JP5256094B2 - ジッタ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）に代表される高速デジタル通信に用いられる送信機等から出力されるデジタル信号のジッタ特性を測定し、その測定結果を表示するジッタ測定装置において、測定結果をより正確に把握できるようにするための技術に関する。

２値のデジタル信号を伝送するシステムでは、そのデジタル信号の位相揺らぎ、即ちジッタによる信号品質の劣化が問題となる。

このため、デジタル信号を扱う伝送機器等の測定対象から出力されるデジタル信号のジッタを測定し、測定対象が出力するデジタル信号の品質や、ジッタに対する耐力、伝達特性等を測定することが行われている。

図６は、上記目的で使用されている従来のジッタ測定装置１０の構成を示している。
このジッタ測定装置１０は、測定対象のデジタル信号Ｄｒを受けて、そのジッタ成分（位相変調成分）を復調するジッタ復調器１１と、そのジッタ復調回路１１から出力される復調信号（デジタル値に変換されているものとする）の実効値（ＲＭＳ）や尖頭値（Peak to Peak）等の振幅をジッタ量として算出するジッタ量算出器１２と、算出されたジッタ量を数値表示する表示器１３とを有している。

なお、ジッタ復調器１１には、広帯域なジッタ復調器と、ＩＴＵ−Ｔ勧告０．１７２に基づいた帯域のフィルタ回路および復調信号をデジタル値で出力するための一定のサンプリングレートで動作するＡ／Ｄ変換器が含まれている。

上記のように入力するデジタル信号のジッタを測定するジッタ測定器は、例えば、次の特許文献１に開示されている。

特開２００１−１３３４９２号公報

しかし、上記のような従来装置では、復調信号の波形を観測することができず、測定者が予想している波形と全く異なるような波形であっても、それを数値結果から把握することが困難であった。

このような用途を満たすために、従来装置では、図６において点線で示しているように、ジッタ復調器１１の出力をＤ／Ａ変換器１５によりアナログ信号に変換し、これをフィルタ１６に入力して、Ｄ／Ａ変換処理で生じる高周波成分を除去して外部へ出力する機能が設けられている。

したがって、上記従来装置では、外部に出力されたアナログの復調信号をオシロスコープに入力することで復調信号の波形観測が行える。

ところが、上記のように、外部出力されたアナログの復調信号の波形を観測する場合、Ｄ／Ａ変換器１５とフィルタ１６の性能により、表示される波形の振幅が、ジッタ量算出器１３の算出値と大きく異なる場合が生じる。

特に、尖頭値はＤ／Ａ変換器１５とフィルタ１６のアナログ特性の影響を大きく受け、本体装置側の算出値と異なって表示される場合が多く、波形観測画面上での精度の低下が問題となり、伝送機器等の開発研究の現場でより正確な波形情報を得たい場合に、充分な性能を有しているとは言えなかった。

また、復調信号の波形観測のためにオシロスコープを用意しなければならず、設置場所や導入コストが大きくなるという別の問題もあった。

本発明は、これらの問題を解決して、単体で復調信号の波形表示が正確に行えるジッタ測定装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のジッタ測定装置は、
筐体と、
前記筐体内に収容され、正弦波による位相変調でジッタが付与された試験用デジタル信号を受けた測定対象が外部から入力するデジタル信号のジッタ成分を復調し、そのジッタ成分のうち規格で定められた所定周波数範囲の信号を該所定周波数範囲の上限の２倍より高い一定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル値の復調信号に変換して出力するジッタ復調器（２１）と、
前記筐体内に収容され、前記ジッタ復調器から出力される復調信号の振幅値の算出を行うジッタ量算出器（２２）と、
前記筐体内に収容され、前記ジッタ復調器から出力される復調信号のゼロクロスタイミングを検出して該復調信号の周期測定を行う周期測定手段（２３ｃ）と、予め前記所定周波数範囲を複数の領域に分け、所定範囲内で周波数が高い領域程高い補間倍率を割り当てておき、前記周期測定手段によって測定された周期が含まれる領域の補間倍率を前記復調信号に対して用いる補間倍率に決定する補間倍率決定手段（２３ｄ）とを含み、該決定された補間倍率で前記復調信号に対する補間処理を行う補間器（２３）と、
前記筐体の外表部に設けられた表示器（２５）と、
前記筐体内に収容され、前記ジッタ量算出器の算出値および前記補間器によって補間された復調信号の波形を前記表示器に表示させる表示制御部（２４）とを備えている。

また、本発明の請求項２のジッタ測定装置は、請求項１記載のジッタ測定装置において、
前記ジッタ量算出器が、前記ジッタ復調器から出力される復調信号の代わりに、前記補間器によって補間された復調信号の振幅値の算出処理を行うモードを有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項３のジッタ測定装置は、請求項１または請求項２記載のジッタ測定装置において、
前記筐体内に収容され、前記補間器により補間した復調信号が、所定方向に変化して予め設定したしきい値に達したとき、トリガ信号を出力するトリガ回路（２６）と、
前記筐体内に収容され、補間された復調信号を記憶するための波形メモリ（２８）と、
前記筐体内に収容され、前記トリガ信号を受けてから所定時間が経過するまでの間、前記補間された復調信号を前記波形メモリに記憶させる記憶制御手段（２７）とを備え、
前記表示制御部は、前記波形メモリに記憶された復調信号を前記表示器に表示させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４のジッタ測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のジッタ測定装置において、
前記筐体内に収容され、変調信号によってジッタが付与された試験用デジタル信号を外部に送出する試験用デジタル信号発生部（３０）を有し、
前記表示制御部は、前記試験用デジタル信号発生部が用いた変調信号の波形と、前記補間された復調信号の波形とを対比可能に前記表示器に表示することを特徴とする。

このように本発明のジッタ測定装置は、正弦波による位相変調でジッタが付与された試験用デジタル信号を受けた測定対象が外部から入力するデジタル信号のジッタ成分を復調し、そのジッタ成分のうち規格で定められた所定周波数範囲の信号を該所定周波数範囲の上限の２倍より高い一定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル値の復調信号に変換して出力するジッタ復調器から出力される復調信号に対し、予め前記所定周波数範囲を複数の領域に分け、所定範囲内で周波数が高い領域程高い補間倍率を割り当てておき、復調信号のゼロクロスタイミングを検出して周期測定をする周期測定手段によって測定された復調信号の周期が含まれる領域の補間倍率をその復調信号に対して用いる補間倍率に決定し、該決定された補間倍率で前記復調信号に対する補間処理を行い、その補間された復調信号の波形を表示する機能を有し、しかもそれら機能を実現する各回路が共通の筐体に収容されているので、ジッタ周波数がサンプリングレートに近い場合であっても、単体で復調信号の波形表示が正確に行える。

また、ジッタ量算出器が、補間された復調信号の振幅の算出処理を行う場合には、より正確な振幅値を求めることができる。

また、補間された復調信号がしきい値に達したときから所定時間が経過するまでその補間された復調信号を記憶し、この記憶した復調信号の波形を表示するものでは、復調信号を静止波形として観測することができ、波形観測をより綿密に行える。

また、試験用データ信号にジッタを付与するために用いられた変調信号の波形を補間された復調信号と対比可能に表示するものでは、試験対象によりジッタの伝達特性を波形により把握することができる。

本発明の実施形態の全体構成図 実施形態の要部構成図 実施形態の測定結果の表示例を示す図 補間していない復調信号の波形を示す図 補間した復調信号の波形を示す図 従来装置の構成図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態のジッタ測定装置２０の構成を示している。

このジッタ測定装置２０は、図１に示した各部を収容する単一の筐体（図示せず）を有しているものとし、その筐体の外部には、測定対象のデジタル信号Ｄｒを入力させるための入力端子２０ａと、試験用デジタル信号Ｄｔを外部へ出力するための出力端子２０ｂが設けられている。

このジッタ測定装置２０には試験用デジタル信号Ｄｔを生成するための試験用デジタル信号発生部３０が設けられている。

試験用デジタル信号発生部３０は、クロック信号発生器３１から出力された所定周波数のクロック信号Ｃをジッタ付与回路３２に入力し、さらに変調信号発生器３３から出力された変調信号Ｍ（例えば８０ｋＨｚ〜３２０ＭＨｚまでの正弦波）をジッタ付与回路３２に入力させ、クロック信号を変調信号Ｍにより位相変調して、変調信号Ｍの振幅に応じた大きさのジッタが付与されたクロック信号Ｃｊを生成し、これをデータ発生部３４に入力する。

データ発生部３４は、入力されたクロック信号Ｃｊに同期した所定パターン（例えば擬似ランダム信号のパターン）の試験用デジタル信号Ｄｔを生成し、必要に応じて出力端子２０ｂを介して外部の測定対象に与える。

また、試験対象から出力されたデジタル信号Ｄｒが入力端子２０ａを介して、ジッタ復調器２１に入力される。

ジッタ復調器２１には、前記同様に、広帯域なジッタ復調器と、ＩＴＵ−Ｔ勧告０．１７２に基づいた帯域のフィルタ回路（例えばデジタル信号Ｄｒのビットレートが４０Ｇｂｐｓの場合、８０ｋＨｚまたは１６ＭＨｚのハイパスフィルタと、３２０ＭＨｚのローパスフィルタ）および復調信号をデジタル値で出力するための一定のサンプリングレート（例えば７２０Ｍsample／ｓ）で動作するＡ／Ｄ変換器が含まれており、入力するデジタル信号Ｄｒのクロック成分の基準位相に対する位相変化を検出し、その位相変化に応じた振幅をもつ復調信号Ｊがデジタル値で出力される。

この復調信号Ｊの周波数は、フィルタ回路が８０ｋＨｚのハイパスフィルタと３２０ＭＨｚのローパスフィルタで構成される場合には、８０ｋＨｚ〜３２０ＭＨｚの範囲にある。

復調信号Ｊは、ジッタ量算出器２２および補間器２３に入力される。
ジッタ量算出器２２は、復調信号Ｊの振幅値（実効値と尖頭値）の算出処理を行う第１モードと、補間器２３により補間された復調信号Ｊ′の振幅値（実効値と尖頭値）の算出処理を行う第２モードとを有しており、そのモードは、ジッタ測定装置２０の図示しない操作部によって指定される。

補間器２３は、復調信号Ｊに対する周期測定を行い、その測定された周期Ｔに応じた倍率の補間処理を行う。

補間器２３は、図２に示すように、入力する復調信号Ｊをバッファ２３ａに一時記憶し、その記憶したデータに対してゼロクロス検出手段２３ｂによりゼロクロス（実際にはゼロに最も近いアドレス位置）の検出処理を行い、検出したゼロクロス位置と復調信号のサンプリングレートとから復調信号Ｊの周期Ｔを周期算出手段２３ｃにより算出する。

なお、バッファ２３ａとして必要なサイズは測定する帯域により異なるが、ジッタ復調器２２のフィルタ通過後の信号帯域が８０ｋＨｚの場合、そのサンプリングレートを７２０Ｍsample／ｓとすれば、９０００サンプル以上を格納できるサイズであればよい。

補間倍率決定手段２３ｄは、復調信号Ｊの周期範囲に対して予め設定された補間倍率のうち、算出された周期Ｔに対応する補間倍率Ｋを決定し、補間処理部２３ｅに入力する。

この補間倍率は、例えば復調信号Ｊの周期（周波数）の範囲を例えば４段階に分類し、周波数が高い領域ほど高い補間倍率（例えば２〜２０の間で）を割り当てる。

補間処理部２３ｅは、入力されるデータ列の間に、Ｋ−１個の値０のデータを連続して挿入する。そして、このゼロ挿入されたデータ列を、sin(ｘ)／ｘの特性に対応したタップ係数のローパス型のフィルタ２３ｆに入力し、さらに利得を適切に調整することにより、ゼロ挿入されたデータ列を、元のデータＪの間が連続的に補間された復調信号Ｊ′に変換して出力している。

この補間器２３により補間された復調信号Ｊ′は、ジッタ量算出器２２、表示制御部２４およびトリガ回路２６に入力される。

前記したように、ジッタ量算出器２２は、復調信号Ｊ、Ｊ′のうちユーザが指定した方の振幅の算出処理を行う。

また、表示制御部２４は、ジッタ量算出器２２が算出した振幅値（実効値および尖頭値）を表示器２５に数値表示し、また、復調信号Ｊ′の波形表示処理を行う。

トリガ回路２６は、補間された復調信号Ｊ′が、所定方向（増加方向または減少方向）に変化して、予め設定したしきい値Ｒに達したとき、トリガ信号ＴＲＧを記憶制御手段２７に出力する。

記憶制御手段２７は、トリガ信号ＴＲＧを受けてから所定時間（データを必要数記憶するための時間）が経過するまでの間、復調信号Ｊ′を波形メモリ２８に記憶させる。

なお、変調信号ＭはＡ／Ｄ変換器２９によりデジタル信号列に変換されて表示制御部２５に入力されている。

表示制御部２４は、ユーザの指定により種々のモードでジッタの測定結果を表示器２５に表示させることができる。

つまり、表示可能な測定結果としては、復調信号Ｊに対して算出した振幅値（実効値Ｊｒｍｓと尖頭値Ｊｐｐ）、補間された復調信号Ｊ′に対して算出した振幅値（実効値Ｊｒｍｓ′と尖頭値Ｊｐｐ′）、補間器２３から出力される復調信号Ｊ′の波形（この場合、補間処理に必要な時間以上の間隔を開けての波形表示となるが、単発的に取得した波形データを表示させることで静止波形を見ることができる）、波形メモリ２８に記憶された復調信号Ｊ′の波形（この場合、記憶更新される波形のスタート位置が同一となる）および変調信号Ｍの波形であり、それらを単独に選択して表示することや、任意に組合せて表示器２５の同一画面上に表示することができる。いずれにしても補間された復調信号Ｊ′の波形表示（例えば後述の図５のような波形表示）が可能であり、装置単体で正確なジッタ復調信号の正確な波形観測が行える。

そのうち、例えば図３のように、復調信号Ｊ′（補間器２３から出力されたものあるいは波形メモリ２８に記憶されたもののいずれでもよい）の波形と変調信号Ｍの波形を同一時間軸上に並べて比可能に表示すれば、測定対象のジッタの伝達特性をジッタ波形そのもので把握することができる。図３の例ではジッタが抑圧されていることがわかる。

ここで、復調信号Ｊと補間された復調信号Ｊ′の違いについて簡単に説明する。
入力デジタル信号Ｄｒに含まれる本来のジッタ成分がsin（２πｆｔ）の正弦波としたとき、ジッタ周波数ｆがサンプリングレートに近い場合の復調信号Ｊは、図４の黒丸に示すように遷移する（本来の正弦波を点線で示す）。

この黒丸を結ぶ波形（実線）の最大値は本来の値１より小さく、最小値は本来の値−１より大きく、その波形も本来の正弦波からほど遠い波形（３角波）となっている。

したがって、前記したように、このデータ列をアナログ変換してフィルタ処理しても、フィルタの帯域特性や損失によりピーク値が変化し、本来の値±１にならない場合が多い。

これに対し、復調信号Ｊに対して補間倍数５（４つのゼロ挿入補間）で補間して得られた復調信号Ｊ′は、図５の黒丸のように遷移し、この黒丸を結ぶ波形（実線）の最大値および最小値は、本来の値±１にほぼ一致しており、波形自体も正弦波に近く、正確なピーク値が表示されているとみなすことができる。

また、図４のように波形１周期に対して３ポイントのサンプル値しか持たない場合、任意の値をしきい値Ｒとして設定しても、サンプル値がしきい値Ｒに等しくなる確率は極めて低く、トリガモードの波形表示を円滑に行えないが、図５のように補間された復調信号Ｊ′は、波形１周期に対して１５ポイントのサンプル値を持っており、サンプル値がしきい値Ｒに等しくなる確率は格段に高く、トリガモードによる静止波形の表示を円滑に行える。

以上のように、補間した復調信号Ｊ′についての測定結果は元の復調信号Ｊに比べて波形の精度が格段に高くなっているので、算出振幅値や表示波形から、デジタル信号Ｄｒのジッタの状態をより正確に把握することができ、伝送機器等の開発研究の現場でより正確な波形情報を得たい場合に、充分な性能を有している。

また、単体で正確な波形観測が行え、従来のように設置場所や導入コストが大きくなるという問題も解消する。

なお、上記実施形態のジッタ測定装置２０は、試験用デジタル信号発生部３０を有していたが、この試験用デジタル信号発生部３０を含まない構成にしてもよい。

２０……ジッタ測定装置、２１……ジッタ復調器、２２……ジッタ量算出器、２３……補間器、２３ａ……バッファ、２３ｂ……ゼロクロス検出手段、２３ｃ……周期測定手段、２３ｄ……補間倍率決定手段、２３ｅ……補間処理部、２３ｆ……フィルタ、２４……表示制御部、２５……表示器、２６……トリガ回路、２７……記憶制御手段、２８……波形メモリ、３０……試験用デジタル信号発生部

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体内に収容され、正弦波による位相変調でジッタが付与された試験用デジタル信号を受けた測定対象が外部から入力するデジタル信号のジッタ成分を復調し、そのジッタ成分のうち規格で定められた所定周波数範囲の信号を該所定周波数範囲の上限の２倍より高い一定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル値の復調信号に変換して出力するジッタ復調器（２１）と、
   前記筐体内に収容され、前記ジッタ復調器から出力される復調信号の振幅値の算出を行うジッタ量算出器（２２）と、
   前記筐体内に収容され、前記ジッタ復調器から出力される復調信号のゼロクロスタイミングを検出して該復調信号の周期測定を行う周期測定手段（２３ｃ）と、予め前記所定周波数範囲を複数の領域に分け、所定範囲内で周波数が高い領域程高い補間倍率を割り当てておき、前記周期測定手段によって測定された周期が含まれる領域の補間倍率を前記復調信号に対して用いる補間倍率に決定する補間倍率決定手段（２３ｄ）とを含み、該決定された補間倍率で前記復調信号に対する補間処理を行う補間器（２３）と、
   前記筐体の外表部に設けられた表示器（２５）と、
   前記筐体内に収容され、前記ジッタ量算出器の算出値および前記補間器によって補間された復調信号の波形を前記表示器に表示させる表示制御部（２４）とを備えたジッタ測定装置。
2. 前記ジッタ量算出器が、前記ジッタ復調器から出力される復調信号の代わりに、前記補間器によって補間された復調信号の振幅値に対する算出処理を行うモードを有していることを特徴とする請求項１記載のジッタ測定装置。
3. 前記筐体内に収容され、前記補間器により補間した復調信号が、所定方向に変化して予め設定したしきい値に達したとき、トリガ信号を出力するトリガ回路（２６）と、
   前記筐体内に収容され、補間された復調信号を記憶するための波形メモリ（２８）と、
   前記筐体内に収容され、前記トリガ信号を受けてから所定時間が経過するまでの間、前記補間された復調信号を前記波形メモリに記憶させる記憶制御手段（２７）とを備え、
   前記表示制御部は、前記波形メモリに記憶された復調信号を前記表示器に表示させることを特徴とする請求項１または請求項２記載のジッタ測定装置。
4. 前記筐体内に収容され、変調信号によってジッタが付与された試験用デジタル信号を外部に送出する試験用デジタル信号発生部（３０）を有し、
   前記表示制御部は、前記試験用デジタル信号発生部が用いた変調信号の波形と、前記補間された復調信号の波形とを対比可能に前記表示器に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のジッタ測定装置。

Images