JP2005156495A - 時間間隔測定器および補正量決定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記課題は、測定信号とクロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、前記デジタル値から前記時間間隔を測定する時間間隔測定手段を有する時間間隔測定器の補正量決定方法であって、前記クロック信号の分周周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生ステップと、前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値を求め、前記デジタル値の累積度数分布を計測する度数分布計測ステップと、前記累積度数分布が線形となるように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定ステップとを含むことを特徴とする時間間隔測定器の補正量決定方法により解決される。
【選択図】図1
Description
これらの測定結果から、処理装置105はstart信号入力からstop信号入力までの時間間隔(T)を算出する。具体的には、CLKの周期をTCとすると、T=N×TC+T1−T2となる。
図1は、本発明に係る時間間隔測定器の構成の概略図である。図1の時間間隔測定器は、補正信号発生器107と、スイッチ(SW)106と、スイッチ106に接続され入力信号を分周するカウンタ111、211と、カウンタ111、211に接続された時間電圧変換手段であるランプ発生器100、200と、50MHzの矩形波を発信するクロック発振器101と、ランプ発生器100、200とクロック発振器101に接続されたS/H回路102、202と、S/H回路102、202に接続された12bitの分解能もつ両電源のADCチップを有するアナログ・デジタル変換器103、203と、クロック発振器101に接続されたカウンタ104と、カウンタ104とランプ発生器100、200に接続された処理装置105からなる。
補正モードには、さらに周波数測定ステップとランプ補正測定ステップに分けることができる。周波数測定ステップは、クロック発振器101の発振周波数を高精度の補正信号発生器107により求めるステップで、ランプ補正測定ステップはランプ発生器100、200とアナログ・ディジタル変換器103、203の直線性の補正するためのデータを取得するための測定である。
以下、これらのモードおよびステップについて詳細に述べる。
上述した周期差を加味して、カウンタ値を“0”にセットした場合にはランプ補正測定に使う補正信号の周波数を次式のように設定する。
補正信号周波数 = 1/(1サンプル毎にずらしたい時間 + 測定周期差)
ランプ補正測定ステップでは、周波数測定ステップとは逆に、カウンタ104の出力は無視され、アナログ・デジタル変換器103の出力のみ有効として記録される。本実施例では、20nsのランプ発生器に対して12bitのADCデバイスを用いているが、ADCのフルスケールをぎりぎりまで用いることはノイズによるオーバーレンジの危険性があるために、48から4048の範囲で使用するよう調整されているとする。このとき分解能は20ns/4000=5psとなる。補正信号は、1サンプル毎のずれ量を1psに設定する。すると補正信号の立ち上がりエッジとクロック信号の立ち上がりエッジは、1周期毎に1psずれるため、アナログ・デジタル変換器103から出力するデジタル値は、5回測定毎に一つずる大きくなる。言い換えれば、アナログ・デジタル変換手段の分解能(5ps)に対して5回ずつの測定が行われることになる。このようにして120000回の測定を行った結果、メモリ108に格納されたデータを図8に示す。
なお、補正信号やCLKにはジッタが存在しADCにもノイズが存在するために、本実施例では、アナログデジタル変換器103の出力にフィルタをかけてノイズを除去してメモリ108に記憶しているが、アナログデジタル変換器103の出力をそのまま記録した場合には、ガウス分布を持ったノイズを含んで増加していく。この場合には、最初のデータから4000に近い値だけ、例として3800減少した場所をサーチしてこのデータが格納されている場所を始点とする。さらに最後のデータ付近で最初に、4000に近い値、例として3800以上ずれているメモリのアドレス終点として累積度数分布を求めてもよい。
(実施態様1)
測定信号とクロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル値から前記時間間隔を測定する時間間隔測定手段とを有する時間間隔測定器の補正量決定方法であって、
前記クロック信号の分周周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生ステップと、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値を求め、前記デジタル値の累積度数分布を計測する度数分布計測ステップと、
前記累積度数分布が線形となるように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定ステップとを含むことを特徴とする時間間隔測定器の補正量決定方法。
前記周期差が前記分解能に相当する時間の約数であることを特徴とする実施態様1記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。
前記補正信号発生ステップが、
前記クロック信号の周期を測定するステップと、
前記補正信号の周期を前記周期差だけずらすステップとを含むことを特徴とする実施態様1または2に記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。
前記補正信号と前記クロック信号の時間間隔が、前記分解能に相当する時間よりも短くなったときから、前記度数分布の計測を開始することを特徴とする実施態様1から3のいずれかに記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。
測定信号とクロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル値から前記時間間隔を測定する時間間隔測定手段とを有する時間間隔測定器の補正量決定方法であって、
前記クロック信号の分周周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生ステップと、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値を求め、前記デジタル値の度数分布を計測する度数分布計測ステップと、
前記度数分布が平均化するように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定ステップとを含むことを特徴とする時間間隔測定器の補正量決定方法。
クロック信号を発生するクロック信号発生手段と、
測定信号と前記クロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記クロック信号の分周信号の周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生手段と、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値の累積度数分布を求め、前記累積度数分布が線形となるように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定手段とを有する時間間隔測定器。
前記補正信号または前記クロック信号の一方または双方を前記時間間隔測定器の外部から入力する外部入力端子を有することを特徴とする実施態様6に記載の時間間隔測定器。
101 クロック発振器
102、201 サンプル・ホールド回路
103、203 アナログ・デジタル変換器
104、111,211 カウンタ
105 処理回路
106 スイッチ
107 補正信号発生器
108 メモリ
109 データ処理手段
Claims (7)
- 測定信号とクロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル値から前記時間間隔を測定する時間間隔測定手段とを有する時間間隔測定器の補正量決定方法であって、
前記クロック信号の分周周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生ステップと、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値を求め、前記デジタル値の累積度数分布を計測する度数分布計測ステップと、
前記累積度数分布が線形となるように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定ステップとを含むことを特徴とする時間間隔測定器の補正量決定方法。 - 前記周期差が前記分解能に相当する時間の約数であることを特徴とする請求項1記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。
- 前記補正信号発生ステップが、
前記クロック信号の周期を測定するステップと、
前記補正信号の周期を前記周期差だけずらすステップとを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。 - 前記補正信号と前記クロック信号の時間間隔が、前記分解能に相当する時間よりも短くなったときから、前記度数分布の計測を開始することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の時間間隔測定器の補正量決定方法。
- 測定信号とクロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル値から前記時間間隔を測定する時間間隔測定手段とを有する時間間隔測定器の補正量決定方法であって、
前記クロック信号の分周周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生ステップと、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値を求め、前記デジタル値の度数分布を計測する度数分布計測ステップと、
前記度数分布が平均化するように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定ステップとを含むことを特徴とする時間間隔測定器の補正量決定方法。 - クロック信号を発生するクロック信号発生手段と、
測定信号と前記クロック信号の時間間隔を電圧に変換する時間電圧変換手段と、
前記電圧をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記クロック信号の分周信号の周期に対して、前記アナログ・デジタル変換手段の分解能に相当する時間よりも短い周期差を有する補正信号を発生する補正信号発生手段と、
前記補正信号を繰り返し測定して、前記デジタル値の累積度数分布を求め、前記累積度数分布が線形となるように、前記デジタル値の補正量を決定する補正量決定手段とを有する時間間隔測定器。 - 前記補正信号または前記クロック信号の一方または双方を前記時間間隔測定器の外部から入力する外部入力端子を有することを特徴とする請求項6に記載の時間間隔測定器。
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