号処理部１５０は、スペクトル取得部１５２、スペクトル再配置部１５４、波形再生部１５６を含む。スペクトル取得部１５２は、Ａ／Ｄコンバータ１４０の出力信号Ｓ５のスペクトルデータＳ６を生成する。スペクトル取得部１５２は、ＦＦＴ処理を行ってもよいし、ＲＴＡ（リアルタイムアナライザ）であってもよい。
【0068】
スペクトル取得部１５２により生成されたスペクトルデータＳ６は、周波数差Δｆ１，Δｆ２，…，Δｆｎに相当する周波数成分を含む。スペクトル再配置部１５４は、各周波数差Δｆ１～Δｆｎの強度／位相を、被測定信号Ｓ１に含まれる基本波および高調波の周波数（またはそれらをスケーリングした周波数）に再マッピングし、スペクトルデータＳ７を生成する。波形再生部１５６は、再マッピングされたスペクトルデータＳ７を時間領域の波形データに逆変換する。逆変換には、ＩＦＦＴ処理を利用してもよい。
【0069】
図９は、実施例４に係る波形再構築を周波数領域で説明する図である。この例では、周波数差について、以下の関係が成り立っているものとする。
Δｆ１＞Δｆ５＞Δｆ３＞Δｆ６＞Δｆ４＞Δｆ２
Δｆ１＞Δｆ５＞Δｆ３＞Δｆ６＞Δｆ４＞Δｆ２
【0070】
Ａ／Ｄコンバータ１４０の出力信号Ｓ５のスペクトルデータＳ６は、周波数が低いものから順に、６個の周波数成分Δｆ２，Δｆ４，Δｆ６，Δｆ３，Δｆ５，Δｆ１を含む。ここで、周波数成分Δｆ１～Δｆｎはそれぞれ、被測定信号Ｓ１の基本波ｆ０、奇数次高調波３ｆ０，５ｆ０，７ｆ０，９ｆ０，１１ｆ０と相関を有する。スペクトル再配置部１５４は、複数の周波数成分Δｆ１～Δｆｎを、ｆ，３ｆ，５ｆ，７ｆ，９ｆ，１１ｆに再マッピングし、スペクトルデータＳ７を生成する。この場合のｆは任意に定めることができる。このスペクトルデータＳ７は、被測定信号Ｓ１のスペクトルを、周波数領域で示す。
【0071】
【0072】
（変形例）
上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
【0073】
信号測定装置１００の構成に関して、周波数ミキサー１２０は、複数のマルチトーン周波数ｆ１～ｆｎに対応する複数のミキサーを含んでもよい。被測定信号Ｓ１を、複数のミキサーに分配し、ｉ番目のミキサーは、被測定信号Ｓ１を、対応する周波数ｆｉと周波数ミキシングしてもよい。
【0074】
実施形態では、マルチトーン周波数ｆ１～ｆｎを、被測定信号Ｓ１を構成する周波数成分ｆ０，２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０，…より低く定めたがその限りでなく、マルチトーン周波数ｆ１～ｆｎを、被測定信号Ｓ１を構成する周波数成分ｆ０，２ｆ０，３ｆ０，４ｆ０，…より高く定めてもよい。
ｆ１＝ｆ０＋Δｆ１
ｆ２＝２ｆ０＋Δｆ２
ｆ３＝３ｆ０＋Δｆ３
ｆ４＝４ｆ０＋Δｆ４
…
ｆｎ＝（ｎ－１）ｆ０＋Δｆｎ
ｆ１＝ｆ０＋Δｆ１
ｆ２＝２ｆ０＋Δｆ２
ｆ３＝３ｆ０＋Δｆ３
ｆ４＝４ｆ０＋Δｆ４
…
ｆｎ＝（ｎ－１）ｆ０＋Δｆｎ
【0075】
実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示に含まれ、また本発明の範囲を構成しうることは当業者に理解されるところである。
【0076】
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【符号の説明】
【0077】
１００ 信号測定装置
１１０ マルチトーン信号発生器
１２０ 周波数ミキサー
１３０ 周波数フィルタ
１４０ Ａ／Ｄコンバータ
１５０ 信号処理部
１５２ スペクトル取得部
１５４ スペクトル再配置部
１５６ 波形再生部
Ｓ１ 被測定信号
Ｓ２ マルチトーン信号
１１０ マルチトーン信号発生器
１２０ 周波数ミキサー
１３０ 周波数フィルタ
１４０ Ａ／Ｄコンバータ
１５０ 信号処理部
１５２ スペクトル取得部
１５４ スペクトル再配置部
１５６ 波形再生部
Ｓ１ 被測定信号
Ｓ２ マルチトーン信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
