(57)【要約】【課題】安定した周波数測定結果が得られる波形測定装置を実現すること。【解決手段】測定波形データに基づき測定対象信号の周波数を測定する周波数算出部を有する波形測定装置において、前記周波数算出部は、前記測定波形データに基づき所定区間のパルス幅データを求めるパルス幅測定部と、このパルス幅測定部で測定されたパルス幅データを所定の条件にしたがって集合化するパルス幅データ集合処理部と、このパルス幅データ集合処理部で処理された各集合同士の距離の差に基づき、ビットレートの推定値を算出するビットレート推定値算出部と、このビットレート推定値算出部で算出されたビットレートの推定値を用いて（パルス幅−ビット数）の関係式を算出する関係式算出部、とで構成されていることを特徴とするもの。【選択図】図１
2010160093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定波形データに基づき測定対象信号の周波数を測定する周波数算出部を有する波形測定装置において、
前記周波数算出部は、
前記測定波形データに基づき所定区間のパルス幅データを求めるパルス幅測定部と、
このパルス幅測定部で測定されたパルス幅データを所定の条件にしたがって集合化するパルス幅データ集合処理部と、
このパルス幅データ集合処理部で処理された各集合同士の距離の差に基づき、ビットレートの推定値を算出するビットレート推定値算出部と、
このビットレート推定値算出部で算出されたビットレートの推定値を用いて（パルス幅−ビット数）の関係式を算出する関係式算出部、
とで構成されていることを特徴とする波形測定装置。
【請求項２】
前記パルス幅データ集合処理部は、前記パルス幅測定部が測定したパルス幅データを集合化するのにあたり、類似したパルス幅データごとに集合化することを特徴とする請求項１記載の波形測定装置。
【請求項３】
前記測定対象信号の周波数測定にあたり、測定対象信号のパルス幅の時間差をクラスタリング手法を用いて集合化し、各集合の中央値を周期の算出に用いることを特徴とする請求項１または２記載の波形測定装置。
【請求項４】
前記周波数測定結果をアイパターン測定における基準クロックとして用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波形測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波形測定装置に関し、詳しくは、周波数測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オシロスコープなどの波形測定装置を用いて表示画面に表示される測定対象信号の周波数ｆ（Ｈｚ）を測定するのにあたっては、非特許文献１にも記載されているように、１周期あたりの時間Ｔ（ｓ）を測定し、次式、
ｆ（Ｈｚ）＝１／Ｔ（ｓ）
に基づいて算出したり、
時間軸方向の複数目盛長ｍ（たとえば１０ｄｉｖ）の表示画面上に測定対象信号を複数Ｎサイクル表示させて、次式、
ｆ（Ｈｚ）＝Ｎ／（ｓ／ｄｉｖの指示値＊ｍ）
に基づいて算出することが行われている。
【０００３】
図９は、従来から用いられている波形測定装置の一例を示すブロック図であり、デジタルオシロスコープの例を示している。図９において、入力端子１に入力される測定対象信号は、アッテネータ２およびアンプ３を介してＡ／Ｄ変換器４に入力され、デジタル信号に変換される。ここで、アッテネータ２およびアンプ３は、Ａ／Ｄ変換器４が安定にデジタル信号に変換できる適切な振幅に調整される。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換器４で変換されたデジタル信号は、データ処理部５を介してＡＣＱ（アクイジション）メモリ６および表示処理部７との間で授受されるとともに、さらに制御部９およびＣＰＵ９を介して主メモリ１０との間でも授受される。
【０００５】
図１０は、測定対象信号がシリアルバス信号の場合の周波数測定説明図である。図１０の例では、取得した波形データから任意の時間Ｔ（ｓ）におけるパルス数を求め、次式に示すようにその時間Ｔ（ｓ）をパルス数で割ることにより周波数ｆの平均値を算出する。
ｆ（Ｈｚ）＝パルス数／Ｔ（ｓ）
【０００６】
図１１は、測定対象信号がシリアルバス信号の場合の他の周波数測定説明図である。図１１の例では、電圧振幅方向のヒストグラムを取得し、最大値/最小値の中心位置を基準にして入力された波形の立上り、立下り点の間隔であるパルス幅をすべて測定し、その中で最小のパルス幅の平均値を用いる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】高橋  徹  編著「新・オシロスコープ測定技術のすべて」ＣＱ出版社、            １９９２年１０月２０日第２版発行、６６−６７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図１０の周波数測定方法は、パルス幅が均一である場合には正確な測定が行えるが、パルス幅が変化する波形に対しては測定誤差が大きくなるという問題がある。
【０００９】
また、図１１の周波数測定方法は、パルス幅の最小公倍数で測定するものであり、たとえば図１１の例では最小パルス幅は４μｓになる。図１１の例に新たに６μｓのパルス幅が出現すると最小パルス幅は２μｓになり、測定分解能が一定せず不安定になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、安定した周波数測定結果が得られる波形測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定波形データに基づき測定対象信号の周波数を測定する周波数算出部を有する波形測定装置において、
前記周波数算出部は、
前記測定波形データに基づき所定区間のパルス幅データを求めるパルス幅測定部と、
このパルス幅測定部で測定されたパルス幅データを所定の条件にしたがって集合化するパルス幅データ集合処理部と、
このパルス幅データ集合処理部で処理された各集合同士の距離の差に基づき、ビットレートの推定値を算出するビットレート推定値算出部と、
このビットレート推定値算出部で算出されたビットレートの推定値を用いて（パルス幅−ビット数）の関係式を算出する関係式算出部、
とで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の波形測定装置において、
前記パルス幅データ集合処理部は、前記パルス幅測定部が測定したパルス幅データを集合化するのにあたり、類似したパルス幅データごとに集合化することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の波形測定装置において、
前記測定対象信号の周波数測定にあたり、測定対象信号のパルス幅の時間差をクラスタリング手法を用いて集合化し、各集合の中央値を周期の算出に用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の波形測定装置において、
前記周波数測定結果をアイパターン測定における基準クロックとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安定した周波数測定結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく周波数算出部の主要部分の具体例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すブロック図の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】パルス幅測定例図である。
【図４】パルス幅データの集合化例図である。
【図５】パルス幅データに基づくビットレートの推定値の説明図である。
【図６】ビットレート推定値に基づく（パルス幅−ビット数）の関係式の説明図である。
【図７】本発明に基づく周波数測定結果の応用例を示すアイパターン測定の説明図である。
【図８】アイパターンの自動測定結果例図である。
【図９】従来から用いられている波形測定装置の一例を示すブロック図である。
【図１０】測定対象信号がシリアルバス信号の場合の周波数測定説明図である。
【図１１】測定対象信号がシリアルバス信号の場合の他の周波数測定説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく周波数算出部として機能するＣＰＵ９の主要部分の具体例を示すブロック図である。このブロック図は、主メモリ１０との間でデータの授受を行いながら、以下のような所定の処理を実行する。
【００１８】
パルス幅測定部９１は、主メモリ１０に格納される各サンプル点のデータから、その区間のパルス幅データを求める。
【００１９】
パルス幅データ集合処理部９２は、パルス幅測定部９１が測定したパルス幅データを、たとえば類似したパルス幅データごとのように、所定の条件にしたがって集合化する。
【００２０】
ビットレート推定値算出部９３は、パルス幅データ集合処理部９２で処理された各集合同士の距離の差に基づき、ビットレートの推定値を算出する
【００２１】
関係式算出部９４は、ビットレート推定値算出部９３で算出されたビットレートの推定値を用いて（パルス幅−ビット数）の関係式を算出する。
【００２２】
図２は、本発明に基づいて構成される図１に示すブロック図における周波数算出処理の具体的な流れを示すフローチャートである。
【００２３】
はじめに、パルス幅測定部９１は、Ａ／Ｄ変換器４で変換出力され主メモリ１０に格納される各サンプル点のデータから、図３に示すような図１１と同様な測定対象信号波形の立ち上がりと立下りポイントを検出し、その区間のパルス幅データを求めて演算用メモリに保存する（ＳＰ１）。
【００２４】
次に、パルス幅データ集合処理部９２は、パルス幅測定部９１が測定したパルス幅データを、図４に示すように集合化する（ＳＰ２）。図４は、ステップＳＰ１で取得したパルス幅データを、１次元のｘ軸方向に沿ってプロットしたものである。すなわち、測定対象信号波形がシリアルバス信号のようなパルス波形の場合は正の整数倍でパルス幅データが整列することに着目し、類似したパルス幅データごとに集合化する。
【００２５】
サンプリングされたｎ個のデータ点数ｘ1，ｘ2，・・・，ｘｎがあり、それぞれの要素ｘｉとｘｊとの間の類似の度合いを表す距離Ｄ（ｘｉ，ｘｊ）と、クラスタＣｉとＣｊと間の距離Ｄ（Ｃｉ，Ｃｊ）を計算し、最もこの距離（類似度）に近いクラスタを逐次的に併合して集合化する。本発明では、距離（類似度）の算出にあたり、式（１）に示すクラスタ分析のウォード法（Ward's method）を用いる。
【００２６】
2010160093.tif 000003
【００２７】
（ただし、
【００２８】
2010160093.tif 000004
【００２９】
の二乗平方和）
【００３０】
図４では、取得したパルス幅データの点数を６つ（ｋ＝６）の集合Ｃ1，Ｃ2，・・・，Ｃ6に分割した様子を示している。この分割数の決定はｋ＝１から想定される最大のビット長（たとえばバイト単位で送信されるシリアルバスの場合はｋ＝８）で順次クラスター分析を行い、各集合内のサンプルデータの標準偏差からバラツキが最小となる分割数を採用する。
【００３１】
続いて、ビットレート推定値算出部９３は、パルス幅データ集合処理部９２で処理された各集合同士の距離の差に基づき、ビットレートの推定値を算出する（ＳＰ３）。
シリアルバス信号などの信号波形の特質上、各集合の距離の最大公約数は１周期のパルス幅の点数と等価である。
【００３２】
まず、ステップＳＰ２で取得したｎ個の集合Ｃ1，Ｃ2，・・・，Ｃｎから各々の中央値
【００３３】
2010160093.tif 000005
【００３４】
を算出し、それぞれ隣り合う中央値の差d1,d2,・・・，ｄｎ-1を求める。
【００３５】
このとき、ｄｉとｄｊ（ｄｉ＞ｄｊ）の剰余ｒが最小となるｉとｊの組合せを検索する。このｒは、各ビット幅の統計の中央値のジッタ（ｘ方向の揺らぎ）の大きさであり、ｒが最小となるｉとｊの組合せを用いて最大公約数ＧＣＤ（ｄｉ，ｄｊ）を算出し１周期のパルス幅のサンプル点の推定値
【００３６】
2010160093.tif 000006
【００３７】
を求める。
【００３８】
図５は、パルス幅データに基づくビットレートの推定値の説明図である。剰余ｒが大きいｉとｊの組合せは、図５の
【００３９】
2010160093.tif 000007
【００４０】
のような信号波形によるパルスとは無関係なノイズを含んでいる場合であり、このような組合わせはビットレートの推定値の候補から除外する。
【００４１】
2010160093.tif 000008
【００４２】
（但し、
【００４３】
2010160093.tif 000009
【００４４】
であり、ｄｉ＞ｄｊかつ(I,j)=min(ｄｉmodｄｊ））
【００４５】
そして、関係式算出部９４は、ビットレート推定値算出部９３で算出されたビットレートの推定値を用いて、（パルス幅−ビット数）の関係式を算出する（ＳＰ４）。
すなわち、ステップＳＰ３でビットレート推定値算出部９３が算出した推定値
【００４６】
2010160093.tif 000010
【００４７】
を１周期のパルス幅単位とし、図６に示すようにＸ軸のｘ＝１，２，・・・，ｎと相関する集合Ｃ1，Ｃ2，・・・，Ｃｎを対応付けする。各集合の９５％信頼区間に
【００４８】
2010160093.tif 000011
【００４９】
が入る集合のみを採用し、各集合の平均値
【００５０】
2010160093.tif 000012
【００５１】
をＹ軸（Ｃ1，Ｃ2，・・・，Ｃｎ）に対応させ、ｎ組のデータ（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）と置き換える。また９５％信頼区間から外れている集合（たとえば図４にあるＣ4）は、このデータから除外する。
【００５２】
最後に、図６に示すシリアルバスなどの信号波形は、データ（ｘｉ，ｙｉ）は１次の回帰式ｙ＝ａｘ＋ｂに近似できるので、係数ａとｂの値を式（３）および式（４）に示す最小二乗法を用いて算出する。ここで得られる結果は推定値
【００５３】
2010160093.tif 000013
【００５４】
とは異なり、全パルス幅のジッタ成分を考慮したパルスの基準となる。
【００５５】
2010160093.tif 000014
【００５６】
2010160093.tif 000015
【００５７】
ここで、傾きａは１周期に相当するパルス幅データの点数であり、ａ（点数）を時間換算した後にその逆数を計算することでビットレートも高精度に算出できる。
【００５８】
従来の技術では、測定対象信号の周波数測定にあたり、全体時間Ｔをパルス数で割った平均値を求めたり、取得した波形の中から最小周期の平均を採用していたため、入力波形によっては誤差が生じやすかった。
【００５９】
これに対し、本発明は、測定対象信号の周波数測定にあたり、各周期の時間差を用いたアルゴリズムを導入することで、測定対象信号内に基準周期（シリアル信号の場合１ビット）が存在しない場合でも周波数を算出できる。
【００６０】
また、測定対象信号のパルス幅の時間差をクラスタリング手法を用いて集合化し、各集合の中央値を周期の算出に用いることで全周期の最適値が得られるようになった。
【００６１】
図７は、本発明に基づく周波数測定結果をアイパターン測定における基準クロックとして用いる応用例を示す説明図である。
【００６２】
まず、（ａ）に示すように、測定対象信号から本発明に基づき算出したビットレートを元にクロック信号を再生する。次に、（ｂ）に示すように、このクロック信号の立ち上がりエッジを基準にして入力信号を１周期毎に切り取る。そして、これら切り取った入力信号を（ｃ）に示すように順次重ね合わせる。これにより、（ｃ）に示すようなアイパターンを作成できる。
【００６３】
従来の技術では、入力信号の立ち上がりや立下りを基準にしてアイパターンを作成し測定を行っていたため測定精度が悪かった。本発明では、取得した入力波形すべてのパルス幅のジッタが最小となるクロックを導き出しているため、入力波形を重ね合わせる際のサンプリングジッタを抑えることができ、測定精度を向上させることができる。
【００６４】
また、ファームウェアの処理により入力信号から基準レベルや基準クロックを自動検出できるので、ユーザーは煩雑な設定を行うことなく、図８に示すようなアイパターンの自動測定結果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
９  ＣＰＵ
９１  パルス幅測定部
９２  パルス幅データ集合処理部
９３  ビットレート推定値算出部
９４  関係式算出部
１０  主メモリ
【図１】
2010160093.tif 000016
【図２】
2010160093.tif 000017
【図３】
2010160093.tif 000018
【図４】
2010160093.tif 000019
【図５】
2010160093.tif 000020
【図６】
2010160093.tif 000021
【図７】
2010160093.tif 000022
【図９】
2010160093.tif 000023
【図１０】
2010160093.tif 000024
【図１１】
2010160093.tif 000025
【図８】
2010160093.tif 000026