(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のデジタル・データ・サンプルにより波形記録を行う取り込み装置を有する時間領域測定機器に組み込まれた周波数領域分析装置であって、
波形記録長の時間を制御する時間制御、上記取り込み装置のサンプル・レートを調整するサンプル・レート制御、及び上記波形記録のサンプル数を調整する記録長制御を行う継続時間制御手段と、
特定継続時間におけるデジタル・データ・サンプルの数を調整する分解能制御手段と、
取り込んだ上記波形記録に適用され、時間で表すゲート継続時間、並びに上記波形記録のデジタル・データ・サンプルに対する上記ゲートの位置及びサンプルで表すゲート長を調整する制御を行う周波数スペクトル・ゲートと、
上記ゲート内の上記波形記録のデジタル・データ・サンプルに適用する窓フィルタと、
上記ゲート内のろ波された波形記録を受けて、中心周波数制御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行い、ゲートされた波形記録における周波数領域値を発生するスペクトル分析発生手段とを具え、
上記周波数領域値が上記周波数スパン制御及び上記中心周波数制御により決まることを特徴とする時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項２】
上記周波数領域値は、直角座標により定義された複素数値であり、
上記複素数の周波数領域値を受けて極座標により定義する大きさ及び位相値を発生する座標変換器を更に具えたことを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項３】
上記分解能制御手段は、上記サンプル・レートを変化させて上記波形記録内のデジタル・データ・サンプル間の時間間隔を調整すると共に、上記波形記録の時間的長さを一定に維持しながら上記取り込む波形記録の記録長を調整するサンプル間隔制御を行うことを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項４】
上記スペクトル分析発生手段は、ゼロで埋める高速フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項５】
上記周波数スペクトル・ゲート用の上記ゲート継続時間の制御は、上記スペクトル分析発生手段の帯域幅分解能を調整し、上記スペクトル分析発生手段用の上記帯域幅分解能制御は、上記周波数スペクトル・ゲートのゲート継続時間を調整することを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【請求項６】
上記時間領域測定試験機器は、上記デジタル・データ・サンプルの波形記録を行うためのトリガ・パルスを発生するトリガ回路を有し、上記トリガ・パルスに対する上記ゲートの中心位置を調整する周波数スペクトル・ゲートの位置制御を行うことを特徴とする請求項１の時間領域測定機器用周波数領域分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、時間領域測定機器に関し、特に、周波数領域分析装置を有する時間領域測定機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル・オシロスコープの如き時間領域測定機器は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）アルゴリズムを用いて、入力信号の時間的に取り込んだ波形記録（レコード）のデジタル・データ・サンプルから周波数領域測定も行える。サンプル・レート及び記録長は、正確な周波数領域測定を行うために正しく設定する必要のある重要な２つのタイムベース用パラメータである。オシロスコープのフロント・パネル上の水平スケール摘みを用いてサンプル・レートを設定する。測定機器（オシロスコープ）の表示器上にオン・スクリーン水平メニューを呼び出して、記録長を設定する。所望の周波数スパン及び帯域幅分解能（resolution bandwidth）を得るには、オシロスコープのパラメータであるサンプル・レート及び記録長の変化がどのように周波数領域測定の周波数スパン及び帯域幅分解能に影響を及ぼすかという点と、ＦＦＴとに関してユーザが知る必要がある。例えば、サンプル・レート及び記録長を調整することにより、入力信号の１周期を表示できるように、入力信号の波形記録を取り込む。ＦＦＴによる周波数領域波形記録では、周波数スパン及び帯域幅分解能が、時間領域記録により決まる。サンプル・レートを高くすると、最大周波数領域帯域幅が増加する一方、記録長の増加が帯域幅分解能を上げる。上述の例において、記録長を延ばすことなくサンプル・レートを高くすると、時間領域波形記録が入力信号の完全な周期未満となる。記録長を延ばしてサンプル・レートを変化させないと、時間領域波形記録は、入力信号の１周期よりも長くなる。高いサンプル・レートで入力信号の１周期を時間領域で波形記録するには、サンプル・レート及び記録長の両方を変更する必要がある。これには、ユーザが、水平スケール摘みと、水平メニューの記録長パラメータとを用いて、サンプル・レートを個別に変更する必要がある。かかる処理は、効率が悪く、時間がかかる。
【０００３】
時間領域波形記録のデジタル・データ・サンプルは、ＦＦＴアルゴリズムにより処理されて、測定機器の表示器上で周波数対大きさ（magnitude）の関係で表示される。上述の如く、周波数領域表示の周波数スパン及び帯域幅分解能を変更するには、時間領域の設定に戻し、サンプル・レート及び周波数スパンを変更することによってのみできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のタイムベース・データの処理による周波数領域を改善するには、ＦＦＴ処理の一部として、窓関数（windowing function）を追加する。窓関数には、ガウス（Gausian）、カイザー（Kaiser）、ベッセル（Bessel）、ハニング（Hanning）などの既知の多くの関数がある。この窓関数を取り込んだ波形記録サンプルに適用して、ＦＦＴにより処理する。周波数スパン及び中心周波数制御を時間領域測定機器に追加するが、これら制御は、タイムベース制御には組み込まれない。この技術の欠点は、ＦＦＴによる領域変換の後の中心周波数を調整することにより、周波数領域データがスクリーンから外れてしまうことである。ユーザは、周波数領域表示をスクリーン上に戻すために、中心周波数制御をどの方向に調整したかを覚えておかなければならない。ユーザが周波数スペクトル・データの軌跡を失ってしまうと、タイムベース・パラメータを再設定する必要がある。
【０００５】
時間領域測定機器用の周波数領域分析装置は、統合されたタイムベース制御及び周波数領域制御を必要としている。タイムベース制御は、サンプル・レート及び記録長の個別の制御を行うが、両方のパラメータ設定を同時に制御することも可能であるのが望ましい。この装置は、時間領域で取り込んだ波形記録と、スペクトル分析装置が発生した周波数領域データとの間を橋渡しする必要がある。また、この装置は、周波数対大きさの表示と、周波数対位相の表示とを行わなければならない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、タイムベース制御及び周波数領域制御が統合された時間領域測定機器用周波数領域分析装置の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力信号のデジタル・データ・サンプルにより波形記録を行う取り込み装置（１２）を有する時間領域測定機器（１０）に組み込まれた周波数領域分析装置（４６）であって；波形記録長の時間を制御する時間制御（ＤＵＲ）、取り込み装置のサンプル・レートを調整するサンプル・レート制御（ＳＲ）、及び波形記録のサンプル数を調整する記録長制御（ＲＬ）を行う継続時間制御手段（７０）と；特定継続時間におけるデジタル・データ・サンプルの数（ＲＥＳ）を調整する分解能制御手段（７０）と；取り込んだ上記波形記録に適用され、時間で表すゲート継続時間（ＧＤ）、並びに波形記録のデジタル・データ・サンプルに対するゲートの位置（ＧＰ）及びサンプルで表すゲート長（ＧＬ）を調整する制御を行う周波数スペクトル・ゲート（７２）と；ゲート内の波形記録のデジタル・データ・サンプルに適用する窓フィルタ（７４）と；ゲート内のろ波された波形記録を受けて、中心周波数制御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行い、ゲートされた波形記録における周波数領域値を発生するスペクトル分析発生手段（７６）とを具え；この周波数領域値は、周波数スパン制御及び中心周波数制御により決まる。
【０００８】
本発明は、上述の如く、入力信号のデジタル・データ・サンプルの波形記録を行う取込み装置を有する時間領域測定機器に組み込まれた周波数領域分析装置である。周波数領域分析装置は、波形記録の取込み時間間隔を調整する継続時間制御手段と、特定の継続時間にわたるデジタル・データ・サンプルの数を調整する分解能制御手段とを具えている。継続時間制御手段は、波形記録の時間長を調整する時間制御と、取込み装置のサンプル・レートを調整するサンプル・レート制御と、波形記録内のサンプル数を調整する記録長制御とを行う。分解能制御手段は、サンプル・レート及び取込み波形記録の記録長を同時に変化させると共に、波形記録長を一定に維持して、波形記録内のデジタル・データ・サンプル間の時間間隔を調整するサンプル間隔制御を行う。
【０００９】
取り込んだ波形記録を周波数スペクトル・ゲートに適用する。このゲートは、ゲート継続時間及びサンプル内のゲート長を調整する制御を行うと共に、波形記録のデジタル・データ・サンプルに対するゲートを位置決めする。ゲート内の波形記録のデジタル・データ・サンプルを窓フィルタに適用する。中心周波数制御、周波数スパン制御及び帯域幅分解能制御を行うスペクトル分析発生手段は、ゲート内のろ波された波形記録を受けて、ゲートされた波形記録に対する周波数領域値を発生する。スペクトル分析発生手段は、周波数スパン制御、中心周波数制御及び帯域幅分解能制御により決まる周波数領域値を発生する。座標変換器は、複素数周波数領域値を受けて、極座標が定義する大きさ値及び位相値を発生する。
【００１０】
時間領域測定機器は、デジタル・データ・サンプルの波形記録を行うためのトリガ・パルスを発生するトリガ回路を具えている。周波数スペクトル・ゲートの位置制御により、トリガ・パルスに対するゲートの中心位置を調整する。周波数スペクトル・ゲートのゲート継続時間制御により、スペクトル分析発生器の帯域幅分解能を調整し、また、スペクトル分析発生器の帯域幅分解能制御により周波数スペクトル・ゲートのゲート継続時間を調整する。好適実施例において、スペクトル分析発生器は、ゼロで埋める高速フーリエ変換を実施する。
【００１１】
本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添付図を参照した以下の詳細説明から明らかになろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下の詳細説明において、多くの特定の細部は、本発明を充分に理解するためのものである。しかし、これら特定の細部によらなくても本発明を実施できることが、当業者には理解できよう。本発明の説明を明瞭にするために、他の場合については、周知の方法、手順、部品及び回路に関して詳細な記述を省略する。
【００１３】
データ、値、信号サンプル、フラグ、番号などの用語を用いて、測定機器の動作を説明するが、これらは、当業者が一般的に用いるものであり、他の分野にても適用できるものである。当業者に理解できるように、測定機器の機械的及び電気的構成要素により、これらの値は、電気、磁気、又は光学信号の形式であり、蓄積、移動、組み合わせや、他の処理が可能である。なお、用語「測定機器」は、汎用及び専用のデータ処理装置、システムなどを含み、これらは、独立型でも、付属型でも、埋め込み型でもよい。
【００１４】
さらに、本発明の理解を容易にするために、種々の動作を多数の個別ステップとして説明する。しかし、この説明の順序は、以下の説明の動作の必然的な順序を意味するものではない。
【００１５】
図１は、周波数スペクトル分析機能を有するオシロスコープ、デジタイザ（デジタル化装置）などの時間領域測定機器１０のブロック図である。この測定機器１０は、参照符号１２で示し、入力信号１４を受ける取込み装置を含んでいる。この入力信号１４は、可変減衰器１６及び前置増幅器１８を通過する。本願出願人であるアメリカ合衆国オレゴン州ビーバートンのテクトロニクス・インコーポレイテッド製ＴＤＳ７１０４型デジタル・オシロスコープの如く、デジタル化レートが高いサンプリング・オシロスコープにおいては、パイプ２０及び２２で示す如きデジタル化パイプを各入力チャネルが具えている。各オシロスコープ入力チャネルに、任意の数のパイプを設けてもよい。各パイプは、トラック・ホールド（Ｔ／Ｈ）回路（入力信号に追従し、サンプリング時点でサンプルを保持する回路）２４と、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６と、メモリ２８とを具えている。タイムベース回路３０は、タイミング信号を取込み装置１２に供給して（信号線は図示せず）、入力信号のアナログ値をＴ／Ｈ回路２４にラッチし、Ａ／Ｄ変換器２６をクロックしてＴ／Ｈ回路２４のアナログ値をデジタル化し、このデジタル値をメモリ２８に蓄積する。パイプ２０、２２に対するタイムベース信号をオフセット又は遅延する付加的な回路（図示せず）をこれらパイプ２０、２２に追加して、タイミング信号レートを「Ｘ」倍にした取込みレートにすることができる。なお、「Ｘ」は、取込み装置１２における各チャネルのパイプの数である。
【００１６】
入力信号を表すデジタル・データ・サンプルは、取込み装置１２からシステム・バス３４を介してシステム・メモリ３６に供給される。システム・メモリ３６は、ＲＡＭ、ＲＯＭの両方と、キャッシュ・メモリとを含んでおり、ＲＡＭは、入力信号を表すデータ値の如く揮発性データを蓄積する。システム・バス３４は、メモリ３６を制御器３８に結合する。この制御器３８は、例えば、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタクララのインテル・コーポレーション製ＰＥＮＴＩＵＭ（商標）マイクロプロセッサである。また、このシステム・バス３４は、液晶表示器や陰極線管などの表示器４０と、ボタン、回転摘みなどや、キーボード及び／又はマウスの如き制御入力装置（図示せず）にも結合されている。周波数領域分析装置（スペクトラム・アナライザ）４６は、バス３４に接続されており、メモリ３６とも結合している。周波数領域分析装置４６は、メモリ３６に蓄積された処理ルーチンを用いて種々の処理を実行する。これら処理ルーチンは、スペクトル・タイムベース及びスペクトラム・アナライザの制御、並びにデータの発生を行うプログラム命令を含む。データの流れを示す線４８がメモリ３６及び分析装置４６の間に接続され、メモリ３６から分析装置４６へのデータ移動及びその逆のデータ移動を示す。プログラム命令をメモリ３６のＲＯＭに蓄積してこのＲＯＭにアクセスしてもよいし、マス・ストレージ・ユニット４４にアクセスしてもよい。システム・バス３４に結合されたＩ／Ｏ（入出力）装置５０を用いて、分析装置４６の出力信号を外に出してもよい。タイムベース回路３０は、システム・バス３４にも結合されて、制御器３８からのタイムベース信号を受ける。本発明の好適実施例における時間領域測定機器１０は、アメリカ合衆国ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト・コーポレーション製ＷＩＮＤＯＷＳ（商標）９８オペレーティング・システムで制御されるＰＣ（パーソナル・コンピュータ）ベースのシステムでもよい。
【００１７】
取り込んだ時間領域信号のスペクトル分析測定を行う装置は、ソフトウェアで実現できるし、ソフトウェアで実現するのと同じ機能をハードウェア回路により実現することもできる。また、直列バス５４を介して制御器３８に制御器５２を結合するように、多数の制御器を用いるハイブリッド・システムを用いて、本発明による周波数領域分析装置及び時間領域測定機器１０を実現してもよい。制御器５２は、別のシステム・バス５６に結合される。制御器５２は、別の表示器４０及び取込み装置１２を制御してもよいし、周波数領域分析装置（スペクトラム・アナライザ）４６の機能の一部（単一又は複数の機能）を実行してもよい。Ｉ／Ｏ装置５８をシステム・バス５６に結合して、スペクトラム・アナライザ機能の結果を外部に出力してもよい。また、ＡＳＩＣ６０の如きハードウェア回路と、制御器３８により単独実行するソフトウェア・ルーチン、又は制御器３８及び５２の両方により実行するソフトウェア・ルーチンとを用いて、周波数領域分析機能を実現してもよい。
【００１８】
図２は、周波数領域分析装置４６の機能ブロック図である。図１と同様な素子は、同じ参照符号で示す。取込み装置１２は、以下、スペクトル・タイムベース（継続時間制御手段及び分解能制御手段）７０と呼ぶタイムベースからの命令を受ける。このスペクトル・タイムベース７０は、詳細に後述する記録長命令ＲＬ、サンプル・レート命令ＳＲ、継続時間命令ＤＵＲ及び分解能命令ＲＥＳを調整して発生する。取込み装置１２は、スペクトル・タイムベース７０からのトリガ・パルスＴＲＩＧＧＥＲに応答して、デジタル・データ値の波形記録を取り込む（即ち、波形のデジタル・データ値を取り込む）。取込み装置１２からのデジタル・データ・サンプルの波形記録は、メモリ３６に蓄積される。周波数スペクトル・ゲート制御器７２は、詳細に後述するゲート位置命令ＧＰ、ゲート継続時間命令ＧＤ、ゲート長命令ＧＬをメモリ３６に供給して、ゲート幅がカバーする波形記録の部分が出力されるようにする。乗算器７５により、周波数スペクトル・ゲートによりカバーされるデジタル・データ・サンプルを窓（ウィンドウ）フィルタ７４の係数と乗算して、スペクトル分析発生器（発生手段）７６に供給する。スペクトラム・アナライザ制御器７８は、帯域幅分解能命令ＲＢＷ、中心周波数命令ＣＦ、周波数スパン命令ＦＳをスペクトル分析発生器７６に供給する。スペクトル分析発生器７６からの周波数スペクトル・データは、直交座標系で定義される複素数値であり、座標変換器８０に供給される。座標変換器８０は、大きさ及び位相制御器８２からの大きさ命令ＭＡＧ及び位相命令ＰＨＡＳＥを受けて、直交座標複素数値を極座標値に変換する。これら極座標値は、システム・バス３４を介して、測定機器１０の表示器４０に供給されて、表示される。
【００１９】
図３は、周波数領域分析装置（スペクトラム・アナライザ）４６を有する時間領域測定機器１０における制御機能及び周波数領域波形の表示器４０による代表的なスクリーン表示８４を示す。スクリーンの表示８４は、波形表示部分８５及び制御部分８６に分割されている。一連の表示ボタン８７をスクリーン表示の上部に設ける。これら表示ボタン８７は、機器の設定、測定の設定、トリガの設定、ヘルプなどの種々の機能を活性化する。本発明の好適実施例において、表示器４０は、タッチ・スクリーン表示器であり、スクリーン表示上で中心部がふくらんだ形の機能ボックス（スピン・ボックス）表示に接触することにより、種々の制御機能を活性化する。制御機能を活性化することにより、フロント・パネル４２の複数の回転摘み８８の１個を特定機能に連結する。この回転摘みは、制御機能のパラメータを調整する。代わりに、マウス又はジョイステックなどのポインティング装置により制御機能を活性化してもよい。この場合、機能スピン・ボックスの部分であって、上昇矢印及び下降矢印をポインティング装置でクリックして活性化する。適切な上昇又は下降矢印ボックスをクリックすることにより、制御機能を調整する。これら制御機能は、タイムベース機能９０、ゲート機能９２、周波数領域機能９４、大きさ及び位相制御機能９８に分割される。
【００２０】
時間領域機能には、記録長ＲＬ（Rec Length）制御１００、サンプル・レートＳＲ（Sample Rate）機能１０２、継続時間ＤＵＲ（Duration）制御１０４、及び分解能ＲＥＳ（Resolution）制御１０６がある。記録長ＲＬ制御１００は、取り込む波形記録のサンプル数を表示し、調整する。サンプル・レートＳＲ制御１０２は、１秒間当たりのサンプルであるサンプル・レートを表示し、調整する。継続時間ＤＵＲ制御１０４は、波形記録長を秒で表示し、調整する。分解能ＲＥＳ制御１０６は、波形記録におけるサンプル間の時間を表示し、これらサンプルの間隔を調整する。
【００２１】
継続時間は、サンプル・レートで記録長を除算して定義する。継続時間１０４を調整するには３つの方法がある。第１の方法では、継続時間制御１０４を活性化し、フロント・パネルの摘みを用いて関連したスピン・ボックスの時間値を調整する。継続時間１０４を調整するには、同時に記録長１００を更新する。継続時間１０４を調整する第２の方法は、記録長制御１００を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のサンプル数を調整する。記録長１００を調整すると、同時に継続時間１０４を更新する。継続時間１０４を調整する第３の方法は、サンプル・レート制御１０２を活性化し、フロント・パネルの摘みを用いて、関連したスピン・ボックス内のサンプル・レートを調整する。サンプル・レートは、継続時間に逆比例するので、サンプル・レートが高くなると、継続時間が短くなる。分解能制御１０６は、サンプル・レートに逆比例する。また、この制御を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のサンプル間隔値を調整することにより、分解能制御１０６を調整する。分解能を同時に調整することにより、継続時間を一定に維持して、サンプル間隔及び記録長の両方を調整する。
【００２２】
周波数スペクトル・ゲート用のゲート機能９２には、窓形式（Window Type）制御１０８、ゲート位置ＧＰ（Gate Pos）制御１１０、ゲート継続時間ＧＤ（Gate Dur）制御１１２、ゲート長ＧＬ（Gate Length）制御１１４がある。窓形式制御１０８は、ゲート内のデジタル・データ・サンプルに適用する窓関数の形式を表示し、選択する。ゲート位置ＧＰ制御１１０は、取込み装置のトリガ・パルスに関連したゲートの中央位置を秒（時間）で表示し、調整する。ゲート継続時間ＧＤ制御１１２は、ゲートの長さを秒で表示し、調整する。ゲート長ＧＬ制御１１４は、ゲート（特定継続時間）内のサンプル数を表示し、調整する。
【００２３】
時間領域機能として、スピン・ボックスに接触するか、又は、選択した機能をクリックして、ゲート制御１０８、１１０、１１２、１１４を活性化する。窓形式制御を活性化すると、ポップ・アップ表示ウィンドウによりゲート内のデジタル・データ・サンプルに適用する窓関数の形式のリストを示す。フロント・パネル摘みを用いて、表示スクリーンをスクロールし、窓関数を選択する。代表的な窓形式を表す次の表をゲート・サンプルに適用できる。これら窓形式は、現存する一般的なものであるが、本発明の要旨を逸脱することなく他の窓形式を定義してもよい。
【００２４】
［窓の特性］
（１）窓が矩形（Rectangular）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：０．８９
最も近いサイド・ローブ：−１３ｄＢ
係数：１．０
（２）窓がハミング（Hamming）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．３
最も近いサイド・ローブ：−４３ｄＢ
係数：０，５４３４７８；０．４５６５２２
（３）窓がハニング（Hanning）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．４４
最も近いサイド・ローブ：−３２ｄＢ
係数：０，５；０．５
（４）窓がカイザー・ベッセル（Kaiser Bessel）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．７２
最も近いサイド・ローブ：−６９ｄＢ
係数：０，４０２４３；０．４９８２９；０．０９８３１；０．００１２２２
（５）窓がブラックマン・ハリス（Blackman-Harris）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：１．９２
最も近いサイド・ローブ：−９２ｄＢ
係数：０．３４８７５；０．４８８２９；０．１４１２９；０．０１１６８
（６）窓がフラットトップ２（Flattop2）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：３．８
最も近いサイド・ローブ：−９０ｄＢ
係数：０．２１３３４８；−０．２０６９８５；０．１３９５１２；−０．０４３０８４；０．００３７４５
（７）窓がガウス（Gausian）の場合
ビンにおける３ｄＢ帯域幅：２．０
最も近いサイド・ローブ：−７９ｄＢ
係数：ａ＝３．７５
【００２５】
ゲート位置機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のゲート位置時間値を調整してゲート位置ＧＰ制御１１０を調整する。ゲート位置制御は、波形表示部分８５上のポインタ１１６を調整して、ゲートの中心位置を示す。ゲート継続時間機能を活性化し、フロント摘みを用いてゲート時間値を調整してゲート継続時間制御１１２を調整する。このゲートの中心をゲート位置で定義し、この中心位置からゲート継続時間を延長したり、短縮する。ゲート継続時間制御１１２は、ゲート長スピン・ボックス内のサンプル数と、波形表示部分８５上のカーソル１１８を更新して、ゲート・サイズを示す。ゲート長機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて、関連したスピン・ボックス内のサンプル数を調整し、ゲート長ＧＬ制御１１４を調整する。ゲート長ＧＬ制御１１４は、ゲート継続時間も更新する。
【００２６】
周波数領域機能９４には、中心周波数ＣＦ（Center Freq）制御１２０、周波数スパンＦＳ（Freq Span）制御１２２、帯域幅分解能ＲＢＷ（Res BW）制御１２４がある。中心周波数機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内の中心周波数値を調整して中心周波数ＣＦを調整する。周波数スパン機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内の周波数スピン値を調整して周波数スパンＦＳを調整する。帯域幅分解能機能を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内の帯域幅分解能値を調整して帯域幅分解能ＲＢＷを調整する。帯域幅分解能は、同時に、ゲート継続時間スピン・ボックス内のゲート継続時間値も調整する。逆に、ゲート継続時間制御は、同時に、帯域幅分解能スピン・ボックス内の帯域幅分解能値を更新する。フル（Full）ボタンを周波数領域機能９４内（周波数スパン制御１２２及び帯域幅分解能制御１２４の間）に設けて、最大周波数スパンでの周波数領域表示を設定してもよい。これは、スペクトル・タイムベース７０のサンプル・レートの機能である。
【００２７】
図４は、周波数領域分析装置で処理した信号を示す図であり、図３と共に周波数領域分析装置４６の動作を説明するためのものである。測定設定ボタン８７を活性化し、スペクトラム・アナライザ機能を選択して、図３のスクリーン表示８４を得る。ユーザは、種々のタイムベース機能９０を活性化して、スペクトル・タイムベース７０の分解能、継続時間、サンプル・レート、記録長を設定する。上述の如く、タイムベース機能９０の種々の制御１００、１０２、１０４、１０６は、図２にて実線ＲＬ、ＳＲ、ＤＵＲ及びＲＥＳの間の点線で示すように、互いに相互作用をする。取込み装置１２は、時間領域ボックス１３０のように図４に示すスクリーン表示８４の波形表示部分８５に、波形記録としての入力信号のデジタル・データ・サンプルの取込みを開始する。次に、ユーザは、種々の周波数領域ゲート機能９２を活性化して、図４に示すように、窓フィルタの形式を選択し、周波数領域ゲート１３２を調整する。窓関数は、標準スペクトラム・アナライザにおけるアナログ帯域幅フィルタと同様な方法で、帯域幅分解能ＲＢＷに影響する。これは、図２において、窓フィルタ７４の出力線と、帯域幅分解能制御線ＲＢＷとの間の点線として示す。
【００２８】
周波数領域ゲート１３２は、時間領域及び周波数領域の間を橋渡しし、従来の時間領域測定機器に存在しない周波数領域分析装置の独特な性能を実現する。既存の測定機器においては、ユーザは、タイムベース設定の各々において、サンプル・レート及び記録長を調整して、帯域幅分解能を変更する必要がある。周波数領域ゲート１３２により、ユーザがゲート幅を調整して、タイムベースの設定に戻ることなく、帯域幅分解能を増加又は減少できる。大きさ及び位相の測定を正確にするために、ゲート位置をゼロ位相基準位置に設定する必要がある。好ましくは、入力信号のゼロ位相での交差点でトリガするように時間領域測定機器を設定する。次に、トリガ位置がゼロ基準位相位置となる。ゲート位置制御１１０を調整して、ゲート位置スピン・ボックス内にゼロ秒を表示させる。ゲート継続時間製１１２を調整して、スペクトル分析発生器７６に供給すべきデジタル・データ・サンプルの取込み波形記録内でゲート継続時間を定義する。周波数領域内の帯域幅分解能は、ゲート幅又は継続時間に逆比例する。したがって、ゲート幅を狭くすれば、帯域幅分解能が逆に長くなる。また、ゲート幅、又は継続時間を長くすれば、帯域幅分解能が狭くなる。最大ゲート継続時間は、取り込んだ波形記録の継続時間に等しい。この関係を図２にて、ゲート継続時間制御線ＧＤ及び帯域幅分解能制御線ＲＢＷ間の点線にて示す。
【００２９】
ゲートしたデジタル・データ・サンプルを乗算器７５に供給する。この乗算器７５は、窓フィルタ７４から窓フィルタ係数も受ける。ゲートされたデジタル・データ・サンプルは、図４におけるボックス１３４で示す如く、窓関数係数により乗算されて、スペクトル分析発生器７６に供給される。スペクトル分析発生器７６は、入力するサンプルに対して、ゼロで埋めた（zero-filled）高速フーリエ変換ＦＦＴを実施する。ＦＦＴの出力信号は、波形表示部分８５の倍数を必要とし、好適実施例においては、５００ピクセル幅である。ＦＦＴ出力信号は、波形表示スクリーン幅の倍数ではない長さに分離する。ゼロで埋めたＦＦＴを用いて、図４においてボックス１３６で示すように、周波数領域における余分のスペクトル・データ点を提供し、必要なスパンを波形表示部分幅の倍数に補間する。ＦＦＴは、ボックス１３８が示すように、サンプル周波数の２分の１のスパンで、周波数領域値を発生する。ＦＦＴからの出力には、関心のあるスペクトル・データ１４０とその複素数共役１４２とがある。この複素数共役１４２は、無視され、ボックス１４４で示すように、周波数領域機能９４における周波数スパン制御１２２で設定され、要求スパンでのスペクトル・データは、座標変換器８０に供給される。
【００３０】
座標変換器８０は、要求したスパンでのスペクトル・データと、大きさ及び位相制御器８２からの大きさ制御ＭＡＧ及び位相制御ＰＨＡＳＥとを受ける。ユーザは、ブロック１４６及び１４８で示すように、大きさ機能及び位相機能を選択して、表示出力の形式を選択すると共に、対応する表示用のパラメータを調整する。図３に示すように、大きさの機能は、表示スクリーンのＭＡＧタブ１４９に接触して選択する。大きさ機能には、スケール（Scale）制御１５０、基準レベル（Reference Level）制御１５２及びレベル・オフセット（Level Offset）制御１５４を含む。スケール制御１５０は、１組のタッチ・スクリーン・ボタン１５６、１５８及び１６０であり、スペクトル・データ用のスケーリング要素を設定する。選択したスケーリング要素によりスペクトル・データを乗算して、線形又は対数出力ｄＢ又はｄＢｍを発生する。他の制御機能について上述した方法で基準レベル制御を活性化すると共に、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のレベル値を調整して、基準レベル１５２を調整する。基準レベルは、波形表示部分８５の上部目盛りにおける大きさの値である。この制御を調整することにより、表示部分８５の上部に対して、スペクトル及びその基準マーカを一緒に移動させる。基準レベルは、表示パラメータのみであり、スペクトルにおけるデータの値を変化させない。
【００３１】
基準レベル・オフセット制御１５４を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のレベル・オフセット値を調整して、基準レベル・オフセットを調整する。基準レベル・オフセットは、波形に対してスペクトル基準マーカを移動させる。このマーカは、８ｄＢである。この制御を調整することにより、表示部分８５にてゼロｄＢを垂直的に位置決めする。これは、スペクトルにおけるデータの値に影響する。ｄＢｍボタン１５８を押すことにより、１ｍＶのパワーに等価な基準レベル・オフセットを５０オームの抵抗値にプリセットする。基準を１ボルトで０ｄＢに設定するために、基準レベル・オフセット値を１ボルトに設定する。
【００３２】
図５は、位相制御機能の表示器４０での代表的なスクリーン表示８４と、時間及び周波数領域における大きさ及び位相の波形とを示す。他の図と同様な図５の構成要素は、同じ参照符号で示す。波形表示部分８５は、時間及び周波数領域における多数の波形記録を示す。トレース１７０は、被測定装置（ＤＵＴ）へのインパルス入力信号の波形トレースである。トレース１７２は、ＤＵＴからのインパルス応答信号の波形トレースである。トレース１７４は、周波数スペクトル・ゲートの要求されたスパンにわたる周波数スペクトルの大きさの波形トレースである。トレース１７６は、周波数スペクトル・ゲートの要求されたスパンにわたり、巻かれていない（unwrapped）位相周波数スペクトルの波形トレースである。同時に２個のスペクトラム・アナライザを用い、一方のスペクトラム・アナライザが大きさのスペクトルを発生し、他方のスペクトラム・アナライザが位相スペクトルを発生するようにして、大きさ及び位相のスペクトルの両方を表示するように、時間領域測定機器１０を構成してもよい。ロック機能を呼び出して、２個のスペクトラム・アナライザを一緒に制御するようにロックしてもよい。
【００３３】
表示スクリーンＰｈａｓｅタブ１８０に接触して、位相機能を選択する。この位相機能は、スケーリング（Scale）制御１８２、非回転（Unwrap）制御１８４、しきい値抑圧制御（Suppression/Threshold）機能１８６を含んでいる。スケーリング制御１８４は、スペクトル・データ用のスケーリング要素を設定するための１組の接触ボタン１８８、１９０及び１９２を有する。選択したスケーリング要素をスペクトル・データに適用して、度、ラジアン、又はグループ遅延にて位相スペクトル表示を行う。種々のスクリーン・タッチ・ボタン１８８、１９０及び１９２に接触して、選択したスケール要素を活性化する。グループ遅延は、周波数に対する位相の負の導関数であり、インパルス応答試験に有用である。なお、連続的な位相関数を次式で示す。
groupDelay[n]={-θ(n+1)-θ(n)}/Δf
ここで、ｎは、各周波数位置でのインデックスであり、θは、位相であり、Δｆは、ｎの増分における周波数の差である。
【００３４】
ＤＵＴのインパルス応答から得た位相スペクトルは、一般的に、周波数の連続関数である。しかし、スペクトル変換の出力は円であるので、位相値は、−１８０度から＋１８０度までの範囲であって、実際に大きければ回転する。したがって、位相が回転しない機能は、連続位相関数を回さないことが可能である。スクリーン上の接触ボタンに接触することにより、位相の回転しない機能制御１８４を活性化する。インパルス応答を試験するには、位相非回転機能制御１８４を「オン」に設定すべきである。
【００３５】
抑圧しきい値制御１８６を活性化し、フロント・パネル摘みを用いて関連したスピン・ボックス内のしきい値を調整することにより、しきい値抑圧を調整する。抑圧しきい値制御１８４が存在するので、非連続位相が存在する状態では、ノイズ位相をゼロにできる。これがない場合、ノイズの位相がランダムであり、関心のある信号が不明瞭であるため、位相スペクトルは有用ではない。図６のＡ及びＢは、位相しきい値抑圧を−３５ｄＢに設定した周波数対大きさの表示と、周波数に対するその結果の位相の表示を夫々示す。位相抑圧しきい値の下での総ての大きさ値は、表示されたそれらの位相がゼロである。
【００３６】
上述した時間領域測定機器用の周波数領域分析装置は、デジタル・データ・サンプルの波形記録を取り込むために、記録長及びサンプル・レート・パラメータを設定する継続時間制御及び分解能制御を有する。継続時間制御は、波形記録の取込み時間間隔を秒で調整し、分解能制御は、特定の継続時間にわたるデジタル・データ・サンプルの数を調整する。周波数スペクトル・ゲートは、ゲート継続時間を秒で、ゲート長をサンプルで調整する制御を有し、波形記録のデジタル・データ・サンプルにわたってゲートを位置決めする。周波数スペクトル・ゲートは、時間領域及び周波数領域の間を橋渡しする。また、周波数スペクトル・ゲートは、帯域幅分解能における各変化に対するタイムベース・パラメータを戻したり調整することなく、帯域幅分解能制御を提供する。ゲート内の波形記録のデジタル・データ・サンプルを窓フィルタに適用する。中心周波数制御、周波数スパン制御、及び帯域幅分解能制御を有するスペクトル分析発生器は、ゲート内のろ波された波形記録を受け、ゲートした波形記録にわたる周波数領域値を発生する。スペクトル分析発生器は、周波数スパン制御、中心周波数制御及び帯域幅分解能制御で定義された周波数領域値を出力する。座標変換器は、複素数周波数領域値を受けて、極座標で定義される大きさ及び位相の値を発生する。
【００３７】
本発明の要旨を逸脱することなく、上述の実施例の細部を変更できることが当業者には明らかであろう。よって、本発明の要旨は、特許請求の範囲により決まる。
【００３８】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、タイムベース制御及び周波数領域制御を統合した時間領域測定機器用周波数領域分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数領域分析装置を有する時間領域測定機器のブロック図である。
【図２】本発明による周波数領域分析装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明による周波数領域分析装置を有する時間領域測定機器における時間、周波数、ゲート及び大きさの制御機能と、時間及び周波数領域の波形とのスクリーン上の表示を示す図である。
【図４】本発明による周波数領域分析システムが処理した信号を示す図である。
【図５】本発明による周波数領域分析装置を有する時間領域測定機器における時間、周波数、ゲート及び位相の制御機能と、時間及び周波数領域の波形とのスクリーン上の表示を示す図である。
【図６】本発明による周波数領域分析装置を有する時間領域測定機器にて位相抑圧しきい値を用いて、大きさ対周波数の表示と、その結果の位相対周波数の表示とを示す図である。
【符号の説明】
１０  時間領域測定機器
１２  取込み装置
１４  入力信号
１６  可変減衰器
１８  前置増幅器
２０、２２  パイプ
２４  サンプル・ホールド回路
２６  Ａ／Ｄ変換器
２８  メモリ
３０  タイムベース回路
３４  システム・バス
３６  メモリ
３８  制御器
４０  表示器
４２  フロント・パネル
４６  周波数領域分析装置
５０  入出力装置
５２  制御器
５４  直列バス
５６  システム・バス
７０  スペクトル・タイムベース（継続時間制御手段及び分解能制御手段）
７２  周波数スペクトル・ゲート制御器
７４  窓フィルタ
７６  スペクトル分析発生器（手段）
７８  スペクトラム・アナライザ制御器
８０  座標変換器
８２  大きさ及び位相制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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