(57)【要約】【課題】メモリに蓄積されたデジタル形式の波形データをデジタル・アナログ変換器によりアナログ信号に変換して出力する任意波形発生器の周波数特性を補正する。【解決手段】波形作成ソフトウェアによりデジタル形式の波形データを作成する（ステップ４０）。予め求めた任意波形発生器のＳパラメータ（ステップ４２）に応じて、作成済みデジタル形式の波形データを補正する（ステップ４４）。この補正したデジタル形式の波形データをメモリに蓄積する（ステップ４６）。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリに蓄積されたデジタル形式の波形データをデジタル・アナログ変換器によりアナログ信号に変換して出力する任意波形発生器の周波数特性を補正する方法であって、
波形作成ソフトウェアにより上記デジタル形式の波形データを作成する第１ステップと、
予め求めた上記任意波形発生器のＳパラメータに応じて、上記作成したデジタル形式の波形データを補正する第２ステップと、
上記補正したデジタル形式の波形データを上記メモリに蓄積する第３ステップと
を具えた任意波形発生器の周波数特性補正方法。
【請求項２】
上記第２ステップは、
上記Ｓパラメータを周波数補正処理し、
上記処理したＳパラメータを逆フーリエ変換して、時間領域の補正係数を求め、
上記時間領域の補正係数と上記作成したデジタル形式の波形データとをコンボリューションして、上記補正したデジタル形式の波形データを発生する
ことを特徴とする請求項１の任意波形発生器の周波数特性補正方法。
【請求項３】
上記第２ステップは、
上記Ｓパラメータを周波数補正処理して、周波数領域の補正係数を求め、
上記デジタル形式の波形データをフーリエ変換し、
上記フーリエ変換したデジタル形式の波形データを上記周波数領域の補正係数で補正し、
上記補正したデジタル形式の波形データを逆フーリエ変換する
ことを特徴とする請求項１の任意波形発生器の周波数特性補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリに蓄積されたデジタル形式の波形データをデジタル・アナログ変換器によりアナログ信号に変換して出力する信号発生器の周波数特性を補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のアナログ電子回路を試験するためには、その試験に応じた基準のアナログ信号を被試験アナログ回路に供給する必要がある。任意波形発生器は、かかる基準アナログ信号を発生する測定機器である。図１は、従来の任意波形発生器１０のブロック図である。ユーザの操作の下、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）又はワークステーション（ＷＳ）などが、波形作成ソフトウェアにより、所望の任意波形を表すデジタル形式の波形データを作成する。この機能を任意波形発生器自体が具えていてもよい。作成されたデジタル形式の波形データは、時間領域のデータであり、時間に対する振幅値を表す。この波形データをデジタル・メモリである波形メモリ１２に蓄積する。波形メモリ１２では、アドレスが時間に相当し、各アドレスに振幅値を表すデータを蓄積する。波形メモリ１２に蓄積されたデジタル形式の波形データは、クロック発生器１４からの周波数ｆｓのクロック信号に同期して読出され、このクロック信号に同期して、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１６によりアナログ信号に変換される。この周波数ｆｓは、アナログ信号のサンプリング周波数に相当する。デジタル・アナログ変換された信号は、出力回路１８内の再構成フィルタ（通常は、ロウパス・フィルタ）、増幅器及び減衰器により、所望の帯域と振幅のアナログ出力信号となる。なお、波形データを受けるインタフェース回路や、波形メモリ１２の書き込み／読み出しの制御、クロック周波数の制御及び出力回路の制御を行う制御回路を図示しないが、これら回路は、従来のインタフェースや、マイクロプロセッサ・システムによる制御回路により実現できる。
【０００３】
今日では、半導体技術が進歩し、サンプリング周波数が１０ＧＳ／ｓ（ギガサンプル／秒）以上の超高速任意波形発生器が開発されており、広帯域マイクロ波信号をアップ・コンバージョンなしに、任意波形発生器から直接出力できるようになった。しかし、任意波形発生器の周波数特性は、デジタル・アナログ変換器における数学的なsinc周波数特性と、出力回路における物理的な周波数特性とに分けることができ、これら周波数特性の制約により、全体として平坦な周波数特性ではない。よって、所望の周波数特性の広帯域信号を発生するには、何らかの周波数補正が必要となる。
【０００４】
さらに、任意波形発生器の周波数特性について説明する。一般的なデジタル・アナログ変換器は、アナログ波形を階段波として出力する。この出力形式は、ゼロ次ホールドと呼ばれ、sinc又はsin(x)/xで表せる周波数特性を有する。sinc特性は、
sinc(f)=[(sin(πf/fs))/(πf/fs)]e-jπf/fs
で示すような振幅及び位相特性を有する。なお、fは出力周波数を表し、fsは上述のサンプリング周波数を表す。このsinc特性の特徴は、直流で１となり、fsの整数倍の周波数で０となる。このsinc特性は、全ての任意波形発生器に共通であり、サンプリング周波数のみに依存して、計算で導くことができる。一方、実際の回路における物理的なデジタル・アナログ変換器の出力端から任意波形発生器の出力端子までの周波数特性、即ち、出力回路１８の周波数特性である。この出力回路の周波数特性は、sinc特性のようにサンプリング周波数に影響されないが、物理的な回路の周波数特性なので、個々の任意波形発生器に応じて変化する。
【０００５】
この周波数特性について、周波数特性図を用いて更に説明する。波形メモリ１２からのデジタル形式の波形データの周波数特性は、図２に示すように平坦であり、デジタル・アナログ変換器１６は、帯域が無限大の理想的なデジタル・アナログ変換器であるとする。よって、デジタル・アナログ変換器１６の特性は、図３に示すsinc関数である。また、フィルタ、増幅器、減衰器、コネクタなどを含む出力回路１８の周波数特性は、図４に示す如きものとする。任意波形発生器１０の全体の周波数特性、即ち、任意波形発生器１０の出力アナログ信号の周波数特性は、入力波形データの周波数特性（図２）に、デジタル・アナログ変換器１６のsinc特性（図３）及び出力回路１８の物理的周波数特性（図４）を乗算したものであり、図５に示すように、平坦な周波数特性ではない。なお、図２〜図５並びに後述の図７及び図９において、水平軸が時間を表し、垂直軸がアナログ形式かデジタル形式かを問わず振幅を表す。特に、図２は、デジタル入力データ及びアナログ出力データの両方の特性を説明するのに用いられる。
【０００６】
任意波形発生器の全体の周波数特性を平坦にするために、周波数補正を行う従来技術の一例を図６に示す。この例では、波形メモリ１２及びデジタル・アナログ変換器１６の間に補正用デジタル・フィルタ２０を配置する。このデジタル・フィルタ２０の周波数特性は、図７に示すように、デジタル・アナログ変換器１６のsinc特性を補正するものである。これは、サンプリング周波数fsが可変の場合でも、デジタル・フィルタ２０の構成を変更する必要がないためである。もちろん、デジタル・フィルタ２０の周波数特性は、デジタル・アナログ変換器１６及び出力回路１８の両方の周波数特性を補正するものであっても良い。よって、任意波形発生器の全体の周波数特性は、入力波形データの周波数特性（図２）に、デジタル・フィルタ２０の周波数特性（図７）、デジタル・アナログ変換器１６のsinc特性（図３）及び出力回路１８の物理的周波数特性（図４）を乗算したものであり、図２に示すように、平坦な周波数特性となる。
【０００７】
任意波形発生器の全体の周波数特性を平坦にするために、周波数補正を行う従来技術の他の例を図８に示す。この例では、デジタル・アナログ変換器１６及び出力回路１８の後段に、補正用アナログ・フィルタ２２を配置する。このアナログ・フィルタ２２の周波数特性は、図９に示すように、デジタル・アナログ変換器１６の周波数特性を補正するものである。なお、必要に応じて、出力回路１８の周波数特性も補正してもよい。よって、任意波形発生器の全体の周波数特性は、入力波形データの周波数特性（図２）に、デジタル・アナログ変換器１６のsinc特性（図３）、出力回路１８の物理的周波数特性（図４）及びアナログ・フィルタ２２の周波数特性（図９）を乗算したものであり、図２に示すように、平坦な周波数特性となる。なお、このようにデジタル・アナログ変換器１６の後段に補正用アナログ・フィルタ２２を用いる場合は、サンプリング周波数fsを可変ではなく、固定で用いる。
【０００８】
なお、任意波形発生器の周波数特性ではなく、振幅直線性を補正する従来技術が特開平３-８８５０４号公報に記載されている。かかる従来技術では、予め、デジタル・アナログ変換器の振幅直線性を測定して、誤差補正データを求めて、誤差補正テーブルをメモリに蓄積しておく。作成したデジタル形式の波形データをこの誤差補正テーブルに応じて補正し、補正済み波形データを波形メモリに蓄積する。波形メモリに蓄積された補正済み波形データをデジタル・アナログ変換器でアナログ信号に変換することにより、直線性が補正されたアナログ出力信号を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−８８５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６を参照して説明した補正用デジタル・フィルタを用いる周波数補正技術や、図８を参照して説明した補正用アナログ・フィルタを用いる周波数補正技術は、サンプリング周波数fsが比較的低い場合に有効であるが、サンプリング周波数fsが非常に高い超高速任意波形発生器の場合には、周波数補正用のデジタル・フィルタ又はアナログ・フィルタの実現が困難であった。また、特開平３−８８５０４号公報に記載された従来技術は、振幅直線性の補正であり、周波数特性の補正ではない。
【００１１】
そこで、周波数特性を補正する際に、特開平３−８８５０４号公報に記載のように、波形メモリに記憶するデジタル形式の波形データを事前に補正する方法も提案されている。しかし、超高速の任意波形発生器の周波数特性を平坦にするには、まず、周波数特性の平坦なデジタル形式の波形データを作成し、この波形データにより任意波形発生器にアナログ出力信号を発生させる。このアナログ出力信号を広帯域オシロスコープやスペクトラム・アナライザで測定して、減衰特性を求める。この減衰特性に応じて、デジタル形式の波形データを作成し直す。しかし、この周波数補正方法では、ユーザが任意波形発生器瀬の周波数特性を測定し、その測定結果に応じて波形データを補正しなければならず、測定装置が別途必要となって経済的負担が大きく、また、補正処理にも時間がかかった。さらに、任意波形発生器のアナログ出力信号を、ユーザ装置を介して被測定装置に供給する場合、ユーザ装置の周波数特性まで考慮して補正を行うのは、非常に手間がかかった。
【００１２】
そこで、サンプリング周波数fsが極めて高い任意波形を発生する信号発生器に対して、容易に周波数特性を補正できると共に、ユーザ装置の周波数特性も考慮して簡単に周波数特性を補正できる方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、メモリに蓄積されたデジタル形式の波形データをデジタル・アナログ変換器によりアナログ信号に変換して出力する任意波形発生器の周波数特性を補正する方法である。まず、波形作成ソフトウェアによりデジタル形式の波形データを作成する。予め求めた上記任意波形発生器のＳパラメータに応じて、上記作成したデジタル形式の波形データを補正し、この補正したデジタル形式の波形データをメモリに蓄積する。よって、任意波形発生器は、メモリに蓄積された補正済み波形データをデジタル・アナログ変換することにより、周波数補正されたアナログ出力信号を発生する。
【発明の効果】
【００１４】
よって、本発明によれば、任意波形発生器自体の周波数特性をＳパラメータとして、この任意波形発生器の不揮発性記憶手段に予め記憶しておくので、デジタル形式の波形データを作成する都度、その波形データに対して簡単な計算で周波数補正を行える。また、Ｓパラメータを用いているため、サンプリング周波数fsに影響されないし、任意波形発生器の出力端子に接続するユーザ装置の周波数特性を考慮することも、ユーザ装置のＳパラメータを用いることにより容易に行える。
【００１５】
作成したデジタル形式の波形データをＳパラメータに応じて補正するには、次のように行う。まず、Ｓパラメータを周波数補正処理する。かかる周波数補正処理においては、Ｓパラメータが、周波数が高くなるに応じて振幅が下がる特性を示しているので、sinc特性も考慮して、任意波形発生器全体の周波数特性を平坦にするために、Ｓパラメータの特性と逆の特性を示すように、即ち、このＳパラメータ特性に対応して、周波数が高くなるに応じて振幅が上がる特性を示すようなＳパラメータに変更する。このように処理したＳパラメータを逆フーリエ変換して、時間領域の補正係数を求める。時間領域の補正係数とデジタル形式の波形データとをコンボリューションして、補正済みデジタル形式の波形データを発生する。また、この補正ステップは、次のようにも行える。すなわち、Ｓパラメータを周波数補正処理して、周波数領域の補正係数を求める。デジタル形式の波形データをフーリエ変換する。フーリエ変換したデジタル形式の波形データを周波数領域の補正係数で補正し、この補正したデジタル形式の波形データを逆フーリエ変換する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の任意波形発生器のブロック図である。
【図２】入力デジタル・データ又は出力アナログ・データの周波数特性を示す図である。
【図３】デジタル・アナログ変換器の周波数特性を示す図である。
【図４】出力回路の周波数特性を示す図である。
【図５】出力アナログ・データの周波数特性を示す図である。
【図６】任意波形発生器の従来の周波数補正方法の一例を説明する図である。
【図７】図６に用いる補正用デジタル・フィルタの周波数特性を示す図である。
【図８】任意波形発生器の従来の周波数補正方法の他の例を説明する図である。
【図９】図８に用いる補正用アナログ・フィルタの周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明に用いるＳパラメータを説明するシグナル・フロー図である。
【図１１】本発明に用いる任意波形発生器及びＰＣのブロック図である。
【図１２】本発明による任意波形発生器の周波数特性補正方法を説明する流れ図である。
【図１３】本発明による任意波形発生器の周波数特性補正方法において、波形データをＳパラメータで補正する方法の一例を示す流れ図である。
【図１４】本発明による任意波形発生器の周波数特性補正方法において、波形データをＳパラメータで補正する方法の他の例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、図１０のシグナル・フロー図を参照して、本発明に用いるＳパラメータを説明する。サンプリング周波数fsが数十ギガヘルツにおよび、帯域も１０ＧＨｚを超える超高速任意波形発生器の周波数特性をモデル化する際、反射を考慮したＳパラメータを用いることが最適である。上述のように、任意波形発生器の周波数特性は、デジタル・アナログ変換器の周波数特性と出力回路の周波数特性に分けることができる。デジタル・アナログ変換器の周波数特性は、数学的に決定でき、サンプリング周波数fsのみに依存するsinc特性である。また、出力回路の周波数特性は、個別の部品による物理的周波数特性である。この任意波形発生器のＳパラメータは、２ポートのＳパラメータで示すことができ、図１０のシグナル・フロー図で示される。Ｓパラメータの一般式は、
b1=S11*a1+S12*a2
b2=S21*a1+S22*a2
である。なお、*は乗算を意味する。
【００１８】
本発明は、任意波形発生器を対象としているため、ポート１の入力データは、デジタル・データであり、sinc(f)特性を有する。また、ポート２は、出力端子であり、アナログ波形（マイクロ波出力）が出力される。ポート２の負荷のインピーダンスが特性インピーダンスからずれている場合は、反射波が入力されるが、この負荷のインピーダンスが特性インピーダンスにほぼ等しければ、反射波が入力されない。通常の２ポートＳパラメータと異なる点は、ポート１において、入力データがデジタル・データのため、反射が生じない。よって、Ｓパラメータの内、Ｓ11＝０、且つ、Ｓ12＝０としてよい。Ｓ21は、デジタル・アナログ変換器及び出力回路の伝達特性であり、振幅成分及び位相成分、即ち、実数成分及び虚数成分を揺する。Ｓ22は、任意波形発生器の反射特性である。なお、Ｓパラメータは、各周波数毎に求められる。
【００１９】
本発明では、これらパラメータＳ21及びＳ22を、例えば、任意波形発生器の製造時に測定して求め、任意波形発生器内の不揮発性記憶手段、例えば、ハードディスク、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリなどに記憶させる。これらＳパラメータのファイル形式は、タッチストーン（TouchStone）形式でもよい。
【００２０】
任意波形発生器では、入力データがデジタル・データで、出力データがアナログ・データのため、通常のネットワーク・アナライザでは、Ｓ21パラメータの測定ができない。そこで、任意波形発生器にステップ信号を発生させて、発生されたステップ信号をサンプリング・オシロスコープにより取り込み、Ｓパラメータ測定ソフトウェアにより測定できる。また、任意波形発生器にサイン波信号を発生させて、このサイン波信号をサンプリング・オシロスコープにより取り込み、Ｓパラメータ測定ソフトウェアにより測定することもできる。Ｓ22パラメータは、タイム・ドメイン・レフレクトメータ（ＴＤＲ）やネットワーク・アナライザを用いて測定できる。なお、負荷から反射がない場合は、Ｓ22パラメータを無視できる。また、負荷から反射がある場合は、変換式を用いることにより、Ｓ21パラメータ及びＳ22パラメータをＳ21パラメータにまとめて、新しいＳ21パラメータにする。
【００２１】
図１１は、本発明に用いる任意波形発生器及びＰＣのブロック図である。任意波形発生器３０は、図１と同様に、デジタル形式の波形データを記憶する波形メモリ１２と、波形メモリ１２からの波形データをアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１６と、再構成フィルタ、増幅器及び減衰器などで構成された出力回路１８とを含んでいる。任意波形発生器３０は、Ｓパラメータである校正データを蓄積する不揮発性記憶手段３２（ハードディスク、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリなど）も含んでいる。図示しないが、任意波形発生器３０は、マイクロプロセッサなどで構成された制御手段や、クロック発生器や、デジタル・データの授受を行うインタフェースなども含んでいる。出力回路１８からのアナログ出力信号は、被測定装置３４に供給される。上述のように測定され、また、必要に応じて１つにまとめられた任意波形発生器３０のパラメータＳ21が不揮発性記憶手段３２に記憶される。
【００２２】
パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）又はワークステーション（ＷＳ）３６（以下、単に、ＰＣと呼ぶ）は、マイクロプロセッサ、ハードディスク、メモリ、インタフェース、入力装置、表示装置を含んでおり、マイクロソフト社のウインドウズ（登録商標）などのオペレーティング・システムで動作する。このＰＣ３６は、任意波形発生器３０用の波形生成ソフトウェア３８を動作させる。なお、ＰＣ３６の機能は、任意波形発生器３０内に設けて、任意波形発生器３０の制御手段を兼ねてもよい。
【００２３】
図１２に示す流れ図を参照して、本発明の任意波形発生器の周波数特性補正方法を説明する。まず、ステップ４０にて、ＰＣ３６において、波形作成ソフトウェアを用いて、任意波形発生器３０が発生する波形を表すデジタル形式の波形データを作成する。ユーザの指示、又は、波形データの作成完了により自動的に、ステップ４２において、ＰＣ３６は、任意波形発生器３０内の不揮発性記憶手段３２からＳパラメータ（パラメータＳ21）を取り出して、ＰＣ３６内のメモリに記憶する。ステップ４４では、ＰＣ３６が取り込んだＳパラメータから周波数補正係数を作成し、波形データを補正する。なお、このステップ４４については、図１３及び図１４を参照して、詳細に後述する。ステップ４６において、周波数補正をした補正済み波形データをＰＣ３６から任意波形発生器（ＡＷＧ）３０内の波形メモリ１２にダウンロードする。よって、任意波形発生器３０は、周波数補正した任意波形を発生できる。なお、ステップ４２、４４及び４６は、ＰＣ３６内に蓄積された周波数補正ソフトウェアにより、マイクロプロセッサが行う。
【００２４】
図１３は、図１２のステップ４４の一例を説明する流れ図である。ステップ５０にて、任意波形発生器３０の不揮発性記憶手段３２から読み出したパラメータＳ21を周波数補正処理する。この処理は、パラメータＳ21が、周波数が高くなるに応じて振幅が下がる特性を示しているので、sinc特性も考慮して任意波形発生器全体の周波数特性を平坦にするために、パラメータＳ21の特性と逆の特性を示すように、即ち、このＳ21特性に対応して、周波数が高くなるに応じて振幅が上がる特性を示すように、ＳパラメータＳ21に変更する。なお、Ｓパラメータが周波数領域であるのに対して、波形データが時間領域である点に留意されたい。ステップ５２において、処理したパラメータＳ21を逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）して、時間領域の補正係数を求める。Ｓパラメータは、各周波数毎の値を有するため、補正係数も各周波数毎に値を有する。よって、ステップ５４にて、時間領域の補正係数と時間領域の波形データとをコンボリューションして、周波数補正済みの波形データを発生する。この補正済み波形データを図１２のステップ４６にて、任意波形発生器３０内の波形メモリ１２に転送する。このように、図１３に示す方法では、時間領域で周波数補正を行っている。
【００２５】
図１４は、図１２のステップ４４の他の例を説明する流れ図である。ステップ６０において、ステップ５０で説明したように、sinc特性も考慮してパラメータＳ21を周波数補正処理して、その結果を周波数領域での補正係数とする。ステップ６２では、既に作成されたデジタル形式の波形データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、時間領域の波形データを周波数領域の波形データに変換する。なお、ステップ６０及び６２は、逆の順序で行ってもよいし、同時に行ってもよい。ステップ６４では、ＦＦＴ変換した波形データを、ステップ６０で求めた補正係数と乗算して、周波数領域の波形データを周波数補正する。ステップ６６では、周波数補正済みの周波数領域の波形データを逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）変換して、時間領域の周波数補正済み波形データに変換する。この補正済み波形データを図１２のステップ４６にて、任意波形発生器３０内の波形メモリ１２に転送する。このように、図１４に示す方法では、周波数領域で周波数補正を行って、時間領域に戻している。なお、時間領域での周波数補正の方が、周波数領域で周波数補正よりも、ステップ数が少ない点に留意されたい。
【００２６】
図１３及び図１４での周波数補正は、任意波形発生器３０に周波数特性のみを補正するものである。しかし、任意波形発生器の用途によっては、この任意波形発生器のアナログ出力信号を、ユーザ装置を介した後、被試験装置（ＤＵＴ）に供給する場合がある。この際、任意波形発生器及びユーザ装置の両方の周波数特性に応じて補正されて、被試験装置の入力端子にて周波数特性が平坦の任意波形アナログ信号が必要な場合がある。よって、図１２のステップ４４において、Ｓパラメータから補正係数を作成する際に、ユーザ装置の周波数特性を考慮できる。このためには、任意波形発生器のＳパラメータを測定したように、ユーザ装置のＳパラメータを測定し、Ｓ21パラメータにまとめる。任意波形発生器のＳ21パラメータとユーザ装置のＳ21パラメータとを乗算して、任意波形発生器及びユーザ装置の全体のＳ21パラメータを求める。この新たに求めたＳ21パラメータを、図１３のステップ５０及び図１４のステップ６０で用いれば、任意波形発生器及びユーザ装置全体の周波数特性を補償して、被試験装置の入力端子での任意波形信号の周波数特性を平坦にできる。
【００２７】
上述は、本発明の好適実施例についてのみ説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０、３０  任意波形発生器
１２  波形メモリ
１４  クロック発生器
１６  デジタル・アナログ変換器
１８  出力回路
２０  補正用デジタル・フィルタ
２２  補正用アナログ・フィルタ
３２  不揮発性記憶手段
３４  被試験装置
３６  パーソナル・コンピュータ又はワークステーション
３８  波形生成ソフトウェア
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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