JP2002243777A - 周波数偏差測定装置 - Google Patents

周波数偏差測定装置

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JP2002243777A
JP2002243777A JP2001033600A JP2001033600A JP2002243777A JP 2002243777 A JP2002243777 A JP 2002243777A JP 2001033600 A JP2001033600 A JP 2001033600A JP 2001033600 A JP2001033600 A JP 2001033600A JP 2002243777 A JP2002243777 A JP 2002243777A
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Masayuki Takahashi
昌幸 高橋
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Ando Electric Co Ltd
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Ando Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の受信機の構成を使用し、従来の周波数
測定で必要であったカウンタ周辺回路や、信号処理を用
いない周波数偏差測定装置を提供する。 【解決手段】 被測定信号と、基準周波数信号に応じた
信号発生手段17の出力とを切換る切換手段12と、前記切
換手段の出力を中間周波数(IF)に変換する周波数変
換手段13と、前記周波数変換手段の出力を周波数−電圧
変換するF−V変換手段14と、前記F−V変換手段の出
力をデジタル信号に変換するA/D変換手段15と、前記
A/D変換手段の出力として、前記信号発生手段が接続
時の測定データと、前記被測定信号が接続時の接続デー
タとが供給され、前記信号発生手段が接続時の測定デー
タによて、前記被測定信号が接続時の接続データを補正
する演算手段19と、を有することを特徴とする周波数偏
差測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、FM方式の周波数
偏差測定装置に関し、特に時分割多重通信方式での周波
数偏差測定を周波数カウンタを使用することなく、簡易
に測定する周波数偏差測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来のFM無線信号である被測
定信号の周波数偏差測定装置の構成を示すブロック図で
ある。周波数偏差は被測定信号が送信する設定された周
波数と、実際に送信された周波数の偏差であり、図2の
ように被測定信号(21)をゲート制御信号(24)で制御され
るゲート回路(22)を通してゲート開放時間中の被測定信
号のクロック数をカウンタ(23)でカウントすることによ
り被測定信号の周波数偏差を測定していた。
【0003】この場合、被測定信号が高周波信号である
ため、ゲート回路(22)、カウンタ(23)は高速動作が要求
されるため高価なものになってしまうという問題があっ
た。このために、被測定信号を周波数変換器を通してI
F(中間周波数)信号に変換した後に、前述のようなカ
ウンタで測定する方法がとられるが、いずれにせよ、ゲ
ート及びカウンタ回路のような規模の大きい回路が必要
になる。
【0004】他にも、前記IF信号を信号処理により位
相軌跡から周波数偏差を求める方法もあるが、信号処理
を行うソフトウエア及びハードウエアを必要とし、高価
なものになる。また、簡易に周波数偏差を測定する方法
としてF−V変換器を用いて周波数に対する偏差を電圧
偏差にして、この電圧から周波数偏差を求める方法も考
えられる。しかし、この場合には、基準となる周波数に
対する電圧が回路内部のDCドリフトや、経時変化で変
動してしまうため、精度の良い周波数偏差の測定は困難
であるという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、通常の受信
機の構成を使用し、従来の周波数偏差測定で必要であっ
たカウンタ周辺回路や、信号処理を用いない周波数偏差
測定装置である。また、F−V変換器を用いた場合の種
々の変動を抑え、精度良く周波数偏差を測定する周波数
偏差測定装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、被測定信号と、基準周波数信号に応じた信号発生手
段(信号発生器)17の出力とを切換る切換手段(切換
器)12と、前記切換手段の出力を中間周波数(IF)
に変換する周波数変換手段(周波数変換器)13と、前
記周波数変換手段の出力を周波数−電圧変換するF−V
変換手段(F−V変換器)14と、前記F−V変換手段
の出力をデジタル信号に変換するA/D変換手段(A/
Dコンバータ)15と、前記A/D変換手段の出力とし
て、前記信号発生手段が接続時の測定データと、前記被
測定信号が接続時の接続データとが供給され、前記信号
発生手段が接続時の測定データによって、前記被測定信
号が接続時の測定データを補正する演算手段(CPU)
19とで、周波数偏差測定装置を構成することによっ
て、従来の周波数偏差測定で必要であったカウンタ周辺
回路や、信号処理を用いない周波数偏差測定装置が得ら
れる。また、F−V変換器を用いた場合の種々の変動を
抑え、精度良く周波数偏差を測定することが可能にな
る。(請求項1)
【0007】また、前記被測定信号が、信号有りの期間
と信号無しの期間が周期的に繰り返されるフレームタイ
ミングを有する信号であることによって、被測定信号の
フレームの内の信号の存在しない期間(スロット)に補
正のための信号発生手段による測定が可能になる。(請
求項2)
【0008】また、前記切換手段を前記被測定信号が有
りの期間には、被測定信号側に、前記被測定信号が無し
の期間には、信号発生手段側に切換ることにより、被測
定信号の存在しない期間に被測定信号の影響を受けず
に、補正のための信号発生手段による測定が可能にな
る。(請求項3)
【0009】また、前記切換手段の切換を制御する切換
制御信号を前記被測定信号のフレームタイミングに応じ
て作成するので、予め被測定信号のフレームタイミング
が決まっている場合には、容易に切換制御信号を得るこ
とができる。(請求項4)
【0010】また、前記信号発生手段が周波数を可変で
きる構成であって、可変された信号発生手段の周波数毎
に、A/D変換手段の出力を測定することによって、信
号発生手段から可変された複数の周波数の信号に応じた
補正のための変換データを得ることができるので、より
精度のよい補正が可能になる。(請求項5)
【0011】また、前記A/D変換手段の出力は、被測
定信号の変調周波数よりも十分高いサンプリング周波数
でサンプリングすることによって、被測定信号が変調さ
れている場合の影響を少なくすることができる。(請求
項6)
【0012】また、前記A/D変換手段からの、サンプ
リングされた、複数の測定値の最大値と最小値の中央
値、または平均値を前記演算手段演算することによっ
て、被測定信号が変調されている場合の影響をより少な
くすることができる。(請求項7)
【0013】また、前記被測定信号と、前記信号発生手
段の出力とを切換る切換手段を、信号分配器で構成する
ことによって、スイッチ的な構成を用いずに、抵抗分配
器のような簡易な構成とするとも可能である。その場合
には、切換器への切換制御信号が不要になる。(請求項
8)
【0014】また、前記被測定信号が、信号有りの期間
と信号無しの期間が周期的に繰り返されるフレームタイ
ミングである場合には、前記被測定信号と、前記信号発
生手段の出力とを切換る切換手段を、前記被測定信号と
前記信号発生手段の出力とを合成する結合器で構成でき
る。その場合には、被測定信号の信号無しの期間は、回
路を切り離さずとも、被測定信号の影響無しに、信号発
生手段からの補正のための測定ができる。(請求項9)
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図1は、第1の周波数偏差測定装置の
構成を示す図である。図1において、被測定信号11
は、切換器12の一方の入力端子に入力されている。ま
た、該切換器12の他方の入力端子には、基準周波数信
号18を入力として、搬送波信号を発生する信号発生器
17の出力が接続されている。
【0016】また、前記切換器12は、切換器制御信号
16によって、被測定信号11の信号が「有り」の時に
は被測定信号11が出力され、被測定信号11の信号が
「無し」の時には信号発生器17の出力が出力されるよ
うに、切換制御される。
【0017】上記の如く制御された切換器12の出力
は、周波数設定可能なローカル信号源を有する周波数変
換器13によりIF信号に変換される。このIF信号を
F−V変換器(周波数−電圧変換器)14に与えて、電
圧に変換し、該電圧出力をA/Dコンバータによって、
デジタル信号に変換する。
【0018】 上記の構成によって、被測定信号が
「無し」の時の前記信号発生器17の出力する周波数に
対応するA/Dコンバータ15からのデジタル読取値
と、被測定信号が「有り」の時の被測定信号の周波数に
対応するA/Dコンバータ15からのデジタル読取値と
から、被測定信号11の周波数偏差をCPU19にて、
予め測定されたF−V変換器14の変換データ10を用
いて演算して測定する。
【0019】次に、図3を用いて、図1に示す第1の周
波数偏差測定装置の周波数偏差の測定動作を説明する。
通常、時分割多重通信方式の通信システムでは、複数の
スロットで構成されるフレーム(図3では、1フレーム
あたりN個のスロット)内の指定された1つのスロット
で送信することが繰り返される。即ち、フレームの周期
の特定な期間(図1では、スロット1の期間)のみ被測
定信号の送信が行われ、その他のスロットの期間は測定
すべき信号はない。
【0020】そこで、予め設定されたフレームタイミン
グから被測定信号11の信号「有り」と「無し」との判
別を行って得た切換器制御信号16により切換器12を
切換える。そして、被測定信号の「有り」の期間T1に
は、被測定信号11の周波数に対応したデジタルデータ
D2を読みとる。また、被測定信号の「無し」の期間T
2には、信号発生器17の周波数に対応したデジタルデ
ータD1を読み取る。
【0021】次に、上記測定データD1及びD2から、
周波数偏差測定値を補正する演算手順を図4を用いて説
明する。図4に示す補正に用いるF−V変換器14の変
換データ10aは、予め切換器12を信号発生器17の
出力側に接続して、信号発生器17の周波数を可変し
て、可変した周波数毎のA/Dコンバータの出力の読取
値を取得しておくことにより、周波数偏差に対するA/
Dコンバータの代表値(10a)として得ておく。
【0022】この代表値(10a)と実際に測定した時
の被測定信号11の周波数偏差に対する値が変化しなけ
れば問題がないが、現実には、測定系の経時変化やA/
Dコンバータ15入力までの電圧のDCドリフト等の影
響により測定精度の劣化が生じることになる。
【0023】図4の変換データ10aは上述の如くして
得られたものであり、実際に測定を行う時のF−V変換
の特性が10bの如きであったとする。信号発生器17
の設定周波数f0時に変換データ10aによればA/D
コンバータ15の出力値はD0が得られるはずである
が、F−V変換の特性10bによってA/Dコンバータ
の出力値はD1が得られる。変換データ10aによれ
ば、A/Dコンバータの出力値D1から得られる周波数
測定値はf1aであり、本来測定されるべき周波数測定
値f0とは異なってしまう。
【0024】同様に、被測定信号11のA/Dコンバー
タ出力値がD2であった場合、変換データ10aから得
られる周波数測定値はf2aであり、本来測定されるべ
き周波数測定値f2bとは異なってしまう。
【0025】これを補正するために、A/Dコンバータ
の出力値D2から、先のA/Dコンバータの出力値D1
とD0の差分をD2より減算して、補正後のA/Dコン
バータの出力値を求めて、この値から変換データ10a
により周波数測定値f2bを演算によって求める。この
ように、測定毎に補正をすることによって精度を上げる
ことが可能である。
【0026】なお、現実の測定では、被測定信号11が
無変調であるとは限らないので、変調がかかっている場
合を考慮して、A/Dコンバータ15の出力の読取値D
2は、被測定信号の変調周波数より十分高いサンプリン
グ周波数でサンプリングを実行する。そのことによっ
て、サンプリングによるA/Dコンバータの出力の複数
の読取値の最大値と最小値の中央値、またはサンプリン
グにより取得した複数読取値の平均値が得られるように
して、FM変調がかかった場合には、この中心周波数
(中央値または平均値)を取るようにしても良い。
【0027】このように、図3に示すような間欠的に送
信される被測定信号の場合、信号が無い期間(T2)に
おいて、装置自身の基準となる信号(周波数の基準は前
述の基準周波数信号18となる。)を測定して、測定時
に常に基準信号と自身の変換データとの比較し、被測定
信号の測定値を補正するので、精度良く被測定信号の周
波数偏差の測定を行うことができる。
【0028】次に、上述の周波数偏差測定値を補正する
演算の詳細を具体的な数値を使用して説明する。被測定
信号11として、800.000MHzの公称周波数の信号入
力がある場合。信号発生器17は、水晶発振器等の0.1p
pm程度の高安定な基準周波数信号に同期した800.000M
Hzの信号を出力する。なお、上記ppmは10-6 を示
し、水晶発振器の発信確度を示していて、0.1ppmであれ
ば、信号発生器の周波数確度は0.1×10-6 が得ら
れる。そして、0.1ppm程度のものを使用する理由は、測
定確度として、例えば、800MHzで±1KHzのものを得よ
うとすると、1KHz/800MHz=1.25ppmであり、基準信号
源は、この1.25ppmの誤差よりも十分小さい必要がある
ためである。
【0029】周波数変換器13内部のローカル信号源は
IF信号周波数として10MHzを得るよう、790.000M
Hzの信号を出力する。なお、IF信号周波数は、後続
のF−V変換器14の作り易さ、測定する周波数偏差の
範囲により変更することが可能である。
【0030】IF信号は周波数変換器13に入力される
周波数と、前述のローカル信号源の周波数との差の周波
数信号としてF−V変換器14に入力され、IF信号の
周波数に応じた電圧出力がF−V変換器14から出力さ
れる。
【0031】この出力は、周波数偏差の測定範囲を±10
0KHzとするためにA/Dコンバータ15へ入力され
る電圧が、IF信号周波数の公称値であある10MHzの
±100KHzで A/Dコンバータ15の入力範囲となる
ようにスケーリングする。
【0032】例えば、入力範囲±1VのA/Dコンバー
タであれば、10.000MHz±100KHzのIF信号に対
して、A/Dコンバータ入力で±1V以下となるように
スケーリングして、この電圧を A/Dコンバータ15
で読み取る。これらの動作を図3のT1区間で、被測定
信号11のA/Dコンバータの出力値D2を、T2区間
で周波数基準となる信号発生器17のA/Dコンバータ
の出力値D1を得るように、切換器制御信号16で、切
換器12を制御する。
【0033】次に、図4での測定結果の演算について説
明する。変換データ10aは信号発生器17の周波数f
0=800.000MHzの時、D0=0.000Vであったが、測
定時のF−V変換特性10bでは、D1=0.050Vを読
み取ったとする。変換データ10aがリニアであるとす
れば、補正がない場合には、100KHz×0.050V/1V
=5KHz(図4のf1aの周波数に相当する)とな
る。そして、基準となる信号発生器17の周波数偏差が
ない場合(図4のf0の周波数に相当する)と比較し
て、誤差5KHzが生じている。
【0034】このため、被測定信号11の実際の周波数
(800.000MHzとする)を測定した場合、変換データ
10aでは、D2=0.100Vであるはずが、測定時のF
−V変換特性10bにより、D2=0.150Vを読み取っ
てしまう。このため、正しい周波数偏差(実際の周波数
−公称周波数=800.010MHz−800.000MHz=10KH
z、図4のf2bに相当する)とは異なる測定値(100
KHz×0.150/1V=15KHz、図4のf2aに相当
する)を演算してしまう。
【0035】これを防ぐために、D1を読み取ったとき
の変換データ10aの値D0=0.000Vと測定時のF−
V変換特性10bでの値D1=0.050Vの差をD2=0.1
50Vより減じた値(0.150V−(0.050−0.000)=0.1000
V)から、変換データ10aを用いて周波数偏差測定結
果として、0.1000Vに対する10KHzを得る。この値
は、被測定信号11の実際の周波数(800.010MHz)
の800.000MHzからの周波数偏差である10KHzに一
致させることが可能である。
【0036】なお、本発明の切換器12は、被測定信号
11と信号発生器17のレベルが図3で示されるT1と
T2の区間で正しく測定される程度に各々のON/OF
Fレベルがあれば、スイッチ的な構成を用いず、図5に
示すように、抵抗分配器のような簡易な構成とするとも
可能である。この場合には、切換器への切換制御信号が
不要になる。
【0037】図5の構成は、図1の切換器12の代わり
に分配器または結合器12cを用いている以外の構成は
図1と同じである。この場合も、A/Dコンバータ15
cの出力値が、被測定信号か、信号発生器にものかは、
予め設定されたフレーム内の構成から、演算を行うCP
U19cで判定している。
【0038】また、本発明は、以下の如き変形も可能で
ある。 (a)被測定信号が図3に示すような、被測定信号が「有
り」の期間と「無し」の期間を繰り返すよう場合でな
く、被測定信号が連続送信される場合であっても、切換
器を適宜制御することによって、信号発生器による補正
と、実際の測定とを繰り返すことが可能である。 (b)信号発生器の周波数設定分解能が大きく変換データ
を細かく取りたい場合は、被測定信号の代わりに、予め
外部から基準信号を入力して変換データを作成しておく
ことも可能である。 (c)F−V変換器はDC応答が可能なFM復調器であれ
ば良いので、受信機の構成をそのまま使用することがで
き、受信機から周波数測定を行う機能を持たせることが
可能である。 また、信号発生器は、送信機を使用することも可能で、
無線機が持つ通常の構成を利用することも可能である。
【0039】
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、被測定信号
と、基準周波数信号に応じた信号発生手段17の出力と
を切換る切換手段12と、前記切換手段の出力を中間周
波数に変換する周波数変換手段13と、前記周波数変換
手段の出力を周波数−電圧変換するF−V変換手段14
と、前記F−V変換手段の出力をデジタル信号に変換す
るA/D変換手段15と、前記A/D変換手段の出力と
して、前記信号発生手段が接続時の測定データと、前記
被測定信号が接続時の接続データとが供給され、前記信
号発生手段が接続時の測定データによって、前記被測定
信号が接続時の測定データを補正する演算手段19と
で、周波数偏差測定装置を構成することによって、従来
の周波数測定で必要であったカウンタ周辺回路や、信号
処理を用いない周波数偏差測定装置が得られる。また、
F−V変換器を用いた場合の種々の変動を抑え、精度良
く周波数偏差を測定することが可能になる。
【0040】また、請求項2に記載の発明では、前記被
測定信号が、信号有りの期間と信号無しの期間が周期的
に繰り返されるフレームタイミングを有する信号である
ことによって、被測定信号のフレームの内の信号の存在
しない期間(スロット)に補正のための信号発生手段に
よる測定が可能になる。
【0041】また、請求項3に記載の発明では、前記切
換手段を前記被測定信号が有りの期間には、被測定信号
側に、前記被測定信号が無しの期間には、信号発生手段
側に切換ることにより、被測定信号の存在しない期間に
被測定信号の影響を受けずに、補正のための信号発生手
段による測定が可能になる。
【0042】また、請求項4に記載の発明では、前記切
換手段の切換を制御する切換制御信号を前記被測定信号
のフレームタイミングに応じて作成するので、予め被測
定信号のフレームタイミングが決まっている場合には、
容易に切換制御信号を得ることができる。
【0043】また、請求項5に記載の発明では、前記信
号発生手段が周波数を可変できる構成であって、可変さ
れた信号発生手段の周波数毎に、A/D変換手段の出力
を測定することによって、信号発生手段から可変された
複数の周波数の信号に応じた補正のための変換データを
得ることができるので、より精度のよい補正が可能にな
る。
【0044】また、請求項6に記載の発明では、前記A
/D変換手段の出力は、被測定信号の変調周波数よりも
十分高いサンプリング周波数でサンプリングすることに
よって、被測定信号は変調されている場合の影響を少な
くすることができる。
【0045】また、請求項7に記載の発明では、前記A
/D変換手段からの、サンプリングされた、複数の測定
値の最大値と最小値の中央値、または平均値を前記演算
手段演算することによって、被測定信号は変調されてい
る場合の影響をより少なくすることができる。
【0046】また、請求項8に記載の発明では、前記被
測定信号と、前記信号発生手段の出力とを切換る切換手
段を、信号分配器で構成することによって、スイッチ的
な構成を用いずに、抵抗分配器のような簡易な構成とす
るとも可能である。その場合には、切換器への切換制御
信号が不要になる。
【0047】また、請求項9に記載の発明では、前記被
測定信号が、信号有りの期間と信号無しの期間が周期的
に繰り返されるフレームタイミングである場合には、前
記被測定信号と、前記信号発生手段の出力とを切換る切
換手段を、前記被測定信号と前記信号発生手段の出力と
を合成する結合器で構成できる。その場合、被測定信号
の信号無しの期間は、回路を切り離さずとも、被測定信
号の影響無しに、信号発生手段からの補正のための測定
ができる。この場合も、切換器への切換制御信号が不要
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数偏差測定装置の構成を示す図で
ある。
【図2】従来の周波数偏差測定装置の構成を示す図であ
る。
【図3】本発明の測定動作のタイミングを示す図であ
る。
【図4】本発明の測定値の補正の原理を説明するための
F−V特性を示す図である。
【図5】本発明の別の周波数偏差測定装置の構成を示す
図である。
【符号の説明】
10 変換データ 11 被測定信号 12 切換器 13 周波数変換器 14 F−V変換器 15 A/Dコンバータ 16 切換器制御信号 17 信号発生器 18 基準周波数信号

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定信号と、基準周波数信号に応じ
    た信号発生手段の出力とを切換る切換手段と、 前記切換手段の出力を中間周波数(IF)に変換する周
    波数変換手段と、 前記周波数変換手段の出力を周波数−電圧変換するF−
    V変換手段と、 前記F−V変換手段の出力をデジタル信号に変換するA
    /D変換手段と、 前記A/D変換手段の出力として、前記信号発生手段が
    接続時の測定データと、前記被測定信号が接続時の接続
    データとが供給され、前記信号発生手段が接続時の測定
    データによって、前記被測定信号が接続時の測定データ
    を補正する演算手段と、 を有することを特徴とする周波数偏差測定装置。
  2. 【請求項2】 前記被測定信号が、信号有りの期間と信
    号無しの期間が周期的に繰り返されるフレームタイミン
    グを有する信号であることを特徴とする請求項1に記載
    の周波数偏差測定装置。
  3. 【請求項3】 前記切換手段を前記被測定信号が有りの
    期間には、被測定信号側に、前記被測定信号が無しの期
    間には、信号発生手段側に切換ることを特徴とする請求
    項2に記載の周波数偏差測定装置。
  4. 【請求項4】 前記切換手段の切換を制御する切換制御
    信号を前記被測定信号のフレームタイミングに応じて作
    成することを特徴とする請求項2に記載の周波数偏差測
    定装置。
  5. 【請求項5】 前記信号発生手段が周波数を可変できる
    構成であって、可変された信号発生手段の周波数毎に、
    A/D変換手段の出力を測定することを特徴とする請求
    項1〜4のいずれか1項に記載の周波数偏差測定装置。
  6. 【請求項6】 前記A/D変換手段の出力は、被測定信
    号の変調周波数よりも十分高いサンプリング周波数でサ
    ンプリングされることを特徴とする請求項1〜5のいず
    れか1項に記載の周波数偏差測定装置。
  7. 【請求項7】 前記A/D変換手段からの、サンプリン
    グされた、複数の測定値の最大値と最小値の中央値、ま
    たは平均値を前記演算手段演算すること特徴とする請求
    項6に記載の周波数偏差測定装置。
  8. 【請求項8】 前記被測定信号と、前記信号発生手段の
    出力とを切換る切換手段を、信号分配器で構成したこと
    を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の周波
    数偏差測定装置。
  9. 【請求項9】 前記被測定信号と、前記信号発生手段の
    出力とを切換る切換手段を、前記被測定信号と前記信号
    発生手段の出力とを合成する結合器で構成したことを特
    徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の周波数偏
    差測定装置。
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