(57)【要約】  単一の掃引された周波数チャープ信号を用いて被試験システムの周波数応答を測定するためのシステム及び方法。第１及び第２の周波数により定義される帯域幅を有するテーパされるチャープ周波数テスト信号がつくられる（１１０１）。テスト信号はキャリブレーション経路に配路され（１１０２）、キャリブレーション経路の出力がデジタイザーに配路される（１１０３）。キャリブレーション経路の出力がデジタル化され（１１０４）、キャリブレーション経路出力のフーリエ変換が生成される（１１０５）。テスト信号はテストシステムに配路され（１１０６）、テストシステムの出力がデジタイザーに結合される（１１０７）。テストシステムの出力がデジタル化され（１１０８）、テストシステム出力のフーリエ変換が生成される（１１０９）。テストシステム出力のフーリエ変換をキャリブレーション経路出力（１１１０）のフーリエ変換で割ることにより、テストシステムの正規化された周波数ドメイン表現がつくられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
チャープ周波数信号を生成するように適合される波形生成器、
前記チャープ周波数生成器の出力に結合されるマルチプレクサであって、前記チャープ周波数信号を被試験システムに又はキャリブレーション経路に選択的に配路する、前記マルチプレクサ、
前記被試験システムからの出力又は前記キャリブレーション経路からの出力を受け取るデジタイザーであって、前記被試験システムから又は前記キャリブレーション経路からデータポイントをつくる、前記デジタイザー、及び
前記デジタイザーからの前記データポイントを受け取るように及び前記データポイントに対する前記離散フーリエ変換を計算するように適合される高速フーリエ変換回路、
を含む、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記波形生成器が、前記チャープ周波数信号をテーパするように適合されるウィンドウ回路を含む、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記高速フーリエ変換回路が更に、前記キャリブレーション経路を介して配路された信号から、指定された周波数範囲にわたって捕捉されたキャリブレーションデータポイントをストアするように動作する、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記高速フーリエ変換回路が更に、前記被試験システムを介して配路された信号からの前記指定された周波数範囲にわたって捕捉されたデータポイントを、前記キャリブレーションデータポイントで割ることによって正規化されたテスト測定データをつくるように動作する、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記被試験システム及び前記キャリブレーション経路を前記デジタイザーに結合する第２のマルチプレクサを更に含む、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記高速フーリエ変換回路の出力に結合されるメモリを更に含み、前記メモリが、キャリブレーションデータポイント及び正規化されたテスト測定データをストアする、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記高速フーリエ変換回路の出力に結合されるディスプレイを更に含み、前記ディスプレイが、キャリブレーションデータポイント又は正規化されたテスト測定データ又は両方をユーザに提供する、システム。
【請求項８】
方法であって、
波形生成器を用いてチャープ周波数信号を生成すること、
前記チャープ周波数信号をキャリブレーション経路に又は被試験システムに選択的に配路すること、
キャリブレーションデータをつくるために前記キャリブレーション経路からの出力信号をデジタル化すること、
周波数ドメインキャリブレーションデータをつくるために前記キャリブレーションデータのフーリエ変換を生成すること、
測定データをつくるために前記被試験システムからの出力信号をデジタル化すること、
周波数ドメイン測定データをつくるために前記測定データのフーリエ変換を生成すること、及び
前記周波数ドメイン測定データを前記周波数ドメインキャリブレーションデータで割ることによって正規化された測定データをつくること、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記キャリブレーション経路又は前記被試験システムの前に窓関数を用いて前記チャープ周波数信号をテーパすることを更に含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記チャープ周波数信号が、立ち上がり縁で又は立ち下がり縁で又はその両方でテーパされる、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、前記キャリブレーションデータ及び前記測定データをメモリにストアすることを更に含む、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、前記正規化された測定データをメモリにストアすることを更に含む、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、前記正規化された測定データをユーザに表示することを更に含む、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、前記キャリブレーションデータ及び前記測定データをユーザに表示することを更に含む、方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法であって、前記チャープ周波数信号が、マルチプレクサを用いてキャリブレーション経路に又は被試験システムに選択的に配路される、方法。
【請求項１６】
請求項８に記載の方法であって、マルチプレクサを用いて前記キャリブレーション経路の出力及び被試験システムの出力を結合することを更に含む、方法。
【請求項１７】
方法であって、
第１の周波数及び第２の周波数により定義される帯域幅を有するテーパされるチャープ周波数テスト信号をつくること、
第１のマルチプレクサを介して前記テスト信号をキャリブレーション経路に配路すること、
第２のマルチプレクサを介して前記キャリブレーション経路の出力をデジタイザーに結合すること、
前記キャリブレーション経路の前記出力をデジタル化すること、
前記キャリブレーション経路出力のフーリエ変換を生成すること、
前記第１のマルチプレクサを介して前記テスト信号をテストシステムに配路すること、
前記第２のマルチプレクサを介して前記テストシステムの出力を前記デジタイザーに結合すること、
前記テストシステムの前記出力をデジタル化すること、
前記テストシステム出力のフーリエ変換を生成すること、及び
前記テストシステム出力の前記フーリエ変換を前記キャリブレーション経路出力の前記フーリエ変換で割ることにより、前記帯域幅に対する前記テストシステムの周波数ドメイン表現をつくること、
を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、Ｔｕｋｅｙ窓関数を用いて前記テーパされるチャープ周波数テスト信号をテーパすることを更に含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、前記テストシステムの前記周波数ドメイン表現をメモリにストアすることを更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、全般的に、ハードウェアシステムの周波数応答をテストすることに向けられ、更に具体的には、被試験システムの正確な分析を提供するため継続的に掃引された入力信号を用いることに関連する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタの周波数応答をテストすることは、特に、そのフィルタの周波数の広い範囲がテストされる場合、時間のかかるタスクとなり得る。既知のシステムにおいて、正弦波生成器が、被試験フィルタに接続され、単一トーン（即ち、単一周波数）テスト信号を生成する。異なる周波数でテスト信号が正弦波生成器により一度にそのフィルタに注入される一方で、出力信号が捕捉される。フィルタの周波数応答は、充分な数の異なる周波数信号が入力され、関連する出力信号が捕捉された後、測定され得る。製造テスト環境における場合など、多数のフィルタが広い周波数範囲にわたってテストされる必要があるとき、各フィルタに対し異なる周波数で多数のテスト信号を循環するため、過剰なテスト時間が要求され得る。
【０００３】
長いテスト時間が要求されることに加えて、個別のテスト周波数の利用は、フィルタの周波数応答の正確な特性化を妨げ得る。典型的に、通過帯域より３ｄＢ低いフィルタの応答におけるポイントに対応する周波数は、そのフィルタの帯域幅を測定するために用いられる。実際の３ｄＢポイントは、製造フィルタにおいて既知ではないため、入力正弦波に対して選択された周波数は、正確に３ｄＢポイントでの測定を提供しない可能性が高い。テスト信号は、恐らくは３ｄＢポイントを上回って及び下回って一纏めにした周波数で入力され、これは、テスターが３ｄＢポイントを内挿することを可能とし得るが、３ｄＢポイントの的確な測定又は識別を提供しないであろう。ノーティスフィルタ又は非常に狭い通過帯域のフィルタ内などの、幾つかのフィルタにおいて、入力テストトーンのステップサイズが大きすぎる場合、ノッチ又は通過帯域における応答はテスト装置により見落とされ得、その結果、そのフィルタの通過帯域の特性化が不正確となり得る。既存の解決策は、一度に及び帯域全体をカバーするため有限セットの周波数にわたるステップに、１つの周波数のみを捕捉する。テスト周波数間に現れる多くの分数周波数はテストされ得ない。既存のシステムのためのテスト時間は、非常に長く、数データポイントしか提供しない。その結果、既存のテストシステムは、フィルタ周波数帯域幅テストにおいて劣った解像度を提供する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施例は、一層短いテスト時間を提供し、フィルタ周波数帯域幅テストから利用可能な解像度を改善する。継続的掃引周波数信号が入力テスト信号として用いられる。出力信号がデジタル化され、周波数応答が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）方法を用いて計算される。バイパスルートが、キャリブレーションファクターを提供する。テストデータは、テストシステム影響をなくすため及び真のシステム応答を得るため、キャリブレーションファクターで割られ得る。本明細書に開示する解決策は、１つの出力信号捕捉しか必要とせず、テスト周波数間の如何なる分数周波数も見落とすことなく継続的に全周波数帯をカバーする。また、テスト時間は既存のシステムのほんのわずかであり、以前の方法に比べて著しく多いデータポイントを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１（従来技術）は、従来の単一トーンテストシステムを図示するブロック図である。
【０００６】
【図２】図２は、本発明の原理に従って実装されたチャープ周波数テストシステムの例示の一実施例を図示するブロック図である。
【０００７】
【図３】図３は、線形周波数変調ソースにより生成され得るチャープ波形入力信号を図示する。
【０００８】
【図４】図４は、図３のチャープ波形信号の周波数ドメイン表現を図示する。
【０００９】
【図５】図５は、被試験システムに対する予期される周波数応答を図示する。
【００１０】
【図６】図６は、チャープ周波数テストシステムに対する所望の周波数応答を図示する。
【００１１】
【図７】図７は、窓関数でテーパされているテスト信号を図示する。
【００１２】
【図８】図８は、周波数応答に対する時間ドメインにおけるテーパリングの効果を図示する。
【００１３】
【図９Ａ】図９Ａは、キャリブレーション経路を通過した後の時間ドメインにおけるテスト波形を図示する。
【００１４】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示すキャリブレーション測定から得られるＦＦＴデータを図示する。
【００１５】
【図１０Ａ】図１０Ａは、被試験システムを通過した後の時間ドメインにおけるテスト波形を図示する。
【００１６】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示す測定データから得られる正規化されたＦＦＴデータ１００２を図示する。
【００１７】
【図１１】図１１は、チャープ周波数テストシステムを実装するための例示の方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、従来の単一トーンテストシステム１００を図示する。正弦生成器１０１が、例えばフィルタであり得る被試験システム１０２の入力に結合される。被試験システム１０２の出力は、デジタイザー１０３により捕捉及びデジタル化され、その後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路１０４に送られ、ＦＦＴ回路１０４は、捕捉された出力信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算する。システム１００において、デジタイザー１０３は、正弦生成器１０１からの周波数毎に１つの捕捉をつくり、ＦＦＴ回路１０４は、各捕捉された信号に対し１つのＤＦＴデータポイントを生成する。ＤＦＴデータポイントの一つのみが全てのＦＦＴデータ内の対象となるものであるため、これは、時間の効率的利用とならない。システム１００は、長いテスト時間と低いデータポイントとの間の実際のトレードオフに起因して、帯域通過フィルタ又は帯域阻止フィルタなどの狭帯域フィルタをテストするために用いることが難しい可能性がある。狭帯域フィルタの応答を測定するために必要とされるデータポイントが一層多くなると、テストにかかる時間が一層長くなる。また、正弦生成器１０１が、３ｄＢポイントなど、対象となるポイントを正確に測定するために分数周波数をつくることは困難であり得る。
【００１９】
図２は、一実施例に従ったチャープ周波数テストシステム２００を図示するブロック図である。正弦生成器２０１がマルチプレクサ（ＭＵＸ）２０２に結合され、ＭＵＸ２０２は、例えばフィルタであり得る被試験システム２０３を介するか、又はキャリブレーション経路２０４を介するかの信号経路の選択を可能にする。被試験システム２０３及びキャリブレーション経路２０４の出力は、マルチプレクサ２０５で受け取られ、デジタイザー２０６による捕捉及びデジタル化のため配路され、その後、ＦＦＴ回路２０７に送られ、ＦＦＴ回路２０７は、捕捉された出力信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算する。ＦＦＴ２０７からのデータポイント出力は、メモリ２０８にストアされ得、及び／又はディスプレイ２０９に表示され得る。
【００２０】
システム２００は、単一の捕捉及び全てのデータポイントのＦＦＴを提供する。システム２００の実施例において、システム１００においてほんの１つのデータポイントの単一のトーンテスのために必要とされる同じ時間に、４０００個のデータポイントが達成され得る。付加的なデータポイントは、全テスト時間に対し最小のインパクトでシステム２００に捕捉される。システム２００は更に、それがフルスペクトルをテストするため、狭帯域フィルタに対する最適のテストベッドを提供する。
【００２１】
キャリブレーション経路２０４は、テストハードウェア及びソフトウェアによりつくられたロスを識別するために用いられる。これらのロスが識別された後、これらは、被試験システム２０３の測定値におけるハードウェア及びソフトウェアの影響を補償するために用いることができる。一実施例において、データはまずチャープ生成器２０１からキャリブレーション経路２０４を通過する。キャリブレーション経路２０４の出力はベースラインとして捕捉される。その後、被試験システム２０３が信号経路へ切り替えられ、チャープ生成器２０１からの入力信号データが印加される。出力データは、被試験システム２０３から捕捉され、被試験システム２０３に対する真のシステム応答を得るためキャリブレーションデータで割られる。
【００２２】
一実施例において用いられる入力テスト信号は、数式１で定義されるものなどの、線形掃引信号である。この入力信号は、図３に示す波形３００などのチャープ波形であり得、これは、線形周波数変調ソースにより生成され得る。掃引された信号は、低周波数から高周波数までの或る定義された範囲にわたって継続的変化を経る。
【数１】
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ここで、ｓ（ｔ）＝出力波形、ｗ（ｔ）＝窓関数、ｆ１＝初期周波数、ｆ２＝最終周波数、及びＴ＝総掃引時間である。
【００２３】
０〜Ｔの間の任意の所与の時間の波形３００の瞬時周波数は、数式２で得られる。
【数２】
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【００２４】
図４は、周波数ドメインにおける信号３００を図示する。図４に示すように、掃引された入力テスト信号３００は、ｆ１からｆ２までの全周波数範囲にわたる。
【００２５】
図５は、中心周波数ｆｃを有するノッチフィルタなどの被試験システムに対する予期される周波数応答５０１を図示する。チャープ生成器２０１により生成される信号などのテスト信号の周波数帯５０２は、中心周波数ｆｃがテストされた周波数の範囲内に入るように、開始及び終了周波数ｆ１及びｆ２を調節することにより選択され得る。周波数ｆ１及びｆ２は、被試験システムに対する対象となる任意の周波数をカバーするように調節され得る。周波数ｆ１及びｆ２が決まると、被試験システムは、全帯域を掃引する１つの入力信号を用いて分析され得る。
【００２６】
図６は、システム２００（図２）などのチャープ周波数テストシステムに対する所望の周波数応答６０１を図示する。周波数応答６０１は、周波数ｆ１〜ｆ２の間のテスト周波数帯にわたってレベルテスト信号を提供する。しかし、実際のテストシステムは大抵、テスト周波数帯内のレベルにない応答を有する。周波数応答６０２は、チャープ周波数テストシステムに対し理想とはいえない（less-than-ideal）周波数応答を図示する。テスト信号が、応答６０２などの非理想の周波数応答を有する場合、被試験システムに対し測定された周波数応答は、テスト信号６０２における任意の逸脱を含み得る。例えば、周波数応答６０３は、周波数応答６０２を有する入力信号を用いて測定される被試験システムに対する測定された周波数応答を表す。理想的には、被試験システム測定値は応答５０１（図５）に類似すべきであるが、入力信号６０２の周波数応答は、測定された応答６０３を実際の応答５０１から逸らせる。この誤差は、キャリブレーション経路２０４を用いて対処され得る。チャープ周波数テストシステムの周波数応答６０２は、まずキャリブレーション経路を介して測定され得る。その後、被試験システムの周波数応答６０３が測定される。周波数応答６０３をキャリブレーション周波数応答６０２で割ることにより、被試験システムの実際の周波数応答５０１が決定され得る。
【００２７】
高速フーリエ変換回路２０７（図２）によって実行されるＦＦＴオペレーションは、時間ドメインにおけるリンギング及び不連続を低減する窓関数を用いて改善され得る。窓関数ｗ（ｔ）は上記数式１の構成要素であり、これはチャープ周波数入力信号ｓ（ｔ）を定義する。テスト信号のフロント又はテールをテーパするために、Ｔｕｋｅｙ窓関数などの窓関数を用いることができる。Ｔｕｋｅｙ窓関数を数式３に示す。他の窓関数を用いることもできる。
【数３】
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ここで、Ｔｗ＝窓テーパサイズ、０≦ｐ≦１であり、殆どの場合ｐ＝０である。
【００２８】
チャープ生成器２０１（図２）は、チャープ周波数信号をテーパする窓関数回路２１０を含み得る。代替として、チャープ信号周波数は、テーパリングを含むような方式で生成器２０１によってつくられ得る。
【００２９】
図７は、テール７０２でテーパされているテスト信号７０１を図示する。図８は、種々のテーパサイズに対する周波数応答に対し、時間ドメインにおいてテーパリングが有する効果を図示する。周波数曲線８０１〜８０４は、入力信号の累進的な（progressive）更なるテーパリングを図示する。曲線８０１はテーパリングを有さず、掃引された入力信号における非連続性により生じるリンギング８０５を示す。テーパサイズが増大されると、リンギング８０５は低減され得る（曲線８０２及び８０３）か、又はなくなる（曲線８０４）。テーパリングの副次的作用は、曲線８０１〜８０４に図示するようにテスト信号周波数範囲が狭くなることである。
【００３０】
図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂは、低域フィルタ（ＬＰＦ）を被試験システムとして用いた、本発明の例示の一実施例において捕捉された波形を図示する。図９Ａは、キャリブレーション経路を通過した後の時間ドメインにおけるテスト波形９０１を図示する。テスト波形９０１は、フロント及びテール端でテーパされる。図９Ｂは、キャリブレーション測定９０１から得られるＦＦＴデータ９０２を図示する。キャリブレーション周波数応答９０２は、テストシステムの周波数応答に起因する一層高い周波数でのロスを図示する。
【００３１】
図１０Ａは、被試験システムを通過した後の時間ドメインにおけるテスト波形１００１を図示する。図１０Ｂは、測定データ１００１から得られる正規化されたＦＦＴデータ１００２を図示する。ＦＦＴデータ１００２は、キャリブレーションデータ９０２で割ることによって正規化されている（図９Ｂ）。本発明の実施例は、継続的周波数応答データ１００２の捕捉を提供し、これは、３ｄＢポイント１００３など、対象となるポイントの正確な識別を提供し、これは被試験ＬＰＦのための通過帯域幅の端部を示す。
【００３２】
上述の例に示すように、本発明は、フィルタ、増幅器、又は他の被試験システムのための、高速であり汎用性のある帯域幅テスト方法を提供する。本発明は、ソフトウェアにおいて実装され得、テストハードウェアへの変更を必要とすることなく殆どの既存のテスト基板に適している。本明細書に開示するシステムは更に、テスト時間を低減すること及び測定されたシステム応答の精度を改善することにより、コスト削減を提供する。窓関数は調整され得、開始／終了周波数（ｆ１、ｆ２）は、テストシステムからの最良の結果を提供するため掃引信号を最適化するように選択され得る。
【００３３】
図１１は、本明細書に開示するチャープ周波数テストシステムを実装するための例示の方法を図示する。ステップ１１０１において、第１の周波数及び第２の周波数により定義されるテスト帯域幅を有する、テーパされるチャープ周波数テスト信号がつくられる。ステップ１１０２において、テスト信号は、第１のマルチプレクサを介してキャリブレーション経路に配路される。ステップ１１０３において、キャリブレーション経路の出力が、第２のマルチプレクサを介してデジタイザーに結合される。ステップ１１０４において、キャリブレーション経路の出力がデジタル化され、その後、ステップ１１０５において、キャリブレーション経路出力のフーリエ変換が生成される。ステップ１１０６において、テスト信号はその後、第１のマルチプレクサを介してテストシステムに配路される。ステップ１１０７において、テストシステムの出力が、第２のマルチプレクサを介してデジタイザーに結合される。ステップ１１０８において、テストシステムの出力がデジタル化され、ステップ１１０９において、テストシステム出力のフーリエ変換が生成される。ステップ１１１０において、キャリブレーション経路出力のフーリエ変換でテストシステム出力のフーリエ変換を割ることにより、テスト帯域幅に対する被試験システムの周波数ドメイン表現がつくられる。
【００３４】
本発明に関連する技術に習熟した者であれば、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び本発明の特許請求の範囲内で他の実施例を実装し得ることが分かるであろう。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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