JP3974880B2

JP3974880B2 - ジッタ伝達特性測定装置

Info

Publication number: JP3974880B2
Application number: JP2003195250A
Authority: JP
Inventors: 修杉山; 健望月
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2005030866A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ネットワークに用いられる装置のジッタ伝達特性を、高精度に且つ高い再現性をもって測定できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＤＨ、ＳＯＮＥＴ，ＯＴＮ等のネットワークに接続される装置のジッタ特性に関し、ＩＴＵ−ＴやＴｅｌｃｏｒｄｉａ等の国際規格で規定されている代表的な特性としてジッタ伝達特性がある。
【０００３】
ジッタ伝達特性は、所定量のジッタを有する信号を被測定装置に入力したときに、その装置が入力信号のジッタをどの程度抑圧して出力するかを表すものであり、入力信号のジッタ量と出力信号のジッタ量との比を、ジッタ周波数を変えて測定することによって得られ、図５のように、被測定装置について得られたジッタ伝達特性Ｇと規格特性Ｒとを対比することで、被測定装置のジッタ伝達特性の良否を判定することができる。
【０００４】
なお、ジッタ伝達特性の規格特性Ｒとしては、図５に示しているように、平坦部におけるジッタ伝達特性の値が＋０．１ｄＢを越えてはならないと規定されている。
【０００５】
例えば、ビットレートが９９５３Ｍｂｐｓ（１ＵＩ＝１００ｐｓ）、入力ジッタＪａが１．５ＵＩであれば、その０．１ｄＢは僅か０．０１７ＵＩ、即ち、１．７ｐｓに相当する。
【０００６】
また、ジッタ測定装置における測定精度についてＩＴＵ−ＴＯ．１７２では最も精度の高いところで０．０５ｄＢ以下と規定されている。
【０００７】
ところが、ジッタ伝達特性を測定する場合、被測定装置の出力信号には、図６に示すように、入力信号に付与したジッタの周波数成分ｆｍの他に被測定装置自身が発生する他の周波数のジッタ成分も多く含まれており、このジッタ成分の影響により測定誤差が生じ、上記した測定精度を得ることは困難である。
【０００８】
このため、被測定装置の出力信号のジッタ成分から、図６に示しているようにフィルタによって入力信号に付与したジッタと等しい周波数成分のみを抽出する必要がある。
【０００９】
また、入力信号に付与するジッタの周波数は、広い範囲（例えば１００Ｈｚ〜数１０ＭＨｚ）にわたって変化させる必要がある。
【００１０】
このような要求を満たすために、従来のジッタ伝達特性測定装置は、次の特許文献１に記載されているように、被測定装置の出力信号から検出したジッタ成分信号と、入力信号に付与したジッタの周波数より所定周波数だけ高い周波数の局発信号とをミキサに入力して混合し、そのミキサの出力から所定周波数のジッタ成分のみを狭帯域のバンドパスフィルタによって抽出し、その振幅を検出していた。
【００１１】
この構成によれば、ジッタ周波数が広い範囲で可変される場合でも、固定周波数で狭帯域なバンドパスフィルタにより、入力信号に付与したジッタに対応する出力ジッタ量を検出することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−２２０１６３公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように入力ジッタに対応したジッタ成分をバンドパスフィルタによって抽出するジッタ伝達特性測定装置では、バンドパスフィルタの特性によって測定精度が決定され、バンドパスフィルタの帯域が狭いほど測定精度が高くなり、前記したＩＴＵ−Ｔの規格を満たすためには、バンドパスフィルタの帯域幅として数Ｈｚ以下が要求される。
【００１４】
しかし、このように狭帯域なフィルタは一般的にフィルタ素子を多段接続して構成しなければならず、温度の変化によって特性が変動しやすく、その特性変動によって測定精度および再現性が著しく低下するという問題がある。
【００１５】
これを解決するために、前記した特許文献１では、温度の変化とバンドパスフィルタの特性の変化との関係を予め記憶しておき、局発信号の周波数を温度変化に追従変化させて、バンドパスフィルタの特性のずれを相対的に補償しているが、バンドパスフィルタ個々の特性にもバラツキがあるため、測定装置個々で温度と通過特性の関係を取得するという煩雑な作業が必要となり、また、温度補償を完全に行なうことが困難である。
【００１６】
本発明は、この点をさらに改善して、温度変化等に対する補償が不要で、再現性が高く、高精度な測定を行なえるジッタ伝達特性測定装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のジッタ伝達特性測定装置は、
クロック信号を発生するクロック信号発生器（２１）と、
指定された変調周波数で所定振幅の正弦波の変調信号を出力するとともに該変調信号に対し所定周波数だけ差のある局発信号を出力する信号発生器（２２）と、
前記クロック信号を前記変調信号によって位相変調し、該位相変調されたクロック信号または該クロック信号に同期したパターン信号を入力ジッタ信号として被測定装置に入力するジッタ信号生成部（２３）と、
前記入力ジッタ信号を受けた被測定装置が出力する信号のジッタを復調するジッタ復調部（２４）と、
前記ジッタ復調部の出力信号と前記局発信号とを混合するミキサ（２５）と、
前記ミキサの出力信号から前記所定周波数を含む帯域の信号を抽出する低域通過フィルタ（２６）と、
前記低域通過フィルタの出力信号をサンプリングし、該サンプル値をディジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器（２７）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるサンプル値に対してフーリエ変換処理を行い、前記所定周波数の信号成分の振幅値を求める振幅演算手段（３０）と、
前記変調信号の振幅値と前記振幅演算手段によって算出された振幅値とに基づいて前記被測定装置のジッタ伝達特性を算出する伝達特性演算手段（３１）とを備え、
前記信号発生器は、前記指定された変調周波数に対する前記局発信号の周波数差を変更できるように構成され、
前記振幅演算手段は、前記周波数差の変更に連動して前記フーリエ変換処理で振幅を求める信号成分の周波数を変更することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態のジッタ伝達特性測定装置２０の構成を示している。
【００２０】
図１において、クロック信号発生器２１は、被測定装置１のデータ伝送レートに対応した周波数ｆｃのクロック信号Ｃを出力する。
【００２１】
信号発生器２２は、所定振幅Ｖｍの正弦波の変調信号Ｍと、その変調信号Ｍに対し所定周波数ｆｉだけ差のある局発信号Ｌを出力する。
【００２２】
この信号発生器２２は、後述する測定制御部３２から指定された変調周波数ｆｍで変調信号Ｍを出力し、局発信号Ｌをｆｍ±ｆｉのいずれかの周波数ｆａで出力する。この指定される変調周波数ｆｍはジッタ周波数であり、例えば１００Ｈｚ〜８０ＭＨｚの範囲で指定され、所定周波数ｆｉは例えば６０Ｈｚに設定される。
【００２３】
また、信号発生器２２が出力する変調信号Ｍの振幅Ｖｍは、通常、被測定装置１のジッタ耐力を越えない範囲に設定されており、ジッタ耐力の周波数特性に沿って変調周波数ｆｍに応じて変化させたり、あるいは一定値であってもよい。
【００２４】
クロック信号Ｃおよび変調信号Ｍはジッタ信号生成部２３に入力される。
ジッタ信号生成部２３は、位相変調器を含み、クロック信号Ｃを変調信号Ｍによって位相変調して、変調信号Ｍの振幅Ｖｍに対応した量のジッタが付与された信号Ｃ′を入力ジッタ信号として生成して被測定装置１に入力する。
【００２５】
なお、ここでは、被測定装置１が、クロック用の入力端子から入力される信号に対して波形整形処理等を行ない、その処理された信号を出力端子から出力するように構成されているものとし、その入力端子に前記入力ジッタ信号Ｃ′を入力する場合について説明するが、被測定装置１がデータ用の入出力端子しか有していない場合には、ジッタ信号生成部２３が、位相変調されたクロック信号Ｃ′に同期したパターン信号を生成し、これを入力ジッタ信号として被測定装置１に入力してもよい。
【００２６】
この入力ジッタ信号Ｃ′を受けた被測定装置１は、その信号Ｃ′に基づいて内部で生成した信号Ｃ″を出力する。
【００２７】
ジッタ復調部２４は、位相検波器を含み、被測定装置１の出力信号Ｃ″のジッタ成分を復調し、その復調信号Ｍ′をミキサ２５に出力する。
【００２８】
このジッタ復調は、例えば、基準となるクロック信号Ｃと被測定装置１の出力信号Ｃ″との位相比較を行い、その位相差に等しい幅のパルス信号を生成し、そのパルス信号から低域通過フィルタによりクロック周波数成分を除去することで得られる。
【００２９】
ただし、この復調信号Ｍ′には、前記図５で示したように、入力ジッタ信号Ｃ′に付与されている変調信号Ｍの周波数成分の他に、被測定装置１自体が発生する他の周波数成分が含まれている。
【００３０】
ミキサ２５は、復調信号Ｍ′と信号発生器２２から出力されている局発信号Ｌとを混合して、その和および差の周波数成分を出力する。
【００３１】
低域通過フィルタ２６は、ミキサ２５の出力から所定周波数ｆｉを含む帯域の信号を抽出する。
【００３２】
即ち、復調信号Ｍ′の周波数成分をｆｍのみとし、局発信号Ｌの周波数ｆａをｆｍ＋ｆｉとすれば、ミキサ２５から出力される和の成分の周波数は、
（ｆｍ＋ｆｉ）＋ｆｍ＝２ｆｍ＋ｆｉ
となる。
【００３３】
また、差の成分の周波数は、
（ｆｍ＋ｆｉ）−ｆｍ＝ｆｉ
となる。
【００３４】
また、局発信号Ｌの周波数ｆａを、ｆｍ−ｆｉとすれば、和の成分の周波数は、
（ｆｍ−ｆｉ）＋ｆｍ＝２ｆｍ−ｆｉ
となり、差の成分の周波数は、
ｆｍ−（ｆｍ−ｆｉ）＝ｆｉ
となる。
【００３５】
したがって、変調周波数ｆｍの下限値ｆｍａが所定周波数ｆｉより高ければ、図２に示すように、低域通過フィルタ２６の遮断周波数ｆｂを２ｆｍａ−ｆｉとｆｉの間に設定することで、図３に示すように所定周波数ｆｉを含む帯域の信号を抽出することができる。
【００３６】
なお、後述するように、この装置ではフーリエ変換によって所定周波数ｆｉの信号成分の振幅値を求めているので、所定周波数ｆｉの成分を損失無く通過できるように低域通過フィルタ２６の遮断周波数ｆｂを設定しておけば問題なく、２ｆｍａ−ｆｉより高くてもよく、また特別に厳しい特性は要求されない。
【００３７】
低域通過フィルタ２６の出力信号ｕは、Ａ／Ｄ変換器２７によって所定の周期Ｔｓ（１／２ｆｂ以下の周期）で一定時間サンプリングされ、そのサンプル値がディジタル変換されて振幅演算手段３０に出力される。
【００３８】
振幅演算手段３０は、Ａ／Ｄ変換器２７から時系列に出力されるサンプル値Ｕに対してＤＦＴ（離散的フーリエ変換）あるいはＦＦＴ（高速フーリエ変換）の処理を行い、所定周波数ｆｉの信号成分の振幅を求める。
【００３９】
例えば、ＤＦＴ処理の場合で、時系列に得られるサンプル値をＵ（ｐ）（ｐ＝０〜Ｎ−１）とすると、±ｆｂの周波数範囲をＮ分割して得られる周波数ポイントｋ（＝０〜Ｎ−１）についての振幅（スペクトラム）Ｘ（ｋ）は、以下のＤＦＴ演算によって求めることができる。
【００４０】
Ｘ（ｋ）＝_ｐΣＵ（ｐ）ｅｘｐ（−ｊ２πｐｋ／Ｎ）
ただし記号_ｐΣはｐ＝０〜Ｎ−１までの総和を表す。
【００４１】
上記演算を、所定周波数ｆｉについて行なう、即ち、所定周波数ｆｉが周波数ポイントに一致するように選んでおいて演算を行なうことで、図３に示している各周波数の信号成分から、周波数ｆｉの信号成分の振幅Ｖｘのみを求めることができる。
【００４２】
この振幅演算手段３０によって得られた振幅値Ｖｘは、伝達特性演算手段３１に出力される。
【００４３】
伝達特性演算手段３１は、変調信号Ｍの振幅値Ｖｍと振幅演算手段３０によって算出された振幅値Ｖｘとに基づいて被測定装置１のジッタ伝達特性を算出する。
【００４４】
即ち、ジッタ伝達特性は、入力ジッタ量（単位ＵＩ）をＪａとし、出力ジッタ量をＪｂとすれば、次式で表される。
【００４５】
Ｇ（ｄＢ）＝２０・ｌｏｇ(Ｊｂ／Ｊａ）
【００４６】
ここで、入力ジッタ量Ｊａは変調信号Ｍの振幅値Ｖｍに比例し、出力ジッタ量Ｊｂは振幅演算手段３０によって算出された振幅値Ｖｘに比例する。
【００４７】
したがって、次の演算を行なうことで、ジッタ伝達特性Ｇを求めることができる。
【００４８】
Ｇ（ｄＢ）＝２０・ｌｏｇ(Ｖｘ／Ｖｍ）
【００４９】
ただし、実際には、信号発生器２２が出力する変調信号Ｍの振幅精度、ジッタ信号生成部２３の位相変調特性、ジッタ復調部２４の位相検波特性、ミキサ２５の周波数特性等の影響があるので、上記理論的な演算では、正確なジッタ伝達特性が得られない。
【００５０】
そのため、予め被測定装置１の測定に先立って（後からでもよい）、図１の点線で示しているように、ジッタ信号生成部２３から出力された入力ジッタ信号Ｃ′をジッタ復調部２４に直接入力して、振幅演算手段３０によって各変調周波数毎の振幅値Ｖｍ′を求めて、これを記憶しておき、被測定装置１を接続したときに各変調周波数毎に得られる振幅値Ｖｘに対して、次の演算を行なうことで、正確なジッタ伝達特性Ｇを求める。
【００５１】
Ｇ（ｄＢ）＝２０・ｌｏｇ(Ｖｘ／Ｖｍ′）
【００５２】
測定制御部３２は、信号発生器２２に変調周波数ｆｍを指定して伝達特性演算手段３１によって算出されたジッタ伝達特性Ｇをその変調周波数ｆｍに対応付けて内部のメモリに記憶するという処理を、所定の変調周波数範囲について順次行い、各変調周波数毎のジッタ伝達特性を取得し、その取得した特性データと、予め指定されている規格特性Ｒのデータとを特性表示手段３３に出力する。
【００５３】
特性表示手段３３は、被測定装置１について得られたジッタ伝達特性Ｇと、規格特性Ｒとを受けて、表示器３４の画面に、前記図４に示したように、両特性を同一座標面で識別可能に表示する。
【００５４】
この表示から、被測定装置１のジッタ伝達特性Ｇが変調周波数範囲の全域で、規格特性Ｒより低ければ、被測定装置１のジッタ伝達特性は、規格を満足しているものと判断できる。
【００５５】
また、被測定装置１のジッタ伝達特性Ｇの一部でも規格特性Ｒより高ければ、被測定装置１のジッタ伝達特性は、規格を満足していないと判断できる。
【００５６】
なお、ジッタ伝達特性の評価は、上記のように表示画面上で測定者が行なうだけでなく、測定されたジッタ伝達特性Ｇと規格特性Ｒとの比較処理を各周波数毎に行い、規格を満たしているか否かを自動的に判別してその結果を表示等で出力する構成にしてもよい。
【００５７】
このようにして得られたジッタ伝達特性は、上記したように、フーリエ変換処理によって算出されたポイント周波数ｆｉだけの振幅成分に基づいているので、ＩＴＵ−Ｔで規定されている精度を満足することができる。
【００５８】
また、上記のようにディジタル演算処理で周波数ｆｉの振幅値を求めているので、温度変化による誤差は原理的に生じず、再現性の高い測定が行なえる。
【００５９】
なお、上記のフーリエ変換による振幅算出の精度は、取りこんだ信号の周期数が多い程、即ち、所定周波数ｆｉが高い程精度が高くなる。
【００６０】
また、各変調周波数について同一周期分のサンプル値を取り込めばよいとすれば、所定周波数ｆｉが高くなるほど取り込むサンプル値数を少なくでき、測定時間を短縮できる。
【００６１】
つまり、精度および測定時間の面で所定周波数ｆｉが高い程有利となるが、このように所定周波数ｆｉを高く（例えば１ｋＨｚ）設定すると、変調信号Ｍの周波数領域（１００Ｈｚ〜８０ＭＨｚ）に入ってしまい、変調周波数ｆｍが所定周波数ｆｉに一致する状態が生じ、ミキサ２５の出力から差の周波数成分を正しく抽出することができなくなる。
【００６２】
このような場合には、所定周波数ｆｉを変調周波数ｆｍと一致しない周波数（例えば４００Ｈｚ等）に変更して、その変更した周波数成分の振幅値を求めればよい。
【００６３】
図４に示すジッタ伝達測定測定装置２０′は、上記点を考慮したものであり、信号発生器２２を所定周波数ｆｉの変更ができるように構成する、即ち、指定された変調周波数ｆｍに対して局発信号Ｌの周波数を変更できるように構成するとともに、その信号発生器２２の所定周波数ｆｉの変更に連動して、振幅演算手段３０がフーリエ変換で振幅を求める信号の周波数ｆｉを変更できるように構成しておくことで、高い所定周波数ｆｉにおける精度の高い測定や短時間の測定が行なえる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のジッタ伝達特性測定装置は、ジッタ復調部の出力信号と局発信号との混合成分から、入力ジッタ周波数に対応した所定周波数を含む帯域成分を低域通過フィルタにより抽出し、その出力信号をＡ／Ｄ変換して得られたサンプル値列に対して、フーリエ変換処理を行なうことにより所定周波数のジッタの振幅を求めて、ジッタ伝達特性を算出している。
【００６５】
このため、温度補償等を行なうことなく、高精度で且つ高い再現性でジッタ伝達特性を測定することができる。
【００６６】
また、信号発生器を所定周波数の変更ができるように構成するとともに、振幅演算手段による振幅値の算出対象の周波数を変更できるように構成しておくことで、より精度の高い測定が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態の要部の特性例を示す図
【図３】実施形態の要部の出力信号に含まれるジッタ成分を示す図
【図４】実施形態の変形例を示す図
【図５】ジッタ伝達特性の一例を示す図
【図６】被測定装置の出力信号に含まれるジッタ成分を示す図
【符号の説明】
１……被測定装置、２０、２０′……ジッタ伝達特性測定装置、２１……クロック信号発生器、２２……信号発生器、２３……ジッタ信号生成部、２４……ジッタ復調部、２５……ミキサ、２６……低域通過フィルタ、２７……Ａ／Ｄ変換器、３０……振幅演算手段、３１……伝達特性演算手段、３２……測定制御部、３３……特性表示手段、３４……表示器

Claims

クロック信号を発生するクロック信号発生器（２１）と、
指定された変調周波数で所定振幅の正弦波の変調信号を出力するとともに該変調信号に対し所定周波数だけ差のある局発信号を出力する信号発生器（２２）と、
前記クロック信号を前記変調信号によって位相変調し、該位相変調されたクロック信号または該クロック信号に同期したパターン信号を入力ジッタ信号として被測定装置に入力するジッタ信号生成部（２３）と、
前記入力ジッタ信号を受けた被測定装置が出力する信号のジッタを復調するジッタ復調部（２４）と、
前記ジッタ復調部の出力信号と前記局発信号とを混合するミキサ（２５）と、
前記ミキサの出力信号から前記所定周波数を含む帯域の信号を抽出する低域通過フィルタ（２６）と、
前記低域通過フィルタの出力信号をサンプリングし、該サンプル値をディジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器（２７）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるサンプル値に対してフーリエ変換処理を行い、前記所定周波数の信号成分の振幅値を求める振幅演算手段（３０）と、
前記変調信号の振幅値と前記振幅演算手段によって算出された振幅値とに基づいて前記被測定装置のジッタ伝達特性を算出する伝達特性演算手段（３１）とを備え、
前記信号発生器は、前記指定された変調周波数に対する前記局発信号の周波数差を変更できるように構成され、
前記振幅演算手段は、前記周波数差の変更に連動して前記フーリエ変換処理で振幅を求める信号成分の周波数を変更することを特徴とするジッタ伝達特性測定装置。