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周期波形アナライザ

Zurich Instrumentsは新旧の能力を併せ持ったユニークな結合体による新しいクラスの機器を紹介します。

新しいクラスの機器

周期波形アナライザ (PWA) は同期検出器の1種で、周期信号の解析に有用です。同期検出は様々な異なる特色から行い、雑音の多い状況から信号を抽出する場合にS/N比を最適化するのに有効です。異なる同期検出スキームはすべて、計測信号が周期的で関連する周波数が参照として知られているという事実を利用します。ロックイン検出とボックスカーアベレージングが同期検出の2つの実例で、それぞれが特定の信号タイプ向けに作られています。ロックイン検出は正弦波信号向け、ボックスカーアベレージングは低デューティサイクル信号向けです。

PWAはサンプルの連続ストリームを扱い、それらを参照用発振器の実際の位相と同期して関連付けることでこの状況に適合しています。さらに、このサンプル群は同じ位相での以前のサンプル群との平均を取ります。これで参照用周波数の多くの周期に渡り、位相とサンプル群のペアの稠密集合ができます。ここで位相の値は0から2πまでです。これは周期信号のデジタル信号アベレージャの1種です。X軸を位相とした平均値をプロットした図は位相領域表現と呼ばれます。

PWAはまたAD変換器の物理的なサンプリングレートによる制限を数桁分改善します。サンプリングオシロスコープと同様です。

あらゆる周期波形にズームイン

scope vs. periodic waveform analyzer

UHF-BOXボックスカーアベレージは位相の値を1024のビンに分類し、波形を補助的な度数(すなわち2π/1024あるいは0.4°)の分解能で分けて、位相領域表現を提供します。もしこの分解能が不十分であれば、入力信号を参照周波数の高次倍音の参照とすることもできます。これで計測信号の領域に分け入って仮の分解能をミリ度 (m°) まで下げることができます。これで低デューティサイクルのパルス信号やその他の周期的反復遷移の正確な解析が行えます。

ボックスカーかロックインか?高調波アナライザに聞く

PWAにより、最も効率的な信号回復方法を簡単に選べます。デューティサイクルと信号エネルギーは、第1高調波のスケールでほぼ線形に得られます。例えばデューティサイクル50%の矩形波信号パルスでは、第1高調波は信号のわずか1/3で、もしデューティサイクルが2つの要素に分割されたら、第一高調波の信号エネルギーも半分になります。

PWAのデータセットをFFTしたら、参照周波数のより高次の高調波について信号振幅のスペクトル分布が分かります。UHF-BOX PWAの場合、参照周波数のDCと511次高調波までのエネルギー分布が得られます。よってユーザーは、ロックインアンプかボックスカーアベレージャのどちらが計測手段として適切かを簡単に判断できます。例えば、もし信号が傑出したピークを持たず、多くの倍音成分が広がっていたなら、ボックスカー検出スキームが最高のS/N比を実現するための賢い選択だと言えるでしょう。

Pulsed signal in LabOne

周期信号の平均化(信号アベレージャ)

PWAの参照周波数は機器自身から供給されるか、もしくは外部で発振した場合には、調整可能な帯域幅でのフェーズロックループを使って慎重に導入します。標準的なオシロスコープでの解析に比べ、この方式はトリガのジッタの無い平均化と言う重要な利点を持ちます。もっと重要なのは不感時間の無い検出が可能なことです。多くのリアルタイムオシロスコープでは各トリガ発生の後、再準備のためにかなりの遅延が起こります。それに比べて、UHF-BOX PWAは10秒以上のデータストリームをキャプチャし平均化します。これは80 MHzのレーザーで8億周期に渡って、1つのサンプルの取りこぼしも無いことに相当します。

低デューティサイクル解析

PWAのスコープ風機能はまたボックスカー計測向けの計測用ウインドウの選択にも役立ちます。位相領域表現では、有用な信号を含む領域を簡単に識別でき、512ビンの分解能が不十分な場合には、入力信号を参照周波数の高次高調波の参照とすることもできます。これで計測信号の領域に分け入って仮の分解能を必要なだけ、できるだけ上げることができます。

要約すると、周期波形アナライザは多目的で強力な計測機器で、ロックインアンプや信号アベレージャ、ボックスカーアベレージャとの併用で様々な価値を生み出します。PWAは多くの設定でサンプリングオシロスコープを置き換え、いかなる標準計測機器セットでもその一部となり得ます。

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