JPH04229B2 - - Google Patents

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。

＜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
より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の伝達関数を求める。

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を通じて低域波器１７に供
給され、低域波器１７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ツフアメ
モリ１９内に記憶される。バツフアメモリ１９に
一定サンプル数、例べば1024個のサンプル数が記
憶されるとFFT変換器２１において高速フーリ
エ変換が行われる。

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ビツト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。即ちバツフアメモリ１９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。

FFT変換器２１においては第３図のステツプ
S₁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での変換が最適
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ツフ
アメモリ１９に取込まれた、例えば1024個のサン
プル値についてステツプS₂で高速フーリエ変換を
行い、ステツプ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Gaa、Gbb、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より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求め、更にこらの入力
試験信号の高速フーリエ変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
積を演算して相互スペクトラムGabを演算する。

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ツプ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＞を求め
る。これら平均値からステツプS₅で伝達関数が求
められる。即ち平均相互スペクトラム＜Gab＞を
平均パワースペクトラム＜Gaa＞で割算すること
を各周波数ごとに行う。

このように従来においては測定のはじめに入力
感度を設定を行うのみであつた。このため例えば
第４図に示すように得られた伝達関数曲線２３が
周波数によつて振幅の大きい部分と小さい部分と
大幅に変動しているような場合があると、その振
幅の大きい部分においては入力信号が大き過ぎて
測定対象１２より歪が発生して正しい測定が行わ
れなかつたり、或はレベルの小さい部分において
はAD変換器１８による変換出力のうちの有効ビ
ツト数が少ないため、測定精度が悪いものとなる
おそれがあつた。尚FFT変換器２１において解
析された結果は表示器２２に表示される。

＜発明の概要＞ この発明の目的は得られた伝達関数の振幅周波
数特性曲線が大幅に変動している場合においても
精度よく測定する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ことにある。

この発明によれば、測定周波数範囲を複数の領
域に分割し、その各領域ごとに試験信号を発生す
るように構成され、その各試験信号の発生ごとに
AD変換器において変換が最適化するように入力
レベルのレンジを設定する。更にFFT変換出力
の大きさをその周波数領域に対するレベル設定に
応じて補正して全体としてレベル変化が大きな伝
達特性においても精度のよい測定を可能とする。

＜実施例＞ この発明においては、先に述べたように例えば
第４図においてその測定周波数範囲F₀乃至Fnは
複数の領域例えば等しい間隔でｎ個の領域に分割
される。この分割した各周波数領域に対する試験
信号を独立に発生することができるようにされ
る。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ROM
２７、読み書き可能なRAM２８、更に第１図の
FFT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、周波数掃引正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△ｆ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
サンプリングクロツクと同期するための一般にこ
れよりも高い周波数のクロツクが入力される。こ
のクロツクは入出力回路２９より分周器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CPU２６から必要な分周比
が設定される。

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F₀乃至F₁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CPU２６により、
つまり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
周波数のクロツクで読み出される。このため分周
器３１の出力がスイツチ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。スイツチ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。

波形メモリ３２より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
ツチ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２
５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
レベルを持つた試験信号が端子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の出力クロツクで読み出
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より設
定される。この読み出された正弦波信号はスイツ
チ３９を通じ更にスイツチ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設定さ
れた周波数範囲内において発生することができ
る。

先に述べたようにAD変換器１８の入力レベル
をそのAD変換器の変換動作が最適となるように
つまり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AD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。AD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。

AD変換器１８の変換出力は例えば12ビツトで
あり、並列ビツト出力線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
４４，４６，４８の各出力はオア回路５１を通じ
てAD変換器の出力線５２の最下位ビツトに入力
されている。従つて入力信号レベルや雑音が大き
過ぎるとバツフアメモリ１９に入力されたデータ
中の最下位ビツトが論理１となつており、FFT
変換器２１でバツフアメモリ１９を読み出してそ
の最下位ビツトが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。

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。バツフアメモリ１９内に所定のデ
ータ数例えば1024個が取込まれると、このFFT
解析器２１はバツフアメモリ１９をステツプS₁で
所定数、例えば1024個を取出し、ステツプS₂にお
いてそれまでに可変利得増幅器１６の利得を上げ
ること下げることの両動作をやつたか否かチエツ
クされ、そのような動作を行なつてない場合はス
テツプS₃においてその読み出したデータの各最下
位ビツトが１かどうか、つまりオーバーフローし
ているものであるかどうかチエツクされ、オーバ
ーフローしているものがある場合はステツプ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。一方ステツプ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
がチエツクされ、これはそのデータの絶対値の上
位何ビツトかが常に０の場合は入力レベルのデー
タが小さ過ぎると判定され、この場合はステツプ
S₆において可変利得増幅器１６を利得を一定量、
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
1024個とつてそのデータについてオーバーフロー
があるか、小さ過ぎるかをチエツクし、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
い場合はステツプ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１６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
ようになり、ステツプ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なるとこれがステツプ
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、つまりステツプS₆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ツプS₈で
設定される。

このような構成において全体の動作は例えば第
８図に示すように行われる。即ちFFT解析装置
１４に対しては自動レンジに設定し、またどの試
験信号を使用するかのモードを設定すると共に測
定範囲の周波数範囲の分割数Ｎを設定し、かつｎ
を１にする。その後FFT解析装置１４を起動す
る。この例においては試験モードとして多重正弦
波を設定したものとし、多重正弦波としては例え
ば第４図の周波数範囲をＮ分割した時の最も低い
周波数領域F₀乃至F₁の周波数範囲において必要
なスペクトル数に対応した多重正弦波の波形が第
５図における波形メモリ３２に記憶されており、
この周波数範囲F₀乃至F₁の中心周波数、つまり
最高周波数Fnを２倍のＮで割つた値Fcにｎを掛
けた信号が中心周波数として試験信号発生器１１
へ送られる。

試験信号発生器１１ではステツプS₂において
FFT解析装置１４からのデータに基づき波形メ
モリ３２からF₀〜F₁の多重正弦波を読み出すよ
うに設定すると共に入力された中心周波数nFcの
周波数の正弦波を正弦波メモリ３８より発生する
ように正弦波メモリ３８を設定し、かつスイツチ
３９をオンとし、スイツチ３５を乗算器３４側に
切替える。最初の状態ではｎは１であつて正弦波
メモリ３８より発生する正弦波はFcであり、波
形メモリ３２から読み出される信号はF₀乃至F₁
の多重正弦波であり、これが乗算器３４において
正弦波メモリ３８よりの正弦波と掛算され、この
掛算出力の周波数は同様にF₀乃至F₁となつて端
子３７より出力され、測定対象１２に与えられ
る。

このようにして試験信号が発生され、その入力
試験信号と測定対象１２を通つた出力試験信号と
がFFT解析装置１４に与えられて第７図に示し
たような処理により第８図のステツプS₃において
感度設定、つまりAD変換器１８の入力レベルが
そのAD変換動作に最適となるようなレベルにな
るように可変利得増幅器１６が調整される。この
ようにして感度設定が行われるとステツプS₄にお
いてその設定された感度、つまりレベルレンジで
取込んたデータについてFFT解析器２１におい
て解析を行う。ステツプS₅においてｎを＋１し、
ステツプS₆においてそのｎがＮより大きくなつた
か否かをチエツクし、大きくならない場合はステ
ツプS₂に戻る。

つまりステツプS₅においては最初ｎ＝１であつ
たところがｎ＝２とされてこの場合こに応じて
FFT解析装置１４からその中心周波数は2Fcとし
て試験信号発生器１１へ送られる。従つて次には
試験信号発生器１１からは正弦波メモリ３８から
２倍のFcの周波数の正弦波信号が発生され、こ
れと波形メモリ３２よりの多重正弦波信号とが掛
算され、従つて第４図において周波数F₁乃至F₂
の領域の試験信号が発生される。この試験信号に
ついても同様にしてステツプS₃で感度設定が行わ
れ、またFFT解析が行われて次にｎが＋１され、
その次の周波数領域に対する試験信号を発生して
測定を行う。このようにして最後の周波数領域
Fn−₁乃至Fnの試験が終るとｎがＮよりも大きく
なり、これによりその測定が終了することにな
る。

このように測定周波数範囲が分割されてその各
周波数領域においてそれぞれ感度設定が行われる
ため、解析結果をその周波数範囲F₀〜Fn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８図のステツプS₄におけるFFT解
析処理は第９図に示すように行われる。即ち
FFT変換をステツプS₁で行い、その解析結果に
対してステツプS₂で大きさ補正を行う。この補正
は例えば最初に取込んだ周波数領域F₀乃至F₁に
対して行われたレベルレンジ設定を基準とし、そ
の時の可能利得増幅器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1db下げ、逆に利
得を10db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
ステツプS₃でその補正された各周波数成分につい
てそれぞれパワースペクトラムGaaGbb、相互ス
ペクトラムGabの演算が行われる。更に新たなデ
ータを同様にして取込み、即ち第８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ツプS₄で平均を求め、
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。
更にこの平均スペクトラムよりステツプS₅で伝達
関数を演算する。

なお試験信号発生器１１より各帯域に分けて発
生する試験信号は多重正弦波信号に限らず、雑音
信号でもよく、或は周波数掃引正弦波信号でもよ
く、更には単一正弦波信号でもよく、単一正弦波
の場合は順次周波数がずらされた各単一正弦波信
号を順次発生することになる。また伝達関数の測
定のみならずパワースペクトラムの測定、相関関
数の測定、自己相関関数の測定など各種の測定に
もこの発明を適用することができる。

第１０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、この共振点の尖つた部分が
なまつてしまう欠点がある。しかしこのように急
激に変化しない比較的ゆつくり変化する領域２３
ｃ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つた。

このような点より測定周波数範囲を分割して測
定するこの発明で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構成とすることができ
る。

この場合は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るて試験を行
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AD変換器
の入力レベルを調整する。

この場合の装置の全体の動作は第１１図に示す
ようにすればよい。まずステツプS₁で測定全帯域
F₀乃至Fnを、雑音信号或は多重正弦波信号を測
定対象１２に与えて測定する。これにより第１０
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F₀乃至F₁の
領域とF₁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領域に対して発生すべき試験
信号を例えば第１２図に示すようにF₀乃至F₁及
びF₂乃至Fnは雑音信号とし、F₁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V₁、
V₂、V₃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△ｆを例えばFn／400とする。

ここで400はFFT解析器の解析線スペクトラム数
である。このような試験データをFFT解析装置
１４に設定する。またこの時ｒを１に設定し、こ
れよりステツプS₃において指定領域r₁である周波
数F₀乃至F₁の領域についての試験測定を行い、
その測定後ステツプS₄においてｒを＋１し、ステ
ツプS₅においてそのｒが領域数Ｒ、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、大でない場合はステツ
プS₃に戻つて次の指令領域、即ちこの例では２番
目の指定領域F₁乃至F₂の領域に対する測定を行
う。

指定領域ｒ＝１のように雑音信号を用いて測定
する場合第１３図に示すようにFFT解析装置１
４から必要な試験データ、即ち周波数領域がF₀
乃至F₁であつて、発生する試験信号が雑音信号、
更に振幅がV₁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。これに基づいて試験
信号発生器１１はステツプS₂において第５図にお
いてスイツチ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つて波形メモリ３２を読
み出し、その波形メモリ３２の出力は乗算器３４
を通じスイツチ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V₁のレベルに設
定されて試験信号を出力する。スイツチ３９はオ
フとされる。

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。その後ステツプ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ｋ回行つ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F₁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１４図に示すように行
う。

即ちステツプS₁で領域がF₁乃至F₂、試験信号
が単一正弦波、振幅がV₂、周波数変化がFn／400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へ転送する。ステツプS₂においてこの指
定領域における最低周波数F₁をFiに設定し、ス
テツプ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図においてスイツチ３９をオン
とし、スイツチ３５をスイツチ３９側に切換え
る。正弦波メモリ３８においてFiの周波数の発生
するように設定する。従つて最初においては周波
数F₁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ツプS₄において最適感
度になるようにレベル設定が行われ、その後周波
数F₁の正弦波についてステツプS₅でFFT解析を
行い、ステツプS₆で周波数Fiに△ｆを加算してFi
とし、このFiが指定領域の最高周波数F₂より大
きいかステツプS₇で否かチエツクされ、小さい場
合はステツプS₃に戻り、これよりF₁＋△ｆの周
波数の正弦波信号を発生する。このようにして順
次△ｆ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つてFFT変
換出力を平均する。発生する単一正弦波の周波数
Fi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。

この例においては次には周波数F₂乃至Fnの領
域の測定に移るが、その場合には第１３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１０
図の列において周波数F₀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１５図及び第１６図に示すよ
うに周波数F₀乃至F₁の領域では△f₁＝40Hzの間周
波数を掃引する信号を発生し、次に△f₁だけ加算
した周波数F₀＋△f₁乃至F₀＋２△f₁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
F₁乃至F₂については掃引信号幅△f₂を小さく、例
えば４Hz程度にしてゆつくりした掃引信号で測定
し、更に周波数領域F₂乃至Fnについては掃引幅
△f₃＝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F₁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。

FFT変換で得られる周波数は等間隔であるた
め、高い周波数Fn附近における測定スペクトラ
ムの間隔は比率的に密になり、一方低い周波数
F₀附近におけるスペクトル密度はその周波数に
対しては密度が粗くなつている。このため第１７
図に示すように低い周波数領域にピーク２３ａが
存在するとピーク部分の分解能が低下することに
なる。

測定周波数範囲を分割して測定するこの発明で
は周波数に対する密度がほゞ一様な測定をするこ
とができ、つまり対数目盛でほゞ等間隔の分解能
が得られるようにすることもできる。

この場合は解析すべき入力信号の周波数範囲を
複数の領域に分け、低い周波数領域程AD変換器
のサンプリング周波数を低く設定し、低い周波数
領域でも高い周波数領域でもその周波数に対する
得られるスペクトラムの間隔の比がほゞ一定にな
り、一様な分解能の解析結果が得られる。このよ
うに周波数領域を分割して測定する場合にはその
各領域に応じてAD変換器が最適の変換動作をす
るようにその入力レベルを制御するとが好まし
い。

例えば第１７図においてその周波数領域を三つ
に分け、最高周波数Fnからその1/10の周波数F₂
の間を第１領域とし、更に周波数F₂の1/10、つ
まり最高周波数Fnの100分の１の周波数F₁とF₂と
の間を第２領域とし、このF₁以下の周波数を第
３領域として周波数解析を行う。この場合におけ
る全体の動作を第１８図に示す。ステツプS₁にお
いて各測定解析周波数についてのスペクトラムご
との平均回数を複数回ごとに分けて測定するよう
にした場合で、ステツプS₁においてはＫで平均回
数を割つた値ｍとし、ｋは例えば16が設定され、
平均回数が64の場合はｍ＝64／16＝４となる。ステ ツプS₂においてその測定最高周波数FnをＦとお
く。ステツプS₂において試験データ即ちＦや発生
する試験信号を示すモード、更に試験信号の振幅
Ｖを試験信号発生器１１へ伝送し、これにより試
験信号発生器１１から設定されたモード、例えば
雑音信号として設定された場合はスイツチ３３が
雑音源４０側に切換えられたスイツチ３５は乗算
器３４側に切替えて発生した波形メモリ３２より
発生した雑音が振幅Ｖに設定されて出力される。

一方、ステツプS₃においてAD変換器１８のサ
ンプリング周波数f_Sを設定するが、周波数Ｆの少
くとも２倍、例えば2.56倍にサンプリング周波数
を設定し、更にこの例においては低域波器１７
の遮断周波数も解析しようとする周波数Ｆの信号
は充分通過するが、これより高い周波数はなるべ
く近い高い周波数まで充分遮断するような遮断特
性に設定する。次にステツプS₄で感度設定が行な
われ、即ち第６図及び第７図について示したよう
にしてAD変換器１８の変換動作が最良となるよ
うに可変利得増幅器１６の利得が設定される。ス
テツプS₅においてこのようにして設定された状態
で、試験信号発生器１１からは周波数F₂乃至Fn
の信号を発生し、これについてFFT変換を行い、
その各サンプルをｋ回とつてそのｋ回の変換され
た各周波数成分についての平均をとる。

ステツプS₆においてＦが1/10とされ、ステツプ
S₇ではＦが最低周波数領域における最も高い周波
数、つまりF₀乃至F₁内の高い周波数F₁よりも小
さいかどうかチエツクされ、これより小さくない
場合はステツプS₂に戻り、従つてこの場合におい
ては第１７図において周波数F₁乃至F₂の領域に
対する解析が行われることになり、これに対応し
た試験信号が試験信号発生器１１から発生され、
更にステツプS₃では周波数F₂の2.56倍のサンプリ
ング周波数がAD変換器１８に対して設定され、
かつ波器１７の遮断周波数もこれに応じて設定
される。また同様にしてこの新しい試験信号に対
する最高感度の設定も行われ、更にFFT変換さ
れて平均がとられる。

このようにして測定領域が高い周波数から1/10
更に1/100というような領域ごとに測定が行われ、
最後に最も低い周波数領域F₀乃至F₁に対する解
析が終るとステツプS₇においてＦがF₁よりも低
い周波数になつてステツプS₈においてＦが測定範
囲の最高周波数Fnに設定され、ステツプS₉でｍ
が−１されてステツプS₁₀でｍが０かチエツクさ
れ、０でない場合はステツプS₂に戻り、前記三つ
の領域についてそれぞれｋ組のサンプルをとつて
それらについてFFT解析してそれを平均し終る
と再び各周波数領域についてｋ組のサンプルをと
つてフーリエ変換を行い、ｍが０になつた場合は
終了とする。

第１３図、第１４図及び第１８図においても各
試験信号を発生するごとに最適感度の設定を行う
ため測定周波数範囲を全体として見る時は第９図
について述べたように測定結果に対する補正をす
る必要がある。

＜効果＞ 以上述べたようにこの発明によれば、測定周波
数範囲が複雑に分割されてその分割された各周波
数領域ごとに試験信号を発生し、その分割領域に
ついて感度を設定していため、例えば第４図に示
したような伝達関数の測定の場合はレベルが高い
周波数部分２３ａについては感度を下げ、即ち可
変利得増幅器１６の利得を小さくしてAD変換器
１８がオーバーフローしない範囲内で最大限に利
用し、また第４図においてレベルが低い周波数領
域部分２３ｂにおいては可変利得増幅器１６の利
得を上げてAD変換器１８がその12ビツトに有効
にデータが得られるようになり、測定周波数範囲
内において周波数成分によるレベル差が大きな場
合、つまり周波数についてのレベルダイナミツク
レンジが大きなものについても正しく測定するこ
とができる。

第８図について述べたように全測定周波数帯域
に対してまず粗く測定し、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一正弦
波信号或はゆつくりした周波数掃引信号によつて
測定することによつ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くりのなめ
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つて短か
い時間で高い精度の測定を行うことができる。従
つて全体としては測定時間が短かく、しかも高い
精度の測定を行うことができる。

また第１８図について述べたようにする場合は
測定周波数範囲を複数の領域に分割して、その低
い領域である程、AD変換器のサンプル速度を遅
くするため、これに対するFFT変換したライン
スペクトラムの各部は周波数が低くなると狭くな
つて全体として周波数に対する分解能がほゞ均一
なものとなり、特に低い周波数領域に変化の激し
い部分がある場合にその変化を精度よく測定する
ことができ、正しくそれを解析することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はデジタルスペクトルアナライザによる
解析測定の系統を示すブロツク図、第２図は
FFT解析装置１４の一部詳細を示すブロツク図、
第３図はFFT解析装置１４の動作を示す流れ図、
第４図は伝達関数の例を示す図、第５図は試験信
号発生器１１の一例を示すブロツク図、第６図は
振幅のオーバーフローを検出する例を示すブロツ
ク図、第７図はレベルレンジを最適化する処理動
作例を示す流れ図、第８図はこの発明によるデジ
タルスペクトルアナライザの全体の動作の例を示
す流れ図、第９図はそのFFT解析器の動作を示
す流れ図、第１０図は急峻に変化する伝達関数の
特性例を示す図、第１１図は第１０図の特性に適
する動作例を示す流れ図、第１２図はその試験信
号周波数領域の設定例を示す図、第１３図及び第
１４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１５図は他の試験信号の割当てデー
タを示す図、第１６図はその第１５図に対応した
周波数特性の割当てを示す図、第１７図は低域に
尖鋭な特性をもつ伝達関数を例を示す図、第１８
図は第１７図の特性に適する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、１
４：FFT解析装置、１６：可変利得増幅器、１
８：AD変換器、１９：バツフアメモリ、２１：
FFT変換器、２２：表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 試験信号発生器からの試験信号を測定対象へ
   供給し、その測定対象の入力試験信号と出力試験
   信号とをそれぞれAD変換器でデジタル信号に変
   換し、これらデジタル信号を高速フーリエ変換
   し、その変換出力より上記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おい
   て、測定周波数範囲を複数の領域に分割し、その
   各周波数領域の試験信号を上記試験信号発生器か
   ら独立に発生させる手段と、上記各周波数領域の
   試験信号ごとに上記AD変換器による変換を最適
   化するようにそのAD変換器の入力レベルレンジ
   を設定するレンジ設定手段と、そのレンジ設定に
   応じて対応周波数領域の試験信号に対する高速フ
   リーエ変換出力の大きさを補正する補正手段とを
   具備するデジタルスペクトルアナライザ。