DE112005000267T5

DE112005000267T5 - Gerät, Verfahren, Programm und Speichermedium zur Phasenmessung

Info

Publication number: DE112005000267T5
Application number: DE112005000267T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kurosawa; Juichi Nakada
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2007-01-25
Also published as: JP4765100B2; JPWO2005073738A1; KR20070001116A; US20080018322A1; US7466141B2; WO2005073738A1; KR100800385B1

Abstract

Ein Phasenmessgerät, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nachdem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zugeführt wurde, aufweisend:
einen Phasenerfassungsbereich, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst basierend auf einer lokalen Frequenz;
ein Übereinstimmungszeit-Messmittel, das eine Übereinstimmungszeit misst, zu welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und
ein Störungskomponentenphasen-Messmittel, das eine Phase der Störungskomponente zu der Übereinstimmungszeit misst, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs,
wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist, als die Eingangsfrequenzkomponenten, und
der Phasenerfassungsbereich beide oder eine von einer höchsten Frequenzkomponente und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Ein gangsfrequenzkomponenten erfasst und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messung einer Phase einer Störung einer Signalausgabe von einem nicht-linearen Schaltkreis (zu messender Schaltkreis) nachdem ein Signal mit wenigstens zwei Frequenzkomponenten dem nichtlinearen Schaltkreis zugeführt wurde.

Technischer Hintergrund

Es war üblicherweise allgemeine Praxis ein Signal durch Zuführen des Signals zu einem Verstärker zu verstärken. Ideal ist es, wenn der Verstärker ein linearer Schaltkreis ist. Allerdings ist es schwierig einen Verstärker herzustellen, welcher ein vollständiger linearer Schaltkreis ist und daher wird ein Verstärker als eine Art von nichtlinearem Schaltkreis behandelt. Genauer gesagt, wenn dem Verstärker ein Signal zugeführt wird, werden auch zusätzlich Störungskomponenten zu einem verstärkten Signal ausgegeben.

Eine Messung von derartigen Störungskomponenten wurde zum Beispiel wie in Patent Dokument 1 beschrieben (japanische offen gelegte Patentveröffentlichung (KOOKAI) Nr. 2001-285211 (Abstract)) durchgeführt.

Allerdings wurde eine Messung der Phasen von Störungskomponenten, die von einem Verstärker ausgegeben werden, bisher noch nicht konventionell durchge führt, wenn dem Verstärker ein Signal mit wenigstens zwei Frequenzkomponenten zugeführt wurde.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Phasen von Störungen einer Signalausgabe von einem zu messenden Schaltkreis zu messen, nachdem ein Signal mit wenigstens zwei Frequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zu geführt wurde.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Phasenmessgerät, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nachdem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangs-Frequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zu geführt wurde:
Einen Phasenerfassungsbereich, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst, basierend auf einer lokalen Frequenz; eine Übereinstimmungszeit-Messeinheit die eine Übereinstimmungszeit misst, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und eine Störungskomponentenphasen-Messeinheit, die eine Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit misst, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, wobei der Phasenerfassungsbereich entweder beide oder eine einer Höchstfrequenzkomponente und einer Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.

Gemäß der somit konstruierten Erfindung wird ein Phasenmessgerät bereitgestellt, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nach dem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zugeführt wurde.

Ein Phasenerfassungsbereich erfasst Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente basierend auf einer lokalen Frequenz. Eine Übereinstimmungszeit-Messeinheit misst eine Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs. Eine Störungskomponenten Phasenmesseinheit misst eine Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs. Die Störungskomponente enthält wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten. Der Phasenerfassungsbereich erfasst entweder beide oder eine einer höchsten Frequenzkomponente und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten, und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzkomponente.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, das der Phasenerfassungsbereich enthält: eine Orthogonal-Transformationseinheit, welche die Ausgabe von dem zu messenden Schaltkreis orthogonal transformiert mittels der lokalen Frequenz; und eine Phasenerfassungseinheit, die die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und der Störungskomponente in Ausgaben von der orthogonalen Transformationseinheit erfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, das der Phasenerfassungsbereich (1.) die Phasen der Höchstfrequenzkomponente und der Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst und die Phase der Nied rigfrequenzstörungskomponente, und (2.) die Phasen der Höchstfrequenzkomponente und der Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Hochfrequenzstörungskomponente.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät eine Lokalfrequenz-Setzeinheit enthält, die die lokale Frequenz setzt, wobei die Lokalfrequenz-Setzeinheit die lokale Frequenz sowohl zu (3.) einem Mittelwert der Niedrigstfrequenz der Störungskomponenten und der Höchstfrequenz der Eingangsfrequenzkomponenten setzt, und (4.) zu einem Mittelwert der Höchstfrequenz der Störungskomponenten und der Niedrigstfrequenz der Eingangsfrequenzkomponenten setzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Phasenerfassungsbereich (5.) die Phase der Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Höchstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, und (6.) die Phase der Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Niedrigfrequenzstörungskomponente, und (7.) die Phase der Höchstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Hochfrequenzstörungskomponente erfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät eine Lokalfrequenz-Setzeinheit enthält, die die lokale Frequenz setzt, wobei die Lokalfrequenz-Setzeinheit die lokale Frequenz auf einen Mittelwert der niedrigsten Frequenz und der höchsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponenten setzt, (8.) auf einen Mittelwert der niedrigsten Frequenz der Störungskomponente und der niedrigsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponente, und (9.) auf einen Mittelwert der Höchstfrequenz der Störungskomponente und der Höchstfrequenz der Eingangsfrequenzkomponente.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät enthält: eine Phasenänderungs-Quantitätserfassungseinheit, welche eine Phase nänderungs-Quantität der höchsten Frequenzkomponente oder niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, welche sich aufgrund einer Änderung der Komponenten geändert hat, für welche der Phasenerfassungsbereich die Phasen für jede Änderung erfasst; und eine Störungskomponenten-Phasenkompensationseinheit, welche das Messergebnis der Störungskomponentenphasen-Messeinheit korrigiert basierend auf der Phasenänderungs-Quantität.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Phasenerfassungsbereich (10.) die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, und (11.) die niedrigste Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phasen einer benachbarten Niedrigfrequenzstörungskomponente, welche ein Teil der Niedrigfrequenzstörungskomponenten ist, und die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente erfasst, deren Phase schon erfasst wurde und die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente, deren Frequenz niedriger ist als die der Niedrigfrequenzstörungskomponente, bis zur Erfassung der Phase der Störungskomponente bei der niedrigsten Frequenz.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Phasenerfassungsbereich (12.) die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und (13.) die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und die Phase einer benachbarten Hochfrequenzstörungskomponente, welche ein Teil der Hochfrequenzstörungskomponenten ist, und die Phase einer Hochfrequenzstörungskomponente erfasst, deren Phase schon erfasst wurde und die Phase einer Hochfrequenzstörungskomponente, deren Frequenz höher ist als die der Hochfrequenzstörungskomponente, bis zur Erfassung der Phase der Störungskomponente bei der höchsten Frequenz.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät eine Lokalfrequenz-Setzeinheit enthält, die die lokale Frequenz setzt, wobei nach der Phasenerfassung die Lokalfrequenz-Setzeinheit die lokale Frequenz auf einen Mittelwert des Maximalwerts und des Minimalwerts der Frequenz der Signale setzt, für die Phasen erfasst werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät umfasst: eine Phasenänderungs-Quantitätserfassungseinheit, die eine Phasenänderungs-Quantität einer Störungskomponente erfasst, welche sich aufgrund einer Änderung der Komponenten ändert, für welche der Phasenerfassungsbereich die Phasen für jede Änderung erfasst; und eine Störungskomponenten-Phasenkompensationseinheit, welche das Messergebnis der Störungskomponentenphasen-Messeinheit korrigiert, basierend auf der Phasenänderungs-Quantität.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Phasenerfassungsbereich eine diskrete-Fourier-Transformations-Einheit enthält, welche eine diskrete Fourier Transformation durchführt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Phasenmessgerät eine Anzeigeeinheit enthält, die einen Vektor anzeigt, dessen Winkel die Phase der Störungskomponente ist, und dessen Länge die Amplitude der Störungskomponente ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Anzeigeeinheit einen Vektor anzeigt, dessen Länge ein Logarithmus der Amplitude der Störungskomponente ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Phasenmessung des Messens einer Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis nach der Zufuhr eines Signals mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten in den zu messenden Schaltkreis: einen Phasenerfassungsschritt des Erfassens von Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente basierend auf einer lokalen Frequenz; einen Übereinstimmungszeit- Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erhaltenem Ergebnis des Phasenerfassungsschritt; und einen Störungskomponentenphasen- Messschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsschritts, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, welche eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und wobei der Phasenerfassungsschritt beide oder eine von einer Höchstfrequenzkomponente und einer Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm von Anweisungen zur Ausführung auf einem Computer, um ein Verfahren einer Phasenmessung eines Phasenmessgeräts durchzuführen, dass eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nach dem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten zu dem zu messenden Schaltkreis zugeführt wurde, und einen Phasenerfassungsbereich hat, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst basierend auf einer lokalen Frequenz, wobei das Verfahren zur Phasenmessung beinhaltet: einen Übereinstimmungszeit-Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und einen Störungskomponenten-Phasenmessschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenz komponenten, und wobei der Phasenerfassungsbereich beide oder eine von einer Höchstfrequenzkomponente und einer Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Medium, welches ein Programm von Anweisungen zur Durchführung auf einem Computer umfasst, um ein Verfahren zur Phasenmessung eines Phasenmessgeräts durchzuführen, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nach dem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zugeführt wurde, und einen Phasenerfassungsbereich hat, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente basierend auf einer lokalen Frequenz erfasst, welches Verfahren zur Phasenmessung beinhaltet: einen Übereinstimmungszeit-Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und einen Störungskomponentenphasen-Messschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und wobei der Phasenerfassungsbereich entweder beide oder eine einer Höchstfrequenzkomponente und einer Niedrigstfrequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, welches ein Betrieb eines Verstärkers 20 zeigt, wobei 2a ein Frequenzspektrum eines Eingangssignals zeigt, dass dem Verstärker 20 zugeführt wird, 2b ein Frequenzspektrum einer Ausgabe von dem Verstärker 20 zeigt, und 2c ein Frequenzspektrum einer Ausgabe von dem Verstärker 20 für einen Fall zeigt, wo ω 0 (= (ω 10 + ω 20)/2) auf 0 gesetzt ist;
3 zeigt ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festzusetzen;
4 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Phasenerfassungsbereichs 40 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Diagramm, welches Ausgangszustände (Zustände zur Zeit t = 0) von komplexen Vektoren s1 oder s2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Diagramm, welches die Zusammenhänge zwischen der Phase θ 1 des komplexen Vektors s1, der Phase θ 2 des komplexen Vektors s2 und der Zeit „t" gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Diagramm, welches die Zusammenhänge zwischen der Phase θ 1 des komplexen Vektors s1, der Phase θ 2 des komplexen Vektors s2 und der Phase θ 3 des komplexen Vektors s3 und der Zeit „t" gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Diagamm, welches eine Anzeigeform von einem Anzeigebereich 70 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Diagamm, welches eine Variation der Anzeigeform des Anzeigebereichs 70 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Blockdiagamm, welches eine Konfiguration eines Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 zeigt ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festzusetzen;
13 ist ein Blockdiagamm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist ein Blockdiagamm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 zeigt ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c festzusetzen; und
16 zeigt ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c festzusetzen.
Beste Art und Weise um die Erfindung auszuführen:
Im Folgenden wird nun eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Verstärkermesssystem enthält einen Eingangssignalerzeugungsbereich 10, einen Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, einen Analog-Digitalwandler 32, Multiplizierer 34a und 34b, Lokalfrequenzsetzbereich 36, einen 90° Phasenverschieber 38, einen Phasenerfassungsbereich 40, einen Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, einen Störungskomponenten-Phasenmessbereich 60 und einen Anzeigebereich 70.
Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10 erzeugt ein Eingangssignal mit zwei Eingangsfrequenzkomponenten ω 1 und ω 2. Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10 enthält einen ersten Oszillator 12, einen zweiten Oszillator 14 und einen Addierer 16. Der erste Oszillator 12 erzeugt ein Signal der Frequenz ω 10. Der zweite Oszillator 14 erzeugt ein Signal der Frequenz ω 20. Der Addierer 16 addiert das Signal der Frequenz ω 10 und das Signal der Frequenz ω 20 miteinander und gibt eine Ergebnisaddition aus. Eine Ausgabe von dem Addierer 16 ist ein Eingangssignal. Das Eingangssignal wird dem Verstärker 20 zugeführt.
Der Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20 verstärkt das zugeführte Eingangssignal und gibt ein Ergebnis der Verstärkung aus. Im Folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs des Verstärkers 20 unter Bezugnahme auf 2 gegeben. Das Frequenzspektrum des Eingangssignals, welches dem Verstärker 20 zugeführt wird, enthält die Komponenten der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20, wie es in 2a gezeigt ist. Der Verstärker 20 verstärkt das Eingangssignal und gibt das Ergebnis der Verstärkung aus.
Das Frequenzspektrum der Ausgabe von dem Verstärker 20 ist wie in 2b gezeigt. Es wird erkannt, dass die Niveaus der Komponenten der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20 sich erhöhen. Es ist allerdings schwierig, den Verstärker 20 als einen vollständig linearen Schaltkreis herzustellen und der Verstärker 20 ist daher ein nicht linearer Schaltkreis. Als ein Ergebnis existieren zusätzlich zu den Komponenten der Frequenzen ω 10 und ω 20 Ausgabekomponenten (hier als Störungskomponenten bezeichnet) von einer Frequenz ω 30 und einer Frequenz ω 40.
Bei dieser Gelegenheit, wenn eine Frequenz ω 0, welche ein Mittelwert der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20 (= (ω 10 + ω 20)/2) ist, auf 0 gesetzt wird, ist das Frequenzspektrum der Ausgabe von Verstärker 20 wie in 2c angegeben. Genauer gesagt, ω 10 = ω 1 (= ω 10 – ω 0); ω 20 = –ω 1 (= ω 20 – ω 0); ω 30 = 3 ω 1(= ω 30 – ω 0); und ω 40 = –3 ω 1(= ω 40 – ω 0). Da ω 1 > –ω 1 ist, ist ω 1 die höchste Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und –ω 1 ist die niedrigste Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten.
Die Komponenten von 3 ω 1 und –3 ω 1 werden als dritte Störungskomponenten bezeichnet. Störungskomponenten sind nicht auf die dritten beschränkt und es existieren fünfte Störungskomponenten (5 ω 1 und –5 ω 1), siebte Störungskomponenten (7 ω 1 und –7 ω 1) und Störungskomponenten höherer Ordnung.
Das Phasenmessgerät enthält den Analog/Digital-Wandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b, den Lokalfrequenzsetzbereich 36, den 90°-Phasenverschieber 38, den Phasenerfassungsbereich 40, den Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 und den Anzeigebereich 70.
Der Analog/Digital-Wandler 32 wandelt die Ausgabe von dem Verstärker 20 in ein digitales Signal um. Es sollte festgehalten werden, dass ein Frequenzband, an welches sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, BW ist.
Der Multiplizierer 34a multipliziert eine Ausgabe von dem Analog/Digital-Wandler 32 mit cos (ω c × t), was von dem Lokalfrequenzsetzbereich 36 ausgegeben wird, und gibt das Produkt aus. Der Multiplizierer 34b multipliziert die Ausgabe von dem Analog/Digital-Wandler 32 mit –sin (ω c × t), was von dem Ver-90° Phasen Verschieber 38 ausgegeben wird, und gibt das Produkt aus. Die Multiplizierer 34a und 34b führen die Orthogonaltransformation mittels der Frequenz ω c aus.
Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz ω c für die orthogonale Transformation. 3 zeigt ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c festzusetzen. In 3 wird angenommen, dass die Phase der Signale innerhalb eines Frequenzbereichs von –5 ω 1 bis 5 ω 1 gemessen wird. Somit ist die höchste Frequenz der Störungskomponenten 5 ω 1 und die niedrigste Frequenz derselben ist –5 ω 1. Es sollte bemerkt werden, dass ω 1 – (–ω 1) = 2 ω 1 = ω sep ist. Zuerst, wie es in 3a gezeigt ist, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 – ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, besteht die Beziehung ω c = (ω 1 + (ω 1 + (–5 ω 1))/2 = –2 ω 1. Dann, wie es in 3b gezeigt ist, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 + ω sep. Wenn ω 0 = 0 besteht die Beziehung ω c = ((–ω 1) + (5 ω 1))/2 = 2 ω 1.
Der 90°-Phasenverschieber 38 verschiebt die Phase einer Ausgabe von dem Lokalfrequenzsetzbereich 36 um 90° und gibt das Ergebnis dieser Verschiebung aus.
Der Phasenerfassungsbereich 40 erfasst die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten (± ω 1) und der Störungskomponenten (wie z.B. +3 ω 1) in den Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b. 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration des Phasenerfassungsbereichs 40 zeigt. Der Phasenerfassungsbereich 40 enthält einen Frequenzverschiebungsbereich 44, einen Komplex FFT (schnelle Fourier Transformation – Fast Fourier Transformation) Bereich 46 und einen Phasenbestimmungsbereich 48.
Der Frequenzverschiebungsbereich 44 verschiebt die Frequenz der Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b um ω c – ω 0. Zum Beispiel, wenn die lokale Frequenz ω c = ω 0 – ω sep ist (s. 3a), wird die Frequenz um ω c – ω 0 = –ω sep verschoben, und wenn die lokale Frequenz ω c = ω 0 + ω sep ist (s. 3b) wird die Frequenz um ω c – ω 0 = ω sep verschoben.
Darüber hinaus und unter Bezugnahme auf 3b wird die Eingangsfrequenzkomponente (–ω 1) als die Frequenz –1,5 ω sep behandelt, mit ω c als ein Ursprung der Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b. Die Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1) wird als die Frequenz –0,5 ω sep behandelt, mit ω c als der Ursprung der Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b. Die Störungskomponente (+3 ω 1) wird als die Frequenz 0,5 ω sep behandelt, mit ω c als der Ursprung in den Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b.
Allerdings, wie genauer später beschrieben, haben in der ersten Ausführungsform (dasselbe gilt für die anderen Ausführungsformen) die Winkelgeschwindigkeit der Eingangsfrequenzkomponente (–ω 1) und die Winkelgeschwindigkeit der Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1) dieselbe Größenordnung (haben jedoch unterschiedliche positive/negative Vorzeichen) und die Winkelgeschwindigkeit der Störungskomponente (+3 ω 1) sollte dreimal so groß sein, wie die der Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1).
Der Ursprung wird somit von ω c (= ω 0 + ω sep) zu ω 0 bewegt. Als ein Ergebnis werden die Frequenz der Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b durch den Frequenzverschiebungsbereich 44 um ω sep erhöht. Zum Beispiel wird die Eingangsfrequenzkomponente (–ω 1) die Frequenz –1,5 ω sep + ω sep = –0,5 ω sep haben. Die Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1) wird die Frequenz –0,5 ω sep + ω sep = 0,5 ω sep haben. Die Störungskomponente (+3 ω 1) wird die Frequenz 0,5 ω sep + ω sep = 1,5 ω sep haben.
Infolge dessen hat die Winkelgeschwindigkeit der Eingangsfrequenzkomponente (–ω 1) und die Winkelgeschwindigkeit der Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1) dieselbe Größenordnung (haben jedoch unterschiedliche positive/negative Vorzeichen) und die Winkelgeschwindigkeit der Störungskomponente (+3 ω 1) ist dreimal so groß wie die der Eingangsfrequenzkomponente (+ω 1).
Der komplexe-FFT (Fast Fourier Transformation) Bereich 46 wendet die komplexe schnelle Fourier Transformation auf die Ausgaben von dem Frequenzverschiebungsbereich 44 an. Als ein Ergebnis werden komplexe Vektoren für die Eingangsfrequenzkomponente (± ω 1) und die Störungskomponenten (wie z.B. + 3 ω 1) erhalten. Es sollte festgehalten werden, dass der komplexe-FFT Bereich 46 vorzugsweise die diskrete Fourier Transformation (DFT) durchführt. Genauer gesagt wird die diskrete Fourier Transformation (DFT) angewandt auf ± ω 1, ± 3 ω 1, ± 5 ω 1...
Da eine beliebige Anzahl von Punkten als Berechnungspunkte für die diskrete Fourier Transformation gewählt werden kann, ist es möglich, die Berechnung mittels N durchzuführen, welches N eine Beziehung für eine gewünschte Frequenz f = fs/N × k erfüllt (fs: Abtastfrequenz des Analog/Digital-Wandlers 32, N: DFT-Kalkulationspunktnummer und k: natürliche Zahl), was in Berechnungen ohne Einflussnahme von Rauschen von benachbarten Frequenzkomponenten resultiert, ohne die Abtastfrequenz zu ändern.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt die Phasen der jeweiligen Komponenten basierend auf den komplexen Vektoren der Eingangsfrequenzkomponenten (± ω 1) und der Störungskomponente (wie z.B. +3 ω 1). Die Phase kann als tan^–1 berechnet werden (Imaginärteil des komplexen Vektors/Realteil des komplexen Vektors). Es wird angenommen, dass die Phase der Eingangsfrequenz komponente +ω 1 gleich θ 1 ist, die Phase der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 gleich θ 2 ist, die Phase der Störungskomponente + 3 ω 1 gleich θ 3 ist, die Phase der Störungskomponente –3 ω 1 gleich θ 4 ist, die Phase der Störungskomponente +5 ω 1 gleich θ 5 ist und die Phase der Störungskomponente –5 ω 1 gleich θ 6 ist (s. 3). θ 1, θ 2, θ 3, ... sind Funktionen der Zeit. Im folgenden Bereich wird z.B. eine Phase zum Zeitpunkt t als θ 1 (t) bezeichnet.
Es sollte angemerkt werden, dass θ 1 die Phase der höchsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten ist und θ 2 die Phase der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten ist. Darüber hinaus sind θ 3 und θ 5 Phasen von Hochfrequenzstörungskomponenten, deren Frequenz höher ist als die der Eingangsfrequenzkomponenten unter den Störungskomponenten. Darüber hinaus sind θ 4 und θ 6 Phasen von Niedrigfrequenzstörungskomponenten, deren Frequenz niedriger ist als die der Eingangsfrequenzkomponenten unter den Störungskomponenten.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt θ 1, θ 2, θ 4 und θ 6 unter Bezugnahme auf 3a (s. insbesondere (1) in 1). Bei dieser Gelegenheit wird die lokale Frequenz ω c, die durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 = –ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von –5 ω 1 bis +ω 1 mit der lokalen Frequenz ω c als das Zentrum zu messen. Daher sollte die Frequenzbandbreite (BW: Band Width), an welche sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann BW > ω 1 – (–5 ω 1) = 6 ω 1 = 3 ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt dann θ 1, θ 2, θ 3 und θ 5 unter Bezugnahme auf 3b (s. (2) in 1). Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, die durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, ω 0 + ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von –ω 1 bis +5 ω 1 mit der lokalen Frequenz ω c als das Zentrum zu messen. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +5 ω 1 – (–ω 1) = 6 ω 1 = 3 ω sep sein.
Es sollte festgehalten werden, dass, wenn θ 1, θ 2, θ 3, θ 4, θ 5 und θ 6 zur selben Zeit gemessen werden, es notwendig ist, über eine Bandbreite von –5 ω 1 bis +5 ω 1 zu messen. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +5 ω 1 – (–5 ω 1) = 10 ω 1 = 5 ω sep sein.
Infolge dessen, wenn θ 1, θ 2, θ 4 und θ 6 bestimmt werden, und θ 1, θ 2, θ 3 und θ 5 dann wie in der ersten Ausführungsform bestimmt werden, da es notwendig ist, dass BW > 3 ω sep ist, kann ω sep größer sein, wenn BW konstant ist.
Unter Bezugnahme wiederum auf 1 misst der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich eine Übereinstimmungszeit Δ t, wenn die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 zum ersten Mal miteinander übereinstimmen, und die Phase θ 1 (Δ t) (= θ 2 (Δ t)) basieren auf dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40.
Ein komplexer Vektor s1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und ein komplexer Vektor s2 der Eingangsfrequenzkomponenten –ω 1 werden durch die folgenden Gleichungen dargestellt.
[Gleichung 1]

S1 = A1 × ej(ω1 × t + θ 1(0))
S2 = A2 × ej(ω1 × t + θ 2(0))

Wie die obigen Gleichungen klar zeigen, obwohl die komplexen Vektoren s1 und s2 eine unterschiedliche Länge haben, rotieren sie mit derselben Rotationsgeschwindigkeit in voneinander entgegen gesetzten Richtungen. In 5 sind Ursprungszustände (Zustände zum Zeitpunkt t = 0) der komplexen Vektoren s1 und s2 gezeigt. In 5 ist Im (Imaginärteil) der vertikalen Achse zugeordnet und Re (Realteil) ist der horizontalen Achse zugeordnet. Eine Ursprungsphase des komplexen Vektors s1 ist θ 1 (0) und eine Ursprungsphase des komplexen Vektors s2 ist θ 2 (0). Die Phasen der komplexen Vektoren s1 und s2 stimmen an dem Zeitpunkt Δ t zum ersten Mal überein. Bei dieser Gelegenheit wird die Phase θ 1 (Δ t) ( = θ 2 (Δ t)) durch die folgende Gleichung ausgedrückt: [Gleichung 2]
Da die komplexen Vektoren s1 und s2, deren Phasen zu dem Zeitpunkt Δ t gleich θ 1 (Δ t) werden, mit derselben Rotationsgeschwindigkeit in entgegen gesetzten Richtungen zueinander rotieren, werden die Phasen der komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander bei θ 1 (Δ t) + π übereinstimmen, wenn sie um eine halbe Drehung rotiert sind. Der Zeitpunkt bei dieser Gelegenheit ist Δ t + π/ω 1. Die Phasen stimmen dann wieder bei θ 1 (Δ t) miteinander überein. Der Zeitpunkt ist bei dieser Gelegenheit Δ t + 2 π/ω 1. Auf diese Weise stimmen die Phasen miteinander am Zeitpunkt Δ t + n × π/ω 1 (n = 0, 1, 2 ...) überein und die Phasen der komplexen Vektoren s1 und s2 sind bei dieser Gelegenheit θ 1 (Δ t) (n = 0, 2, 4...) oder θ 1 (Δ t) + π (n = 1, 3, 5, ...).
6 zeigt die Beziehungen zwischen der Phase θ 1 des komplexen Vektors s1, der Phase θ 2 des komplexen Vektors s2 und der Zeit „t" als ein Diagramm. Es sollte festgehalten werden, dass θ 1 (0) = 0 aus Gründen der Übersichtlichkeit ist.
Wie klar in 6 gezeigt, stimmen die Phasen der komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander am Zeitpunkt Δ t + n × π/ω 1 (n = 0, 1, 2, ...) überein und die Phasen der komplexen Vektoren s1 und s2 sind bei dieser Gelegenheit θ 1 (Δ t) (n = 0, 2, 4, ...) oder θ 1 (Δ t) + π (n = 1, 3, 5, ...).
Der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 misst die Phase θ 3 (Δ t) der Störungskomponente +3 ω 1 zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t basierend auf dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40. Der Übereinstimmungszeitpunkt Δ t wird von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 erhalten. Es sollte festgehalten werden, dass die Phasen θ 4, θ 5 und θ 6 von anderen Störungskomponenten (wie z.B. –3 ω 1 und +/– 5 ω 1) auf dieselbe Weise erhalten werden. Im Folgenden wird nun eine Beschreibung eines Verfahrens zum Messen der Störungsphase gegeben, wobei die Phase θ 3 (Δ t) als ein Beispiel dient. Andere Störungsphasen werden mittels desselben Verfahrens gemessen.
Ein komplexer Vektor s3 der Störungskomponente +3 ω 1 wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
[Gleichung 3]

S3 = A3 × ej(3 ω 1 × t + θ 3(0))

Wie die obige Gleichung klar zeigt, rotiert der komplexe Vektor s3 dreimal, ωährend der komplexe Vektor s1 einmal dreht. Wenn der komplexe Vektor s1 eine halbe Drehung vollführt, vollführt der komplexe Vektor s3 drei halbe Drehungen.
Als ein Ergebnis, wenn der komplexe Vektor s1 um eine Drehung von der Phase θ 1 (Δ t) dreht, kehrt die Phase des komplexen Vektors s3 zurück zu der Ursprungsphase, da der komplexe Vektor s3 drei Umdrehungen vollführt. Somit, wenn der komplexe Vektor s1 „n" Drehungen von der Phase θ 1 (Δ t) (n = 1, 2, ...) dreht, dann wird die Phase des komplexen Vektors s3 zu der Phase θ 3 (Δ t) der Störungskomponente +3 ω 1 an den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t zurückkehren.
Darüber hinaus, wenn der komplexe Vektor s1 eine halbe Drehung von der Phase θ 1 (Δ t) dreht, schreitet die Phase des komplexen Vektors s3 um π fort, da der komplexe Vektor s3 um drei halbe Drehungen dreht. Als ein Ergebnis wird die Phase des komplexen Vektors s3 gleich θ 3 (Δ t) + π, wenn die Phase des komplexen Vektors s1 gleich θ 1 (Δ t) + π wird.
7 zeigt Beziehungen zwischen der Phase θ 1 des komplexen Vektors s1, der Phase θ 2 des komplexen Vektors s2 und der Phase θ 3 des komplexen Vektors s3 und der Zeit „t" als ein Diagramm. Es sollte angemerkt werden, dass θ 1 und θ 2 als Strichpunktlinien dargestellt sind und θ 3 in 7 als durchgezogene Linie dargestellt ist. Wie 7 klar zeigt, ist die Phase des komplexen Vektors s3 = θ 3 (Δ t) zu dem Zeitpunkt Δ t + n × π/ω 1 (n = 0, 2, 4, ...), und die Phase des komplexen Vektors s3 ist θ 3 (Δ t) + π zu dem Zeitpunkt Δ t + n × π/ω 1 (n = 1, 3, 5, ...).
Auf diese Weise nehmen die Phasen, bei denen die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen, konstante Werte wie z.B. θ 1 (Δ t) und θ 1 (Δ t) + π an. Zur selben Zeit nehmen auch die Phasen des komplexen Vektors s3, bei dem die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen, konstante Werte wie z.B. θ 3 (Δ t) und θ 3 (Δ t) + π an. Daher ist es wichtig, θ 1 (Δ t) als den Wert zu messen, welcher die Phase der Eingangsfrequenzkomponenten +ω 1 repräsentiert, und θ 3 (Δ t) als den Wert, welcher die Phase der Störungskomponente +3 ω 1 repräsentiert.
Es sollte festgehalten werden, dass eine relative Phase des komplexen Vektors s3 einen konstanten Wert θ 3 (Δ t) – θ 1 (Δ t) annimmt, wenn die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen, hinsichtlich der Phasen, an denen die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen.
Darüber hinaus nehmen θ 4, θ 5, θ 6, ..., konstante Werte an, wenn die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen. Die relativen Phasen von θ 4, θ 5, θ 6, ... nehmen somit die konstanten Werte θ n (Δ t) – θ 1 (Δ t) (n = 4, 5, 6, ...) an, wenn die komplexen Vektoren s1 und s2 miteinander übereinstimmen. Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 an und das Messergebnis θ 3 (Δ t) und ähnliches durch den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60.
8 ist ein Diagramm, welches eine Anzeigeform des Anzeigebereichs 70 zeigt. Der Anzeigebereich 70 zeigt die Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Störungskomponenten ± 3 ω 1 an. Es sollte festgehalten werden, dass Vektoren angezeigt werden, während die Phasen der Eingangsfrequenzkomponente und der Störungskomponenten als die Winkel derselben dargestellt werden und Amplituden der Eingangsfrequenzkomponente und der Störungskomponenten werden als die Längen derselben dargestellt. Es sollte festgehalten werden, dass der Winkel der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 = 0° beträgt. Darüber hinaus haben die Störungskomponenten ± 5 ω 1 kleine Amplituden, überlappen fast den Ursprung und sind daher nicht abgebildet.
9 ist ein Diagramm, welches eine Variation der Anzeigeform des Anzeigebereichs 70 zeigt. Diese Variation unterscheidet sich von dem in 8 gezeigten Beispiel darin, dass Vektoren gezeigt sind, deren Längen Logarithmen der Amplituden der Eingangsfrequenzkomponente und der Störungskomponenten sind. Genauer gesagt ist der Amplitudenmaßstab logarithmisch in dBc komprimiert (ωährend der Träger als eine Niedrigfrequenzkomponente des Basissignals angesehen wird) (ein voller Bereich der Amplitude wird auf 5 dBc komprimiert und der Ursprung wird z.B. auf –80 dBc komprimiert). Als ein Ergebnis können die Störungskomponenten ± 5 ω 1 angezeigt werden.
Im Folgenden wird nun eine Beschreibung des Betriebs einer ersten Ausführungsform gegeben.
Zuerst wird das Signal der Frequenz ω 10, welches von dem ersten Oszillator 12 ausgegeben wird, und das Signal der Frequenz ω 20, welches von dem zweiten Oszillator 14 ausgegeben wird, durch den Addierer 16 miteinander addiert und als das Eingangssignal dem Verstärker 20 zugeführt. Das Frequenzspektrum des Eingangssignals ist wie in 2a gezeigt.
Das Eingangssignal wird durch den Verstärker 20 verstärkt. Es sollte festgehalten werden, dass der Verstärker 20 vom Typ eines nichtlinearen Schaltkreises ist und somit die Störungskomponenten (wie z.B. Komponenten mit der Frequenz ω 30 und der Frequenz ω 40) zusätzlich zu den Komponenten mit der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20 ausgibt (s. 2b).
Die Ausgabe von dem Verstärker 20 wird dem Phasenmessgerät 1 zugeführt. Das Phasenmessgerät 1 dient dazu, die Ausgabe von Verstärker 20 zu messen.
Zuerst wird die Ausgabe von dem Verstärker 20 mittels der lokalen Frequenz ω c durch die Multiplizierer 34a und 34b orthogonal transformiert. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz auf ω c auf ω 0 – ω sep. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt dann die lokale Frequenz ω c auf ω 0 + ω sep.
Die Ausgaben von dem Multiplizierer 34a und dem Multiplizierer 34b werden zu dem komplexe-FFT Bereich 46 geführt. Der komplexe-FFT-Bereich 46 führt die komplexe schnelle Fourier Transformation (FFT) durch und erfasst die komplexen Vektoren für die Eingangsfrequenzkomponenten (+/– ω 1) und die Störungskomponenten (wie zum Beispiel +3 ω 1). Der Phasenbestimmungsbereich 48 empfängt die komplexen Vektoren und bestimmt die Phasen der jeweiligen Komponenten.
Der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 empfängt die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 der Ausgaben von dem Phasenbestimmungsbereich 48 und misst den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t an dem θ 1 und θ 2 miteinander zum ersten Mal übereinstimmen und die Phase θ 1 (Δ t) (= θ 2 (Δ t)) zu diesem Zeitpunkt (siehe 6).
Der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 empfängt die Phase θ 3 der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlicher der Ausgaben von dem Phasenbestimmungsbereich 48, er empfängt weiter den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 und misst die Phase θ 3 (Δ t) der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlicher zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t (siehe 7).
Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 an und das Messergebnis θ 3 (Δ t) und ähnliche des Störungskomponenten-Phasenmessbereichs 60.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 dazu veranlasst θ 1 (Δ t) zu messen, was ein signifikanter Wert ist, der die Phase der Eingangsfrequenzkomponente +/– ω 1 repräsentiert. Darüber hinaus wird der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 dazu veranlasst θ 3 (Δ t) und ähnliches zu messen, was signifikante Werte sind, die die Phasen der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnliches repräsentieren. Darüber hinaus wird der Anzeigebereich 70 dazu gebracht θ 1 (Δ t) und θ 3 (Δ t) und ähnliches anzuzeigen. Es ist somit möglich die signifikanten Werte zu messen und anzuzeigen, als die Werte, welche die Phasen der Störung der Signalausgabe von dem Verstärker 20 und der Eingangsfrequenzkomponenten repräsentieren.
Darüber hinaus, gemäß der ersten Ausführungsform, da die Frequenzbandbreite, an die sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > 3 ω sep sein sollte, kann ω sep größer sein wenn BW konstant ist, verglichen mit dem Fall, wo θ 1, θ 2, θ 3, θ 4, θ 5 und θ 6 zur gleichen Zeit gemessen werden (BW > 5 ω sep).
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform, bei der die lokale Frequenz ω c in drei Schritten gesetzt wird (ω c = ω 0, ω c = ω 0 – 1,5 ω sep, ω c = ω 0 + 1,5 ω sep) unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, wo die lokale Frequenz ω c in zwei Schritten gesetzt wird (ω c = ω 0 – ω sep, ω c = ω 0 + ω sep).
10 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Verstärkermesssystem enthält den Eingangssignalerzeugungsbereich 10, den Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, den Analog-Digitalwandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b, den Lokalfrequenzsetzbereich 36, den 90° Grad Phasenverschieber 38, den Phasenerfassungsbereich 40, den Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 und den Anzeigenbereich 70. In dem folgenden Abschnitt werden gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform versehen und nicht weiter detailliert erläutert.
Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10, der Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, der Analog-Digitalwandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b und der 90 ° Grad Phasenverschieber 38 sind dieselben, wie in der ersten Ausführungsform und auf eine Beschreibung derselben wird daher verzichtet.
Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz ω c für die orthogonale Transformation. 12 zeigt ein Verfahren um die lokale Frequenz ω c zu setzten. In 12 wird angenommen, dass die Phase der Signale innerhalb eines Frequenzbereichs von –5 ω 1 bis +5 ω 1 gemessen wird. Es sollte angemerkt werden, dass ω 1 – (–ω 1) = 2 ω 1 = ω sep ist. Zu Beginn ist die lokale Frequenz ω c = ω 0, wie in 12a gezeigt. Dann, wie in 12b gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, gilt die Beziehung ω c = (–ω 1 + (–5 ω 1))/2 = –3 ω 1. Schließlich, wie in 12c gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, gilt die Beziehung ω c = (ω 1 + 5 ω 1)/2 = 3 ω 1.
Der Phasenerfassungsbereich 40 erfasst die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten (+/– ω 1) und der Störungskomponenten (wie zum Beispiel +3 ω 1) in den Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b. Eine Konfiguration des Phasenerfassungsbereichs 40 ist dieselbe, wie in der ersten Ausführungsform (siehe 4).
Der Phasenerfassungsbereich 40 enthält den Frequenzverschiebungsbereich 44, den komplexe-FFT (schnelle Fourier Transformation; „Fast Fourier Transformation") Bereich 46 und den Phasenbestimmungsbereich 48. Der Frequenzverschiebungsbereich 44 und der komplexe-FFT (fast Fourier Transformation) Bereich 46 sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform und werden nicht detaillierter erläutert.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bezieht sich zuerst auf 12a, um θ 1 und θ 2 zu bestimmen. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 (siehe (1) in 10).
In diesem Fall ist es notwendig über eine Bandbreite von –ω 1 bis +ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > +ω1 – (–ω1) = 2 ω 1 = ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt dann θ 2, θ 4, θ 6 unter Bezug auf 12b (siehe (2) in 10). Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 – 1,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig über eine Bandbreite von –5 ω 1 bis –ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > –5 ω 1 – (–ω 1) = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt schließlich θ 1, θ 3 und θ 5 unter Bezugnahme auf 12c (siehe (3) in 10). Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, die durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 + 1,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig über eine Bandbreite von +ω 1 bis +5 ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > +5 ω 1 – ω 1 = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Es sollte angemerkt werden, dass wenn θ 1, θ 2, θ 3, θ 4, θ 5 und θ 6 zur selben Zeit gemessen werden, es notwendig ist über eine Bandbreite von –5 ω 1 bis +5 ω 1 zu messen. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an welche sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > +5 ω 1 – (–5 ω 1) = 10 ω 1 = 5 ω sep sein.
In Folge dessen, wenn θ 1 und θ 2 bestimmt werden, werden anschließend θ 2, θ 4 und θ 6 bestimmt, und θ 1 und θ 3 und θ 5 werden letztendlich wie in der zweiten Ausführungsform bestimmt, da es notwendig ist, das BW > 2 ω sep ist, wobei ω sep größer sein kann, wenn BW konstant ist.
Unter Bezugnahme wiederum auf 1, misst der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 einen Übereinstimmungszeitpunkt Δ t, wenn die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 zum ersten Mal miteinander übereinstimmen, und die Phase θ 1 (Δ t) ( = θ 2 (Δ t)) zu diesem Zeitpunkt basiert auf dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40.
11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 zeigt. Der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 enthält einen Übereinstimmungsphasen-Messbereich 52 und einen Übereinstimmungszeit-Messbereich 54.
Der Übereinstimmungsphasen-Messbereich 52 misst die Übereinstimmungsphase θ 1 (Δ t) wenn die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 miteinander übereinstimmen, ωähren die lokale Frequenz ω c = ω 0 ist.
Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 misst einen Zeitpunkt Δ t 2, wenn θ 2 mit θ 1 (Δ t) übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und einen Zeitpunkt Δ t 3, wenn θ 1 mit θ 1 (Δ t) übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist.
Der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 misst die Phase θ 3 (Δ t 3) der Störungskomponente + 3 ω 1 und ähnlicher an den Übereinstimmungszeitpunkten Δ t 2 und Δ t 3, basierend auf dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40. Die Übereinstimmungszeitpunkte Δ t 2 und Δ t 3 werden von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 erhalten. Es sollte angemerkt werden, dass die Phasen θ 4, θ 5 und θ 6 von anderen Störungskomponenten (wie zum Beispiel –3 ω 1 und +/– 5 ω 1) auf gleich Weise erhalten werden.
Genauer gesagt misst der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Phasen θ 4 und θ 6 der Störungskomponenten –3 ω 1 und –5 ω 1 zu dem Zeitpunkt Δ t 2 (θ 2 stimmt mit θ 1 zu diesem Zeitpunkt überein), wenn θ 2 mit θ 1 (Δ t) übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist. Darüber hinaus misst der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Phasen θ 3 und θ 5 der Störungskomponenten +3 ω 1 und +5 ω 1 an dem Zeitpunkt Δ t 3 (θ 2 stimmt mit θ 1 an diesem Zeitpunkt überein), wenn θ 1 mit θ 1 (Δ t) übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist.
Die Messung der Störungsphase ist dieselbe, wie die in der ersten Ausführungsform und wird nicht weiter detailliert erläutert.
Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 an, sowie Messergebnis θ 3 (Δ t 3) und ähnliches des Störungskomponentenphasen-Messbereichs 60. Die Anzeigeform des Anzeigebereichs 70 ist dieselbe, wie die der ersten Ausführungsform.
Im Folgenden wird nun eine Beschreibung eines Betriebs der zweiten Ausführungsform gegeben.
Zuerst wird das Signal der Frequenz ω 10, welches von dem ersten Oszillator 12 ausgegeben wird, und das Signal der Frequenz ω 20, welches von dem zweiten Oszillator 14 ausgegeben wird, durch den Addierer 16 addiert und als das Eingangssignal zum Verstärker 20 zugeführt. Das Frequenzspektrum des Eingangssignals ist wie in 2a gezeigt.
Das Eingangssignal wird durch den Verstärker 20 verstärkt. Es sollte angemerkt werden, dass der Verstärker 20 vom Typ eines nichtlinearen Schaltkreises ist und daher die Störungskomponenten (wie zum Beispiel Komponenten mit der Frequenz ω 30 und der Frequenz ω 40) zusätzlich zu den Komponenten mit der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20 (siehe 2b) ausgibt.
Die Ausgabe von dem Verstärker 20 wird dem Phasenmessgerät 1 zugeführt. Das Phasenmessgerät 1 dient dazu die Ausgabe von dem Verstärker 20 zu messen.
Zuerst wird die Ausgabe von dem Verstärker 20 mittels der lokalen Frequenz ω c durch die Multiplizierer 34a und 34b orthogonal transformiert. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz von ω c auf ω 0. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt dann die lokale Frequenz ω c auf ω 0 – 1,5 ω sep. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt schließlich die lokale Frequenz ω c auf ω 0 + 1,5 ω sep.
Die Ausgaben von dem Multiplizierer 34a und dem Multiplizierer 34b werden dem komplexe-FFT Bereich 46 zugeführt. Der komplexe-FFT Bereich 46 führt die komplexe schnelle Fourier Transformation durch und erhält die komplexen Vektoren für die Eingangsfrequenzkomponenten (+/– ω 1) und die Störungskomponenten (wie zum Beispiel +3 ω 1). Der Phasenbestimmungsbereich 48 empfängt die komplexen Vektoren und bestimmt die Phasen der jeweiligen Komponenten.
Der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 empfängt θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 der Ausgaben von dem Phasen Bestimmungsbereich 48 und misst den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t, bei welchen θ 1 und θ 2 zum ersten Mal miteinander übereinstimmen und die Phase θ 1 (Δ t) (= θ 2 (Δ t)) zu diesem Zeitpunkt.
Der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 empfängt die Phase θ 3 der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlichen der Ausgaben von dem Phasenbestimmungsbereich 48, er empfängt weiter die Übereinstimmungszeitpunkte Δ t 2 und Δ t 3 von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 und misst die Phase θ 3 (Δ t 3) der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlicher an den Übereinstimmungszeitpunkten Δ t 2 und Δ t 3.
Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 und das Messergebnis θ 3 (Δ t 3) und ähnliche des Störungskomponenten-Phasenmessbereichs 60 an. Gemäß der zweiten Ausführungsform werden dieselben Effekte erzielt wie mit der ersten Ausführungsform.
Darüber hinaus, gemäß der zweiten Ausführungsform, da das Frequenzband, an welches sich der Analog-Digitalwandler 32 anpassen kann, gleich BW > 2 ω sep sein sollte, kann ω sep größer sein wenn BW konstant ist, verglichen mit dem Fall wo θ 1, θ 2, θ 3, θ 4, θ 5 und θ 6 zur selben Zeit gemessen werden (BW > 5 ω sep).
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform wird durch Hinzufügen einer gemeinsamen Referenzsignalquelle 80 erhalten, eines Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereichs 90 und eines Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereichs 92 zu der zweiten Ausführungsform, um θ 1 und θ 2 zu reproduzieren, wenn der Lokalfrequenzsetzbereich 36 die lokale Frequenz ω c von ω 0 auf ω 0 – 1,5 ω sep (ω 0 + 1,5 ω sep) ändert.
13 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Verstärkermesssystem enthält den Eingangssignalerzeugungsbereich 10, den Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, den Analog-Digitalwandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b, den Lokalfrequenzsetzbereich 36, den 90° Grad Phasenverschieber 38, den Phasenerfassungsbereich 40, den Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60, den Anzeigebereich 70, die gemeinsame Referenzsignalquelle 80, den Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 und den Störungskomponentenphasen- Kompensationsbereich 92. In den folgenden Abschnitten sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie in der zweiten Ausführungsform versehen und werden nicht detailliert erläutert.
Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10, der Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, der Analog-Digitalwandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b, der Lokalfrequenzsetzbereich 36, der 90° Grad Phasenverschieber 38, der Phasenerfassungsbereich 40, der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, der Störungskomponenten-Phasenmessbereich 60 und der Anzeigebereich 70 sind dieselben wie bei der zweiten Ausführungsform und daher wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet. Es sollte angemerkt werden, dass später eine Beschreibung des Übereinstimmungszeit-Messbereichs 54 und des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 gegeben werden wird.
Die gemeinsame Referenzsignalquelle 80 führt dem Eingangssignalerzeugungsbereich 10 und dem Analog-Digitalwandler 32 ein gemeinsames Referenzsignal gemeinsam zu. Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10 bestimmt ein Erzeugungstiming des Eingangssignals basierend auf dem gemeinsamen Referenzsignal. Der Analog-Digitalwandler 32 bestimmt ein Erzeugungstiming für ein Abtastzeit-Signal und ein Auslösesignal basierend auf dem gemeinsamen Referenzsignal. Es sollte festgehalten werden, dass das Erzeugungstiming des Auslösesignals so gesetzt wird, um dieselbe Periode eines ganzzahligen mehrfachen der einen Periode des Eingangssignals zu haben.
Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erfasst eine Phasenänderungsquantität der höchsten Frequenzkomponente θ 1 oder der niedrigsten Frequenzkomponente θ 2 der Eingangsfrequenzkomponenten, welche sich jedes Mal geändert haben, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten ändert, für die die Phasen erfasst werden.
Genauer gesagt, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten auswählt, für die θ 1 und θ 2 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 1 (0) und θ 2 (0) von dem Phasenerfassungsbereich 40.
Wenn der Phasenerfassungsbereich 40 zu den Komponenten wechselt, für die θ 2, θ 4 und θ 6 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 2 (T1) von dem Phasenerfassungsbereich 40. Es sollte festgehalten werden, dass T1 ein solcher Wert ist, dass θ 2 (T1) = θ 2 (0) ist (T1 = 2 n π/ω 1, wobei n eine positive ganze Zahl ist). Allerdings, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten ändert, für die die Phasen erfasst werden, wird ein Fehler erzeugt, und die Gleichung θ 2 (T1) = θ 2 (0) trifft nicht mehr zu. Wenn der Fehler als Δ θ 2 bezeichnet wird, gilt θ 2 (T1) = θ 2 (0) + Δ θ 2. Somit wird Δ θ 2 als Δ θ 2 = θ 2 (T1) – θ 2 (0) erhalten, und dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 und dem Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 zugeführt.
Darüber hinaus, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten zu denen ändert, für die θ 1, θ 3 und θ 5 erfasst werden, dann erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 1 (T2) von dem Phasenerfassungsbereich 40. Es sollte angemerkt werden, dass T2 ein solcher Wert ist, dass die Beziehung zutrifft θ 1 (T2) = θ 1 (0) (T2 = 2 n π/ω 1, wobei n eine positive ganze Zahl ist). Allerdings, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten ändert, für die Phasen erfasst werden, wird ein Fehler erzeugt und die Gleichung θ 1 (T2) = θ 1 (0) trifft nicht mehr zu. Wenn der Fehler als Δ θ 1 bezeichnet wird, gilt die Beziehung θ 1 (T2) = θ 1 (0) + Δ θ 1. Somit wird Δ θ 1 erhalten als Δ θ 1 = θ 1 (T2) – θ 1 (0) und dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 und dem Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 zugeführt.
Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 erfasst die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 und korrigiert θ 2, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und θ 2, während die lokale Fre quenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist. Genauer gesagt werden die Fehler Δ θ 2 und Δ θ 1 subtrahiert. Dann wird ein Zeitpunkt Δ t gemessen, wenn θ 2 und θ 1, von denen die Fehler Δ θ 2 und Δ θ 1 jeweils subtrahiert werden, mit θ 1 (Δ t) übereinstimmen.
Der Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 empfängt θ 4 und θ 6 und θ 3 und θ 5 von dem Phasenbestimmungsbereich 48. Der Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 32 subtrahiert dann den Fehler Δ θ 2 von θ 4 und θ 6, und subtrahiert den Fehler Δ θ 1 von θ 3 und θ 5 und führt dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Ergebnisse zu.
Im Folgenden wird nun eine Beschreibung des Betriebs der dritten Ausführungsform gegeben.
Zuerst werden das Signal der Frequenz ω 10, welches von dem ersten Oszillator 12 ausgegeben wird, und das Signal der Frequenz ω 20, welches von dem zweiten Oszillator 14 ausgegeben wird, durch den Addierer 16 addiert und als das Eingangssignal dem Verstärker 20 zugeführt. Das Frequenzspektrum des Eingangssignals ist wie in 2a gezeigt.
Das Eingangssignal wird durch den Verstärker 20 verstärkt. Es sollte angemerkt werden, dass der Verstärker 20 vom Typ eines nicht linearen Schaltkreises ist und somit die Störungskomponenten (wie z.B. Komponenten mit der Frequenz ω 30 und der Frequenz ω 40) zusätzlich zu den Komponenten mit der Frequenz ω 10 und der Frequenz ω 20 ausgibt (s. 2b).
Die Ausgabe von dem Verstärker 20 wird dem Phasenmessgerät 1 zugeführt. Das Phasenmessgerät 1 dient dazu, die Ausgabe von dem Verstärker 20 zu messen. Zuerst wird die Ausgabe von dem Verstärker 20 mittels der lokalen Frequenz ω c durch die Multiplizierer 34a und 34b orthogonal transformiert. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz ω c auf ω 0. Der Lokalfrequenz setzbereich 36 setzt dann die lokale Frequenz ω c auf ω 0 – 1,5 ω sep. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt schließlich die Lokalfrequenz ω c auf ω 0 + 1,5 ω sep.
Die Ausgaben von dem Multiplizierer 34a und dem Multiplizierer 34b werden dem komplexe FFT Bereich 46 zugeführt. Der komplexe FFT Bereich 46 führt die komplexe schnelle Fourier Transformation aus und erfasst die komplexen Vektoren für die Eingangsfrequenzkomponenten (± ω 1) und die Störungskomponenten (wie z.B. +3 ω 1). Der Phasenerfassungsbereich 48 empfängt die komplexen Vektoren und bestimmt die Phasen der jeweiligen Komponenten.
Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erfasst θ 1 (0), θ 2 (0), θ 2 (T1) und θ 1 (T2) von dem Phasenbestimmungsbereich 48. Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erhält Δ θ 2, während der Fehler Δ θ 2 = θ 2 (T1) – θ 2 (0) ist und Δ θ 1, wobei der Fehler Δ θ 1 = θ 1 (T2) – θ 1 (0) ist. Die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 werden dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 zugeführt.
Der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 empfängt die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 der Ausgaben von dem Phasenbestimmungsbereich 48 und misst den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t, bei welchem θ 1 und θ 2 zum ersten Mal miteinander übereinstimmen und die Phase θ 1 (Δ t) (= θ 2 (Δ t() zu diesem Zeitpunkt. Es sollte angemerkt werden, dass der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 θ 2 korrigiert, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und θ 1, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist, mittels der Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2, welche von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 bereitgestellt werden. Genauer gesagt werden die Fehler Δ θ 2 und Δ θ 1 subtrahiert.
Der Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 empfängt die Phase θ 3 der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlicher der Ausgaben von dem Phasen bestimmungsbereich 48. Der Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 wird mit den Fehlern Δ θ 1 und Δ θ 2 von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 versorgt. Der Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 subtrahiert den Fehler Δ θ 2 von θ 4 und θ 6 und subtrahiert den Fehler Δ θ 1 von θ 3 und θ 5 und führt dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Resultate zu.
Darüber hinaus empfängt der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 und misst die Phase θ 3 (Δ t) der Störungskomponente +3 ω 1 zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t und ähnlicher.
Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 und das Messergebnis θ 3 (Δ t) und ähnlicher von dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 an.
Gemäß der dritten Ausführungsform werden dieselben Effekte erzielt, wie mit der zweiten Ausführungsform.
Darüber hinaus, gemäß der dritten Ausführungsform, mittels der gemeinsamen Referenzsignalquelle 80 ist es möglich, die Phasenänderungsquantitäten (Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2) der höchsten Frequenzkomponente θ 1 und der niedrigsten Frequenzkomponente θ 2 der Eingangsfrequenzkomponenten zu reduzieren, welche sich jedes Mal geändert haben, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten ändert, für die die Phasen erfasst werden.
Darüber hinaus, mittels des Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereichs 90 ist es möglich, die Phasenänderungsquantitäten (Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2) der höchsten Frequenzkomponente θ 1 und der niedrigsten Frequenzkomponente θ 2 der Eingangsfrequenzkomponenten zu erfassen, welche sich jedes Mal geändert haben, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten ändert, für die die Phasen erfasst werden. Die erfassten Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 werden von dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 und dem Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92 verwendet und es werden θ 2, θ 4 und θ 6 korrigiert, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und θ 1, θ 3 und θ 5, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist. Somit verursachen die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 keine Fehler mehr in der Messung der Phasen der Störungskomponenten.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform ist gleich der dritten Ausführungsform, verbessert, um siebte und höhere Störungsphasen zu messen.
14 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Verstärkermesssystems gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Verstärkermesssystem enthält den Eingangssignalerzeugungsbereich 10, den Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, den Analog/Digital-Wandler 32, die Multiplizierer 34a und 34b, den Lokalfrequenzsetzbereich 36, den 90° Phasenverschieber 38, den Phasenerfassungsbereich 40, den Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60, den Anzeigebereich 70, die gemeinsame Referenzsignalquelle 80, den Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 und den Störungskomponentenphasenkompensationsbereich 92. In dem folgenden Abschnitt werden gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der dritten Ausführungsform versehen und nicht detailliert erläutert.
Der Eingangssignalerzeugungsbereich 10, der Verstärker (zu messender Schaltkreis) 20, der Analog/Digital-Wandler 32 und die Multiplizierer 34a und 34b sind dieselben wie bei der dritten Ausführungsform, und daher wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet.
Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz ω c für die orthogonale Transformation. 15 und 16 zeigen ein Verfahren, um die lokale Frequenz ω c zu setzen. Es sollte festgehalten werden, dass ω 1 – (–ω 1) = 2 ω 1 = ω sep ist.
Zuerst, wie in 15a gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0. Dann, wie in 15b gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, gilt die Beziehung ω c = (–ω 1 + (–5 ω 1))/2 = –3 ω 1. Dann, wie in 15c gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 2,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, gilt die Beziehung ω c =((–3 ω 1) + (–7 ω 1))/2 = –5 ω 1.
Dann, wie in 16a gezeigt, ist die Lokalfrequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist, gilt die Beziehung ω c = (ω 1 + 5 ω 1)/2 = –3 ω 1. Schließlich, wie in 16b gezeigt, ist die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 2,5 ω sep. Wenn ω 0 = 0 ist gilt die Beziehung ω c = (3 ω 1 + 7 ω 1)/2 = 5 ω 1.
Es sollte angemerkt werden, dass die lokale Frequenz ω c ein Durchschnitt des höchsten Werts und des niedrigsten Werts der Frequenz von Signalen ist, für welche der Phasenbestimmungsbereich 48 die Phasen erfasst. Zum Beispiel, s. 16b, werden θ 3, θ 5 und θ 7 erfasst. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzbereich 36 gesetzt wird, ein Durchschnitt 5 ω 1 des höchsten Werts 7 ω 1 und des niedrigsten Werts 3 ω 1 der Frequenz der Signale, für welche der Phasenbestimmungsbereich 48 die Phasen erfasst.
Der Phasenerfassungsbereich 40 erfasst die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten (± ω 1) und der Störungskomponenten (wie z.B. 3 ω 1) in den Ausgaben von den Multiplizierern 34a und 34b. Eine Konfiguration des Phasenerfassungsbereichs 40 ist dieselbe, wie die der ersten Ausführungsform (s. 4). Der Phasenerfassungsbereich 40 enthält den Frequenzverschiebungsbereich 44, den komplexe-FFT (Fast Fourier Transformation) Bereich 46 und den Phasenbestimmungsbereich 48. Der Frequenzverschiebungsbereich 44 und der komplexe FFT (Fast Fourier Transformation) Bereich 46 sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform und werden nicht detailliierter erläutert.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bezieht sich zuerst auf 15a um θ 1 und θ 2 zu bestimmen. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0.
In diesem Fall ist es notwendig über eine Bandbreite von –ω 1 bis +ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +ω 1 – (–ω 1) = 2 ω 1 = ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt dann θ 2, θ 4 und θ 6 unter Bezugnahme auf 15b. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 – 1,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von –5 ω 1 bis –ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > –5 ω 1 – (–ω 1) = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt dann θ 4, θ 6 und θ 8 mit Bezug auf 15c. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 – 2,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von –7 ω 1 bis –3 ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > –7 ω 1 – (–3 ω 1) = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Darüber hinaus bestimmt der Phasenbestimmungsbereich 48 θ 1, θ 3 und θ 5 mit Bezug auf 16a. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 + 1,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von + ω 1 bis + 5 ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +5 ω 1 – ω 1 = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Der Phasenbestimmungsbereich 48 bestimmt schließlich θ 3, θ 5 und θ 7 mit Bezug auf 16b. Bei dieser Gelegenheit ist die lokale Frequenz ω c, welche durch den Lokalfrequenzsetzbereich 36 gesetzt wird, gleich ω 0 + 2,5 ω sep.
In diesem Fall ist es notwendig, über eine Bandbreite von +3 ω 1 bis +7 ω 1 zu messen, mit der lokalen Frequenz ω c als Zentrum. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW, an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +7 ω 1 – 3 ω 1 = 4 ω 1 = 2 ω sep sein.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn θ 1, θ 2, θ 3, θ 4, θ 5, θ 6, θ 7 und θ 8 zur gleichen Zeit gemessen werden, es notwendig ist, über eine Bandbreite von –7 ω 1 bis +7 ω 1 zu messen. Daher sollte die Frequenzbandbreite BW an die sich der Analog/Digital-Wandler 32 anpassen kann, gleich BW > +7 ω 1 – (–7 ω 1) = 14 ω 1 = 7 ω sep sein.
Infolge dessen, wenn θ 1 und θ 2 bestimmt werden, θ 2, θ 4 und θ 6 dann bestimmt werden, θ 4, θ 6 und θ 8 dann bestimmt werden, θ 1, θ 3 und θ 5 dann bestimmt werden und letztendlich θ 3, θ 5 und θ 7 bestimmt werden, wie in der vierten Ausführungsform, da es notwendig ist, dass BW > 2 ω sep ist, kann ω sep größer sein, wenn BW konstant ist.
Der 90° Phasenverschieber 38, der Phasenerfassungsbereich 40, der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50, der Störungskomponentephasen-Messbereich 60, der Anzeigebereich 70 und die gemeinsame Referenzsignalquelle 80 sind dieselben wie in der dritten Ausführungsform und daher wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet. Es sollte festgehalten werden, dass später eine Beschreibung des Übereinstimmungszeit-Messbereichs 54 des Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereichs 50 gegeben werden wird.
Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erfasst eine Phasenänderungsquantität der höchsten Frequenzkomponente θ 1 oder der niedrigsten Frequenzkomponente θ 2 der Eingangsfrequenzkomponenten, welche sich geändert haben, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten, für welche die Phasen erfasst werden, auf diese von θ 2, θ 4 und θ 6 oder θ 1, θ 3 und θ 5 ändert. Dies ist dasselbe wie bei der dritten Ausführungsform.
Darüber hinaus erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 eine Phasenänderungsquantität der Phase θ 4 der Störungskomponente, die sich geändert hat, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten, für welche die Phasen erfasst werden, auf θ 4, θ 6 und θ 8 ändert.
Genauer gesagt, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten auf diejenigen ändert, für welche θ 2, θ 4 und θ 6 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 4 (T1) von dem Phasenerfassungsbereich 40.
Dann, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten auf diejenigen ändert, für welche θ 4, θ 6 und θ 8 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 4 (T3) von dem Phasenerfassungsbereich 40. Es sollte angemerkt werden, dass T3 ein solcher Wert ist, dass die Beziehung gilt θ 4 (T1) = θ 4 (T3). Allerdings, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten, für die Phasen erfasst werden, ändert, wird ein Fehler erzeugt, und die Beziehung θ 4 (T1) = θ 4 (T3) gilt nicht mehr. Wenn der Fehler als Δ θ 4 bezeichnet wird, gilt die Beziehung θ 4 (T3) = θ 4 (T1) + Δ θ 4. Somit wird Δ θ 4 erhalten als Δ θ 4 = θ 4 (T3) – θ 4 (T1) und dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 und dem Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 zu geführt.
Darüber hinaus erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 eine Phasenänderungsquantität der Phase θ 3 der Störungskomponente, welche sich geändert hat, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 die Komponenten, für welche die Phasen erfasst werden, auf θ 3, θ 5 und θ 7 ändert.
Genauer gesagt, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten auf diejenigen ändert, für welche θ 1, θ 3 und θ 5 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 3 (T2) von dem Phasenerfassungsbereich 40.
Dann, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten auf diejenigen ändert, für welche θ 3, θ 5 und θ 7 erfasst werden, erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 θ 3 (T 4) von dem Phasenerfassungsbereich 40. Es sollte angemerkt werden, dass T 4 ein solcher Wert ist, dass die Beziehung gilt θ 3 (T 4) = θ 3 (T2). Allerdings, wenn der Phasenerfassungsbereich 40 Komponenten für die Phasen erfasst werden ändert, wird ein Fehler erzeugt und die Beziehung θ 3 (T 4) = θ 3 (T2) gilt nicht mehr. Wenn der Fehler als Δ θ 3 bezeichnet wird, gilt die Beziehung θ 3 (T 4) = θ 3 (T2) + Δ θ 3. Somit wird Δ θ 3 erhalten als Δ θ 3 = θ 3 (T 4) – θ 3 (T2) und dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 und dem Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 zu geführt.
Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 erfasst die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 und korrigiert θ 2, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und θ 1, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist. Genauer gesagt werden die Fehler Δ θ 2 und Δ θ 1 subtrahiert. Dann wird ein Zeitpunkt Δ t gemessen, wenn θ 2 und θ 1, von wel chen die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 jeweils subtrahiert werden, mit θ 1 (Δ t) übereinstimmen.
Darüber hinaus erfasst der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 die Fehler Δ θ 3 und Δ θ 4 von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 und korrigiert θ 4, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 2,5 ω sep ist, und θ 3 während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 2,5 ω sep ist. Genauer gesagt, die Fehler Δ θ 4 und Δ θ 3 werden subtrahiert. Darüber hinaus erfasst der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 die Phasen Δ θ 4 und Δ θ 3 zu dem Übereinstimmungs-Zeitpunkt Δ t von dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60.
Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 misst dann den Zeitpunkt Δ t, wenn der Wert, der durch subtrahieren des Fehlers Δ θ 4 von θ 4 erhalten wird, mit der Phase θ 4 an dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = 0 – 2,5 ω sep ist. Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 misst dann den Zeitpunkt Δ t, wenn der Wert, der durch Subtraktion des Fehlers Δ θ 3 von θ 3 erhalten wird, mit der Phase θ 3 an dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 2,5 ω sep ist.
Der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 empfängt θ 4 und θ 6, und θ 3 und θ 5 von dem Phasenbestimmungsbereich 48. Dann subtrahiert der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 die Fehler Δ θ 2 von θ 4 und θ 6 und subtrahiert den Fehler Δ θ 1 von θ 3 und θ 5 und führt dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Ergebnisse zu.
Darüber hinaus empfängt der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 θ 4, θ 6 und θ 8, und θ 3, θ 5 und θ 7 von dem Phasenbestimmungsbereich 48. der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 subtrahiert dann den Fehler Δ θ 4 von θ 4, θ 6 und θ 8 und subtrahiert den Fehler Δ θ 3 von θ 3, θ 5 und θ 7 und führt dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 die Ergebnisse zu.
Der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 misst die Phasen θ 4, θ 6 und θ 8, und θ 3, θ 5 und θ 7 der Störungskomponenten an dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t basierend auf dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40.
Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Betriebs der vierten Ausführungsform gegeben.
Zuerst werden das Signal der Frequenz ω 10, welches von dem ersten Oszillator 12 ausgeben wird, und das Signal der Frequenz ω 20, welches von dem zweiten Oszillator 14 ausgeben wird, durch Addierer 16 addiert und als das Eingangssignal dem Verstärker 20 zu geführt. Das Frequenzspektrum des Eingangssignals ist wie in 2a gezeigt.
Das Eingangsignal wird durch den Verstärker 20 verstärkt. Es sollte angemerkt werden, dass der Verstärker 20 vom Typ eines nichtlinearen Schaltkreises ist und daher die Störungskomponenten (wie zum Beispiel Komponenten mit der Frequenz ω 30 und Frequenz ω 40) zusätzlich zu den Komponenten mit der Frequenz ω 10 und Frequenz ω 20 ausgibt (siehe 2b).
Die Ausgabe von dem Verstärker 20 wird dem Phasenmessgerät 1 zu geführt. Das Phasenmessgerät 1 dient dazu die Ausgabe von dem Verstärker 20 zu messen.
Zuerst wird die Ausgabe von dem Verstärker 20 mittels der lokalen Frequenz ω c durch die Multiplizierer 34a und 34b orthogonal transformiert. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt die lokale Frequenz ω c auf ω 0. Der Lokalfrequenzsetzbereich 36 setzt dann die lokale Frequenz ω c auf ω 0 – 1,5 ω sep und dann auf ω 0 – 2,5 ω sep. Der Lokalfrequenzsetzbereichs 36 setzt dann die lokale Frequenz ω c auf ω 0 + 1,5 ω sep und schließlich auf ω 0 + 2,5 ω sep.
Die Ausgaben von dem Multiplizierer 34a und 34b werden dem komplexe-FFT Bereich 46 zu geführt. Der komplexe-FFT Bereich 46 führt die komplexe schnelle Fourier Transformation aus und erfasst die komplexen Vektoren für die Eingangsfrequenzkomponenten (+/– ω 1) und die Störungskomponenten (wie zum Beispiel +3 ω 1). Der Phasenbestimmungsbereich empfängt die komplexen Vektoren und bestimmt die Phasen der jeweiligen Komponenten.
Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erfasst θ 1 (0), θ 2 (0), θ 2 (T1) und θ 1 (T2) von dem Phasenbestimmungsbereich 48. Der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 erhält Δ θ 2, wobei der Fehler Δ θ 2 = θ 2 (T1) – θ 2 (0) ist, und Δ θ 1, wobei der Fehler Δ θ 1 = θ 1 (T2) – θ 1 (0) ist. Die Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2 werden dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 zu geführt.
Alternativ erfasst der Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 die Fehler Δ θ 3 und Δ θ 4 und führt diese dem Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 zu.
Der Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 empfängt die Phase θ 1 der Eingangsfrequenzkomponente +ω 1 und die Phase θ 2 der Eingangsfrequenzkomponente –ω 1 von den Ausgaben des Phasenbestimmungsbereichs 48 und misst den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t, an welchen θ 1 und θ 2 zum ersten Mal miteinander übereinstimmen und die Phase θ 1 (Δ t) (= θ 2 (Δ t)) zu diesem Zeitpunkt.
Es sollte angemerkt werden, dass der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 θ 2 korrigiert, während die lokale Frequenz ω c = ω 0 – 1,5 ω sep ist, und θ 1 während die lokale Frequenz ω c = ω 0 + 1,5 ω sep ist, mittels der Fehler Δ θ 1 und Δ θ 2, die von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 zugeführt werden. Genauer gesagt, werden die Fehler Δ θ 2 und Δ θ 1 subtrahiert.
Der Übereinstimmungszeit-Messbereich 54 misst dann den Zeitpunkt Δ t, wenn der Wert, welcher durch Subtrahieren des Fehlers Δ θ 4 von θ 4 erhalten wird, mit der Phase θ 4 zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = 0 – 2,5 ω sep ist. Der Übereinstimmungs-Messbereich 54 misst dann den Zeitpunkt Δ t, wenn der Wert, welcher durch Subtrahieren des Fehlers Δ θ 3 von θ 3 erhalten wird, mit der Phase θ 3 an dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t übereinstimmt, während die lokale Frequenz ω c = 0 + 2,5 ω sep ist.
Der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 empfängt die Phase θ 3 der Störungskomponente +3 ω 1 und ähnlicher der Ausgaben von dem Phasenbestimmungsbereich 48. Der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 wird mit den Fehlern Δ θ 1 und Δ θ 2 von dem Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsbereich 90 versorgt. Der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 subtrahiert die Fehler Δ θ 2 von θ 4 und θ 6 (wenn θ 2, θ 4 und θ 6 gemessen werden), und subtrahiert den Fehler Δ θ 1 von θ 3 und θ 5 (wenn θ 1, θ 3 und θ 5 gemessen werden), und führt die Ergebnisse dem Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 zu. Alternativ subtrahiert der Störungskomponentenphasen-Kompensationsbereich 92 den Fehler Δ θ 4 von θ 4, θ 6 und θ 8 (wenn θ 4, θ 6 und θ 8 gemessen werden), und subtrahiert den Fehler Δ θ 3 von θ 3, θ 5 und θ 7 (wenn θ 3, θ 5 und θ 7 gemessen werden), und versorgt den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 mit den Ergebnissen.
Darüber hinaus empfängt der Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 den Übereinstimmungszeitpunkt Δ t von dem Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 und misst die Phase θ 3 (Δ t) der Störungskomponenten +3 ω 1 zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t und ähnlicher.
Der Anzeigebereich 70 zeigt das Messergebnis θ 1 (Δ t) durch den Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 an und das Messergebnis θ 3 (Δ t) und ähnliches des Störungskomponentenphasen-Messbereichs 60 an.
Gemäß der vierten Ausführungsform werden dieselben Effekte erreicht, wie mit der dritten Ausführungsform.
Darüber hinaus, gemäß der vierten Ausführungsform, ist es möglich die Phasen der siebten Störungen (θ 7 und θ 8) zu messen. Es sollte angemerkt werden, dass die Phasen von siebten und höheren (wie zum Beispiel neunten und elften) Störungen genauso gemäß der vierten Ausführungsform gemessen werden können. Im Folgenden wird nun eine Beschreibung einer Messung der Phasen von neunten Störungskomponenten und elften Störungskomponenten beispielhaft gegeben.
Es wird angenommen, dass die Phase von Hochfrequenzstörungskomponenten der neunten Störung als θ 9 bezeichnet wird und die Phase einer Hochfrequenzstörungskomponenten der elften Störung als θ 11 bezeichnet wird. Die Phase θ 7 der Hochfrequenzstörungskomponente der siebten Störung wird basierend auf dem Messergebnis von θ 3, θ 5 und θ 7 bestimmt (siehe 16b). Ähnlich wird die Phase θ 9 basierend auf dem Messergebnis von θ 5, θ 7 und θ 9 bestimmt und die Phase θ 11 wird basierend auf dem Messergebnis von θ 7, θ 9 und θ 11 bestimmt.
Darüber hinaus wird angenommen, dass die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente der neunten Störung als θ 10 bezeichnet wird und die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente der elften Störung als θ 12 bezeichnet wird. Die Phase θ 8 der Niedrigfrequenzstörungskomponente der siebten Störung wird basierend auf dem Messergebnis von θ 4, θ 6 und θ 8 bestimmt (siehe 15c). Genauso wird die Phase θ 10 basierend auf dem Messergebnis von θ 6, θ 8 und θ 10 bestimmt und die Phase θ 12 wird basierend auf dem Messergebnis von θ 8, θ 10 und θ 12 bestimmt.
Darüber hinaus kann die oben beschriebene Ausführungsform auf die folgende Weise realisiert werden. Ein Computer ist mit einer CPU versehen, einer Festplatte und einem Medium-Lesegerät (wie zum Beispiel einem Diskettenlaufwerk oder ein CD-ROM Laufwerk), und das Medium-Lesegerät wird dazu gebracht, ein Medium zu lesen, welches ein Programm gespeichert hat, das die oben beschriebenen jeweiligen Komponenten realisiert (wie zum Beispiel den Übereinstim mungszeit/Phasenmessbereich 50 und den Störungskomponentenphasen-Messbereich 60), wodurch das Programm auf der Festplatte installiert wird. Dieses Verfahren kann auch die oben beschriebenen Ausführungsformen realisieren.
Zusammenfassung
Die Phasen von Störungen eines Signals, welches von einem Verstärker ausgegeben wird, werden gemessen. Ein Phasenmessgerät 1 misst eine Ausgabe von einem Verstärker 20, wenn ein Eingangssignal mit Eingangsfrequenzkomponenten ω 10 und ω 20 dem Verstärker 20 zugeführt wird. Das Phasenmessgerät 1 enthält Multiplizierer 34a, 34b, um die Ausgabe von dem Verstärker 20 mittels ω c orthogonal zu transformieren, einen Phasenerfassungsbereich 40 zum Erfassen von Phasen θ 1 und θ 2 der Eingangsfrequenzkomponenten ω 10 und ω 20 in der Ausgabe von den Multiplizierern 34a, 34b und θ 3 und θ 4 (dritte Störung) und θ 5 und θ 6 (fünfte Störung) der Störungskomponenten, einen Übereinstimmungszeit/Phasenmessbereich 50 zur Messung eines Übereinstimmungszeitpunkts Δ t, wenn θ 1 und θ 2 miteinander übereinstimmen, gemäß dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40, und einen Störungskomponentenphasen-Messbereich 60 zum Messen von Phasen θ 3 bis θ 6 der Störungskomponenten zu dem Übereinstimmungszeitpunkt Δ t gemäß dem Erfassungsergebnis des Phasenerfassungsbereichs 40. Der Phasenerfassungsbereich 40 erfasst wenigstens eines von θ 1 und θ 2 und θ 3 und θ 5 (wobei die Frequenzen höher sind als die von θ 1 und θ 2) oder θ 4 und θ 6 (wobei die Frequenzen niedriger sind als die von θ 1 und θ 2).

Claims

Ein Phasenmessgerät, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nachdem ein Eingangssignal mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten dem zu messenden Schaltkreis zugeführt wurde, aufweisend: einen Phasenerfassungsbereich, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst basierend auf einer lokalen Frequenz; ein Übereinstimmungszeit-Messmittel, das eine Übereinstimmungszeit misst, zu welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und ein Störungskomponentenphasen-Messmittel, das eine Phase der Störungskomponente zu der Übereinstimmungszeit misst, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, oder eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist, als die Eingangsfrequenzkomponenten, und der Phasenerfassungsbereich beide oder eine von einer höchsten Frequenzkomponente und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Ein gangsfrequenzkomponenten erfasst und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Phasenerfassungsbereich aufweist: ein Orthogonaltransformationsmittel, das die Ausgabe von dem zu messenden Schaltkreis mittels der lokalen Frequenz orthogonal transformiert; und ein Phasenerfassungsmittel, das die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und der Störungskomponente in Ausgaben von dem orthogonalen Transformationsmittel erfasst.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Phasenerfassungsbereich erfasst: die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Niedrigfrequenzstörungskomponente, und die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Hochfrequenzstörungskomponente.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 3, aufweisend ein Lokalfrequenzsetzmittel, welches die lokale Frequenz setzt, wobei das Lokalfrequenzsetzmittel die lokale Frequenz sowohl zu einem Durchschnitt der niedrigsten Frequenz der Störungskomponenten und der höchsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponenten setzt, und zu einem Durchschnitt der höchsten Frequenz der Störungskomponente und der niedrigsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponenten.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Phasenerfassungsbereich erfasst: die Phasen der niedrigsten Frequenzkomponente und der höchsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten, die Phase der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Niedrigfrequenzstörungskomponente, und die Phase der höchsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der Hochfrequenzstörungskomponente.
Phasenmessgerät nach Anspruch 5, aufweisend ein Lokalfrequenzsetzmittel, welches die lokale Frequenz setzt, wobei das Lokalfrequenzsetzmittel die lokale Frequenz auf einen Durchschnitt der höchsten Frequenz und der niedrigsten Frequenz von den Eingangsfrequenzkomponenten setzt, auf einen Durchschnitt der niedrigsten Frequenz der Störungskomponente und der niedrigsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponente und auf einen Durchschnitt der höchsten Frequenz der Störungskomponente und der höchsten Frequenz der Eingangsfrequenzkomponente.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 5 oder 6, aufweisend: ein Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsmittel, das eine Phasenänderungsquantität der höchsten Frequenzkomponente oder der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst, welche sich aufgrund einer Änderung der Komponenten geändert hat, für welche der Phasenerfassungsbereich die Phasen für jede Änderung erfasst; und ein Störungskomponentenphasen-Kompensationsmittel, das das Messergebnis der Störungskomponentenphasen-Messmittel basierend auf der Phasenänderungsquantität korrigiert.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Phasenerfassungsbereich erfasst: die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase einer benachbarten Niedrigfrequenzstörungskomponente, welche ein Teil der Niedrigfrequenzstörungskomponenten ist, und die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente, deren Phase schon erfasst wurde und die Phase einer Niedrigfrequenzstörungskomponente, deren Frequenz niedriger ist als die der Niedrigfrequenz-Störungskomponente, bis zu der Erfassung der Phase der Störungskomponente bei der niedrigsten Frequenz.
Phasenmessgerät nach Anspruch 2, wobei der Phasenerfassungsbereich erfasst: die Phasen der höchsten Frequenzkomponente und der niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten, und die Phasen der höchsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und die Phase einer benachbarten Hochfrequenzstörungskomponente, welche ein Teil der Hochfrequenzstörungskomponenten ist, und die Phase einer Hochfrequenzstörungskomponente, deren Phase schon erfasst wurde und die Phase einer Hochfrequenzstörungskomponente, deren Frequenz höher ist, als die der Hochfrequenzstörungskomponente, bis zu der Erfassung der Phase der Störungskomponente bei der höchsten Frequenz.
Phasenmessgerät nach Anspruch 8 oder 9, umfassend ein Lokalfrequenzsetzmittel, welches die lokale Frequenz setzt, wobei, bei der Phasenerfassung, das Lokalfrequenzsetzmittel die lokale Frequenz auf einen Durchschnittswert des Maximalwerts und des Minimalwerts der Frequenz der Signale setzt, für welche die Phasen erfasst werden.
Phasenmessgerät nach Anspruch 8 oder 9, aufweisend: ein Phasenänderungsquantitäts-Erfassungsmittel, das eine Phasenänderungsquantität einer Störungskomponente erfasst, welche sich geändert hat aufgrund einer Änderung der Komponenten, für welche der Phasenerfassungsbereich die Phasen für jede Änderung erfasst; und ein Störungskomponentenphasen-Kompensationsmittel, das das Messergebnis des Störungskomponentenphasen-Messmittels basierend auf der Phasenänderungsquantität korrigiert.
Phasenmessgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Phasenerfassungsbereich ein diskrete-Fourier-Transformationsmittel umfasst, das eine diskrete Fourier-Transformation durchführt.
Phasenmessgerät nach Anspruch 1, umfassend ein Anzeigemittel, welches einen Vektor anzeigt, dessen Winkel die Phase der Störungskomponente ist, und dessen Länge die Amplitude der Störungskomponente ist.
Phasenmessgerät nach Anspruch 13, wobei das Anzeigemittel einen Vektor anzeigt, dessen Länge ein Logarithmus der Amplitude der Störungskomponente ist.
Phasenmessverfahren des Messens einer Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis nach Zufuhr eines Eingangssignals mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten zu dem zu messenden Schaltkreis, welches Verfahren umfasst: einen Phasenerfasssungsschritt des Erfassens von Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente, basierend auf einer lokalen Frequenz; einen Übereinstimmungszeit-Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsschritts; und einen Störungskomponentenphasen-Messschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente zu der Übereinstimmungszeit, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsschritts, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und. eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und der Phasenerfassungsschritt beide oder eine von einer höchsten Frequenzkomponente erfasst und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten, und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.
Ein Programm von Anweisungen zur Ausführung auf einem Computer, um ein Phasenmessverfahren eines Phasenmessgeräts durchzuführen, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nach Zufuhr eines Eingangssignals mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten zu dem zu messenden Schaltkreis, welches einen Phasenerfassungsbereich hat, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst, basierend auf einer lokalen Frequenz, welches Phasenmessverfahren aufweist: einen Übereinstimmungszeit-Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen, basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und einen Störungskomponentenphasen-Messschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente bei der Übereinstimmungszeit basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und eine Niedrigfrequenzstörungskomponente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist, als die Eingangsfrequenzkomponenten, und der Phasenerfassungsbereich erfasst beide oder eine einer höchsten Frequenzkomponente und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.
Ein computerlesbares Medium, welches ein Programm von Anweisungen zur Durchführung auf einem Computer aufweist, um ein Phasenmessverfahren eines Phasenmessgeräts durchzuführen, das eine Ausgabe von einem zu messenden Schaltkreis misst, nach Zufuhr eines Eingangssignals mit wenigstens zwei Eingangsfrequenzkomponenten zu dem zu messenden Schaltkreis, welches einen Phasenerfassungsbereich aufweist, der Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten und einer Störungskomponente erfasst, basierend auf einer lokalen Frequenz, welches Phasenmessverfahren aufweist: einen Übereinstimmungszeit-Messschritt des Messens einer Übereinstimmungszeit, bei welcher die Phasen der Eingangsfrequenzkomponenten miteinander übereinstimmen basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs; und einen Störungskomponentenphasen-Messschritt des Messens einer Phase der Störungskomponente zu der Übereinstimmungszeit basierend auf einem erfassten Ergebnis des Phasenerfassungsbereichs, wobei die Störungskomponente wenigstens entweder eine Hochfrequenzstörungskomponente enthält, die eine Frequenz hat, die höher ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und eine Niedrigfrequenzstörungskompo nente, die eine Frequenz hat, die niedriger ist als die Eingangsfrequenzkomponenten, und der Phasenerfassungsbereich beide oder eine einer höchsten Frequenzkomponente und einer niedrigsten Frequenzkomponente der Eingangsfrequenzkomponenten erfasst und eine Phase der Hochfrequenzstörungskomponente oder der Niedrigfrequenzstörungskomponente.