JPH0666623B2 - 対数増幅器用校正器及び校正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は校正方法及び装置、特に電子機器に使用する対
数増幅器の校正方法及び校正器に関する。

［従来技術とその問題点］ 測定結果をデシベルで表示又は測定する電子機器等にあ
っては対数増幅器が広く使用されている。対数増幅器を
使用する精密機器には、この対数増幅器を高精度で校正
し最も高い測定精度を得ることが必要になる。このため
には、一般に研究室用の極めて高精度の試験機器、即ち
高精度信号発生器及びステップ減衰器を必要とする。

第４図に示す従来の校正器では、包絡線が指数状の試験
信号を校正したい精密機器の対数増幅器に入力し、その
出力を観測する。理想的な対数増幅器の出力は傾斜がな
めらかなランプ（傾斜）信号になる。しかし、実際の出
力には傾斜部分にリップルが現れる。この対数増幅器の
出力をその信号発生器からの反転ランプ信号と比較す
る。この出力を反転ランプ信号と加算すると一定のDC出
力成分を生じる。次に、対数増幅器を調整してリンギン
グが最小になるようにする。この後、指数信号を取り除
き、振幅が既知の高精度信号を高精度減衰器を介して入
力する。そして対数増幅器が希望する利得特性を生じる
ようにする。この校正手順は極めて時間を要し、しかも
必要な試験機器を具えているテストベンチでのみ実行可
能である。

従って、外部試験機器を必要とする事なく現場で電子機
器の対数増幅器を高精度で校正可能な装置及び方法が必
要になる。

［発明の概要］ 本発明は電子機器に内蔵された対数増幅器校正器及び校
正方法を提供する。掃引周波数信号を単一ポールの共振
器に印加する。この共振器の出力を校正したい対数増幅
器に入力する。対数増幅器の出力はデジタイズ（アナロ
グデジタル変換）してマイクロプロセッサに入力する。
このデータは共振器の周波数応答を表す。約3dB下がっ
た点で、周波数を計数して、周波数差Ｆを最大振幅と約
−3dB点の振幅と共に記録する。次に、共振器にエネル
ギーをチャージしてリングタウンを実行する。対数増幅
器の出力を再度デジタイズしてマイクロプロセッサにス
トアする。リングダウン振幅を最大振幅及び−3dB振幅
と比較し、且つ両振幅間のリングダウン時間Ｔを記録す
る。ＦとＴから共振器の正確な3.01dB帯域幅BWを決定
し、且つ帯域幅から対数増幅器の対数特性が極めて正確
に校正できる。リップル誤差はマイクロプロセッサ内の
ルックアップテーブル内にストアされる。利得誤差はア
ナログ信号に変換して対数増幅器の利得を調整する。

［実施例］ 第１図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。電
子機器内の校正したい対数増幅器（10）はスイッチ（1
4）を介して帯域フィルタとして作用する単一ポールの
共振器（16）に結合される掃引周波数発生器（12）を有
する。この対数増幅器（10）及び共振器（16）の正確な
特性は未知である。対数増幅器（10）の出力はデジタイ
ザ（20）を介してマイクロプロセッサ（18）に結合す
る。周波数カウンタ（22）を掃引周波数発生器（12）の
出力に接続してマイクロプロセッサ（18）に入力される
掃引周波数発生器の出力信号の周波数を決定する。マイ
クロプロセッサ（18）は必要な計算と掃引周波数発生器
（12）、周波数カウンタ（22）及びスイッチ（14）の動
作制御を行う。マイクロプロセッサ（18）はデジタルア
ナログ変換器（DAC）（24）を介して対数増幅器（10）
に利得制御信号を与えて利得誤差を補正する。

スイッチ（14）を閉じて時点T0に校正シーケンスを開始
すると、共振器（16）は時点T1に定常状態になるまでチ
ャージアップされる。時点T1に掃引周波数発生器（12）
の出力は共振器（16）の全周波数レンジをカバーする範
囲で掃引する。対数増幅器（10）の出力は第２図に示す
周波数特性曲線（26）である。共振器（16）の周波数特
性曲線はデジタイズして、周波数カウンタ（22）からの
対応する周波数値と共にマイクロプロセッサ（18）にス
トアする。記録された周波数応答に基づき、マイクロプ
ロセッサ（18）は概略帯域幅Ｆを計算し、最大振幅と約
−3dB点の振幅を記録する。

次に、マイクロプロセッサ（18）は周波数対応により決
まる共振周波数の高振幅試験信号で共振器（16）を充電
し、且つ時点T2でスイッチ（14）を開き、この発振器が
リングダウンするようにする。この共振器（16）は単一
ポールの帯域フィルタであるので、それは校正信号とし
て実質的に完全な指数減衰特性を生じる。共振器（16）
からの指数減衰が対数増幅器（10）を通過するとき、対
数増幅器からの出力は第２図の略直線（28）で示す如く
直線状に変化する。完全な直線からの偏差又は不完全さ
はリップル誤差となるが、これはマイクロプロセッサ
（18）により決定してルックアップテーブルにストアす
る。また、マイクロプロセッサ（18）は、対数線形出力
が最大値から−3dB点に低下（リングダウン）するのに
要する時間Ｔを決定する。ＦとＴから、共振器（16）の
正確に3.01dB低下帯域を次式を用いて求める。

BW＝10／27.2875／Ｔ＊log（Ｆ／BW）^２＋１ ここで、Ｔは約−3dBリングダウンの時間（秒）であ
り、Ｆは共振器の約3dB低下点間の周波数差（Hz）であ
り、これはＴを測定した時のデジタイザ（20）と同じ数
値である。またBWは共振器（16）の正確な3.0103dB低下
の共振器周波数（Hz）である。

一度共振器（16）の帯域幅BWを決定すると、対数増幅器
（10）は極めて正確に校正できる。その理由は対数リン
グダウンの割合は27.2875＊BWであって、その結果はdB
／秒となるからである。決定した利得誤差は、DAC（2
4）を介して対数増幅器に利得補正信号を与えることに
よりマイクロプロセッサ（18）で補償される。

対数増幅器を有するスペクトラム・アナライザの如き電
子機器を校正するには、表示のスケールを1dB／divに設
定し、対数増幅器の利得をdac1として記録し、且つ適当
な共振器フィルタ（16）を校正したい対数増幅器に対し
て選択する。マイクロプロセッサ（18）は掃引周波数発
生器（12）に指令を与えて共振器（16）に掃引周波数信
号を与え、デジタイザ（20）の振幅と周波数カウンタ
（22）からの対応する周波数を夫々振幅（ｙ）及び周波
数（ｘ）として記録する。表示の基準レベルは、デジタ
イザ（20）からの最大振幅が垂直方向に３目盛を超す、
即ち3dBを超すようにセットする。最大振幅は（ymax,xm
ax）として決定する。垂直１目盛当たり100の分解能を
有するデジタイザ（20）では、概略帯域幅点は300を最
大振幅から差し引いたybw＝ymax−300で決定できる。次
に、概略帯域幅Ｆはピーク振幅点の両側の２つの帯域点
間の周波数差（deltax）を求めることにより決定する。

次に、マイクロプロセッサ（18）は共振器（16）を最大
振幅ymaxに対応する固定周波数試験信号でチャージす
る。この固定周波数試験信号の振幅は掃引周波数試験信
号の振幅より大きく、関心ある領域の前にリングダウン
曲線の過渡状態が生じるようにする。その後、マイクロ
プロセッサ（18）はスイッチ（14）に開放指令を送り、
対数増幅器（10）からのリングダウンデータをデジタイ
ザ（20）を介して得るようにする。ピークデータ点と概
略帯域データ点に対応するリングダウンデータ点の時間
及び振幅座標（ｘ、ｙ）を決定する。一般に、ｘ座標の
正しい値は補間により求める。その理由は、ピークデー
タ点と概略帯域データ点はリングダウン曲線のサンプリ
ング点の正確には一致しないためである。このようにし
て決定したｘの値から、リングダウン時間Ｔを決定す
る。ＦとＴの値から共振器（16）の実際の帯域幅を前述
した試験機器を用いて決定する。

対数増幅器（10）の利得は次式から求められる。

利得＝傾斜／（dB／div）＋インタセプト その理由は、対数増幅器の出力は指数入力に対して略直
線であるためである。従って、10目盛のリングダウン時
間は10と1010目盛間で決められ、１目盛は100である。d
B1の値は次式から決定する。

dB1＝rdtime＊BW＊2728.75／1000 スケールは10dB／divに設定し、対数増幅器の利得をdac
10として記録する。新たなリングダウンデータを取り、
一定振幅間（例えば1000と400）のリングダウン時間を
決定する。dB10の値は次式から求める。

dB10＝rdtime＊BW＊2728.75／600 dB1、dB10、dac1及びdac10の値から、傾斜（スロープ）
及びインタセプトを次式を用いて決定する。

傾斜＝（dac10／dac1）／（１／dB10−１／dB1） インタセプト＝dac1−傾斜＊dB1 傾斜とインタセプトから、対数振幅の完全な利得特性を
決定する。

また、利得線が定まると、リップル誤差、即ちリングダ
ウンデータの直線からの偏差は容易に決定でき且つルッ
クアップテーブルにロードして対数増幅器の校正を完了
する。

校正したい対数増幅器（10）を含む総ての素子をスペク
トラム・アナライザ等の電子機器内の含め、外部試験機
器が不要になるようにすることも可能である。校正は電
子機器を最初に作動させたとき及びその後定期的且つ自
動的に実施してもよく、また予定の温度上昇が生じたと
きに実施しても良い。

［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明の対数増幅器用校正器及び校
正方法によると、電子機器内部に使用する対数増幅器
を、共振器の周波数特性を決定し、且つ共振器の概略帯
域幅と共振器が最大及び−3dB点に対応する振幅間のリ
ングダウン時間から対数増幅器の正確な−3.01dB帯域幅
を決定して、外部試験機器を使用する事なく対数増幅器
の正確な校正が可能になる。よって、特に掃引周波数発
生器を内蔵しているスペクトラム・アナライザの対数増
幅器の簡単且つ高精度の校正に使用する場合に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による対数増幅器校正器のブロック図、
第２図は本発明の対数増幅器校正器の校正動作中の対数
増幅器の出力を示す図、第３図は本発明による対数増幅
器校正器の動作説明図、第４図は従来の対数増幅器校正
システムのブロック図である。 図中、（10）は対数増幅器、（16）は共振器、（14）は
信号中断手段、（18）、（20）、（22）及び（24）は校
正パラメータ決定手段である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験信号を入力に受け対数増幅器に出力を
   印加する共振器と、 該共振器への試験信号の印加を中断して上記共振器の出
   力を指数的に低下させる手段と、 上記対数増幅器の出力から校正パラメータを決定する手
   段と を具えることを特徴とする対数増幅器用校正器。
2. 【請求項２】掃引周波数信号をスイッチ及び共振器を介
   して対数増幅器に印加することと、 該対数増幅器の出力をデジタイズして上記共振器の周波
   数特性としてストアすることと、 上記共振器を固定周波数信号でチャージした後上記対数
   増幅器を介して指数的に減衰させることと、 上記対数増幅器の減衰出力をデジタイズして線形対数応
   答としてストアすることと、 上記周波数応答及び線形対数応答から上記対数増幅器の
   校正パラメータを計算することとを具える対数増幅器の
   校正方法。