(57)【要約】【課題】従来より正確にジッターの測定ができるようにする。【解決手段】受動回路１０１より得られた時間的な揺らぎが無い状態の複数の応答をオシロスコープ１０３で測定し、オシロスコープ１０３の測定結果を信号処理部１０５で処理し、オシロスコープ１０３の測定結果における時間的な揺らぎを求める。求められた時間的な揺らぎが、ジッター測定系であるオシロスコープ１０３の測定における時間的な揺らぎとなる。測定における時間的な揺らぎを用いることで、水晶発振器などの信号発生器のジッターをより高い精度で測定できるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも容量素子を含む受動素子から構成された受動回路で、前記容量素子が飽和するまでの時間を超えて所定の電圧が維持される所定の時間間隔で発生された複数のパルス信号を入力し、
複数の前記パルス信号を入力した前記受動回路より得られる複数の応答をジッター測定器で測定し、
前記ジッター測定器で測定された各応答の各測定結果における時間的な揺らぎを求める
ことを特徴とするジッター測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のジッター測定方法において、
前記受動回路は、抵抗素子と前記容量素子とから構成された積分回路であることを特徴とするジッター測定方法。
【請求項３】
請求項１記載のジッター測定方法において、
前記受動回路は、誘導素子と前記容量素子とから構成された共振回路であることを特徴とするジッター測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のジッター測定方法において、
前記パルス信号を入力した前記受動回路より出力される複数の応答の各放電状態を、放電開始時点より所定の時間まで前記ジッター測定器で測定し、
前記ジッター測定器で測定された複数の前記放電状態のバラツキを求め、
前記バラツキをもとに、前記時間的な揺らぎを求める
ことを特徴とするジッター測定方法。
【請求項５】
少なくとも容量素子を含む受動素子から構成された受動回路と、
前記容量素子が飽和するまでの時間を超えて所定の電圧が維持されるように、所定の時間間隔で複数のパルス信号を生成する基準信号発生手段と、
前記受動回路の応答を測定した結果得られる信号を処理する信号処理手段と
を備え、
前記受動回路は、前記基準信号発生手段より生成された前記パルス信号を入力し、
前記信号処理手段は、複数の前記パルス信号を入力した前記受動回路より得られる複数の応答をジッター測定器で測定してえられた各測定結果における時間的な揺らぎを求める
ことを特徴とするジッター測定システム。
【請求項６】
請求項５記載のジッター測定システムにおいて、
前記受動回路は、抵抗素子と前記容量素子とから構成された積分回路であることを特徴とするジッター測定システム。
【請求項７】
請求項５記載のジッター測定システムにおいて、
前記受動回路は、誘導素子と前記容量素子とから構成された共振回路であることを特徴とするジッター測定システム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のジッター測定システムにおいて、
前記ジッター測定器は、前記パルス信号を入力した前記受動回路より出力される複数の応答の各放電状態を、放電開始時点より所定の時間まで測定し、
前記信号処理手段は、前記ジッター測定器で測定された複数の前記放電状態のバラツキを求め、求めたバラツキをもとに前記時間的な揺らぎを求める
ことを特徴とするジッター測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号発生器などのより正確なジッターを測定するための、ジッターの測定系におけるジッターを測定するジッター測定方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、デジタルオーディオなどのデジタル信号の処理では、時間軸の基準となるタイミングパルスを、水晶発振器によるクロック（繰り返し基本波）を用いている。このようなデジタル信号の処理において、クロックの精度が低く時間揺らぎがあると、録音や再生時にひずみをもたらす原因のひとつとなる。
【０００３】
従って、デジタル信号の処理においては、より高精度な信号発生器が要求され、水晶発振器などの信号発生器の特性評価のために、信号発生器より発振されるクロックの時間的な揺らぎ（位相ジッター）を測定するジッター測定装置が用いられている（特許文献１，２）。ここで、「ジッター」とは、周期性のある信号の理想的なタイミングからの位相変動やタイミング変動のことを示している。
【０００４】
従来のジッター測定では、数千周期にわたってクロックを取り込み、取り込んだデータから一波長毎の周期を各々求め、求めた各一波長毎の周期の分布を統計的に求めるようにしている。
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００１−３３７１２０号公報
【特許文献２】特開平５−１０７２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のジッター測定では、測定器自身の時間的な揺らぎも同時に測定しているため、例えば、信号発生器などのジッター測定対象の正確なジッター測定ができていないという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、従来より正確にジッターの測定ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るジッター測定方法は、少なくとも容量素子を含む受動素子から構成された受動回路で、容量素子が飽和するまでの時間を超えて所定の電圧が維持される所定の時間間隔で発生された複数のパルス信号を入力し、複数のパルス信号を入力した受動回路より得られる複数の応答をジッター測定器で測定し、ジッター測定器で測定された各応答の各測定結果における時間的な揺らぎを求めるようにしたものである。
この方法では、ジッター測定器が測定する複数の応答には、時間的な揺らぎが無い。
【０００７】
上記ジッター測定方法において、受動回路は、抵抗素子と容量素子とから構成された積分回路であればよい。また、受動回路は、誘導素子と容量素子とから構成された共振回路であってもよい。
また、上記ジッター測定方法において、パルス信号を入力した受動回路より出力される複数の応答の各放電状態を、放電開始時点より所定の時間までジッター測定器で測定し、ジッター測定器で測定された複数の放電状態のバラツキを求め、バラツキをもとに時間的な揺らぎを求めるようにすればよい。
【０００８】
本発明に係るジッター測定システムは、少なくとも容量素子を含む受動素子から構成された受動回路と、容量素子が飽和するまでの時間を超えて所定の電圧が維持されるように、所定の時間間隔で複数のパルス信号を生成する基準信号発生手段と、受動回路の応答を測定した結果得られる信号を処理する信号処理手段とを備え、受動回路は、基準信号発生手段より生成されたパルス信号を入力し、信号処理手段は、複数のパルス信号を入力した受動回路より得られる複数の応答をジッター測定器で測定して得られた各測定結果における時間的な揺らぎを求めるものである。
このシステムによれば、時間的な揺らぎが無い状態の複数の応答をジッター測定器が測定し、この測定結果における時間的な揺らぎが求められる。
【０００９】
上記ジッター測定システムにおいて、受動回路は、抵抗素子と容量素子とから構成された積分回路であればよい。また、受動回路は、誘導素子と容量素子とから構成された共振回路であってもよい。
また、上記ジッター測定システムにおいて、ジッター測定器は、パルス信号を入力した受動回路より出力される複数の応答の各放電状態を、放電開始時点より所定の時間まで測定し、信号処理手段は、ジッター測定器で測定された複数の放電状態のバラツキを求め、求めたバラツキをもとに時間的な揺らぎを求めるものであればよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明では、受動回路より得られた時間的な揺らぎが無い状態の複数の応答をジッター測定器が測定し、この測定結果における時間的な揺らぎを求めるようにしたので、ジッター測定器の測定におけるジッター成分を求めることが可能となる。この結果、本発明によれば、上記ジッター測定器による信号発生器などのジッター測定が、従来より正確に行えるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるジッター測定システムの構成例を示す構成図である。図１に示すジッター測定システムは、受動回路１０１と、受動回路１０１に対して方形波の信号（基準信号）を供給する基準信号発生部１０２を備える。受動回路１０１は、抵抗素子１１１と容量素子１１２とから構成された積分回路である。
【００１２】
図１に示すシステムでは、基準信号発生部１０２より基準信号を与えられた受動回路１０１の応答波形を、ジッター測定対象のオシロスコープ１０３で計測し、オシロスコープ１０３の計測結果より、信号処理部１０５が、測定系であるオシロスコープ１０３のジッターを求める。オシロスコープ１０３の計測では、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）プローブ１０４を用いる。ＦＥＴプローブ１０４を用いることで、受動回路１０１の影響が抑制され、高速信号であっても正確な計測が可能となる。
【００１３】
以下、図１に示したジッター測定システムによるジッター測定方法について説明する。
基準信号が与えられた受動回路１０１の応答波形を、オシロスコープ１０３により一周期ずつ時間軸をそろえて取り込む（計測する）。例えば、基準信号は、図２（ａ）に示すような方形波であり、計測された応答は、図２（ｂ）に示すような波形となる。ここで、基準信号発生部１０２から出力される基準信号は、容量素子１１２が飽和するまでの時間以上の間隔（パルス）で、所定の電圧が維持される方形波とする。言い換えると、基準信号は、容量素子１１２が飽和するまでの時間を超えて所定の電圧が維持される複数のパルス信号から構成されたものである。
【００１４】
例えば、原信号となる基準信号を構成する各パルス信号の立ち下がり（図２中の黒点）で毎回トリガをかけ、計測された応答の波形を一周期毎に捕捉し、時間軸の方向の幅（捕捉間隔）をそろえ、複数の単位波形を取り込む。また、各捕捉間隔内で、所定のサンプリング間隔で電圧値を計測する。このようにして、基準信号を構成する各パルス信号の立ち上がり毎に同一の捕捉間隔で応答信号を計測し、複数の単位波形を計測すると、各単位波形毎の所定の同一時刻において、電圧値のバラツキが確認できる。
【００１５】
以上のようにしてオシロスコープ１０３で計測された計測結果をもとに、信号処理部１０５では、まず、計測された各単位波形毎に、捕捉間隔内における所定時間内の電圧値の変化を取り出し、取り出した複数の電圧値の変化の平均と標準偏差（分布）とを求める。例えば、求めた平均は、図３（ａ）に示すような電圧値の変化であり、求めた標準偏差は、図３（ｂ）に示すような変化となる。
【００１６】
次に、信号処理部１０５は、得られた分布より時間軸方向の揺らぎ成分の分布（標準偏差）を求める。上述した分布は、時間軸方向の揺らぎが電圧値の揺らぎに変換されたものであり、さらに、電圧量子化誤差を含んでいるので、信号処理部１０５は、この誤差を差し引いて時間軸方向に変換する。
【００１７】
上述した変換について説明すると、信号処理部１０５は、まず、各捕捉間隔内の所定時間内の電圧値の変化の平均と標準偏差より、各サンプリング点の間において、微分係数（傾き）を求める。ここで、電圧量子化誤差は、無入力時の電圧値のバラツキで表せ、各捕捉間隔における電圧値の変化の標準偏差から、無入力時の電圧値のバラツキの標準偏差を差し引く必要がある。しかしながら、上述したように微分係数を求めることで、電圧量子化誤差は相殺される。
【００１８】
微分係数を求めることは、捕捉時間内での隣り合ったサンプリング点での差を取ることに等しいが、電圧量子化誤差は各サンプリング点で均等に発生しているため、微分係数を求めることにより、電圧量子化誤差を相殺することができる。
信号処理部１０５は、各サンプリング点で、平均値の微分係数に対する標準偏差の微分係数の割合を求め、求めた割合にサンプリングの間隔を乗じ、時間軸方向での揺らぎの成分の標準偏差とする。これらのことにより、図４の概念図に示すように、電圧軸方向の揺らぎが、時間軸方向の揺らぎに変換されたことになる。
【００１９】
以上のことにより、オシロスコープ１０３で測定した測定結果における時間的な揺らぎが、信号処理部１０５により求められたことになる。受動回路１０１の応答の測定結果における時間的な揺らぎは、以降に説明するように、測定系であるオシロスコープ１０３における時間的な揺らぎ（ジッター）とすることができる。
図１に示したシステムにおいて、積分回路である受動回路１０１より得られる応答の中で、基準信号の立ち上がりを起点としたところから所定の範囲までの部分は、飽和状態となった容量素子１１２の放電現象（過渡応答）を捉えていることになる。
【００２０】
飽和状態となった容量素子１１２の放電現象は、数秒程度の短い間における繰り返しであれば、非常に高い再現性が得られるものと考えられる。言い換えると、図２に示すような方形波の基準信号を印加したことにより得られる、容量素子１１２の放電現象の所定の部分までは、揺らぎの無い確定度の高い、線形特性を有する信号源として用いることができる。このような、確定度の高い信号源を測定した測定結果には、測定系の時間的な揺らぎが出現することになる。すなわち、前述したことにより、受動回路１０１より得られる応答を測定した結果得られたジッターは、測定系のジッターを示しているものとして考えることができる。
【００２１】
従って、オシロスコープ１０３を用いた信号発生器のジッター測定値から、前述のことにより求めたジッターを差し引くことで、測定系自身の時間的な揺らぎを取り除いた、信号発生器自体の正確なジッターが得られるものと考えられる。なお、信号発生器のジッター測定結果も測定系自身の時間的な揺らぎも、どちらも正規分布を示すので、統計的な手法により、両者の分布同士の差を取ることができる。
【００２２】
オシロスコープなどを用いた信号発生器のジッター測定では、測定されるジッターには測定系のジッターが含まれており、両者のジッター成分が正規分布を示すものとすると、以下の（１）式で示すことができる。
Ｊall＝Ｊosc＋Ｊmeas・・・（１）
なお、Ｊallは測定される信号発生器のジッター，Ｊoscは信号発生器本来のジッター，Ｊmeasは測定系のジッターを示している。
【００２３】
従って、信号発生器自身のジッターは、以下の（２）式で示すことができる。
Ｊosc＝Ｊall−Ｊmeas・・・（２）
【００２４】
例えば、デジタルサンプリングオシロスコープを用いる場合、測定系のジッターとは、サンプリングパルスの揺らぎ、すなわち時間軸方向の揺らぎである。通常、測定される信号発生器の出力信号は、サンプリング間隔が一定として得られるため、時間軸方向の揺らぎは、電圧軸方向に変換された状態となり、以下の（３）式に示されるように、電圧量子化誤差と合わさって測定される。
【００２５】
Ｎy＝Ｎquanta＋Ｎx-y・・・（３）
なお、Ｎyは、測定される電圧軸方向にみられる揺らぎ成分の合計を示し、Ｎquantaは、電圧軸方向の電圧量子化誤差を示し、Ｎx-yは、電圧軸方向に変換されている時間軸方向の揺らぎ成分を示している。
【００２６】
従って、各成分が正規分布を示すものとすると、電圧軸方向に変換されている時間軸方向の揺らぎ成分は、以下の（４）式で示すことができる。
Ｎx-y＝Ｎy−Ｎquanta・・・（４）
従って、測定された結果より得られたＮx-yを、時間軸方向に変換することで、測定系のジッターを示すＪmeasが求められる。なお、Ｎquantaは、電圧量子化誤差であるため、無信号状態で測定を行うことにより分布を求めることができる。
【００２７】
以上説明したように、図１に示すシステムでは、まず、連続したパルス信号から構成された基準信号を入力した受動回路１０１からのパルス信号に対応する複数の応答を、確定度の高い信号源とした。また、図１に示すシステムでは、得られた確定度の高い信号源をオシロスコープ１０３で測定し、この測定結果における時間的な揺らぎを求めるようにした。従って、図１に示すシステムによれば、ジッター測定系であるオシロスコープ１０３の測定における時間的な揺らぎが、高い精度で計測できる。
【００２８】
次に、本発明の本発明の他の実施の形態について説明する。図５は、本発明の実施の形態におけるジッター測定システムの他の構成例を示す構成図である。図５に示すジッター測定システムは、受動回路５０１と、受動回路５０１に対して方形波の信号（基準信号）を供給する基準信号発生部１０２を備える。受動回路５０１は、誘導素子５１１と容量素子１１２とから構成されたＬＣ共振回路である。
【００２９】
図５に示すシステムでは、基準信号発生部１０２より基準信号を与えられた受動回路５０１の応答波形を、ジッター測定対象のオシロスコープ１０３で計測し、この計測結果より、信号処理部１０５が、測定系であるオシロスコープ１０３のジッターを測定する。
以下、図５に示したジッター測定システムによるジッター測定方法について説明する。
基準信号が与えられた受動回路５０１の応答波形を、オシロスコープ１０３により一周期ずつ時間軸をそろえて取り込む（計測する）。例えば、基準信号は、図６（ａ）に示すような、方形波であり、計測された応答は、図６（ｂ）に示すような減衰振動を含む波形となる。
【００３０】
オシロスコープ１０３は、原信号となる基準信号の立ち下がりで毎回トリガをかけ、計測された応答の波形（減衰振動）を一周期毎に捕捉し、時間軸の方向の幅（捕捉間隔）をそろえ、複数の単位波形を取り込む。また、各捕捉間隔内で、所定のサンプリング間隔で電圧値を計測する。このようにして、基準信号の立ち上がり毎に同一の捕捉間隔で応答信号を計測し、複数の単位波形を計測すると、各単位波形毎の所定の同一時刻において、電圧値のバラツキが確認できる。
【００３１】
以上のようにしてオシロスコープ１０３で計測された計測結果をもとに、信号処理部１０５では、まず、計測された各単位波形毎に、捕捉間隔内における所定時間内の電圧値の変化を取り出し、取り出した複数の電圧値の変化の平均と標準偏差（分布）とを求める。
次に、信号処理部１０５は、得られた分布より時間軸方向の揺らぎ成分の分布（標準偏差）を求める。上述した分布は、時間軸方向の揺らぎが電圧値の揺らぎに変換されたものであり、さらに、電圧量子化誤差が含まれているので、信号処理部１０５は、この誤差を差し引いて時間軸方向に変換する。
【００３２】
上述した変換について説明すると、信号処理部１０５は、まず、各捕捉間隔内の所定時間内の電圧値の変化の平均と標準偏差より、各サンプリング点の間において、微分係数（傾き）を求める。ここで、電圧量子化誤差は、無入力時の電圧値のバラツキで表せ、各捕捉間隔における電圧値の変化の標準偏差から、無入力時の電圧値のバラツキの標準偏差を差し引く必要がある。しかしながら、上述したように微分係数を求めることで、電圧量子化誤差は相殺される。
【００３３】
各微分係数を求めた信号処理部１０５は、各サンプリング点で平均値の微分係数に対する標準偏差の微分係数の割合を求め、求めた割合にサンプリングの間隔を乗ずる。このことにより、オシロスコープ１０３に夜測定結果における、時間軸方向での揺らぎの成分の標準偏差が得られる。これらのことにより、電圧軸方向の揺らぎが、時間軸方向に揺らぎに変換されたことになる。
【００３４】
以上のことにより、測定系であるオシロスコープ１０３における時間軸の揺らぎ（ジッター）が測定されたことになる。
誘導素子と容量素子とを組み合わせることで、共振現象が得られる。この共振現象は、過渡応答であり、前述した積分回路の場合と同様に、数秒程度の短い間における繰り返しであれば、非常に高い再現性が得られるものと考えられる。すなわち、図５に示す受動回路５０１より得られる応答を測定した結果得られたジッターも、測定系のジッターを示しているものとして考えることができる。
【００３５】
従って、図５に示すシステムによるオシロスコープ１０３を用いた信号発生器のジッター測定結果から、上述のことにより求めた測定系のジッターを差し引くことで、測定系自身の時間的な揺らぎを取り除いた信号発生器の正確なジッター測定が可能となる。
なお、上述では、確定度の高い信号源をオシロスコープ１０３で測定した結果を利用することで、オシロスコープ１０３を用いた信号発生器の正確なジッター測定を行うようにしたが、これに限るものではない。例えば、確定度の高い信号源をジッター測定器で測定した結果を使用することで、ジッター測定器の調整を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態におけるジッター測定システムの構成例を示す構成図である。
【図２】信号波形の状態例を示す説明図である。
【図３】分布の状態例を示す説明図である。
【図４】電圧軸方向の揺らぎを時間軸方向に揺らぎに変換する状態を概念的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるジッター測定システムの他の構成例を示す構成図である。
【図６】信号波形の状態例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…受動回路、１０２…基準信号発生部、１０３…オシロスコープ、１０４…ＦＥＴ（Field Effect Transistor）プローブ、１０５…信号処理部、１１１…抵抗素子、１１２…容量素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005201820.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005201820.tif 000007
【図６】
2005201820.tif 000008