JPS6230990A - 時間間隔測定装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高精度時間間隔測定袋；６の校正方法に関する
。

〈従来技術とその問題点〉 精密なカウンタは時間間隔，パルス幅および遷移時間を
２０ピコ秒の細かな分解能で測定できる。カウンタ分解
能は数１０ピコ秒程度であるが、カウンタの絶対精度は
系統誤差によって制限される。これらの誤差は１ナノ秒
にも達する．平均操作により分解能をたとえば１ピコ秒
から２ピコ秒程度に向」一できるが系統誤差に対しては
なんの解決策にもならず。

正確さにはまだ限度がある。

系統誤差はカウンタのスタートチャネル路およびストッ
プチャネル路間の遅延差によって生しる。たとえば、１
〜リガレベルの不確定性、カウンタの入力増幅器内の伝
搬遅延の差およびケーブルやプローヴの電気経路長差な
どすべてがカウンタの系統遅延誤差の原因となる。さら
にこれらの遅延誤差は通常測定している人力信号の性質
によって異なり、人力振幅、スルーレート、トリガレベ
ルおよび立ち１−りか立ち下りかによっても変化する。

カウンタの系統誤差を補償するためカウンタを校正し、
校生プロセスから得られる校正定数でカウンタΔ」１定
結果を補正する。この校正プロセスは通常、まずカウン
タに既知の時間間隔を供給して測定し、測定結果および
既知の値の差を求めて校正定数とし以後の測定値を補正
するものである。

しかしながら、校正の標準となり得るような正確かつ精
密で再現性の良い時間間隔を発生するのは非常に困難で
ある。能動素子はそれ自体が系統誤差を発生し、前述の
パラメータ全てと共に変化するので能動素子を用いて信
蹄エツジを発生する試みはいずれも信頼できない。さら
に遷移時間、すなわちエツジの−１−■下降時間は有限
のため精密かつ、はっきり定義された電圧でタイミング
を測定しなければならない。これは信号のスロープが逆
のときには特に言えることであ。従来はたいてい「パル
スの中間」地点で測定するのが良いとされてきた。その
ような測定では何が口゛全パルス」を構成するかを定義
しなけわばならない。全パルスそれ自体の決定はささい
な事柄ではない。適切な決定を行なうためには別の電圧
サンプリンタ機器で確率密度なグロノ１−アウ１〜しな
ければならない。この付加プロセスにより時間間隔測定
が過度に複雑になることは明らかである。

従来技術において、同極性の２個の信号エツジ聞の時間
間隔１ｔ１１定用のカウンタを校正するにはスタートチ
ャネルおよびストップチャネル、すなオ）ちカウンタの
チャネルＡ、およびチャネルＢの久方に同時に、完全に
同一の２個の信袴を印加せねばならない。

この時の１ｌｌｌ＋定時間間隔が校正定数であり、カウ
ンタの測定結果から差し引く。この校Ｉ［：、技術にお
けるむずかしさは信号が同一であり、該信号エツジが同
じトリガレベル、すなわちタイミングを測定する電圧レ
ベルで同時に発生することを保証することである。

正のスロープおよび負のスロープ間の時間間隔測定用カ
ウンタを校正する従来技術は一層複雑である。

それには完全に対称なデス１−パルスが必要である。

デス１〜パルスを得る一つの方法はタイムベース水晶遁 発生器を用いてパルス発生器の出力をトリガするもので
ある。このパルス発生器自体はスペクトラムアナライザ
で調整して、す八での偶数次高調波を極少にして才〕く
。校正されているカウンタはこのテストパルスの正の向
きのスロープと負の向きのスロープの間の時間間隔を測
定する。測定された時間間隔とデス１〜パルスの半周期
との差が系統誤差をダ、える。この手順の精度はテスト
パルスの時間対称性および電圧対称性と周波数精度によ
って決る。スペクトラムアナライザは１−ランジスタの
ような能動素子を含んでいるので未知の量の誤差が校正
過程に生ずる。そこでテストパルスの中間地点をｄＥ　
ｆ４１．に決定する手段を用いてこの手順を確実にする
必要がある。

〈発明のＬＪ的〉 従って本発明の１−１的は、信号歪の影響を受けない安
価で精密な時間間隔測定装置の校正方法を与えることで
ある。

〈発明の概要〉 本発明に従えば時間間隔測定、パルス＠測定および遷移
時間スキューを測定するためのカウンタを校正する手段
および装置が導入される。これらの測定は安価な線形受
動ハードウェアで実現されるためやひずみ量も最少にな
り、別の誤差源からの系統誤差と共に校正することがで
きる。本発明の方法では非常に正確な入力基憎信号を必
要としない。無線周波数（ｒｆ）リレーを通過する信号
のクロス−スイッチングの直線性および同時性によりパ
ルスの同一性は保証される。信号は交流結合されるため
タイミングは全エツジに対してセロボルトレベルで測定
される。このようにしてゼロボルト付近での゛ｊ１パル
ス対称性が保証される。

バイアス法を使えば、同じタイミング精度を保ったまま
ゼロボルトから任意の電Ｈ−にまで本発明に従う方法の
有効範囲が拡大する。

本発明の方法を用いてカウンタの系統誤差が決定され、
カウンタの一組の校正定数が信桂源、線形受動パワース
プリッタおよび無線周波数リレーを用いて導出される。

一連のテスト測定を行い系統誤差の発生源を異なる組み
合わせでテストすることによってカウンタの校＋Ｅ定数
を導出し、それを以後の測定かＣ）差し引くことでカウ
ンタの系統誤差を補償する。

これらのデス１−測定は異なる信号スプリッタおよび信
号のクロス−スイッチングを用いてカウンタを異なるｄ
（１１定モート構成にすることから成る。テスト測定お
よび計算の両方をコンピュータ制御な用いて数秒間で自
動的に行なうことができる。本発明の校正方法はカウン
タを１１１独で用いる場合にも、あるいは受動プローブ
、または能動プローブと共に用いる場合にも適用できる
。

〈発明の実施例〉 〔イ］　同スロープ時間１１！１隔測定第１１☆１は本
発明の装置を組み込んだデス１−構成を示す。該構成に
より本発明の校正方法を用いて同じ向きの時間間隔測定
および反対の向きの時間間隔測定か可能になる。パルス
発生器１はパルスを発生する。それはスプリッタロスも
考慮し、実際の測定時と煩以のパルスである。パルス発
生器１からの出力信シ冒ま校＋Ｅ器３に印加され、校正
器３は信号を２個の信号にスプリノ１−シ、カウンタ５
のスタートチャネルおよびスタートチャネルへの人カ信
シ）とする。

校正器３は０度のパワースプリッタ１３を持ち起り得る
時間スキュー■）を除いてはお互いに全く同一の２個の
波形を生じる。該校正器３はまた１８０度のパワースプ
リッタ１５も持っており、起り得る時間スキューＮを除
いて】方が他方の逆の極性の波形を生ずる。

同方向スロープ間の時間ＩＩＩＩ隔測定を行う場合には
スイッチ■７はパルス発生器１をパワースプリッタ１３
に接続する。逆方向スロープ間の時間間隔測定を行なう
場合には、スイッチ１７はパルス発生器１を１８０度の
パワースプリッタ１５に接続する。スイッチ１９はスイ
ッチ１７と連動して変化し、パルス発生器１からのλカ
信号を受信するパワースプリッタを出力端子２；３およ
び２５に接続する。

スイッチ２１は出力端子２３および２５をカウンタ５の
チャネルＡおよびチャネルＩ３の両人カ端子に接続する
。スイッチ２１には２つの状態があり、パワースプリッ
タ出力がカウンタ人力間で切り換えられるようにしてい
る。一方の状態においては出力端子２３はカウンタ５の
チャネルＡに接続され、出力端子２５はチャネル■３に
接続される。もう一方の状態においては出方端子２５が
チャネルＡ、出方端子２３がチャネルＢにそれぞれ接続
される。

校正のためにカウンタ５は系統誤差すなわち、時１１ｆ
ｆ　Ｊ延のないＷ完全なカウンタＪｌ　７と全ての誤差
および遅延を代表する２個の入カ増＠器９およびＩＩと
にモデル化できる。チャネルＡ人カは増幅器９を通って
カウンタ７のスタート六カに接続され、チャネル８人力
は増幅器１１を通ってカウンタ７のス１ヘップ入力に接
続される。

同方向スロープ測定に対してのパルス発生器１がらの信
号およびイ（１１定信号１１ｆｌの差を第２Ａ図に示す
。

第２Ａ図においてチャネルΔの入力波形５ｏを実線で示
し、チャネルＡの測定波形５２を破線で示した。

同様にチャネルＢの入力波形５４および実際の測定波形
５６をそれぞれ実線および破線で示す。波形５０および
波形５２の時間差Ａ１は１：、にカウンタ人力増幅器９
によってこの正の向きのパルスに生じた伝搬遅延による
ものである。′同様にチャネルＢについて理想の波形５
４および実際の波形５６の間の時間差Ｂ４は主にカウン
タ入力増幅器１［にょって正の向きのパルスに生じた伝
搬遅延によるものである。

これら両方の時間差がカウンタ５による測定の系統誤差
となる。

もう−っの系統誤差を一グえるものはチャネルのトリガ
電１Ｆの誤差、すなわちチャネルＡのＶ、およびチャネ
ルＢのＶｂによる時間差である。トリガ電圧誤差Ｖ７お
よびＶｂによって生じたタイミング誤差はスルーレー１
へに依存する。スルーレートとは学位時間内の電圧変動
のことであり、測定波形５２および５６のスロープのこ
とである。結果としてのタイミング遅延は電圧トリガレ
ベルをスルーレートで割ったものである。したがって、
もしチャネルへのスルーレー１−がＸであ肛ばトリガ電
ＪＥ　Ａｎ差の寄り１番よＶ。

／Ｘである。同様に、もし７チヤネルＢのスルーレート
がＹであれば１−リガ電圧誤差の寄７ｊはＶ、／”ｉ’
となる。

さらに、系統誤差を与えるものに第２Ａ図には示してい
ないか、パワースプリッタを通る鮭路長差Ｐかある。し
かしなから、この誤差は校正器の２個の出力間の信号を
スイツチングすることで取り除かれる。接続ケーブルの
経路長差も誤差となるが増幅器誤差と一緒に除去される
。

最も簡単に実現できる校正は同しエツジ、すなわち同じ
向きの信号測定である。同一信号が整合されたパワース
プリッタを経てカウンタのＡチャネルおよびＢチャネル
に供給される。両チャネルは同じ正の向きのエツジで同
じトリガレベル、すなわち０．００ボルトで時間間隔を
測定するようセットする。理想的にはセロの読みが得ら
れる。実際の読みＴ１はチャネルＢおよびチャネルＡの
正のスロープの伝搬遅延差を表わす。すなわち。

Ｂ’−Ａ”＝Ｔｌ　　　　　　　　　（１）である。

同様に、負のスロープに両チャネルをセラ１−すること
により測定値Ｔ２が得られる。これはチャネルＢおよび
チャネルＡの負のスロープに対すする伝搬遅延差を表わ
す。

Ｂ−−Ａ−＝７２　　　　　　　　　（２）トリガレベ
ル誤差の影響も含まれている。もし、トリガレベル誤差
が■であれば測定に付随するタイミング誤差は正のスロ
ープのスタートパルスあるいは負のスロープのストップ
パルスに対して負（測定間隔は短かい）であり、負のス
ロープのスター１−パルスあるいはｉＥの向きのストッ
プパルスに対してＩＩ：。

（測定間隔は長い）である。

さらにケーブルを逆接続してｊｌｌｌｌ定するのでパワ
ースプリッタ内、あるいはケーブル内の＠気的経路長差
のため信跨間には小さい（づれども有限の時間スキュー
Ｐが混入し得る。

時間スキューＰ、およびトリガレベル■、および■５の
影響があると式（１）および（２）は次のようになる。

Ｂ”　　Ａ’　　Ｖ−／　Ｘ　＋Ｖｈ／　Ｘ　＋　Ｉ）
４＝　ｉ”　１−　　　　　（３）Ｂ−−Ａ−＋Ｖ−／
Ｙ−Ｖｂ／Ｙ＋Ｐ−＝Ｔ２　　　　（４）ここで Ａ＋はチャネルＡの正のスロープの伝搬遅延。

Ａ−はチャネルＡの負のスロープの伝搬遅延、Ｂ＋はチ
ャネルＢの正のスロープの伝搬遅延、Ｂ−はチャネルＢ
の負のスロープの伝搬遅延、■ヮはチャネルＡのトリガ
誤差、 ■、はチャネルＢの１−リガ誤差、 Ｘは−Ｉ−昇スルーレー１− Ｙはド降スルーレート ■−）＋は正のスロープの時間スキューＰ−は負のスロ
ープの時間スキュー である。

チャネルＡおよびＢへの信号な逆にし、測定なくり返す
と式（３）と（４）に順風したさらに２つの時間間隔校
正ｉｌｌり定ができる。

Ｂ’−−Ａ”＋Ｖ、／Ｙ−Ｖ、／Ｙ−Ｐ−＝Ｔ３　　　
　（５）ＩＦ＋−Ａ”−Ｖ、／、Ｘ＋Ｖ、／Ｘ−Ｐ＋＝
Ｔ４　　　　（６）測定時ｔｉｌｌ　間隔’Ｉ’　］−
、”ＩＩ　４７３よびＴ２．Ｔ３を平均すると次の式が
得られる。

（Ｔ１．＋Ｔ４）／２＝Ｂ＋−Ａ＋−（Ｖ、−Ｖ、）／
Ｘ　　（７）（１”２＋Ｔ３）／２＝［−Ａ−＋　（ｖ
、−ｖｂ）／Ｙ　　（８）もしトリガレベル■、および
Ｖ、を０．００ボルトにセラ１〜すれば式（７）および
（８）から所望校正定数が得られる。トリガ回路の有限
のヒステリシス幅を持ったカウンタの場合にはトリガ点
はスロープに依存して０．００ボルトに対してヒステリ
シス幅の半分だけ１−および４へ分だけドにあるが、Ｖ
、−Ｖ、、は依然０であり式（７）および（８）も依然
有効である。スルーレートＸおよびＹが大きくなければ
トリガレベルで誘発される誤差は減少する。

正および負のスロープを使い、Ｐｌおよびｒ〕−スキュ
一時間を区別することによって本測定で１−分に校正精
度をチェックできる。（Ｔ　Ｉ　−Ｔ／Ｉ　）／２およ
び（”Ｉ’２−Ｔ３）／２からＰ＋および■）が得られ
る。

Ｐ、および２間の差は測定により決定でき、次の式％式
％ 校正精度をチェックするのに用いられる。（Ｐ＋−ｐ）
がＯからどの位ずれているかによって測定誤差の大きさ
および校正手順の妥当性がわかる。。

〔口〕　反対向きのスロープの時間間隔校正チャネルＡ
およびチャネルＢに反対向きのスロープを用いる校正に
対してはＷゼロ時間用の標準が必要である。すなわち、
正確に開時に共通のトリガレベルで反対方向に切り換わ
る２つの信け、もしくは前述の１）に類似したスロープ
によらない一定遅延の２個の信号が必要である。たいが
いの能動回路はこのようにできない。高周波差動増幅器
ですらターンオン遅延およびターンオフ遅延が数６ピコ
秒異なることは珍しいことではない。

第１図に示した装置は反対向きのスロープのパルスエツ
ジ間の時間間隔測定校正にも用いることができろ。パル
ス発生器１からの入力信号および反対向きのスロープ測
定で測定された信号間の差を第２Ｂ図に示す。

第２Ｂ図ではチャネルＡの入力波形６０を実線で示し、
実際のΔＩす定波形６２を破線で示す。同様に。

チャネルＢの入力波形６４および実際に測定した波形６
６をそれぞわ実線および波線で示す。波形６０および波
形６２間の時間差Ａ４は一義的にはこの正のスロープの
パルスに生しだカウンタ入力増幅器９の伝搬遅延による
ものである。同様にチャネルＢに対し理想波形６４およ
び実際の波形６６の時間差ｉｆ’Ｑ’一義的にはカウン
タの入力増幅器１１によってこの負のスロープのパルス
に生じた伝搬遅延によるものである。同方向スロープパ
ルス測定の場合と同様、これら置時間差がカウンタ５に
よる測定の系統誤差となる。

カウンタがチャネルＡの波形６２（第２Ｂ図）のスター
ト点およびチャネルＢの波形６６（第２１３図）のスト
ップ点間の時間差を測定する場合、別の種類の系統誤差
が生じる。また、チャネルのトリガ電圧誤差、すなわち
、チャネルＡの■、、チャネルＢのＶ、の差が系統誤差
となる。妥当な校正定数を決定するため同方向スロープ
測定時と同様、これらトリガ電圧誤差の寄り、を考慮に
入れなければならない。

また、同方向スロープの場合と同様、パワースプリッタ
１５および接続ケーブルを通る経路長差を考慮に入れな
ければならない。この時間差はＮと呼ばれ、同方向スロ
ープの場合のＰと異なる。それは異なるパワースプリッ
タが用いられるからである。

反対方向のスロープの校正の場合、信号は１８０度のパ
ワースプリッタによって供給され、該パワースプリッタ
は線形受動素子である。この遅延はスロープに依存しな
い。ゼロ度のパワースプリッタの場影響を補償し、除去
することができる。

測定は２回行う。まずチャネルＡは正の向きのスロープ
、チャネルＢは負の向きのスロープにセラ１へし、次に
その逆にセットする。スキューＮの影響およびトリガレ
ベルの影響を含め 増幅器遅延に関連した結果Ｔ　５およびＴ６が測定によ
り次のように導かれる。

Ｂ−−Ａ”＋Ｎ＋−−Ｖ、／、Ｘ−Ｖ、／Ｘ＝Ｔ５　　
　　（１０）Ｂ　”　　Ａ　　＋　Ｎ　−＋　＋　Ｖ　
−／　Ｙ　＋　Ｖ　ｂ／　Ｙ　＝　Ｔ　６　　　　（Ｉ
Ｉ）ここで、 Ｎ＋−はチャネルへの正の向きのスロープおよびチャネ
ルＢの負の向きのスロープ間のスキューである。

Ｎ−、はチャネルＡの負の向きのスロープおよびチャネ
ルＢの正の向きのスロープ間のスキューである。

Ｘ、Ｙは先頭および後続のエツジの信号のスルーレート
である。

校正が終るとケーブルを逆にして、さらに２回測定し、
チャネルＡの遅延およびチャネルＢの遅延に関連した結
果Ｔ７およびＴ’８が次のように導かれる。

Ｔ’ｌ”−Ａ　　−Ｎ　　、＋Ｖ、／Ｘ＋Ｖ、／Ｘ＝Ｔ
７　　　　　（１２１Ｂ−−Ａ’−Ｎ、−Ｖ、／Ｙ−Ｖ
、／Ｙ＝Ｔ８　　　　　（＋３）前と同様、異なるスロ
ープのスキューに対応する校正器の遅延Ｎ１−およびＮ
　Ｊｔ区別する。

ここで。

（Ｎ、−Ｎ−＋）＝　（Ｔ５−Ｔ６＋−Ｔ７−Ｔ８）／
２　０４）であるので（Ｔ５−Ｔ８）−（’Ｉ’６−Ｔ
７）をｕにとで妥当性をチェックできる。ゼロからの偏
差は測定誤差の大きさを示し、校正測定の妥当性をチェ
ックするのに役立つ。］”５．Ｔ８およびＴ６．−Ｉ”
７の平均は次の式で与えられる。

（Ｔ５＋１゛８）／２＝Ｈ−Ａ−（Ｖ、＋Ｖ、）（１／
ｘ＋１／Ｙ）　（１５）（Ｔ６＋Ｔ７）／２＝Ｒ”−Ａ
−＋（Ｖ、＋Ｖ、）（１／Ｘ＋］、／Ｙ）（１６）同方
向のスロープの場合と同様にもしくＶ、＋Ｖ、）＝０で
あれば反対方向スロープ測定に対する校正雉数が式（１
５）および（１０でダ、えられる。したがって、実際問
題としてトリガレベルＶ、およびＶ、は０．００ボルト
に正確にセットすることもできるし、ヒステリシスがあ
れば反対向きのスロープ測定に対しても実際のトリガ点
は中心に対して対称となり、■、　＋　Ｖ　ｂ　＝　０
は保たれる。式（１５）および（１６）は所望の反対方
向のスロープの校ＩＩ：、定数な与え、ヒステリシスに
対して補正番 は不安である。

要するに、Ｊ−述の８回のｍＱ定によって得られる結果
７１〜′Ｉ゛８によりスタートチャネルＡ、スタートチ
ャネルＩ３を正の向きのスロープエツジ、あるいは負の
向きのスロープエツジの検出に使ったときの４個の可能
な測定セットアツプの組み合わせに対して校正定数が次
のように決定される。

Ｔ、、　体タートおよびストップが共に正）＝（Ｔｌ＋
Ｔ４）／２　　（１７ａ）Ｉすいタートおよびストップ
が共に負）＝（’ｒ２＋Ｔ３）／２　　（１７ｂ）Ｔ＋
（ス’、１−１−が１１：、、ストップが負）＝（”ｒ
５＋７８）／２　　（１７ｃ）Ｔ　＋（スタ・−トが負
、ストップが１Ｅ）＝（Ｔ’６＋Ｔ７）／２　　（１７
ｄ）以後の測定から校正定数を差し引くわけであるが、
トリガレベルは０．００ポ゛ルト、校正時と同じ大きさ
の信ν）でスロープ対応も同じでなければならない。

時間間隔測定の校正手順を要約するとまず、テストする
カウンタ５を校正器３の出力に接続する。カウンタトリ
ガレベルは０．００ボルトにセットする。

０度のパワースプリッタを接続し、同スロープの波形に
対して測定する。カウンタスター１−およびスタートチ
ャネルはまずＩＦの向きのスロープエツジで１−リガす
るようにセラ１〜し次に負の向きのスロープエツジでト
リガするようにセラ１−する。次に接続ケーブルを切り
換え、校＋Ｅ器出力が反対のカウンタ人力チャネルに行
くようにし、さらに２回測定する。１８０度のパワース
プリッタを接続して第２組の４回の測定を行う、、これ
らの測定は第１組の測定に類似しているが、カウンタス
タートおよびストップチャネルはテスト波形の反対向き
のスロープエツジで１−リガされる。これら８回のナス
１−測定の結果から４個の必要な校正定数が式（１，７
ａ）〜（１８ｄ）に従−）で決定される。カウンタ校＋
１：、用信シ）は約５０％のデユーティ−サイクルで次
に測定される実際の信ｃ３．に似ていなければならない
。以後のカウンタの測定に適当な校正定数を付加すれば
、著しく系統誤差が軽減されて時間間隔測定ができる。

（／荀　プローブ 高インピーダンスプローブを持ったカウンタに対しては
プローブの遅延はカウンタの入力増幅器の遅延に含める
ことができる。。

第３図はカウンタが高インピーダンスプローブを持って
いる場合に用いる代替テストの構成を示す。

高インピータンスプローブ３０は校ＩＦ器コ３の出力お
よびカウンタ５の人力チャネルＡおよびＢに接続される
。高インピーダンスプローブ３ｏを用いる場合校正器；
３の出力を５０オームの抵抗器４０および４２で終端す
る。もし抵抗器４０および４２がないときは代おりにパ
ルス発生器を５０オームで終端しておく。Ｔ　ｌから１
”　８の８回の測定は航速と同様に得られる。得られる
校正定数はプローブとカウンタの組み合わせに対しての
ものである。

プローブあるいはケーブルの不整合は校正中にカウンタ
系統誤差と一緒にされるので後の測定が有効となるため
には同一のプローブおよびケーブルを用いねばならない
２゜ に）パルス幅校正手順 パルス＠測定においては弔−の信号がカウンタ内でスプ
リットされ、反対向きのスロープエツジで時間間隔ホ１
１定かなされる。′そのような′Ｉｑ定を校正するため
には内部スプリッタの影響を考慮に入れなければならな
い。プローブの場合、一本のプローブがスタートおよび
ストップの両操作に用いられる。　一般に遅延は２本の
プローブを用いる場合とは異なる。

したがって、新しい状６Ｌに対しでは別の校正器１：１
ｎが必要となる。

第４図はパルス幅測定用のカウンタ校＋Ｅハードウェア
構成を示す。パルス発生器１は１８０度のパワースプリ
ッタＩ５にナス１〜パルスを供給する。パワースプリッ
タ１５は２個の出力信Ｙ′ｉを発生する。１つは端子１
０３に、もう１つは端Ｆ　Ｉ　０５に供給し一方が他方
の反転である。スイッチ２１を用いて端子１０３の信２
′ｆあるいは端子１０５の信号のどちらか一方をカウン
タ５の人力に接続し、その間もう一方の端子の出力は５
０オームの抵抗器ｌ１６に接続する。カウンタ５は遅延
のない完全カウンタ７および前に趙んだカウンタ内の全
ての遅延を代表する２個の増幅器９，１１および０度の
内部パワースプリッタ１１２としてモデル化される。人
力付けは内部パワースプリッタ１１２に伝わり、該パワ
ースプリツタはチャネル八人力増幅器９およびチャネル
１３人力増幅器１１に対して２個の信号を供給する。チ
ャネル八人力増幅器９は人力信シ）の）７ち上り部分で
遅延へ〇を牛しる。内部パワースプリッタ１１２はチャ
ネルＢ信シ）の負の向きのスロープにスキュー１）−を
生じ、チャネルＢ人力増幅器１１は負の向きのスロープ
に伝搬遅延Ｂ−を生じる。明快にするためトリ力レベル
に誘導された誤差はこの図では省略する。

増幅器９の−１−外出力から増幅器１１の下降出力まで
４１１１定が行われる。　第５Ａ図はカウンタがパルス
幅測定用に構成された場合のカウンタのチャネルＡおよ
びチャネルＢの波形を示す。波形７０はカウンタ人力の
波形である。波形７２は増幅器９の出力である。２個の
波形の差は一■：、にチャネルへのカウンタ人力増幅器
９によって生じた伝搬遅延Ａ’によるものである。波形
７４は増幅器１１の出力である。この波形および人力波
形７０の差はカウンタ内部のパワースプリッタおよテ予
チャネルＩ３の入力増幅器によって生じた伝搬遅延によ
るものである。負のスロープに対してはこれらはそれぞ
れＤ−およびＢ　になる。

カウンタは波形７２の正の向きのスロープエツジから波
形７４の負の向きのスロープエツジまで波形７０のパル
ス幅■］を測定しようとする。時間間隔測定においては
チャネルＡおよびチャネル８間のトリガ電圧の差により
余分の系統誤差が生しる。測定されたパルス幅［（はス
タートチャネルへの遅延によって減少し、ストップチャ
ネルＢの遅延によって増加する。したがって、測定値ｗ
ｌはＴＩおよび誤差を含み１−リガレベルによる誤差を
無視すれば次のようになる。

ＷにＢ−＋Ｄ　’−’　−Ａ　’　＋　１−１　　　　
　　　　　　　　　　　（＋８）第５Ｂ図において、波
形７１は第４図のリレースイッチ２１を１８０度のパワ
ースプリッタ１５のもう一方の端ｒに切り換えることに
よって第５童図の波形７０から反転される。チャネルＡ
およびチャネＷ４はもう一方の半波長■、とＷ、に類似
の誤差項がら成る。

Ｗ４＝　ｎ−＋　Ｉ）−−Ａ　’＋　Ｉ、　　　　　　
　　　　　　　　　　（＋９）チャネルＡで負のスロー
プを用い、チャネルＩ３で正最後に、周期平均測定をす
る。周期測定において系統誤差は無視でき、周期Ｐ　ｅ
　ｒはＩ（および■、の合Ｈ１である。

もし波形７０の上昇スルーレートがＸおよび下降スルー
レートがＹならば鏡像である波形７１のド降成要素の形
で見るとこわらの８！す定は以下のテーブルに要約され
る。

ポートスロープ　　モデルがら予想される漿　　　　　
測定結果Ｂ ＃ｌ　　　＋−１３’−Ａ’＋Ｄ利■−Ｖ、／Ｘ−Ｖｈ
／Ｙ＝Ｗ＋（２０）＃ｌ−＋Ｉ’ｌ’−Ａ−＋Ｄ）＋Ｌ
＋Ｖ、／Ｙ＋Ｖｈ／Ｘ＝Ｗ２（２＋）＃２　　−＋　　
　Ｉ（’−Ａ＋Ｄ’＋Ｈ＋Ｖ／Ｘ＋Ｖｔ、／Ｙ＝Ｗ１　
　（２２）＃２　　　　＋　−Ｂ　　−Ａ’＋Ｄ−十Ｎ
、−Ｖ、’Ｙ−Ｖ７Ｘ＝Ｗ、　　（２３）（０，０１秒
ケートのＰｅｒ）　　　Ｈ＋Ｌ　　　＝ＰＥＲ（２，１
）ここで、 ＤｌはｉＥの向きのスロープ内部遅延 Ｄ−は負の向きのスロープ内部遅延 Ｈはテスト信号の高い方の１へ周期 りはテスト信号の低い方の半周期 である。

内部パワースプリッタの遅延りはスロープに依存するＤ
＋およびＤ−とじて扱われ、増幅器伝搬遅延とし一緒に
されて校正される。トリ力レベル誤差の影響は含まれて
いる。信号源の周期および幅の両方の安定性は重要であ
る。

正のパルスに°対する所望の咬ＩＥ定数Ｗ＋−および負
のパルスに対する所望の校正定数Ｗ１はＯ、ＯＯボルト
に補正されれば理想的には以下のようである。

Ｗ、−＝Ｂ−−Ａ＋＋Ｄ’−Ｖ、／Ｘ−Ｖ、／Ｙ　　　
（２５）Ｗ−１＝Ｂ’　　Ａ　　＋Ｄ’＋ｖ、／　ｘ、
＋ｖ　ｂ／　Ｙ　　　（２６）測定結果Ｗ、−↓　およ
びＰＥＲから次のように計算される。

Ｗ＋−＝　（Ｗ＋＋Ｗ４　Ｐ　Ｅ　Ｒ）／２　　　　　
　　　（２７＋）−／Ｗ、＋Ｗ、−Ｐ　　ト：Ｒ）／２
　　　　　　　　　　　　　　　　（２７ｂ）もしＶ、
＝Ｖ、二〇、すなわち、１−リガレベルが０．００ボル
トであれば式（２５）および（２６）は校正定数Ｗ＋−
およびＷ−１を与える。ヒステリシスがあり、Ｖ、＋Ｖ
ｂ＝０の場合、（２５）および（２６）が正しいために
は一ヒ昇スルーレートおよび下降スルーレートは同じで
なければならない。

校正定数の妥当性は別の２個の推定値、すなわち、少し
異なるパラメータを用いたＷｌおよびＷ−１によってチ
ェックする。

Ｗ＝−（ａ）＝Ｗ１ＰＥＲ／２　　（Ｗ、Ｗ−Ｗｌ　Ｗ
−）／４　　（２８ａ）Ｗ、−（ｂ）＝Ｗ、−ＰＥＲ／
２＋（Ｗ、−Ｗ２＋Ｗ３−Ｗ４）／４　　（２８ｂ）お
よび Ｗ−ｔ、（ａ）＝Ｗｚ−ＰＥＲ／２＋（Ｗ、−Ｗ２＋Ｗ
３−Ｗ、）／４　　（２９ａ）Ｗ、（ｂｌ＝Ｗ　３−Ｐ
ＥＲ／２−（Ｗ、−Ｗ　２＋Ｗ、−Ｗ、）／４　　　（
２９ｂ）これら推定値は（２７＋）および（２７ｂ）で
決定された校正定数値Ｗ、−およびＷ−１をひとまとめ
にしたものである。もし、１〜リガレベル誤差■、およ
びＶｂが小さく、またスルーレートＸおよびＹが大きく
、はぼ同じ位であれば矛盾は小さい。要するに、Ｗ４−
およびＷ−１はスルーレートをＸおよびＹのｊ■ｌ均と
仮定しており、−力値の推定値はどちらのエツジがＸで
どちらがＹかを区別する。

要するに時１＃＋　＃　ＩＩＩＱ定校正には４同の時１
１ｉ１　ｆｔ１ｌ隔Ｈ１り定および一周期の測定が必要
である。校ＩＩ：、器の１８０度のパワースプリッタは
テスト入力信Ｙ）がら２個の出力信号を得るのに用いる
。カウンタに接続したパワースプリッタの２個の出力付
けの一方を使い２回測定する。まずチャネルへの信ＦＦ
をＩＦの向きのスロープエツジでトリガし、チャネルＨ
の信号を負の向きのスロープでトリガする。次にその逆
を行う。

カウンタに接続したパワースプリッタのもう一方の出力
信号を使いさらに２回測定する。第１の８（す定接前と
同様トリガ極性を逆にする。最後に比較的長いサンプリ
ング時１１１Ｔで周期を測定する。平均周期測定を正確
に行うためである。

これら５回のテスト測定の結果から式（２７ａ）および
（２７ｂ）に従って所望の２個の校正定数が決定される
。以後、パルス幅の測定値に適当な校正定数を付加すれ
ば、著しく系統誤差が軽減され、測定ができる。

第６図は高インピーダンスプローブ３０がカウンタの入
力に接続されている場合に用いられる代替ナス１−構成
を示す。高インピーダンスプローブ３０を用いる場合１
８０度のパワースプリッタ１５の出力を５０オームの抵
抗器４０．４２で終端するかあるいはパルス発生器側で
終端しなければならない。ス（ホ）−１−Ｍおよび下降
時ｆｆｆｆ校正−１〕昇および下降時間測定はチャネル
ＡおよびチャネルＢの両方に対して同じスロープを用い
る以外は時間幅測定と同しである。ここでは、１０％〜
９０％のような極端な値にトリガレベルをセットする前
にパルスの中間での誤差を校正する。第７図はカウンタ
５の上昇および下降時間測定を校正するのに必要なハー
ドウェアを示す。１８０度のパワースプリッタの代わり
に０度のパワースプリッタ１３（第４図参照）を用いる
以外はこのハードウェアは第４図に示すパルス幅校正ハ
ードウェアと同じである。

チャネルへの信号１６′ｌ０１（第８図参照）がトリガ
ー２９＝ 電圧■、を越えると測定が始まる。チャネルＩ３の信号
１６２がＶ、と等しくなると測定は終オ）る。測定結果
はＲである。チャネルへの入力増幅器９（第７図参照）
は遅延Ａ４を生じる。パワースプリッタ１１２は遅延Ｄ
１を生じ、チャネルＢ人カ増幅器１１は遅延Ｂ４を正し
る。理想的にはトリガレベル■、およびＶ、は等しい。

もし、それらが等しくなければ信号のスルーレ−１〜Ｘ
に伴って時間間隔誤差（ｖｂ−ｖ、）／Ｘが現われる。

１個の入力信号だけを用い、２回のＴ、’Ｉ（時間間隔
）を測定し、測定結果ＲおよびＦを得る。構成要素をみ
るとＲおよびＦは、 スロープ　　所望量　　　結果 Ａ　　　　　　　Ｂ　　　　　Ｒ＋−Ａ　　＋＋Ｄ”＋
（Ｖ　ｂ−Ｖ、）／Ｘ＝Ｒ（３０）＋　　＋　Ｂ−−Ａ
−＋Ｄ−−（ｖｂ−Ｖ、）／Ｙ＝Ｆ　（３１）スルーレ
ートＸ、Ｙを早くし、トリガレベルをできるだけ等しく
セラ１−すると最後の項は無視できる。

ＲおよびＦは上昇および下降時開校正定数である。

遅い信号を校正するときはトリガレベルを非常に正確に
、すなわちｖ、＝ｖ、＝ｏ、ｏｏポル１〜に調整するこ
とか重要である。１〜リガレベルな正確に調整すればス
ルーレートかわずかに変ってもＲおよびＦは変化しない
。４１１すべきはもし、中間レベルを０゜００ポル１〜
に調整すれはヒステリシス効果は再び相殺されることで
ある。ヒステリシス幅Ｔ−Ｉに対して■１および■、の
両方が半分の幅だけスロープによって上下するからであ
る。同じスロープに対してはＶ。

−Ｖ、＝Ｏである。

一方のチャネルの１０％から他方のチャネルの９０％ま
での１−昇時間および下降時間なこの方法で完全に校ｉ
Ｅすることばできない。この方法はパルスの中間あたり
でトリ力レベルが同じ場合に適合し、したがって１０％
〜９０％の極端な値にパルスのトリガレベルをセットす
る前にパルスの中間でスキューを除去することができる
。

□　任意のトリガレベルでの校正 今までのところすべての校正は０．００ボルトの１−リ
ガレベルで行ってきた。これはロジックファミリの中間
遷移電圧、たとえばｒ’：ＣＬに対して−１，３ボルト
で校正したいユーザには望ましくない。校正出力にバイ
アス電流源およびブロッキングコンデンサを付加するこ
とによりそれが可能になる。第９図は０ボルト以外のト
リガ電圧を得るために必要なハードウェアを示す。電流
源２００および２０１はバイアス電流を供給し、トリガ
電圧Ｖ、に等しいＤ　Ｃオフセット電圧を生じる。これ
らは演Ｗ増幅器２０６および２０８によって制御され、
校正出力電圧３６および３Ｂをセンスし、入力電圧■、
と比較するプロキングコンデンサ２０２および２０４は
パワースプリッタ１３および１５に電流が流れないよう
にする。

各チャネルにおいて、電流源２００，２０１からのバイ
アス電流は各チャネルのトリガレベルに＋Ｅ確に等しい
ＤＣＣオフセラー電圧を供給しなければならない。たと
えば、もしチャネルＡか］、、ＯＯボルトで校正されれ
ば２０．０ミリアンペアのバイアス電流が要求される。

２個のチャネルに対するトリガレベルは厳密にＳえば同
じである必要はない。しかしながら、５０％のデユーテ
ィ−サークルを用いれば用いる絶対電圧にかかわらずだ
いたい振幅の゛ト分のところで有効な校正が常時行われ
る。

高インピダンスプローブの場合、全く前と同様、第：３
図に示すように校正出力又は校正入力で終端抵抗器が必
要である。

時間幅測定あるいは一１ｘ　＊、　／下降時間測定校正
においては両チャネルは同じ１−リガレベルでなければ
ならない。

本発明の校正手順はコントローラにより自動的に実行さ
れる。コン１−ローラは校正器のスイッチを操作し、カ
ウンタ入力チャネルの１−リガ電圧、およびスロープ極
性をセラ１〜し、テスト測定の結果から校正定数を導出
する。

手順をオートメーション化するために必要な装置を第１
０図に示す。校正されるカウンタ５にはインタフェイス
バス２１８を通ってコンピュータコン１−ローラ２１６
から受けた命令に従って測定し、測定結果をハス２１８
を通ってコントローラ２１６に送る機能が必要である。

そのようなカウンタの−・例はＨｃｗｌｅｔｔ、−Ｐａ
ｃｋａｒｄ　　ＨＰ５３７０Ｂカウンタである。校正器
３′もまたインターフェイスバス２１８な通ってコン１
〜ローラ２１６から受けたコマンドで制御される。−例
かＩＴ　ｅｗ　ｌ　ｅｔ、　ｔ　−Ｐａｃｋａｒｄ　　
ＪＯ６−５９９９２Ａ時間間隔校正器である。コントロ
ーラ２１６はプログラム１可能なマイクロコンピュータ
あるいはミニコンピユータあるいは専門の測定器コント
ローラである。

コントローラ２１６は一連のコマンドにより校正器３の
内部構成を変える。該コマンドは校正器３のスイッチを
切り換え、０度のパワースプリッタもしくは１８０度の
パワースプリッタのどちらかを選択し、出力信号をカウ
ンタ５のスタートおよびストップ入力に送る。第１図の
スイッチ２１を用い、パワースプリッタの出力をスター
トチャネルからストップチャネルまで切り換えたり、そ
の逆に切り換えたりして信号を交互に接続する。コント
ローラ２１６またはカウンタ５のスタートおよびストッ
プチャネルの電圧のトリガレベルおよびスロープ極性を
セットする。＠原１１６からのオフセット電圧も同様で
ある。

時間間隔測定校正に対してはコン１−ローラ２１６は校
ＩＴ：、器３およびカウンタ５にコマンドを送り式３〜
６および１０−１３で与えられた測定１゛１〜１゛８に
必要な構成にする。一連の各構成でコントローラ２１６
はカウンタ５に測定を命令し、該測定でのデータを蓄積
する。８回の測定が行オ）れるとコン１〜ローラ２１６
は式（１７＋）　−（１７ｄ）に従って４回の時間間隔
校正定数をｉｔ！する。

パルス幅１１ｔ１１定校正も同様な手順で行う。コン］
−ローラ２１６は式（２０）〜（２４）で１１えら肛た
Ｗ、〜Ｗ４およびＰ　Ｅ　Ｒの測定に必要なように校正
器３およびカウンタ５を構成し、５回の測定からのデー
タを蓄積し、式（２７ｍ）および（２７ｂ）に従って２
個のパルス幅校正定数を計算する。

」−胃および下降時間訓電校正もまた同様な手順に従い
、都合よく同し装置で式（３［１）および（３１）で与
えられた構成を用いて容易に行うことができる。

時間間隔測定機器の設計および校正技術において、前述
のカウンタ用校正装置および校正方法が他のタイプの時
間間隔測定機器にたやすく応用できることは明白である
。たとえば、実時間オシロスコープ。

サンプリンクオシロスコープ、デジタイジングオシロス
コープおよび波形記録計などに応用できる。

〈発明の効果〉 −Ｆ記に才」いて詳述した本発明のいくつかの実施例か
らも明らかなように、試験用信号は線形受動回路によっ
て処理されて校正さされるべき時間間隔測定装置に導入
されるので、波形の非線形歪が発生しないので、波形の
非線形歪による校＋ＩＥ誤差が生じない。また校正によ
って９！ｔられる精度の１１安か得られるから、校正の
信鞘度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の方法を適用して時間間隔測
定用カウンタの校正をおこなう校＋ｌＥ装値のブロック
図、第２Ａ図は第１図の装置により同一スロープの測定
をおこなうカウンタの校正中に、実際に測定される信号
と入力試験信号の代表的波形図、第２　８図は第１図の
装置により反対スロープの測定をおこなうカウンタの校
正中に実際に測定される信号と人力試験信号の代表的波
形図、第：３図は高インピーダンス・プローブを装備す
るカウンタに適合するようにした第１図の校正装置のブ
ロック図、第４褒１は本発明の１実施例の方法を適用し
て、ノ＜）レス幅測定用、カウンタの校正をおこなう装
置のブロック図。 第５図は第４図の装置を用いてパルス幅測定をおこなう
カウンタの校正中に、実際にｉｌｌｌ１定される信号と
人力試験信号の代表的波形図、第６図はノ匂しス幅測定
用高インピーダンス・プローブを装備するカウンタに適
合するようにした第４図の校正装置のブロック図、第７
図は本発明の実施例の方法によｊＪ上昇および下降時間
測定用カウンタの校正をおこなう校正装置のブロック図
、第８図は第７図の装置によりＩ：、ｙノ及びド降時間
を測定するカウンタの校正中心こ実際に測定される信号
と人力試験信号の代表的波形図、第９図はゼロボル１−
・レベル以外でトリガを力箋けるために制御電流源とブ
ロッキングコンデンサを付加した第１図の校正装置のブ
ロック図、第１０図はコンピュータ制御用に変形された
第１図、第４図、第７図および第９図の装置のブロック
図。 １：パルス発生器； ３：校正器；　　　　′ ５：カウンタ； ７：完全なカウンタ； ９、１１：入力増幅器； １　３　：　０度パワースプリッタ； ］、　５　：　ｌ　８　０度パワースブリッタ；１７、
１９．２Ｉ：スイッチ； ３０：ブローブ； １】２：内部パワースブリッタ； ２０２、２０４　：ブロワキンクコンデンサ；２０６、
２０８：演市増幅器； ２００、２０１　：電流源； ２１６：コン１−ローラ； ２１８：インタフエイスバス； 出願人　横河・ヒューレッ１−・パノカード株式会社代
理人　弁理士　長谷用　次　男 １）開ｎＵＧ２−３０９９０　（１４）ぐ ｒ−一一一−−−コ ｒ−一−−−−−−−−−−− １ト　　　　　・−々さ ・　　　　　切象 ′−４堀、 １　　　　　仝　　− １　　　°ゝ゛ １　　　　　　　〉　　〉 １　　　　　）、 １　　　　　　樅、Ｆ １　　　　　　０、／い。 １　　　　−ゝべ＝ Ｌ−一一−−−−　−一一一− ｍ＝ ■ 一」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 次の（イ）〜（ホ）に記載する各段階から成る１つある
   いは複数のチャネルから成る時間間隔測定装置の校正方
   法、 （イ）試験信号を発生する段階、 （ロ）前記試験信号を受動かつ線形的に分割し、第１お
   よび第２のコヒーレント信号を発生する段階、（ハ）前
   記第１および第２のコヒーレント信号を、前記１つのチ
   ャネルに順次に、あるいは前記複数のチャネルの２つの
   それぞれに同時に、交流結合して印加する段階、 （ニ）前記順次に印加された前記第１および第２のコヒ
   ーレント信号のそれぞれのパルス幅を測定するか、前記
   同時に印加された前記第１および第２のコヒーレント信
   号間の時間間隔を測定する段階、 （ホ）前記測定によって得られた測定値により前記時間
   間隔測定装置の校正をおこなう段階。