(57)【要約】【課題】複雑な計算および他の測定が不要なスループットの高い測定を行う。【解決手段】ＡＤ変換器の特性を測定する測定装置であって、ＡＤ変換器に対して所定の波形のアナログ入力信号を供給する信号供給部と、アナログ入力信号をサンプリングしたＡＤ変換器が出力するデジタル出力信号を取得する取得部と、デジタル出力信号のヒストグラムを生成する測定ヒストグラム生成部と、デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値がデジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する範囲算出部と、を備える測定装置を提供する。【選択図】図１
2011030206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＤ変換器の特性を測定する測定装置であって、
前記ＡＤ変換器に対して所定の波形のアナログ入力信号を供給する信号供給部と、
前記アナログ入力信号をサンプリングした前記ＡＤ変換器が出力するデジタル出力信号を取得する取得部と、
前記デジタル出力信号のヒストグラムを生成する測定ヒストグラム生成部と、
前記デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値が前記デジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、前記デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する範囲算出部と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記算出部が算出した前記デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値と、前記測定ヒストグラムとに基づいて、前記ＡＤ変換器の誤差を特定する特定部を更に備える請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
前記算出部が算出した前記デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値に基づいて、前記所定の波形を有するアナログ入力信号をサンプリングした場合の理想ヒストグラムを生成する理想ヒストグラム生成部と、
前記測定ヒストグラムと前記理想ヒストグラムとに基づいて、前記ＡＤ変換器の誤差を特定する誤差特定部と、
を有する請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記範囲算出部は、前記測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が前記デジタル範囲以下の部分に対応する頻度およびデジタル値が前記デジタル範囲以上の部分に対応する頻度に基づいて、前記デジタル範囲の下限に対応する下限アナログ値および上限に対応する上限アナログ値を算出する請求項１から３の何れかに記載の測定装置。
【請求項５】
前記信号供給部は、前記ＡＤ変換器の測定レンジより大きな振幅を有する前記アナログ入力信号を前記ＡＤ変換器に対して供給し、
前記範囲算出部は、前記測定ヒストグラムにおいて、前記測定レンジの下限に対応するデジタル値の頻度および前記測定レンジの上限に対応するデジタル値の頻度に基づいて、前記デジタル範囲の下限に対応する下限アナログ値および上限に対応する上限アナログ値を算出する
請求項１から４の何れかに記載の測定装置。
【請求項６】
前記範囲算出部は、
前記下限アナログ値として、前記アナログ入力信号を当該下限アナログ値以下の範囲で積分した積分値が、前記デジタル範囲の下限に対応する頻度となる値を算出し、
前記上限アナログ値として、前記アナログ入力信号を当該上限アナログ値以上の範囲で積分した積分値が、前記デジタル範囲の上限に対応する頻度となる値を算出する
請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記信号供給部は、サイン波形の前記アナログ入力信号を供給する請求項５に記載の測定装置。
【請求項８】
前記範囲算出部は、
前記デジタル範囲の下限に対応する頻度ｆｌから、以下の式１に示す式により前記下限アナログ値ａを算出し、
前記デジタル範囲の上限に対応する頻度ｆｕから、以下の式２に示す式により前記上限アナログ値ｂを算出する
請求項７に記載の測定装置。
【数１３】
2011030206.tif 000015
【請求項９】
前記下限アナログ値ａおよび前記上限アナログ値ｂに基づいて、前記サイン波形の前記アナログ入力信号をサンプリングした場合の理想ヒストグラムを、以下の式３に示す式により算出する理想ヒストグラム生成部を更に備える請求項８に記載の測定装置。
【数１４】
2011030206.tif 000016
【請求項１０】
コンピュータによりＡＤ変換器の特性を算出するためのプログラムであって、
当該プログラムは、前記コンピュータを、
前記ＡＤ変換器により所定の波形のアナログ入力信号をサンプリングさせたことに応じて前記ＡＤ変換器が出力するデジタル出力信号のヒストグラムを生成する測定ヒストグラム生成部と、
前記デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値が前記デジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、前記デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する範囲算出部と、
して機能させるプログラム。
【請求項１１】
ＡＤ変換器の特性を測定する測定方法であって、
前記ＡＤ変換器に対して所定の波形のアナログ入力信号を供給し、
前記アナログ入力信号をサンプリングした前記ＡＤ変換器が出力するデジタル出力信号を取得し、
前記デジタル出力信号のヒストグラムを生成し、
前記デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値が前記デジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、前記デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する、
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置、プログラムおよび測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＤ変換器（アナログ／デジタル変換器）の特性を評価するための正弦波ヒストグラム法が知られている。
【０００３】
特許文献１  特開平８−１４９００５号公報
特許文献２  特開平８−２２３０３９号公報
特許文献３  特開平１１−１７７４２４号公報
特許文献４  特開平１０−７９６６７号公報
非特許文献１  Bruce E. Peetz, Arthur S. Muto, J. Martin Neil, "Measuring Waveform Recorder Performance", HEWLETT-PACKARD JOURNAL, November 1982, pp. 21-29.
非特許文献２  Joey Doernberg, Hae-Seung Lee, David A. Hodges, "Full-Speed Testing of A/D Converters", IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1984, Vol. SC-19, No. 6, pp.820-827.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
正弦波ヒストグラム法においては、正弦波を入力した場合におけるＡＤ変換器の出力を測定した測定ヒストグラムと、理想的なヒストグラムとを比較する。しかしながら、被試験デバイスであるＡＤ変換器のレンジ誤差およびオフセット誤差が未知であることから、入力正弦波信号の振幅を測定等により用意すること、オフセット電圧を計算しなければならないこと、および理想的なヒストグラムを計算しなければならないこと、から負荷が比較的大きかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、ＡＤ変換器の特性を測定する測定装置であって、ＡＤ変換器に対して所定の波形のアナログ入力信号を供給する信号供給部と、アナログ入力信号をサンプリングしたＡＤ変換器が出力するデジタル出力信号を取得する取得部と、デジタル出力信号のヒストグラムを生成する測定ヒストグラム生成部と、デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値がデジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する範囲算出部と、を備える測定装置、プログラムおよび測定方法を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態に係る測定装置１００の構成を、ＡＤ変換器１０とともに示す。
【図２】図２は、正弦波信号の理想ヒストグラムを示す。
【図３】図３は、本実施形態に係るＡＤ変換器１０の測定ヒストグラムが生成される概略を示す。
【図４】図４は、本実施形態に係る理想的なＡＤ変換器の理想ヒストグラムの概略を示す。
【図５】図５は、本実施形態に係るデジタル値とアナログ値の対比を示す。
【図６】図６は、本実施形態に係る測定装置１００の動作フローを示す。
【図７】図７は、本実施形態に係るコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る測定装置１００の構成を、ＡＤ変換器１０とともに示す。測定装置１００は、被試験デバイスであるＡＤ変換器１０を試験する。被試験デバイスは、ＡＤ変換器を有するＬＳＩ、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）等であってもよい。測定装置１００は、ＡＤ変換器１０を試験するためのアナログ入力信号をＡＤ変換器１０に入力して、ＡＤ変換器１０が出力する出力信号に基づいた測定ヒストグラムと理想ヒストグラムを比較することによってＡＤ変換器１０の直線性を試験する。
【００１０】
測定装置１００は、ＡＤ変換器１０の入力フルスケールを超えた信号を入力し、測定されるヒストグラムからＤＣオフセットとゲインを反映した理想ヒストグラムを生成して、測定ヒストグラムとの比較よりＡＤ変換器１０の直線性を評価する。測定装置１００は、信号供給部１１０と、取得部１２０と、測定ヒストグラム生成部１３０と、範囲算出部１４０と、特定部１５０とを備える。
【００１１】
信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０に対して所定の波形のアナログ入力信号を供給する。アナログ入力信号は、正弦波信号でもよく、これに代えて初期電位から意図した電位までを直線的に変化させるランプ波形でもよく、予め定められた各種の波形であってよい。以下の実施例では、アナログ入力信号として正弦波を用いる例を説明する。
【００１２】
取得部１２０は、アナログ入力信号をサンプリングしたＡＤ変換器１０が出力するデジタル出力信号を取得する。取得部１２０が取得するデジタル出力信号は、ＡＤ変換器１０の分解能で量子化されたバイナリコードまたはＢＣＤ信号であってよい。取得部１２０は、ＡＤ変換器１０のクロック周波数に同期して出力信号を取得してよく、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）等のバッファリングおよびフロー制御を実行するデジタル回路を含んでもよい。
【００１３】
測定ヒストグラム生成部１３０は、デジタル出力信号のヒストグラムを生成する。例えば、測定ヒストグラム生成部１３０は、順次取得するデジタル出力信号の値に応じたカウンタをインクリメント等することにより、デジタル出力信号の各値に対する観測頻度を集計してヒストグラムを生成してよい。アナログ入力信号が正弦波の場合、測定ヒストグラム生成部１３０は、懸垂線を描く測定ヒストグラムを生成する。また、アナログ入力信号がＡＤ変換器１０のフルスケール以上の振幅値を持つ正弦波の場合、測定ヒストグラム生成部１３０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールに対応するデジタル範囲で懸垂線を描く測定ヒストグラムを生成する。
【００１４】
範囲算出部１４０は、デジタル出力信号を測定した測定ヒストグラムにおいて、デジタル値が所定のデジタル範囲以下の部分に対応する頻度、およびデジタル値がデジタル範囲以上の部分に対応する頻度の少なくとも一方に基づいて、デジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値を算出する。範囲算出部１４０は、測定ヒストグラムから、アナログ入力信号のＤＣオフセットとＡＤ変換器１０のゲインを考慮したアナログ値を算出する。
【００１５】
特定部１５０は、範囲算出部１４０が算出したデジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値と、測定ヒストグラムとに基づいて、ＡＤ変換器の誤差を特定する。特定部１５０は、範囲算出部１４０が算出したアナログ値を基に、測定ヒストグラムが理想ヒストグラムと比較すべき分布の範囲を特定してから両者を比較する。特定部１５０は、測定ヒストグラムと理想ヒストグラムとの比較によってＡＤ変換器の誤差を特定する。特定部１５０は、理想ヒストグラム生成部１６０と誤差特定部１７０を有する。
【００１６】
理想ヒストグラム生成部１６０は、範囲算出部１４０が算出したデジタル範囲の下限および上限の少なくとも一方に対応するアナログ値に基づいて、所定の波形を有するアナログ入力信号をサンプリングした場合の理想ヒストグラムを生成する。理想ヒストグラム生成部１６０は、アナログ値である理論的な分布関数から、デジタル値である測定ヒストグラムと理想的には一致する理想ヒストグラムを生成する。
【００１７】
誤差特定部１７０は、測定ヒストグラムと理想ヒストグラムとに基づいて、ＡＤ変換器１０の誤差を特定する。誤差特定部１７０は、範囲算出部１４０によって算出されるアナログ値に基づき、理想ヒストグラムと測定ヒストグラムの比較を実行して、ＡＤ変換器１０の誤差を特定する。
【００１８】
図２は、正弦波信号の理想ヒストグラムを示す。正弦波信号の理想ヒストグラムは、理論的な確率密度関数においては両端が無限大となるものであり、実際のＡＤ変換器１０の測定ヒストグラムも両端の頻度が大きくなる。理論的な確率密度関数は、νを変数として式１で表される。
【００１９】
【数１】
2011030206.tif 000003
【００２０】
ここで、式１で用いたＡは正弦波の振幅である。図からもわかるとおり、正弦波の確率密度関数は、−ＡからＡの範囲で分布する。式１は、−ＡからＡの範囲で積分すると１になるように正規化されている。この分布範囲−Ａ〜Ａと、ＡＤ変換器１０のフルスケールとを正確に一致させれば、正弦波の確率密度関数は、測定ヒストグラム生成部１３０が生成する測定ヒストグラムと理想的には一致する。
【００２１】
しかしながら、正弦波の振幅とＡＤ変換器１０のフルスケールとを正確に一致させることは困難であり、さらにアナログ的要因によるＤＣオフセットおよび／またはゲイン誤差等により、信号供給部１１０は、適切な正弦波信号をＡＤ変換器１０に供給することが容易ではない。そこで信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールよりも大きな振幅の正弦波信号をＡＤ変換器１０に供給する。
【００２２】
図３は、本実施形態に係るＡＤ変換器１０の測定ヒストグラムが生成される概略を示す。図中の入力信号は、ＡＤ変換器１０のフルスケールよりも大きな振幅の正弦波信号をＡＤ変換器１０に供給する。このため、正弦波信号の振幅の両端において、ＡＤ変換器１０はオーバーフローとなり、測定ヒストグラム生成部１３０は、その分の度数を上限および下限のヒストグラムのビンに重畳した測定ヒストグラムを生成する。したがって、測定ヒストグラムの上限および下限を除けば、正弦波確率密度の一部分と測定ヒストグラムは理想的には一致すべきものとなる。そこで測定装置１００は、測定ヒストグラムと理想ヒストグラムとの間の誤差をＡＤ変換器１０の非直線性と判断してよい。
【００２３】
範囲算出部１４０は、測定ヒストグラムが正弦波確率密度のどの部分と一致するかを判断する。図中に示すとおり、信号供給部１１０が供給する入力信号は、ＤＣオフセット電圧が含まれる場合がある。さらにＡＤ変換器１０は、デジタル出力にＤＣオフセット電圧を重畳する場合もある。またＡＤ変換器１０は、デジタル出力にゲインを与える場合もある。本実施例において、範囲算出部１４０は、ＤＣオフセットおよびゲインを反映した、測定ヒストグラムの上限値および下限値に対応する正弦波確率密度のアナログ値を計算する。特定部１５０は、正弦波確率密度のアナログ値に基づいて理想ヒストグラムを生成して、測定ヒストグラムと比較することでＡＤ変換器１０の誤差を特定する。
【００２４】
図４は、本実施形態に係る理想的なＡＤ変換器の理想ヒストグラムの概略を示す。信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールより大きな振幅Ａの正弦波入力信号をＡＤ変換器１０に供給する。範囲算出部１４０および理想ヒストグラム生成部１６０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの範囲を、ａ〜ｂとする。
【００２５】
範囲算出部１４０は、ＡＤ変換器１０の測定ヒストグラムの下限と上限の度数をＦＬおよびＦＵとして、この値から正弦波確率密度のどの位置に測定ヒストグラムがあるのかを計算する。まず正弦波確率密度は正規化されているので、範囲算出部１４０は、ＦＬとＦＵを測定ヒストグラムのデータ総数で正規化する。測定ヒストグラムのデータ総数をＮｐｔｓとして、範囲算出部１４０は、正規化した両端のビンの値ｆｌおよびｆｕを次式のように算出する。
【００２６】
【数２】
2011030206.tif 000004
【００２７】
【数３】
2011030206.tif 000005
【００２８】
ここでｆｌは、図中の−Ａからａの範囲にある頻度を重畳した値なので、正弦波確率密度の式を−Ａからａの範囲で積分した値と等しい。そこで式１を−Ａからａの範囲で積分して次式を得る。ここで計算の簡略化の目的で、Ａ＝１として計算をした。
【００２９】
【数４】
2011030206.tif 000006
【００３０】
【数５】
2011030206.tif 000007
【００３１】
同様に、ｆｕは、図中のｂからＡの範囲にある頻度を重畳した値なので、理想正弦波の式をｂからＡの範囲で積分した値と等しい。そこで式１をｂからＡの範囲で積分して次式を得る。
【００３２】
【数６】
2011030206.tif 000008
【００３３】
【数７】
2011030206.tif 000009
【００３４】
したがって、式５および式７を用いることで、範囲算出部１４０は、測定ヒストグラムの下限値および上限値に対応する正弦波確率密度のアナログ値ａおよびｂを算出することができる。即ち、理想ヒストグラムの両端の位置を算出したことになり、理想ヒストグラム生成部１６０は、アナログ値ａおよびｂを用いて理想ヒストグラムを生成する。
【００３５】
理想ヒストグラム生成部１６０は、ＡＤ変換器１０によって量子化されたビン数をＮｂｉｎとして、ｎ番目のビンの理想ヒストグラムをＨ［ｎ］として誤差特定部１７０に理想ヒストグラムを供給する。ここでＡＤ変換器１０のビット数がＮの場合、Ｎｂｉｎは２のＮ乗となる。理想ヒストグラム生成部１６０は、一例として図中の実線で示したヒストグラムを生成する。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るデジタル値とアナログ値の対比を示す。理想ヒストグラムは、図４と同様であり、その横軸と対応する正弦波ヒストグラムのアナログ範囲を対比させて示す。繰り返しになるが、範囲算出部１４０は、デジタル範囲の下限値Ｈ［０］と、正弦波ヒストグラムにおける−Ａからａの積分範囲を積分した値とが等しくなる位置ａを算出し、その位置をデジタル値ａに対応するアナログ値ａとする。同様に範囲算出部１４０は、デジタル値ｂに対応するアナログ値ｂを算出する。
【００３７】
理想ヒストグラム生成部１６０は、アナログ値ａからアナログ値ｂの範囲の理想ヒストグラムを生成する。理想ヒストグラム生成部１６０は、アナログ区間［ａ，ｂ］を、ＡＤ変換器１０のビット数Ｎに応じたビン数Ｎｂｉｎに分割する。つまり、理想ヒストグラム生成部１６０は、１つのビンの幅をΔＢｉｎとして、区間［ａ，ｂ］を（Ｎｂｉｎ−２）個に分割する。
【００３８】
【数８】
2011030206.tif 000010
【００３９】
理想ヒストグラム生成部１６０は、区間［ａ，ｂ］の理想ヒストグラムＨ［ｎ］を、正弦波確率密度から生成する。ここで、理想ヒストグラム生成部１６０は、両端のビンの値は既にｆｌおよびｆｕであることがわかっているので、Ｈ［０］＝ｆｌおよびＨ［Ｎｂｉｎ−１］＝ｆｕ以外のＨ［ｎ］を生成する。理想ヒストグラム生成部１６０は、式８によって区間［ａ，ｂ］を分割できるので、式９に示すように正弦波確率密度を各区間で積分することによって、各区間の頻度を算出することができる。
【００４０】
【数９】
2011030206.tif 000011
【００４１】
図６は、本実施形態に係る測定装置１００の動作フローを示す。測定装置１００は、信号供給部１１０より正弦波信号をＡＤ変換器１０に供給する（Ｓ５００）。ここで信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールを超える振幅の正弦波を供給する。ＡＤ変換器１０は、信号供給部１１０より供給された正弦波信号を適切なクロックでデジタル信号に変換する。ここでＡＤ変換器１０は、クロック信号を測定装置１００から供給されてもよく、これに代えて測定装置１００の外部から供給されてもよい。
【００４２】
取得部１２０は、ＡＤ変換器１０が変換したデジタル信号を取得する。測定ヒストグラム生成部１３０は、取得部１２０が取得したデジタル信号を基に、測定ヒストグラムを生成する（Ｓ５１０）。測定ヒストグラム生成部１３０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールに対応するデジタル範囲で頻度分布を持つ測定ヒストグラムを生成する。例えば、ＮビットのＡＤ変換器１０は、２のＮ乗のデジタル範囲を持つ。
【００４３】
範囲算出部１４０は、測定ヒストグラム生成部１３０が生成したデジタル範囲の測定ヒストグラムから、デジタル範囲の上限値および下限値に対応する正弦波信号の理想ヒストグラムのアナログ値を算出する（Ｓ５２０）。測定ヒストグラムの横軸であるデジタル範囲の上限値および下限値において、測定ヒストグラム生成部１３０は、フルスケールを超えた信号入力の頻度が全て加算された結果を生成する。
【００４４】
フルスケールを超えたデジタル範囲の頻度の総和は、対応するアナログ範囲の頻度の積分値と一致することから、範囲算出部１４０は、式5および式7を用いて、測定ヒストグラムの上限値および下限値に対応するアナログ値を算出する。範囲算出部１４０は、算出したアナログ値を理想ヒストグラム生成部１６０に供給する。
【００４５】
理想ヒストグラム生成部１６０は、受け取ったアナログ値から、ＡＤ変換器１０から得られるべき理想ヒストグラムを生成する（Ｓ５３０）。理想ヒストグラム生成部１６０は、正弦波信号の測定ヒストグラムの上限値と下限値に対応するアナログ値の範囲を、ＡＤ変換器１０の分解能で分解できる数に分割する。
【００４６】
例えば、ＡＤ変換器１０がＮビットであれば、理想ヒストグラム生成部１６０は、２のＮ乗個に分割する。理想ヒストグラム生成部１６０は、分割した範囲について、頻度を積分することでＡＤ変換器１０の理想ヒストグラムを生成する。ここで理想ヒストグラム生成部１６０は、上限値および下限値をステップＳ５２０で得られた値にしてよい。この場合、理想ヒストグラム生成部１６０は、式９の式を用いて残りの頻度を算出する。
【００４７】
誤差特定部１７０は、測定ヒストグラムと理想ヒストグラム生成部１６０が生成した理想ヒストグラムを比較して、ＡＤ変換器の誤差を特定する（Ｓ５４０）。測定ヒストグラムおよび理想ヒストグラム生成部１６０が生成した理想ヒストグラムのデジタル範囲は一致しているので、誤差特定部１７０は、それぞれのデジタル位置毎の頻度を比較して、誤差があればＡＤ変換器１０の非直線性であると判断してよい。
【００４８】
本実施形態に係る測定装置１００によれば、信号供給部１１０が供給する正弦波信号のＤＣオフセットおよび振幅、並びにＡＤ変換器１０のＤＣオフセットおよびゲインをそれぞれ測定および／または計算しなくとも、ＡＤ変換器１０の特性を正弦波ヒストグラム法で評価することができる。したがって、測定装置１００は、ＡＤ変換器１０を高いスループットで評価することができる。
【００４９】
以上において、信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールを超えた振幅の正弦波信号を供給する例を説明した。これに代えて、信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限もしくは下限のどちらか一方を超える振幅およびＤＣオフセットを有する正弦波信号を供給してもよい。フルスケールを超えた上限または下限に対する、理想ヒストグラムのアナログ値について、範囲算出部１４０は、上述の手順で算出することができる。
【００５０】
例えば、信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの下限を超える正弦波信号を供給する場合について説明する。正弦波信号は下限を越えているので、範囲算出部１４０は、図５のアナログ値ａについて、式５を用いて算出する。一方、正弦波信号の上限はフルスケールを超えていないので、測定ヒストグラム生成部１３０は、ＡＤ変換器１０が変換したデジタル範囲の上限値を図５のＡと対応させてヒストグラムを生成する。
【００５１】
範囲算出部１４０は、理想ヒストグラムを生成するデジタル範囲をａ〜ｂに対応するアナログ範囲［ａ，ｂ］を算出する。この場合のデジタル値ｂは、デジタル範囲内にある、ユーザーが指定する観測したい位置であってよく、これに代えて測定装置１００が指定した値であってもよい。例えば測定装置１００は、予め登録した複数の値のうち、デジタル範囲内にある値の最大または最小の値をデジタル値ｂとして指定してもよく、これに代えて、予め登録した１以下の値をデジタル範囲に乗じて、この範囲を観測したい範囲として、デジタル値ｂの値を換算してから指定してもよい。
【００５２】
範囲算出部１４０は、指定された観測すべきデジタル値ｂからデジタル範囲の上限までの頻度の総和が、対応するアナログ値ｂからＡまでの積分値と一致することに基づき、アナログ値ｂを算出する。即ち、範囲算出部１４０は、デジタル値ｂからデジタル範囲の上限までの総和をｆｕとして、式7を用いて対応するアナログ値を算出してよい。
【００５３】
ここでデジタル値ｂがデジタル範囲の上限から遠ざかれば遠ざかるほど、デジタル範囲の頻度の総和が増大するので、範囲算出部１４０は、精度よくアナログ値を算出することができる。また、入力した正弦波信号の上限がＡＤ変換器１０のフルスケールの上限と一致しない限り、測定ヒストグラム生成部１３０は、ＡＤ変換器１０のフルスケール範囲よりも狭いデジタル範囲の測定ヒストグラムを生成する。
【００５４】
この場合理想ヒストグラム生成部１６０は、ＡＤ変換器１０のビット数から分割数Ｎｂｉｎを算出せず、測定ヒストグラムのデジタル範囲［ａ，ｂ］のビン数を、分割数Ｎｂｉｎとして式8および式9の式を用いて理想ヒストグラムを生成してよい。以上の手順によって、理想ヒストグラムを生成することができるので、測定装置１００は、測定ヒストグラムと比較することでＡＤ変換器１０を評価することができる。信号供給部１１０が、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限を超え、下限を越えない正弦波信号を供給する場合でも、範囲算出部１４０は、同様に式５および式7からアナログ値を算出できることは以上の説明より自明である。
【００５５】
以上の本実施形態に係る測定装置１００において、信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限もしくは下限の少なくともどちらか一方を超える正弦波信号を供給する例を説明した。これに代えて、信号供給部１１０は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限および下限を超えない正弦波信号を供給してもよい。
【００５６】
範囲算出部１４０は、図４の−ＡからＡの範囲を、入力正弦波信号の理想ヒストグラム範囲とすることに変わりはない。範囲算出部１４０は、入力正弦波信号がＡＤ変換器のフルスケールを超えないので、ＡＤ変換器が変換したデジタル範囲内の観測したいデジタル範囲を［ａ，ｂ］として、デジタル値ａおよびｂに対応するアナログ値を算出する。観測したい範囲［ａ，ｂ］は、ユーザーによる指定の範囲であってよく、測定装置１００が予め設定した範囲でもよい。
【００５７】
範囲算出部１４０は、デジタル値ａに対応するアナログ値ａを算出するために式5を、デジタル値ｂに対応するアナログ値ｂを算出するために式7を用いる。例えば、アナログ値ａを算出する場合、デジタル値ａの位置が−Ａから遠ざかれば遠ざかるほど、式4の積分範囲である−Ａからａの範囲が広くなるので、範囲算出部１４０は、より高い精度でアナログ値を算出することができる。範囲算出部１４０は、アナログ値ａおよびｂを理想ヒストグラム生成部１６０に供給する。
【００５８】
理想ヒストグラム生成部１６０は、測定ヒストグラムのデジタル範囲［ａ，ｂ］内のビン数を分割数Ｎｂｉｎとして、式８および式9を用いて理想ヒストグラムを生成してよい。測定装置１００は、生成した理想ヒストグラムと測定ヒストグラムとを比較することでＡＤ変換器１０を評価することができる。
【００５９】
図４の−ＡおよびＡで示す正弦波信号の振幅値近辺では、ヒストグラムの頻度が高く、測定装置１００は、高い精度でＡＤ変換器１０の特性を測定することができる。これより、測定装置１００は、フルスケールに至らない正弦波信号の上限および／または下限を、ＡＤ変換器１０のフルスケールの範囲の中で特に精度よく測定したい位置の近傍に配置するように、信号供給部１１０の信号出力を調整してもよい。
【００６０】
以上の本実施形態に係る測定装置１００において、理想ヒストグラム生成部１６０は、アナログ値ａおよびｂを式8に代入して１つのビンの幅ΔＢｉｎを算出する例を説明した。これに代えて、理想ヒストグラム生成部１６０は、デジタル値のａおよびｂを用いて、式１０によってΔＢｉｎを算出してもよい。
【００６１】
【数１０】
2011030206.tif 000012
【００６２】
以上の本実施形態に係る測定装置１００において、理想ヒストグラム生成部１６０は、式８および式９を用いて理想ヒストグラムを生成する例を説明した。これに代えて、理想ヒストグラム生成部１６０は、式１１および式１２を用いて理想ヒストグラムを生成してもよい。
【００６３】
【数１１】
2011030206.tif 000013
【００６４】
【数１２】
2011030206.tif 000014
【００６５】
式１１は、理論的な確率密度関数の式であり、従来の正弦波ヒストグラム法で用いられる式である。したがって、本実施形態に係る理想ヒストグラムの算出方法に当てはめると、理想ヒストグラム生成部１６０は、式１１を定積分することで理想ヒストグラムを求められることがわかる。したがって理想ヒストグラム生成部１６０は、式１２を用いて理想ヒストグラムを算出してもよい。計算式は複雑になるが、理想ヒストグラム生成部１６０は、従来の計算式を用いて開発効率が向上する場合等、意図した目的に応じて計算式を選択することが望ましい。
【００６６】
以上の本実施形態に係る測定装置１００において、信号供給部１１０は、正弦波信号を供給する例を説明したが、これに代えて、数学的に表現でき、かつ積分可能な信号を供給してもよい。測定装置１００は、測定ヒストグラムの上限値および下限値に対応する理想ヒストグラムのアナログ値を、供給する信号の数式表現を積分することで算出するので、数学的に表現でき、かつ積分可能な信号であれば本実施形態のヒストグラム法を実行できる。
【００６７】
以上の本実施形態に係る測定装置１００は、測定ヒストグラムが生成したデジタル範囲の上限値および下限値に対応するアナログ値に基づき、理想ヒストグラムを算出する。これにより測定装置１００は、上限値および下限値に基づいた理想ヒストグラムを基にＡＤ変換器１０の特性を試験することができ、エンドポイント法による直線性誤差の測定方法を実施することができる。
【００６８】
エンドポイント法の直線性誤差は、社団法人日本電子機械工業会（ＥＩＡＪ：Electronic Industries Association of Japan）において、オフセット誤差と利得誤差をデジタル範囲の上限値および下限値においてゼロに調整した状態における、ＡＤ変換器１０の実際の出力と理想値との差と定義されている。従来のヒストグラム法は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限および下限において、ＡＤ変換器１０の測定値と理想値との間で誤差が無い場合はエンドポイント法に相当する直線性誤差を算出する。しかしながら、従来のヒストグラム法は、デジタル範囲の上限値および下限値において誤差をゼロに調整していないので、理想値との間に誤差があると、エンドポイント法との差異が生じていた。
【００６９】
したがって、従来のヒストグラム法を用いて、エンドポイント法に相当する直線性誤差を算出するには、測定装置は、ＡＤ変換器１０のフルスケールの上限および下限におけるオフセット誤差と利得誤差を別途測定して、換算しなければならなかった。しかしながら、本実施形態に係る測定装置１００は、測定ヒストグラムの両端の度数に基づいて理想ヒストグラムを算出するので、ＡＤ変換器１０の直線性誤差がフルスケールのどの位置にあっても、エンドポイント法に相当する直線性誤差を算出できる。
【００７０】
図７は、本実施形態に係るコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１９００は、ホスト・コントローラ２０８２により相互に接続されるＣＰＵ２０００、ＲＡＭ２０２０、グラフィック・コントローラ２０７５、及び表示装置２０８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ２０８４によりホスト・コントローラ２０８２に接続される通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、及びＤＶＤドライブ２０６０を有する入出力部と、入出力コントローラ２０８４に接続されるＲＯＭ２０１０、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０を有するレガシー入出力部とを備える。
【００７１】
ホスト・コントローラ２０８２は、ＲＡＭ２０２０と、高い転送レートでＲＡＭ２０２０をアクセスするＣＰＵ２０００及びグラフィック・コントローラ２０７５とを接続する。ＣＰＵ２０００は、ＲＯＭ２０１０及びＲＡＭ２０２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等がＲＡＭ２０２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置２０８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【００７２】
入出力コントローラ２０８４は、ホスト・コントローラ２０８２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、ＤＶＤドライブ２０６０を接続する。通信インターフェイス２０３０は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ２０４０は、コンピュータ１９００内のＣＰＵ２０００が使用するプログラム及びデータを格納する。ＤＶＤドライブ２０６０は、ＤＶＤ−ＲＯＭ２０９５からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。
【００７３】
また、入出力コントローラ２０８４には、ＲＯＭ２０１０と、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ２０１０は、コンピュータ１９００が起動時に実行するブート・プログラム、及び／又は、コンピュータ１９００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ２０５０は、フレキシブルディスク２０９０からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。入出力チップ２０７０は、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０を入出力コントローラ２０８４へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ２０８４へと接続する。
【００７４】
ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク２０９０、ＤＶＤ−ＲＯＭ２０９５、又はＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ２０２０を介してコンピュータ１９００内のハードディスクドライブ２０４０にインストールされ、ＣＰＵ２０００において実行される。
【００７５】
コンピュータ１９００にインストールされ、コンピュータ１９００を測定装置１００のＡＤ変換器の特性を算出するプログラムは、測定ヒストグラム生成モジュールと、範囲算出モジュールと、特定モジュールと、理想ヒストグラム生成モジュールと、誤差特定モジュールとを備える。これらのプログラム又はモジュールは、ＣＰＵ２０００等に働きかけて、コンピュータ１９００を、測定ヒストグラム生成部１３０、範囲算出部１４０、特定部１５０、理想ヒストグラム生成部１６０、誤差特定部１７０としてそれぞれ機能させる。
【００７６】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１９００に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である測定ヒストグラム生成部１３０、範囲算出部１４０、特定部１５０、理想ヒストグラム生成部１６０、誤差特定部１７０として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１９００の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の測定装置１００のＡＤ変換器の特性を算出する機能が構築される。
【００７７】
一例として、コンピュータ１９００と外部の装置等との間で通信を行う場合には、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス２０３０に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス２０３０は、ＣＰＵ２０００の制御を受けて、ＲＡＭ２０２０、ハードディスクドライブ２０４０、フレキシブルディスク２０９０、又はＤＶＤ−ＲＯＭ２０９５等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス２０３０は、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、ＣＰＵ２０００が転送元の記憶装置又は通信インターフェイス２０３０からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス２０３０又は記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
【００７８】
また、ＣＰＵ２０００は、ハードディスクドライブ２０４０、ＤＶＤドライブ２０６０（ＤＶＤ−ＲＯＭ２０９５）、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０（フレキシブルディスク２０９０）等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をＤＭＡ転送等によりＲＡＭ２０２０へと読み込ませ、ＲＡＭ２０２０上のデータに対して各種の処理を行う。そして、ＣＰＵ２０００は、処理を終えたデータを、ＤＭＡ転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、ＲＡＭ２０２０は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはＲＡＭ２０２０および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはＲＡＭ２０２０の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもＲＡＭ２０２０、メモリ、及び／又は記憶装置に含まれるものとする。
【００７９】
また、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、ＲＡＭ２０２０へと書き戻す。例えば、ＣＰＵ２０００は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合（又は不成立であった場合）に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
【００８０】
また、ＣＰＵ２０００は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第１属性の属性値に対し第２属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、ＣＰＵ２０００は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第１属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第２属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第１属性に対応付けられた第２属性の属性値を得ることができる。
【００８１】
以上に示したプログラム又はモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク２０９０、ＤＶＤ−ＲＯＭ２０９５の他に、ＤＶＤ又はＣＤ等の光学記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスク又はＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ１９００に提供してもよい。
【００８２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８４】
１０  ＡＤ変換器
１００  測定装置
１１０  信号供給部
１２０  取得部
１３０  測定ヒストグラム生成部
１４０  範囲算出部
１５０  特定部
１６０  理想ヒストグラム生成部
１７０  誤差特定部
１９００  コンピュータ
２０００  ＣＰＵ
２０１０  ＲＯＭ
２０２０  ＲＡＭ
２０３０  通信インターフェイス
２０４０  ハードディスクドライブ
２０５０  フレキシブルディスク・ドライブ
２０６０  ＤＶＤドライブ
２０７０  入出力チップ
２０７５  グラフィック・コントローラ
２０８０  表示装置
２０８２  ホスト・コントローラ
２０８４  入出力コントローラ
２０９０  フレキシブルディスク
２０９５  ＤＶＤ−ＲＯＭ
【図１】
2011030206.tif 000017
【図２】
2011030206.tif 000018
【図３】
2011030206.tif 000019
【図４】
2011030206.tif 000020
【図５】
2011030206.tif 000021
【図６】
2011030206.tif 000022
【図７】
2011030206.tif 000023