JPH081448B2 - アラン分散の測定器 - Google Patents
アラン分散の測定器Info
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- JPH081448B2 JPH081448B2 JP2051416A JP5141690A JPH081448B2 JP H081448 B2 JPH081448 B2 JP H081448B2 JP 2051416 A JP2051416 A JP 2051416A JP 5141690 A JP5141690 A JP 5141690A JP H081448 B2 JPH081448 B2 JP H081448B2
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- JP
- Japan
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- signal
- frequency
- counter
- latch
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- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アラン分散の測定器（アラン分散測定器又
はアラン分散測定装置ともいう。）に係る。
はアラン分散測定装置ともいう。）に係る。
このアラン分散の測定器は、発振器のもつごくわずか
な周波数揺らぎを高精度に測定する装置であり、通信計
測分野においてはマイクロ波によるヘテロダイン通信装
置あるいは測距用マイクロ波発振器の周波数安定度評価
装置に、また光計測分野においては高安定なレーザ光源
の周波数安定度評価装置として利用される。さらに、つ
ぎの世代の通信方式として研究が進められている光ヘテ
ロダイン通信用レーザ光源の周波数安定度の評価にも用
いられる。
な周波数揺らぎを高精度に測定する装置であり、通信計
測分野においてはマイクロ波によるヘテロダイン通信装
置あるいは測距用マイクロ波発振器の周波数安定度評価
装置に、また光計測分野においては高安定なレーザ光源
の周波数安定度評価装置として利用される。さらに、つ
ぎの世代の通信方式として研究が進められている光ヘテ
ロダイン通信用レーザ光源の周波数安定度の評価にも用
いられる。
〔従来の技術〕 アラン分散は、発振器の周波数安定度を表す一つの指
標であり、一般に次のように定義される。
標であり、一般に次のように定義される。
第４図に示すように、まず時間的に周波数が変化して
いる信号源において、その周波数のτ時間平均値ｋを
順次得る。連続する２個の周波数のτ時間の平均値１
と２についての標本標準偏差の２乗は、 となるが、アラン分散はこれをＮ個の平均値ｋに対し
計算を行ない、それらを平均したもので、 で表される。ここで、τは信号源のτ時間における公
称周波数である。
いる信号源において、その周波数のτ時間平均値ｋを
順次得る。連続する２個の周波数のτ時間の平均値１
と２についての標本標準偏差の２乗は、 となるが、アラン分散はこれをＮ個の平均値ｋに対し
計算を行ない、それらを平均したもので、 で表される。ここで、τは信号源のτ時間における公
称周波数である。
一般に周波数安定度を表すにはσ（τ）すなわち、
（２）式の平方根が用いられている。アラン分散は、
（２）式に示されるように、平均された周波数データ数
Ｎと積分時間τの二つの変数の関数で表され、さらに定
義として測定の空き時間、すなわち第４図でkと
ｋ＋１の積分領域の境界部分の時間がゼロであることが
要求されている。
（２）式の平方根が用いられている。アラン分散は、
（２）式に示されるように、平均された周波数データ数
Ｎと積分時間τの二つの変数の関数で表され、さらに定
義として測定の空き時間、すなわち第４図でkと
ｋ＋１の積分領域の境界部分の時間がゼロであることが
要求されている。
第５図は、従来のアラン分散測定器の構成を示す一実
施例で、入力信号Saは波形整形機能を有する検出器１に
より矩形波信号Sbに変換される。この信号Sbを周波数カ
ウンタ部２で計数し、メモリ３に一旦データを蓄えた
後、データ処理部４でアラン分散値を計算する方法が用
いられている。
施例で、入力信号Saは波形整形機能を有する検出器１に
より矩形波信号Sbに変換される。この信号Sbを周波数カ
ウンタ部２で計数し、メモリ３に一旦データを蓄えた
後、データ処理部４でアラン分散値を計算する方法が用
いられている。
さらに詳しく述べると、前記検出器１を通して矩形化
された矩形波信号Sbは前記周波数カウンタ部２内のカウ
ンタ５に入力され、立上り信号数が計数・累積される。
このカウンタ５に累積された立上り信号数の計数値ｆｃ
は計数タイミング信号発生器６において設定された周期
τ秒のラッチ信号Scにより、τ秒毎にラッチ回路７に送
られる。
された矩形波信号Sbは前記周波数カウンタ部２内のカウ
ンタ５に入力され、立上り信号数が計数・累積される。
このカウンタ５に累積された立上り信号数の計数値ｆｃ
は計数タイミング信号発生器６において設定された周期
τ秒のラッチ信号Scにより、τ秒毎にラッチ回路７に送
られる。
ここで、立上り信号の度数を計数する前記カウンタ５
は前記ラッチ信号Scとは無関係に、前記矩形波信号Sbの
立上り信号の度数を計数し続けており、従って時間τの
計数と次の時間τの計数との間には、アラン分散の定義
どおり、空き時間は発生しない方法がとられている。
は前記ラッチ信号Scとは無関係に、前記矩形波信号Sbの
立上り信号の度数を計数し続けており、従って時間τの
計数と次の時間τの計数との間には、アラン分散の定義
どおり、空き時間は発生しない方法がとられている。
しかしながら、第６図に示すように、この立上り信号
を計数する場合、設定時間τの計数開始時あるいは計数
終了時のタイミングのずれにより、１カウントの数え落
し、あるいは、数え過ぎによる±１の丸め誤差が発生す
ることは避けられない構成になっていた。
を計数する場合、設定時間τの計数開始時あるいは計数
終了時のタイミングのずれにより、１カウントの数え落
し、あるいは、数え過ぎによる±１の丸め誤差が発生す
ることは避けられない構成になっていた。
この丸め誤差により、アラン分散の測定器の安定度測
定限界が決定され、その値は、 となる。ここでfLは１秒間の入力信号Saの公称周波数で
ある。例えば、fLが5MHzの周波数入力の場合、τ＝１秒
の積分時間では２×10-7のアラン分散平方根以下の安定
度は測定不能となる。
定限界が決定され、その値は、 となる。ここでfLは１秒間の入力信号Saの公称周波数で
ある。例えば、fLが5MHzの周波数入力の場合、τ＝１秒
の積分時間では２×10-7のアラン分散平方根以下の安定
度は測定不能となる。
アラン分散測定装置に関する文献としては、次のもの
が知られている。
が知られている。
（１）「レーザ周波数安定度の実時間測定装置」椎尾、
大津、田幸：電子通信学会技術研究報告OQE80−52（198
0） （２）「レーザ周波数安定度の実時間測定装置の試作」
椎尾、大津、田幸：電子通信学会論文誌VOL.J64−C NO.
3（1981）PP.204〜208 （３）「周波数オフセットロックシステムの性能評価」
加藤、久保木、大津：レーザ・原子発振器の周波数制御
と応用、第２回シンポジウム予稿（1987） 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、従来技術において発生する±１カウントの
丸め誤差を低減することを課題とし、この丸め誤差によ
り制限されていた周波数安定度測定限界を改善したアラ
ン分散の測定器を実現することを目的としている。
大津、田幸：電子通信学会技術研究報告OQE80−52（198
0） （２）「レーザ周波数安定度の実時間測定装置の試作」
椎尾、大津、田幸：電子通信学会論文誌VOL.J64−C NO.
3（1981）PP.204〜208 （３）「周波数オフセットロックシステムの性能評価」
加藤、久保木、大津：レーザ・原子発振器の周波数制御
と応用、第２回シンポジウム予稿（1987） 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、従来技術において発生する±１カウントの
丸め誤差を低減することを課題とし、この丸め誤差によ
り制限されていた周波数安定度測定限界を改善したアラ
ン分散の測定器を実現することを目的としている。
本発明では、上記課題に対して次の技術手段を用いて
解決している。
解決している。
従来の技術は、第５図に示すように、入力信号Saを波
形整形機能を有する検出器１に通して矩形波信号Sbに変
換し、この矩形波信号Sbの立上りをカウンタ５により計
数していたのに対し、 本発明のアラン分散の測定器は、例えば、第２図に示
すように、入力信号Saの周波数fLよりも十分高い周波数
fRの電気信号を出力する発振器８の出力信号の立上りを
カウンタ５で計数し、その計数値を、矩形波に整形され
た前記入力信号Saの波数を計数してその計数値が所定数
ｎに達したとき計数タイミング信号発生器６から出力さ
れるラッチ信号Scによって、ラッチ回路７にラッチす
る。該ラッチ回路７にラッチした前記カウンタ５の計数
値を、該ラッチ回路７のラッチデータの更新毎にメモリ
３に記憶する。一方、前記ラッチ信号Scを測定データ数
計数器９で計数し、その計数値が所定のアラン分散を算
出するのに必要な数Ｍに達したとき、前記測定データ数
計数器９からデータ処理開始信号Sdを発生する。このデ
ータ処理開始信号Sdによって、メモリ３に記憶された計
数値をもとにしてデータ処理部４がアラン分散値を計算
するようにしている。前記所定数n,Mについては後述す
る。
形整形機能を有する検出器１に通して矩形波信号Sbに変
換し、この矩形波信号Sbの立上りをカウンタ５により計
数していたのに対し、 本発明のアラン分散の測定器は、例えば、第２図に示
すように、入力信号Saの周波数fLよりも十分高い周波数
fRの電気信号を出力する発振器８の出力信号の立上りを
カウンタ５で計数し、その計数値を、矩形波に整形され
た前記入力信号Saの波数を計数してその計数値が所定数
ｎに達したとき計数タイミング信号発生器６から出力さ
れるラッチ信号Scによって、ラッチ回路７にラッチす
る。該ラッチ回路７にラッチした前記カウンタ５の計数
値を、該ラッチ回路７のラッチデータの更新毎にメモリ
３に記憶する。一方、前記ラッチ信号Scを測定データ数
計数器９で計数し、その計数値が所定のアラン分散を算
出するのに必要な数Ｍに達したとき、前記測定データ数
計数器９からデータ処理開始信号Sdを発生する。このデ
ータ処理開始信号Sdによって、メモリ３に記憶された計
数値をもとにしてデータ処理部４がアラン分散値を計算
するようにしている。前記所定数n,Mについては後述す
る。
このような方式により、前記入力信号Saの周波数安定
度を測定した場合、該入力信号Saの公称周波数fLの逆数
すなわち、入力信号Saの周期を積分時間τとして測定し
ていることになり、測定すべき入力信号Saの周波数揺ら
ぎは、この積分時間τの揺らぎとして前記発振器８の出
力信号を計数することで測定される。この際に発生する
丸め誤差は、前記カウンタ５により計数された該発振器
８の計数値に含まれる±１カウントであるが、この誤差
は前記入力信号Saの周波数fLに対する丸め誤差Ｅに換算
すると、 Ｅ＝fL／fR ……（４） となる。
度を測定した場合、該入力信号Saの公称周波数fLの逆数
すなわち、入力信号Saの周期を積分時間τとして測定し
ていることになり、測定すべき入力信号Saの周波数揺ら
ぎは、この積分時間τの揺らぎとして前記発振器８の出
力信号を計数することで測定される。この際に発生する
丸め誤差は、前記カウンタ５により計数された該発振器
８の計数値に含まれる±１カウントであるが、この誤差
は前記入力信号Saの周波数fLに対する丸め誤差Ｅに換算
すると、 Ｅ＝fL／fR ……（４） となる。
したがって、（４）式で得られる丸め誤差に制限され
る本発明のアラン分散の測定器の安定度測定限界は、 となる。例えば、前記発振器８の出力周波数fRを100MHz
に設定した場合、その安定度測定限界はτ＝１秒の場合
で１×10-8の安定度が得られる。この値は、従来技術に
おけるfL＝5MHzの場合の安定度測定限界２×10-7に比べ
１桁程度向上したものとなっている。
る本発明のアラン分散の測定器の安定度測定限界は、 となる。例えば、前記発振器８の出力周波数fRを100MHz
に設定した場合、その安定度測定限界はτ＝１秒の場合
で１×10-8の安定度が得られる。この値は、従来技術に
おけるfL＝5MHzの場合の安定度測定限界２×10-7に比べ
１桁程度向上したものとなっている。
第１図に示す構成図は、本発明のアラン分散の測定器
に係る基本的な第１の実施例であり、第２図は本発明に
よる第２の実施例の構成図である。
に係る基本的な第１の実施例であり、第２図は本発明に
よる第２の実施例の構成図である。
入力信号Saを波形整形機能を有する検出器１で検知
し、入力信号Saと同じ周波数fLの繰返し周波数を持つ矩
形波信号Sbに変換する。また、入力信号Saの周波数fLよ
り十分高い発振周波数fRの電気信号が、発振器８から入
力信号Saとは独立して出力される。
し、入力信号Saと同じ周波数fLの繰返し周波数を持つ矩
形波信号Sbに変換する。また、入力信号Saの周波数fLよ
り十分高い発振周波数fRの電気信号が、発振器８から入
力信号Saとは独立して出力される。
カウンタ５は、この入力信号Saを常に計数・累積し続
けており、この計数値は計数タイミング信号発生器６の
出力信号であるラッチ信号Scによりラッチ回路７にラッ
チされる。この計数タイミング信号発生器６からのラッ
チ信号Scの出力タイミングは、入力信号Saを検出器１で
波形整形した矩形波信号Sbの立ち上がりを計数タイミン
グ信号発生器６で計数し、入力信号Saの周期の整数倍の
時間に対応し、かつ、設定されたアラン分散を測定する
積分時間τのうち最小時間単位τminに対応するｎ計数
毎にラッチ信号Scを出力する。
けており、この計数値は計数タイミング信号発生器６の
出力信号であるラッチ信号Scによりラッチ回路７にラッ
チされる。この計数タイミング信号発生器６からのラッ
チ信号Scの出力タイミングは、入力信号Saを検出器１で
波形整形した矩形波信号Sbの立ち上がりを計数タイミン
グ信号発生器６で計数し、入力信号Saの周期の整数倍の
時間に対応し、かつ、設定されたアラン分散を測定する
積分時間τのうち最小時間単位τminに対応するｎ計数
毎にラッチ信号Scを出力する。
すなわち、入力信号Saの周波数fLが5MHzで最小積分時
間τminを1/1000秒から測定しようとする場合、入力信
号Saが波形変換された矩形波信号Sbの5000波数の計数で
1/1000秒の時間範囲となるためｎは5000となる。前記ラ
ッチ回路７にラッチされた前記カウンタ５の計数値は、
ラッチが更新される毎にメモリ３に記憶される。
間τminを1/1000秒から測定しようとする場合、入力信
号Saが波形変換された矩形波信号Sbの5000波数の計数で
1/1000秒の時間範囲となるためｎは5000となる。前記ラ
ッチ回路７にラッチされた前記カウンタ５の計数値は、
ラッチが更新される毎にメモリ３に記憶される。
このラッチ回路７による計数値のラッチと、その記憶
の動作は、前記ラッチ信号Scを計数する測定データ数計
数器９の計数値が、Ｍ（アラン分散を測定する最大積分
時間τmaxが，最小積分時間τminを何回集めて構成でき
るか、また何回の最大積分時間τmaxの測定によりアラ
ン分散を算出するかで決定される）の値に等しくなるま
で続けられる。したがって、Ｍは である。
の動作は、前記ラッチ信号Scを計数する測定データ数計
数器９の計数値が、Ｍ（アラン分散を測定する最大積分
時間τmaxが，最小積分時間τminを何回集めて構成でき
るか、また何回の最大積分時間τmaxの測定によりアラ
ン分散を算出するかで決定される）の値に等しくなるま
で続けられる。したがって、Ｍは である。
すなわち、τminが1/100秒で、τmaxが10秒であり、
τmaxの測定回路が10回である場合のＭの値は10,000で
ある。このＭにラッチ信号Scの計数値が等しくなったと
き、前記測定データ数計数器９はデータ処理部４にデー
タ処理開始信号Sdを出力する。データ処理開始信号Sd受
領したデータ処理部４は、前記メモリ３に記憶されてい
る計数値のデータを基にアラン分散の算出を行う。この
算出はτminからτmaxまでの所定のτ値に対して行わ
れ、該メモリ３に記憶されている計数値は前記カウンタ
５の累積値であるため、あらかじめ１つの累積計数値か
らその直前のτminで計数した累積値を引き、実際にτ
minの時間で計数した値Ｄに変換する。所定のτ値の間
の計数値はτ／τmin個のＤ値の和であるから、この和
によりτ時間の計数値を算出し、τ時間のアラン分散の
計算に必要なτ時間におけるＮ個の計数値データを作成
する。
τmaxの測定回路が10回である場合のＭの値は10,000で
ある。このＭにラッチ信号Scの計数値が等しくなったと
き、前記測定データ数計数器９はデータ処理部４にデー
タ処理開始信号Sdを出力する。データ処理開始信号Sd受
領したデータ処理部４は、前記メモリ３に記憶されてい
る計数値のデータを基にアラン分散の算出を行う。この
算出はτminからτmaxまでの所定のτ値に対して行わ
れ、該メモリ３に記憶されている計数値は前記カウンタ
５の累積値であるため、あらかじめ１つの累積計数値か
らその直前のτminで計数した累積値を引き、実際にτ
minの時間で計数した値Ｄに変換する。所定のτ値の間
の計数値はτ／τmin個のＤ値の和であるから、この和
によりτ時間の計数値を算出し、τ時間のアラン分散の
計算に必要なτ時間におけるＮ個の計数値データを作成
する。
このようにして算出したτ時間の計数値は、前記発振
器８の計数値であるから、前記入力信号Saと該発振器８
の周波数比であるfL／fRの係数を各τ時間の計数値に乗
算して、入力信号のτ時間における周波数計数値を算
出した後（２）式を使ってアラン分散値を算出して測定
する。
器８の計数値であるから、前記入力信号Saと該発振器８
の周波数比であるfL／fRの係数を各τ時間の計数値に乗
算して、入力信号のτ時間における周波数計数値を算
出した後（２）式を使ってアラン分散値を算出して測定
する。
第３図に、入力信号5MHz時における、従来技術と本発
明によるアラン分散の測定器の周波数安定度測定限界の
比較を示す。第３図において、ａが従来技術による測定
限界を示す直線で,bが本発明による発振器の周波数を10
0MHzに設定した場合の測定限界を示す直線である。図に
示されているように従来技術における±１カウントの丸
め誤差に起因する安定度限界を、本発明の丸め誤差を低
減する手法を用いることにより、１桁程度向上させるこ
とができた。この限界は、発振器の周波数を高めること
によりさらに改善することが可能である。
明によるアラン分散の測定器の周波数安定度測定限界の
比較を示す。第３図において、ａが従来技術による測定
限界を示す直線で,bが本発明による発振器の周波数を10
0MHzに設定した場合の測定限界を示す直線である。図に
示されているように従来技術における±１カウントの丸
め誤差に起因する安定度限界を、本発明の丸め誤差を低
減する手法を用いることにより、１桁程度向上させるこ
とができた。この限界は、発振器の周波数を高めること
によりさらに改善することが可能である。
また、本発明と従来技術のアラン分散測定器を組み合
わせることにより安定度の非常に悪い発振器から高い精
度の発振器までの安定度が測定できるダイナミックレン
ジの広いアラン分散測定器を実現できる。
わせることにより安定度の非常に悪い発振器から高い精
度の発振器までの安定度が測定できるダイナミックレン
ジの広いアラン分散測定器を実現できる。
第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は本発
明の第２の実施例の構成図、第３図は周波数安定度測定
限界について従来技術と本発明の比較を示す図、第４図
は時間的に周波数が変化する信号を示す図、第５図は従
来技術によるアラン分散測定器の構成を示す図、第６図
は従来技術によるアラン分散測定器の丸め誤差を説明す
る図である。 図中、１は検出器、２は周波数カウンタ部、３はメモ
リ、４はデータ処理部、５はカウンタ、６は計数タイミ
ング信号発生器、７はラッチ回路、８は発振器、９は測
定データ数計数器、Saは入力信号、Sbは矩形波信号、Sc
はラッチ信号、Sdはデータ処理開始信号、ａは従来技術
による周波数安定度測定限界を示す直線、ｂは本発明に
よる周波数安定度測定限界を示す直線をそれぞれ示す。
明の第２の実施例の構成図、第３図は周波数安定度測定
限界について従来技術と本発明の比較を示す図、第４図
は時間的に周波数が変化する信号を示す図、第５図は従
来技術によるアラン分散測定器の構成を示す図、第６図
は従来技術によるアラン分散測定器の丸め誤差を説明す
る図である。 図中、１は検出器、２は周波数カウンタ部、３はメモ
リ、４はデータ処理部、５はカウンタ、６は計数タイミ
ング信号発生器、７はラッチ回路、８は発振器、９は測
定データ数計数器、Saは入力信号、Sbは矩形波信号、Sc
はラッチ信号、Sdはデータ処理開始信号、ａは従来技術
による周波数安定度測定限界を示す直線、ｂは本発明に
よる周波数安定度測定限界を示す直線をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【請求項１】周波数の揺らぎを持つ入力信号を受領し波
形整形して２値の電気信号を出力する検出器（１）と、 該検出器の出力信号のパルス周期よりも短い周期の周波
数信号を出力する発振器（８）と、 該発振器の出力信号を計数するカウンタ（５）と、 前記検出器の出力信号を計数し、その計数値が所定の数
ｎに達したときラッチ信号Scを発生する計数タイミング
信号発生器（６）と、 該ラッチ信号Scにより前記カウンタの出力信号をラッチ
するラッチ回路（７）と、 該ラッチ回路にラッチされた前記カウンタの計数値をラ
ッチ回路の更新毎に記憶するメモリ（３）と、 前記ラッチ信号Scを計数し、その計数値が所定のアラン
分散算出必要数Ｍに達したときデータ処理開始信号Sdを
出力する測定データ数計数器（９）と、 該データ処理開始信号Sdを受領し前記メモリに記憶され
たデータを処理して、前記周波数の揺らぎを持つ入力信
号のアラン分散値を計算するデータ処理部（４）とを備
え、 前記入力信号の周波数の揺らぎを１波数以内の誤差で測
定するアラン分散の測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2051416A JPH081448B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | アラン分散の測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2051416A JPH081448B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | アラン分散の測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252562A JPH03252562A (ja) | 1991-11-11 |
| JPH081448B2 true JPH081448B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=12886326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2051416A Expired - Fee Related JPH081448B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | アラン分散の測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081448B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4593993B2 (ja) * | 2004-07-22 | 2010-12-08 | アンリツ株式会社 | 周波数安定度測定装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57127860A (en) * | 1981-01-31 | 1982-08-09 | Nec Home Electronics Ltd | Measuring apparatus for input signal frequency in computer system |
-
1990
- 1990-03-02 JP JP2051416A patent/JPH081448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03252562A (ja) | 1991-11-11 |
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