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JP5876975B2 - 周波数測定装置及び周波数測定装置における変速分周信号の生成方法 - Google Patents

周波数測定装置及び周波数測定装置における変速分周信号の生成方法 Download PDF

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Description

本発明に係る一態様は、周波数の測定に関し、特に、僅かな周波数の変化を検出し得る装置等に関する。また、該装置に利用可能な信号生成回路及び信号生成方法等に関する。
周波数測定の方式には、決められたゲート時間（ゲートタイム）内に通過するパルスをカウントする直接カウント方式（例えば特許文献１参照）、及びパルス周期を正確に計測しその時間の逆数から周波数を求めるレシプロカル方式（例えば特許文献２参照）などが知られている。上記直接カウント方式は比較的小規模の回路で実現することができるが、周波数分解能を高めるためにはゲート時間を長く取る必要がある（例えば、０．１Ｈｚの分解能を得るために必要なゲート時間は１０秒である。）。また、レシプロカル方式はこの欠点を克服することができるが、パルス間隔を正確に測定するための回路が直接カウント形式と比較して大規模となる。
特開２００１−１１９２９１号公報 特開平５−１７２８６１号公報
ところで、ニオイ物質のセンサーへの付着の有無など、微量の質量変化を検出したい場合に、物質の付着によるセンサーの周波数変化を利用する方法が考えられる。例えば、センサーとして水晶振動子を用いたＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance)法を使用することで、振動子表面の微量の質量変化を周波数変化に変換することができる。この振動子を利用し、ニオイ成分が付着する材料を振動子表面に設けることによって、各種のニオイセンサーを形成することができる。ニオイ成分は単体もしくは複数の物質で構成される。このニオイセンサーに試料ガスを付与してニオイ成分を付着させ、振動子表面の質量を変化させると周波数が変化する。単数もしくは複数の種類のセンサーを用意しこの変化を観察することによって、特定のニオイ成分が存在することを検出する。
各ニオイセンサーの周波数変化を検出するためには、各センサーの出力に周波数変化を検出するカウンタや信号処理回路を設けなければならない。更に、センサーに含まれる水晶振動子の周波数（例えば、３０ＭＨｚ）が付着物質によって変化するといっても、わずか数Ｈｚから数１００Ｈｚ程度のものでしかなく、１Ｈｚ以下の変化である場合もある。上述したように、直接カウント方式では周波数分解能が低く、周波数分解能を高めるためにはゲート時間を相当に長く取る必要がある。さらに測定の際の誤差として、プラスマイナス１カウント誤差、トリガレベルの揺らぎによる誤差に加え、ゲートタイムを長くした場合、水晶振動子の発振安定性に起因する誤差が重畳されることになる。レシプロカル方式のカウンタを用いることでこのような欠点を補うことができるが、１つのカウンタの回路が大規模となるため多数のセンサーを備えるセンサーアレイには不向きである。
そこで、本発明の一形態では、簡易な回路で周波数測定分解能を改善した周波数変化の測定装置を提供すること等を目的とし、特に、周波数測定装置等において発生しうるパターン雑音（ノイズ）の発生を抑制するために使用可能な信号生成回路を提供すること等を目的とする。
かかる課題を解決するために、本発明の一態様の周波数測定装置は、第１の信号を第１の分周比で分周した第１分周信号と上記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号とを所定の混合比率で時間的に交互に現れる変速分周信号を生成する変速分周部と、上記変速分周信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる被測定信号の変化数を計数してカウント値を出力する短ゲートタイムカウンタ部と、上記カウント値に含まれる高調波成分を除去するローパスフィルタと、を備え、上記変速分周信号における上記第１の分周比、上記第２の分周比、及び上記混合比率が、予め求められた、上記変速分周信号の周波数と上記被測定信号の周波数との組合せに関連して生ずるパターン雑音のレベル分布特性に基づいて決定される。
また、参考例の信号生成回路は、第１の信号を生成する第１の信号源と、前記第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号及び前記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号が所定の混合比率で時間的に交互に現れる変速分周信号を生成する変速分周部と、を備える。
かかる構成によれば、第１の分周信号が有する周波数成分と、第２の分周信号が有する周波数成分とを所定の混合比率で含む変速分周信号を生成することが可能である。ここで、第１の分周信号と第２の分周信号とは、第１の信号に基づいてデジタル回路で容易に生成することが可能である。つまり、回路規模が大きくなりがちなアナログ回路を用いることなく、上記のような変速分周信号を生成することが可能である。また、当該構成の信号生成回路は周波数測定装置で使用するのに適しており、周波数測定装置において発生しうるパターン雑音（ノイズ）の発生を抑制することなどが可能となる。
また、前記変速分周部は、１）第１の変数に前記変速分周信号に含まれる前記第１の分周信号の比率を示す第１の定数を加算する処理と、２−１）加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記変速分周信号に含まれる前記第２の分周信号の比率を示す第２の定数との加算結果以上となる場合は、前記第２の分周信号を出力し、かつ前記第１の変数から前記第１の定数及び前記第２の定数を減算してから１）へ戻る処理と、２−２）前記加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記第２の定数との加算結果より小さい場合は、前記第１の分周信号を出力してから１）へ戻る処理と、を繰り返すことで、前記変速分周信号を生成するよう構成されていることが好ましい。
かかる構成によれば、第１の分周信号と第２の分周信号とを分散させた形で混合させた変速分周信号を生成することが可能となる。
また、本発明の一形態である周波数測定装置は、被測定信号である第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号と上記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号とを所定の混合比率で時間的に交互に現れる変速分周信号を生成する変速分周部と、基準周波数信号を生成する基準周波数信号源と、上記基準周波数信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる上記変速分周信号の変化数を計数したカウント値を出力するカウンタ部と、上記カウント値に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタと、を備え、上記変速分周信号における上記第１の分周比、上記第２の分周比、及び上記混合比率は、予め求められた、上記変速分周信号の周波数と上記基準周波数信号の周波数との周波数比対雑音レベルの分布特性に基づいて決定され、上記基準周波数信号及び上記変速分周信号において、上記変速分周信号の周波数ｘと上記基準周波数信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が、雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように、上記基準周波数信号の周波数、並びに上記変速分周信号における上記第１の分周比、上記第２の分周比、及び上記混合比率が決定される。
また、参考例である周波数測定装置は、上記いずれかの信号生成回路と、基準周波数信号を生成する基準周波数信号源と、前記基準周波数信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記変速分周信号の変化数を計数したカウント値を出力するカウンタ部と、前記カウント値に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタと、を備える。
かかる構成の周波数測定装置によれば、第１の分周信号と第２の分周信号とを利用して、周波数測定における雑音レベルを抑制することが可能となる。
かかる構成の周波数測定装置によれば、該装置を用いた周波数測定において雑音レベルを効果的に抑制することできる。
また、本発明の一形態である周波数測定装置における変速分周信号の生成方法は、変速分周信号を生成する変速分周部と、上記変速分周信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる被測定信号の変化数を計数してカウント値を出力する短ゲートタイムカウンタ部と、上記カウント値に含まれる高調波成分を除去するローパスフィルタと、を備える周波数測定装置における変速分周信号の生成方法であって、所定の周波数を有する第１の信号に基づいて、上記第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号及び上記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号を生成するステップと、１）第１の変数に、生成される変速分周信号に含まれる上記第１の分周信号の比率を示す第１の定数を加算するステップと、２−１）加算後の上記第１の変数が上記第１の定数と上記変速分周信号に含まれる上記第２の分周信号の比率を示す第２の定数との加算結果以上である場合は、上記第１の分周信号を出力し、上記第１の変数から上記第１の定数及び上記第２の定数を減算してから１）へ戻るステップと、２−２）上記加算後の上記第１の変数が上記第１の定数と上記第２の定数との加算結果より小さい場合は、上記第２の分周信号を出力してから１）へ戻るステップと、を繰り返すことによって、上記変速分周信号に上記第１の分周信号と上記第２の分周信号とが所定の混合比率で時間的に交互に現れるようにした、ことを特徴とする。
また、参考例である信号生成方法は、所定の周波数を有する第１の信号に基づいて、上記第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号及び前記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号を生成するステップと、１）第１の変数に、生成される変速分周信号に含まれる前記第１の分周信号の比率を示す第１の定数を加算するステップと、２−１）加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記変速分周信号に含まれる前記第２の分周信号の比率を示す第２の定数との加算結果以上である場合は、前記第１の分周信号を出力し、前記第１の変数から前記第１の定数及び前記第２の定数を減算してから１）へ戻るステップと、２−２）前記加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記第２の定数との加算結果より小さい場合は、前記第２の分周信号を出力してから１）へ戻るステップと、を繰り返すことによって、前記第１の分周信号と前記第２の分周信号とが所定の混合比率で時間的に交互に現れる前記変速分周信号を生成する。
かかる方法によれば、第１の分周信号が有する周波数成分と、第２の分周信号が有する周波数成分とを所定の混合比率で、かつ分散させた形で混合させた変速分周信号を容易に生成することが可能となる。
周波数測定装置の構成例を示す図。 短ゲートカウンタ部の第１の構成例を示す図。 短ゲートカウンタ部の第２の構成例を示す図。 ローパスフィルタをアナログ回路で構成した例を示す図。 ローパスフィルタを移動平均フィルタによって構成した例を示す図。 測定された周波数の時間経過の一例を示す図。 カウント値の信号列から高周波成分を除去した例を示す図。 被測定信号の周波数とサンプリング周波数との比に対するパターン雑音レベルを示すグラフ。 被測定周波数５０１．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５０３．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５０５．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５１０．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５５０．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５４９．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５４７．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５３４．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定周波数５６６．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合の周波数の時間変化を示すグラフ。 動作点パラメータに対応するパターン雑音レベルを追加したグラフ。 変速分周部を備えた周波数測定装置の第１の構成例を示す図。 周波数測定装置における変速分周部の第１の具体的な構成例を示す図。 変速分周部の動作の一例を表すフローチャート。 変速分周部の動作中における状態を示す図。 生成された変速クロックの例を示す図。 １６３８５分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間変化を示すグラフ。 １６３８６分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間経過を示すグラフ。 変速分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間経過を示すグラフ。 変速分周部を備えた周波数測定装置の第２の構成例を示す図。 変速分周部の第２の具体的な構成例を示す図。 被測定信号の２分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間変化を示すグラフ。 被測定信号の３分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間変化を示すグラフ。 変速分周信号を用いて測定した、被測定信号の周波数の時間変化を示すグラフ。
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．定義
２．短ゲートタイムカウント方式を使用する周波数測定装置の概要
３．短ゲートタイムカウント方式において発生する雑音についての説明
４．実施形態１
（１）周波数測定装置の構成例
（２）変速分周部の構成例
（３）変速分周部の動作例
（４）周波数測定装置の動作例
５．実施形態２
（１）周波数測定装置の構成例
（２）変速分周部の構成例
（３）周波数測定装置の動作例
６．まとめ
７．補足
＜１．定義＞
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
「○○部」及び「○○回路」（○○は任意の語。）：電気的な回路または部分を含むがこれに限定されず、当該回路または部分の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの回路または部分が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の回路または部分の機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
＜２．短ゲートタイムカウント方式を使用する周波数測定装置の概要＞
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。まず、特願２００８−０９９７２１号において、本願の発明者によって提案された「短ゲートタイムカウント法」を使用する周波測定装置の概略を図１乃至図７を参照して説明する。
（周波数測定装置の構成例）
図１は、本実施形態における周波数測定装置の構成例を示す図である。図１に示すように、周波数測定装置は被測定信号源１０、短ゲートカウンタ部（または「短ゲートタイムカウンタ部」とも称する。）２０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０、及び基準周波数信号源４０を含んで構成される。
（被測定信号源１０）
被測定信号源１０はパルス列状の被測定信号６１を生成するよう構成される。被測定信号源（以下、「パルス発生器」とも称する。）１０は、例えば、発振周波数ｆ０が３０ＭＨｚの水晶発振器であり、ニオイセンサー、ガスセンサー、バイオセンサーなどの検出部に相当する。ニオイ物質などが水晶振動子に付着すると付着量に応じて発振周波数が低下する。このパルス列状の被測定信号６１は短ゲートカウンタ部２０に供給される。
（基準周波数信号源４０）
基準周波数信号源４０は、被測定信号６１よりも低い周波数を有するパルス列状の信号である基準周波数信号６２を生成するよう構成される。すなわち、基準周波数信号６２は被測定信号６１よりも長い周期で変化するものである。以下、この基準周波数信号６２の１周期を「ゲート時間」または「ゲートタイム」と呼ぶことがある。当該基準周波数信号源４０は、例えば、被測定信号源１０で用いられたものとは別の水晶発振器の信号を所定の分周比で分周することで、例えば１００Ｈｚの基準周波数信号６２を生成するよう構成される。
（短ゲートカウンタ部２０）
短ゲートカウンタ部２０は、供給される被測定信号６１のパルス列を、基準周波数信号６２に基づいて決定される比較的短いゲート時間で途切れることなく計数するよう構成される。具体的には、短ゲートカウンタ部２０はゲート時間に含まれる被測定信号６１の変化数を計数する。例えば、短ゲートカウンタ部２０は基準周波数信号６２の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの１周期に発生する、被測定信号６１の立ち上がりエッジを計数するものである。ここで計数されたカウント値（以下、「計数値」と称することもある。）６３はローパスフィルタ３０に逐次供給される。後述するように、短ゲートカウンタ部２０は、内部カウンタで被測定信号６１の変化を計数し、その計数値を基準周波数信号６２を用いてサンプリングする構成にすることがある。よって、基準周波数信号６２の周波数を「サンプリング周波数」と称したり、基準周波数信号６２の１周期を「サンプリング周期」と称したりすることがある。
（ローパスフィルタ３０）
ローパスフィルタ３０は、入力された計数結果に含まれる高周波成分を除去し、その低周波成分のみを出力信号６４として出力するよう構成される。
（短ゲートカウンタ部２０の第１の構成例）
図２は、短ゲートカウンタ部２０の第１の構成例を示している。短ゲートカウンタ部２０は、信号源から供給されるパルス列信号を途切れることなく計数する（入力信号に対して不感期間を設けない）ことが望まれる。
そこで、当該第１の構成例では、短ゲートカウンタ部２０は、第１カウンタ２１及び第２カウンタ２２の２つのカウンタを含んで構成される。被測定信号６１は、第１カウンタ２１と第２カウンタ２２の両方に供給される。制御部２３は第１カウンタ２１及び第２カウンタ２２にゲート信号、リセット信号を送り、両カウンタの出力を、スイッチを介してローパスフィルタ３０に供給する。当該スイッチは、第１カウンタ２１及び第２カウンタ２２の出力信号のいずれか一方を選択して出力するよう構成されており、物理的なスイッチであってもよいし、論理回路で構成されてもよい。ゲート信号は、例えば基準周波数信号６２の１周期をゲート時間とする信号であり、基準周波数信号６２自体をゲート信号として用いてもよい。両カウンタから被測定信号６１の計数値を交互に出力し、一方が計数しているときには他方がデータ転送及びリセットなどをすることによって、カウンタのリセットやデータ転送時に生ずる不感期間を回避する。なお、制御部２３はハードウエアとして構成しても良いし、パソコンなどによってソフトウェアで構成しても良い。
（短ゲートカウンタ部２０の第２の構成例）
図３は、短ゲートカウンタ部２０の第２の構成例を示している。当該構成では１つのカウンタ２４を用いている。カウンタ２４は直接カウント方式のカウンタであり、供給される被測定信号６１の変化を常時計数し、累積カウント値を出力する。カウンタ２４の出力である累積カウント値は減算器２５と前回累積カウント値を保持するためのレジスタ２６に供給される。減算器２５はカウンタ２４から取得した今回累積カウント値からレジスタ２６から取得した前回累積カウント値を減じて今回の計数値であるカウント値６３を取得し、ローパスフィルタ３０に供給する。
（ローパスフィルタ３０の第１の構成例）
図４は、ローパスフィルタ３０をアナログ回路で構成した例を示す。この例では、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、キャパシタＣ１及びＣ２、オペアンプＯＰ１を構成素子とするローパスフィルタを二段接続している。これらの構成素子の回路定数を適宜選定することによって、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）を用いてアナログ信号に変換された短ゲートカウンタ部２０の出力信号であるカウント値６３から第１の周波数成分または当該第１の周波数以上の高域成分を除去（抑制）する。ローパスフィルタのカットオフ周波数や信号レスポンス特性は、出力信号のＳ／Ｎ（信号／雑音）比、出力信号の波形応答特性等によって適宜に設定される。短ゲートカウンタ部２０からカウント値６３が１ビットのシリアル信号で出力される場合には、そのままローパスフィルタ３０に入力することができる。短ゲートカウンタ部２０からｎビットで出力される場合には、ｎビット出力に対応したＤ−Ａ変換器を介して入力することができる。
（ローパスフィルタ３０の第２の構成例）
図５は、ローパスフィルタ３０をデジタルフィルタの一種である移動平均フィルタによって構成した例を示す。図５に示すように、ローパスフィルタ３０は、加算器３１、シフトレジスタ３２、減算器３３、インバータ３４、各部に動作タイミングクロックなどを供給する制御部３５、及び除算器３６を含んで構成される。
短ゲートカウンタ部２０から出力されたカウント値６３は、加算器３１とフィルタのタップ数相当の記憶領域を備えるシフトレジスタ３２との両方に供給される。シフトレジスタ３２内を移動平均値の計算の対象となるＮ個のデータが、他と同期して順次移動する。加算器３１の他方には前回計算のトータル値が供給されており、加算器３１は今回の計数値と前回のトータル値とを加算し、累積加算値を取得する。この累積加算値からシフトレジスタ３２で先頭の（旧い）データの計数値を減算器３３で減算し、これを新トータル値とする。新トータル値を前回トータル値として加算器に戻し、新トータル値を除算器３６において対象データ数Ｎで割り算する。このような計算を全データについて行うことによって移動平均値が求められる。ここで、除算器３６は出力値をスケーリングする機能を持つが、スケーリングを気にしなくても良い場合は省略することができる。移動平均フィルタを多段の構成とする場合、最終段にのみ除算器３６を配しても良い。なお、移動平均フィルタはデジタル回路で構成することが可能であるため、アナログフィルタと比較して回路規模が小さくなるなどの特徴がある。
図６は、短ゲートカウンタ部２０で計数されたカウント値６３に基づいて算出された周波数の時間経過の一例を示している。この例では、サンプリング周波数を１００Ｈｚ（ゲート時間を０．０１秒）として被測定信号６１の変化数を計数した場合を示している。サンプリング周波数が１００Ｈｚの場合には、周波数分解能も１００Ｈｚまで低下するため、１つのカウント値６３のみからは被測定信号６１における１００Ｈｚ以下の情報を検出できないが、一方で１秒間に１００個のカウント値６３が得られることになる。図２に示されるように、カウント値６３の１００倍で表される周波数は、例えば互いに１００Ｈｚ差である３０，０７２，３００Ｈｚと３０，０７２，４００Ｈｚの間に時間軸上にパルス状に分布する。
ここで、サンプリングにおける量子化誤差（±１カウント誤差）について説明する。例えば、直接カウント方式のカウンタを用いて、１２３．３４Ｈｚで安定しているパルス列信号の有する周波数を測定する場合について検討する。
（Ａ）ゲート時間１０秒の場合： １０秒ごとに１２３３カウント又は１２３４カウント
測定値は、これを１／１０倍した、１２３．３Ｈｚもしくは１２３．４Ｈｚ（１０秒ごと）となる。（測定誤差は０．１Ｈｚ）
（Ｂ）ゲート時間１秒の場合： １秒ごとに１２３カウント又は１２４カウント
測定値は、１２３Ｈｚもしくは１２４Ｈｚ（１秒ごと）となる。（測定誤差は１Ｈｚ）
（Ｃ）ゲート時間０．１秒の場合： ０．１秒ごとに１２カウント又は１３カウント
測定値は、これを１０倍した、１２０Ｈｚもしくは１３０Ｈｚ（０．１秒ごと）となる。（測定誤差は１０Ｈｚ）
（Ｄ）ゲート時間０．０１秒の場合： ０．０１秒ごとに１カウント又は０カウント
測定値は、これを１００倍した、１００Ｈｚもしくは２００Ｈｚ（０．０１秒ごと）となる。（測定誤差は１００Ｈｚ）
この（Ａ）〜（Ｄ）の例のように、ある一点の周波数で安定している被測定信号６１をカウントした場合、カウント値６３はゲート時間によって定まる２つの値の差を振幅とするパルス列状に分布する。一方、カウントする被測定信号６１の周波数が変動する場合でも、変動が上記測定誤差に収まる範囲であれば、計数値は２つの値の差を振幅とするパルス列状に分布するのに変わりない。例えば、上記の（Ｄ）ゲート時間０．０１秒であって測定誤差が１００Ｈｚの場合、カウントするパルス列信号の周波数の変動が１００〜２００Ｈｚの間で収まっている限り、１００Ｈｚもしくは２００Ｈｚの表示が得られる。
図６に示すように、１秒未満の短いゲート時間で被測定信号６１の変化数の計数を行う方式（以下、「短ゲートタイムカウント方式」という。）では、カウント値６３がパルス列状に変化し、被測定信号６１の周波数の変化に応じカウント値における値の出現頻度が変化する。被測定信号６１における周波数が高ければ当該パルス列が高い値を示す出現頻度が高くなり、逆に被測定信号６１における周波数が低ければ当該パルス列が低い値を示す出現頻度が高くなる。計数する被測定信号６１の周波数に関する情報は、パルス列として振る舞う計数値の周波数スペクトルの低域成分に存在する。そこで、ローパスフィルタによってカウント値６３から低域成分を抽出する（量子化誤差に起因する高周波成分を除去する）ことによって計数する被測定信号６１の周波数のうち、その変動分に関する情報を復調することができる。
図７は、上述した図６のカウント値６３の信号列をタップ数５１２のローパスフィルタ３０に与えて高周波成分を除去した例を示している。図７に示されるように、供給された被測定信号６１の周波数の変化が連続的（アナログ的）な曲線として出力される。ローパスフィルタ３０を用いることで、１００Ｈｚのサンプリング周期の計数では、量子化誤差によって測定不能な領域まで、特に、１Ｈｚ以下の周波数変化まで検出することが可能となっていることが分かる。
このように、短ゲートタイムカウント方式では、ゲート時間を短くする（サンプリング周波数を高くする）と、各々のカウント値６３における測定誤差は大きくなる一方で、複数の測定値の列が得られる。この複数の測定値から、ローパスフィルタ３０によって高周波成分を取り除くことで周波数測定分解能が向上する。前述したように、ローパスフィルタの特性は、出力信号の所要のＳ／Ｎ、信号応答性などに応じて適宜に設計される。すなわち、短ゲートタイムカウント方式では、回路規模を小さく抑えることができるため、マルチチャンネル化が容易である。アナログローパスフィルタを用いることによってアナログ出力にも対応することが可能である等の利点を有する。
短ゲートタイムカウント方式は上述した利点を有するものであるが、種々の実験の結果、被測定信号源１０が出力する被測定信号６１の周波数とサンプリング周波数との組み合わせによっては、雑音（ノイズ）が発生（増加）する場合があることが判った。短ゲートタイムカウント方式において生じる雑音について、図８乃至図１９を参照して説明する。
＜３．短ゲートタイムカウント方式において発生する雑音についての説明＞
以下の説明においては、図１に示した周波数測定装置を用いてパターン雑音の発生の実験を行う。ここでは、短ゲートカウンタ部２０におけるサンプリング周波数を１００Ｈｚとし、ローパスフィルタ３０はタップ数３０の移動平均フィルタを三段直列に接続している。
図８は、被測定信号６１の周波数（以下、「被測定周波数」とも称する。）とサンプリング周波数との比（動作点パラメータ０〜０．５）に対するパターン雑音レベルを示すグラフである。パターン雑音レベルは最大値を１とする相対値（任意単位）で示されている。
動作点パラメータは特性把握の便宜上用いられており、以下のように定義される。
動作点パラメータ＝被測定周波数÷サンプリング周波数−Ｉｎｔ（被測定周波数÷サンプリング周波数）
ただし、Ｉｎｔ（ｃ）はｃの整数部を示す関数である。上記定義式より、動作点パラメータは（被測定周波数÷サンプリング周波数）の少数部分を指すものであり、０以上１未満の間の値を取ることがわかる。パターン雑音のレベル（強度）は動作点パラメータの複雑な関数であり、動作点パラメータ０．５で対称性を持つ。すなわち、動作点パラメータ０．５−ｄにおけるパターン雑音レベル強度は、動作点パラメータ０．５＋ｄにおけるパターン雑音強度に等しいという性質がある（０＜ｄ≦０．５）。そこで、図８において、雑音強度と動作点の関係は、動作点パラメータ０〜０．５の範囲で示している。
図９は、被測定周波数５０１．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとした場合のグラフを示している。この場合、被測定周波数及びサンプリング周波数から求められる動作点パラメータは０．０１となる。図９において、横軸は時間、縦軸は周波数、実線は短ゲートタイムカウント値、短点線は被測定周波数、長点線はローパスフィルタ３０の出力を示している（以下、図１７まで同様である。）。被測定周波数は一定値であるが、ローパスフィルタ３０の出力には、周期的（時間上において一定間隔）に変化が現れ、パターン雑音が発生することが判る。
同様に、図１０は、被測定周波数５０３．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．０３となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、連続的な周波数変動が見られ、パターン雑音が連続的に発生している。
図１１は、被測定周波数５０５．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．０５となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、パターン雑音が連続的に発生しているが、図１０に示した動作点パラメータ０．０３の場合よりもパターン雑音の振幅が減少している。
図１２は、被測定周波数５１０．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．１０となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力は、被測定周波数と同じとなり、パターン雑音は発生しない。
図１３は、被測定周波数５５０．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．５０となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力は、被測定周波数と同じであり、パターン雑音は発生しない。
図１４は、被測定周波数５４９．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．４９となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、周期的に周波数変化が現れ、パターン雑音が発生することが判る。
図１５は、被測定周波数５４７．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．４７となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、小振幅の周波数変動が見られ、パターン雑音が発生することが判る。
図１６は、被測定周波数５３４．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータ０．３４とした場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、周期的な周波数変動が見られ、パターン雑音が存在することが判る。
図１７は、被測定周波数５６６．００Ｈｚ、サンプリング周波数１００Ｈｚとし、動作点パラメータが０．６６（＝０．３４に相当）となった場合のグラフを示している。ローパスフィルタ３０の出力には、周期的な周波数変動が見られ、パターン雑音が発生することが判る。図１６に示した動作点パラメータが０．３４となった場合と比較すると、周波数変動の振幅は同じであるが、周波数変動の増減の傾向が逆になっている。
図１８は、上述した図９乃至図１７に示した動作点パラメータに対応するパターン雑音レベルを図８のグラフ中に追加したものである。
動作点パラメータ０．０（＝１．０に相当）の近傍値である動作点パラメータ０．０１、０．０３、及び０．０５のグループでは、動作点パラメータ０．０に近いほど、パターン雑音レベルが大きくなっている。
なお、図１８ではグラフ表示上明確ではない部分があるが、動作点パラメータが単純な有理数（例えば、１／１〜１／１０）で表される横軸上の位置１．０（＝１／１）、０．５（＝１／２）、０．３３…（＝１／３）、０．２５（＝１／４）、０．２（＝１／５）、０．６６…（＝２／３）、０．１（＝１／１０）などではパターン雑音レベルが０となっている。例えば図１２、図１３に示した例では、動作点パラメータが単純な有理数値（１／１０、１／２）と一致しているためパターン雑音が生じない。
動作点パラメータ０．５の近傍であって単純な有理数から外れた動作点パラメータ０．４９（図１４参照）、０．４７（図１５参照）では、雑音レベルが比較的大きいが、動作点パラメータ０．０のごく近傍に比べるとパターン雑音レベルは小さい。
なお、動作点パラメータ０．３４（図１６参照）と、動作点パラメータ０．６６（図１７）とは、パターン雑音レベルの動作点パラメータ依存性は０．５０を基準として対称な位置関係となる。
上述したように、被測定周波数とサンプリング周波数の比を動作点パラメータとして定義することで、被測定周波数とサンプリング周波数との組み合わせに起因するパターン雑音レベルを把握することが可能である。そして、動作点パラメータが単純な有理数に近い値となる被測定周波数とサンプリング周波数の組み合わせを採用することを禁止することで、パターン雑音を抑制することができる。
＜４．実施形態１＞
ここで、図１９乃至図２６を参照しながら本発明の一形態である実施形態１について説明する。
＜（１）周波数測定装置の構成例＞
図１９は、変速分周部５０を備えた周波数測定装置の第１の構成例を示す図である。図１９に示すように、周波数測定装置は、被測定信号源１０、基準周波数信号源４０、変速分周部５０、短ゲートカウンタ部２０、及びローパスフィルタ３０を含んで構成される。ここで、被測定信号源１０、短ゲートカウンタ部２０、及びローパスフィルタ３０は、図１を参照して既に説明した周波数測定装置と基本的に同様の構成及び機能を有するため、以下ではその説明を省略する。
（基準周波数信号源４０）
基準周波数信号源４０は、既に説明したように基準周波数信号６２を生成するよう構成される。ここで、図１における周波数測定装置とは異なり、当該基準周波数信号源４０の出力である基準周波数信号６２は、短ゲートカウンタ部２０に直接供給されるのではなく、まずは変速分周部５０に供給される。また、基準周波数信号源４０が生成し供給する基準周波数信号６２は、必ずしも被測定信号６１より低い周波数を有する信号である必要はなく、任意に設定可能である。
（変速分周部５０）
変速分周部５０は、基準周波数信号６２に基づいて変速分周信号６５を生成し、短ゲートカウンタ部２０に供給するよう構成される。ここで、変速分周部５０について具体的に説明する。
＜（２）変速分周部の構成例＞
図２０は、周波数測定装置における変速分周部５０の第１の具体的な構成例を示す図である。図２０に示すように、変速分周部５０は、分周信号生成部５１、分周比制御部５２、定数記憶部５３、及び変数記憶部５４を含んで構成される。変速分周部５０は、基準周波数信号源４０から供給される基準周波数信号６２に基づいて、変速分周信号６５を生成する。
（分周信号生成部５１）
分周信号生成部５１は、基準周波数信号６２を第１の分周比（自然数ａ）で分周した第１の分周信号（ａ分周信号）、及び第２の分周比（自然数ｂ）で分周した第２の分周信号（ｂ分周信号）を生成する。そして、分周信号生成部５１は分周比制御部５２からの制御により、ａ分周信号とｂ分周信号とをα：βの混合比率で混合し、ａ分周信号とｂ分周信号とが時間的に交互に現れる変速分周信号６５を生成する。
（分周比制御部５２）
分周比制御部５２は、定数を記憶可能に構成された定数記憶部５３から定数α及びβを取得し、変数を記憶可能に構成された変数記憶部５４から変数ｃを取得する。分周比制御部５２は、これらの定数α及びβ、並びに変数ｃを用いて、分周信号生成部５１を制御して変速分周信号６５を生成させる。
＜（３）変速分周部の動作例＞
ここで、変速分周部５０の動作について、図２１乃至図２３を参照しながら説明する。
図２１は、変速分周部５０の動作の一例を表すフローチャートである。図２２は、変速分周部５０の動作中における状態を示す図である。以下の例においては、説明を簡単にするため分周比ａ＝２、分周比ｂ＝３、定数α＝４、及び定数β＝１２として説明する。なお、以下においては変速分周信号６５を変速クロックと称し、基準周波数信号６２を基準パルスと称することがある。
（Ｓ１００〜Ｓ１１０）
変速分周部５０は、動作開始後（Ｓ１００）、まず変数記憶部５４に記憶された変数ｃを０に初期化する（Ｓ１１０）（図２２のＮｏ．１参照）。
（Ｓ１２０）
次に、変速分周部５０は変数記憶部５４の変数ｃに、生成する変速分周信号６５に含まれるａ分周信号（２分周信号）の比率を示す定数α（４）を、定数記憶部５３から取得し加算する（Ｓ１２０）。すると、変数ｃは０＋４＝４となる（図２２のＮｏ．２参照）。
（Ｓ１３０）
次に、変速分周部５０は定数記憶部５３の定数α（４）と定数β（１２）との加算結果（４＋１２＝１６）及び変数記憶部５４の変数ｃ（４）とを比較する（Ｓ１３０）。
（Ｓ１６０〜Ｓ１７０）
この時点において、変数ｃ（４）はα＋β（１６）よりも小さいため、変速分周部５０は基準パルスをａ（２）回カウントして（Ｓ１６０）クロックを生成する（Ｓ１７０）。ここで、基準パルスをｎ回カウントするとは、１周期が基準パルスの周期のｎ倍になるような変速クロックを生成することを指す。図２２に変速クロックが１または０のどちらの値になっているかを示しているが、２分周と記載されている図２２のＮｏ．１〜Ｎｏ．２についてはそれぞれ１、０を示し、その後Ｎｏ．３で１を示している。すなわち、ここでは変速クロックはその１周期が基準パルスの２倍の周期を有する信号となっている。ここまでの処理が完了したら、Ｓ１２０に戻って一連の動作を繰り返す。
（Ｓ１２０）
上記一連の動作を３回繰り返した時点（図２２のＮｏ．６の時点）で、変数ｃは１２となっている。ここで、変速分周部５０が変数ｃ（１２）に定数α（４）を加算したとき（Ｓ１２０）、加算結果は（１２＋４＝）１６となる。
（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）
当該加算結果の１６は、定数α（４）＋定数β（１２）の結果である１６以上となっているため（Ｓ１３０）、変速分周部５０は基準パルスをｂ（３）回カウントする（Ｓ１４０）（図２２のＮｏ．７〜９参照）。
（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）
このとき、変数ｃからは定数α及び定数βを減算する（Ｓ１５０）（図２２のＮｏ．８参照）。上記で説明したとおり、基準パルスを３回カウントすると、図２２のＮｏ．７〜９に示すように変速クロックは１、０、０となっており、基準パルスの３倍の周期を有する信号となっている。なお、ここでは変速クロックは１、０、０となっているが、例えば１、１、０のようになってもよく、その信号の周期さえ保持していればよい。そして、Ｓ１４０における基準パルスのカウントによって、当該変速クロックを生成する（Ｓ１７０）。
なお、図２２において制御信号とはｃ≧α＋βが成立したときに変化するフラグであり、１ｂｉｔカウンタとは基準周波数信号６２の変化をカウントする、１ビットのカウンタの値を示す。
図２３は、上記のようにして生成された変速クロックの例である。図２３において、変速クロック１乃至３は、いずれも基準クロックの２分周信号と３分周信号とを混合比率３：１（＝１２：４）で混合した変速クロックである。ただし、変速クロック１乃至３では、それぞれ混合された３分周信号のデューティが異なっている。上記の例では変速クロック１を例に挙げて説明しているが、変速クロック２または３のように、３分周信号のデューティが異なるものについても本願の範囲に含まれる。
＜（４）周波数測定装置の動作例＞
次に、本実施形態における周波数測定装置の動作の一例について説明する。ここでは、３００１２３９１Ｈｚで振動する水晶振動子を含む発振回路を基準周波数信号源４０とし、３０１０５８３１Ｈｚで振動する水晶振動子を含む発振回路を被測定信号源１０とする。変速分周部５０は、基準周波数信号６２を１６３８５分周及び１６３８６分周した信号をそれぞれ２：３の混合比率で混合し、変速分周信号６５を生成する。被測定信号６１は、３０１０５８３１Ｈｚから数Ｈｚだけ増加する。この条件において、比較のために上記１６３８５分周信号、１６３８６分周信号、及び変速分周信号６５をそれぞれ短ゲートカウンタ部２０に供給し、被測定信号６１の周波数の変化を測定した。
図２４は、１６３８５分周信号を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間変化を示すグラフである。図２４には、被測定信号６１の実際の周波数の時間変化も合わせて記載している。図２４に示したように、測定された周波数は測定期間の前半において、実際の周波数に対してノイズが重畳されている。このノイズがパターン雑音である。
図２５は、１６３８６分周信号を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間経過を示すグラフである。図２５に示したように、測定された周波数は測定期間の後半において、実際の周波数に対してノイズが重畳されている。
図２６は、変速分周信号６５を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間経過を示すグラフである。図２６に示したように、測定された周波数はいずれの時間においてもほぼノイズが重畳されておらず、被測定信号６１の周波数が正確に測定されている。
ここで、変速分周信号６５の生成に用いられる２つの分周信号のそれぞれの分周比及び２つの分周信号の混合比率の決定方法について説明する。既に図８を参照して説明したように、パターン雑音は、被測定周波数÷サンプリング周波数−Ｉｎｔ（被測定周波数÷サンプリング周波数）によって定義される動作点パラメータによって把握される。そして、当該動作点パラメータが単純な有理数に近い値となる被測定周波数とサンプリング周波数との組み合わせを採用することを禁止することで、パターン雑音を抑制することができる。本実施形態における短ゲートカウンタ部２０に着目すると、被測定周波数は被測定信号６１の周波数であり、サンプリング周波数は変速分周信号６５の周波数となる。サンプリング周波数となる変速分周信号６５の周波数は、瞬間的には第１の分周信号（例えば１６３８５分周信号）の周波数、または第２の分周信号（例えば１６３８６分周信号）の周波数を有する。しかし、移動平均フィルタでフィルタリングの対象となる、ある程度長い期間でみると、変速分周信号６５は第１の分周比、第２の分周比、及び混合比率により求められる所定の周波数を有する信号と同視することができる。ここで、当該分周比及び混合比率は、変速分周部５０で任意に決定することが可能である。変速分周部５０は、予め求められた変速分周信号６５の周波数と被測定信号６１の周波数との周波数比対雑音レベルの分布特性に基づいて、雑音レベルが小さくなるように第１の分周比、第２の分周比、及び第１の分周信号と第２の分周信号との混合比率を決定することが可能である。これによって、回路規模が大きくなりがちなアナログ回路を用いることなく、周波数測定における雑音レベルを抑制するような変速分周信号６５を生成することが可能になる。
より具体的には、変速分周信号６５における第１の分周比、第２の分周比、及び混合比率を、上記のように被測定信号６１の周波数ｘと変速分周信号６５の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が、雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように決定する。これによって、周波数測定における雑音レベルを容易に抑制することが可能となる。
＜５．実施形態２＞
以下、図２７乃至図３１を参照しながら本発明の一形態である実施形態２について説明する。
＜（１）周波数測定装置の構成例＞
図２７は、変速分周部５０を備えた周波数測定装置の第２の構成例を示す図である。図２７に示すように、周波数測定装置は、被測定信号源１０、基準周波数信号源４０、変速分周部５０、短ゲートカウンタ部２０、及びローパスフィルタ３０を含んで構成される。図１９に示した周波数測定装置の第１の構成例と比較すると、変速分周部５０が、基準周波数信号源４０と短ゲートカウンタ部２０との間ではなく、被測定信号源１０と短ゲートカウンタ部２０との間に配置されている点で異なる。この構成の違いによって、短ゲートカウンタ部２０には、変速分周信号６６及び基準周波数信号６２が供給される。被測定信号源１０、基準周波数信号源４０、ローパスフィルタ３０の構成及び動作については、第１の構成例と同様である。
（変速分周部５０）
変速分周部５０は、被測定信号６１に基づいて変速分周信号６６を生成し、短ゲートカウンタ部２０に供給するよう構成される。ここで、変速分周部５０について具体的に説明する。
＜（２）変速分周部の構成例＞
図２８は、変速分周部５０の第２の具体的な構成例を示す図である。図２８と図２０とを比較すると判るように、図２８の変速分周部５０では入力信号が基準周波数信号６２ではなく被測定信号６１である点で異なる。つまり、変速分周部５０は入力信号を被測定信号６１に置き換えて、第１の構成例で説明したものと同様に動作するものである。
＜（３）周波数測定装置の動作例＞
ここで、本実施形態における周波数測定装置の動作の一例について説明する。本実施形態では、基準周波数信号源４０は３００１２３９１Ｈｚで振動する水晶振動子を備えた発振回路を含み、この３００１２３９１Ｈｚの周波数を有する信号を１６３８４分周して基準周波数信号６２を生成して出力する。被測定信号源１０は、３００１４２４１Ｈｚで振動する水晶振動子を備え、当該周波数を有する被測定信号６１を生成し出力する。変速分周部５０は、３００１４２４１Ｈｚの周波数を有する被測定信号６１を２分周した信号及び３分周した信号をそれぞれ１：４の混合比率で混合し、変速分周信号６６を生成する。この条件において、比較のために上記２分周信号、３分周信号、及び変速分周信号６６を短ゲートカウンタ部２０に供給し、基準周波数信号６２に基づいてこれらの信号の周波数の変化を測定した。
図２９は、被測定信号６１の２分周信号を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間変化を示すグラフである。なお、周波数測定装置で被測定信号６１の２分周信号に基づいて被測定信号６１の周波数を測定する際は、例えばローパスフィルタ３０の後段にスケーリング部（図示せず）を設け、測定した周波数を２倍にスケーリングする。図２９には、被測定信号６１の実際の周波数の時間変化も合わせて記載している。図２９に示したように、測定された周波数にはパターン雑音が重畳されており、測定期間の前半においてその影響が大きいことがわかる。
図３０は、被測定信号６１の３分周信号を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間変化を示すグラフである。ここでは、ローパスフィルタ３０の後段に設けたスケーリング部は、測定した周波数を３倍にスケーリングする。図３０に示したように、測定された周波数にはパターン雑音が重畳されており、測定時間の前半においてその影響が大きいことがわかる。
図３１は、被測定信号６１の２分周信号と３分周信号とを１：４で混合した変速分周信号６６を用いて測定した、被測定信号６１の周波数の時間変化を示すグラフである。ここでは、ローパスフィルタ３０の後段に設けたスケーリング部は、測定した周波数を２．８倍にスケーリングする。スケーリングは、［（第１の分周信号の分周比）×（第２の分周信号の混合比率）＋（第２の分周信号の分周比）×（第１の分周信号の混合比率）］÷［（第１の分周信号の混合比率）＋（第２の分周信号の混合比率）］により求めることができる。ここでは、（２×４＋３×１）÷（１＋４）＝１４÷５＝２．８となるため、上記の通り２．８倍にスケーリングする。図３１に示したように、測定された周波数はいずれの時間においてもパターン雑音の影響が軽減されている。
ここで、変速分周信号６６の生成に用いられる２つの分周信号のそれぞれの分周比及び２つの分周信号の混合比率の決定方法について説明する。本実施形態が実施形態１と異なるのは、短ゲートカウンタ部２０に供給される信号が被測定信号６１及び変速分周信号６５ではなく、変速分周信号６６と基準周波数信号６２である点である。ここで、パターン雑音は、図８を参照して説明したように、被測定周波数÷サンプリング周波数−Ｉｎｔ（被測定周波数÷サンプリング周波数）によって定義される動作点パラメータによって把握される。実施形態１では、変速分周信号６５の周波数がサンプリング周波数に該当したが、本実施形態では同様に生成された変速分周信号６６の周波数が被測定周波数に該当する。そして、本実施形態では、この被測定周波数に該当する変速分周信号６６の周波数が、第１の分周比、第２の分周比、及び第１の分周信号と第２の分周信号との混合比率によって変化されるとみることができる。変速分周部５０は、予め求められた変速分周信号６６の周波数と基準周波数信号６２の周波数との周波数比対雑音レベルの分布特性に基づいて、雑音レベルが小さくなるように第１の分周比、第２の分周比、及び第１の分周信号と第２の分周信号との混合比率を決定することが可能である。これによって、回路規模が大きくなりがちなアナログ回路を用いることなく、周波数測定における雑音レベルを抑制するような変速分周信号６６を生成することが可能になる。
より具体的には、変速分周信号６６における第１の分周比、第２の分周比、及び混合比率を、上記のように変速分周信号６６の周波数ｘと基準周波数信号６２の周波数ｙとの比ｘ／ｙによって定義される動作点パラメータの値が雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように決定する。これによって、周波数測定における雑音レベルを容易に抑制することが可能となる。
＜６．まとめ＞
以上のように、本発明における２つの実施形態について説明した。ここから理解されるように、これらの実施形態における信号生成回路は、第１の信号を生成する第１の信号源と、変速分周部５０とを含んで構成される。第１の信号及び第１の信号源は、それぞれ基準周波数信号６２及び基準周波数信号源４０、または被測定信号６１及び被測定信号源１０のどちらかに対応する。変速分周部５０は、第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号（例えば２分周信号）及び第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号（例えば３分周信号）が、所定の混合比率（例えば１：４）で時間的に交互に現れる変速分周信号６５（または６６）を生成する。
このような構成の信号生成回路では、第１の分周信号が有する周波数成分と、第２の分周信号が有する周波数成分とを所定の混合比率で含む変速分周信号６５（または６６）を生成することが可能である。ここで、第１の分周信号と第２の分周信号とは、第１の信号に基づいてデジタル回路である単純な分周回路を用いて容易に生成することが可能である。つまり、回路規模が大きくなりがちなアナログ回路を用いることなく、上記のような変速分周信号６５（または６６）を生成することが可能である。また、当該構成の信号生成回路は周波数測定装置で使用するのに適しており、周波数測定装置において発生しうるパターン雑音（ノイズ）の発生を抑制することなどが可能となる。
また、上記信号生成回路における変速分周部５０が図２１乃至図２３を用いて説明したように構成することで、第１の分周信号と第２の分周信号とを分散させた形で混合させた変速分周信号６５（または６６）を取得することが可能となる。または、このような方法で変速分周信号６５（または６６）を生成することで、第１の分周信号が有する周波数成分と、第２の分周信号が有する周波数成分とを所定の混合比率で、かつ分散させた形で混合させた変速分周信号を容易に生成することが可能となる。
＜７．補足＞
上記実施形態では適宜具体的な数値を例として挙げながら説明したが、これらの数値に限定されるものではなく、当業者が理解できる当該発明の範囲において実施可能である。すなわち、変速分周信号６５（または６６）の生成に用いられる複数の分周信号の分周比、及びこれらの分周信号の混合比率は任意に決定可能である。また、変速分周信号６５（または６６）の生成に用いられる分周信号は２種類に限定されるものではなく、３種類以上の分周信号を混合させて変速分周信号６５（または６６）を生成することも可能である。
なお、上記実施形態等を各種共振周波数変化型センサーに用いると、小型化、軽量化、高分解能化、低コスト化が可能となる。また、各種センサーの集積化、プラットフォーム化に好適である。また、ニオイセンサー、ガスセンサー、バイオセンサー用トランスデューサーアレイ、ＱＣＭデバイス、圧力センサー、加速度センサー等に用いて好適である。
また、本願に記載のそれぞれの実施形態は、可能な範囲で互いに組み合わせて構成することが可能である。例えば、被測定信号６１に基づいて第１の変速分周信号６６を生成する第１の変速分周部５０と、基準周波数信号６２に基づいて第２の変速分周信号６５を生成する第２の変速分周部５０との双方を備える構成なども考えられる。上記実施形態の説明から、このように構成したとしてもパターン雑音を抑制可能なことが容易に理解される。
１０……被測定信号源、２０……短ゲートカウンタ部、２１・２２・２４……カウンタ、２３……制御部、２５……減算器、２６……レジスタ、３０……ローパスフィルタ、３１……加算器、３２……シフトレジスタ、３３……減算器、３４……インバータ、３５……制御部、３６……除算器、４０……基準周波数信号源、５０……変速分周部、５１……分周信号生成部、５２……分周比制御部、５３……定数記憶部、５４……変数記憶部、６１……被測定信号、６２……基準周波数信号、６３……カウント値、６４……出力信号、６５・６６……変速分周信号、Ｃ１・Ｃ２……キャパシタ、ＯＰ１……オペアンプ、Ｒ１〜Ｒ３……抵抗

Claims (4)

  1. 第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号と前記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号とを所定の混合比率で時間的に交互に現れる変速分周信号を生成する変速分周部と、
    前記変速分周信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる被測定信号の変化数を計数してカウント値を出力する短ゲートタイムカウンタ部と、
    前記カウント値に含まれる高調波成分を除去するローパスフィルタと、を備え、
    前記変速分周信号における前記第１の分周比、前記第２の分周比、及び前記混合比率が、予め求められた、前記変速分周信号の周波数と前記被測定信号の周波数との組合せに関連して生ずるパターン雑音のレベル分布特性に基づいて決定され、
    前記被測定信号及び前記変速分周信号において、前記被測定信号の周波数ｘと前記変速分周信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が、雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように、前記被測定信号の周波数、並びに前記変速分周信号における前記第１の分周比、前記第２の分周比、及び前記混合比率が決定される、
    周波数測定装置。
  2. 前記変速分周部は、
    １）第１の変数に前記変速分周信号に含まれる前記第１の分周信号の比率を示す第１の定数を加算する処理と、
    ２−１）加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記変速分周信号に含まれる前記第２の分周信号の比率を示す第２の定数との加算結果以上となる場合は、前記第２の分周信号を出力し、かつ前記第１の変数から前記第１の定数及び前記第２の定数を減算してから１）へ戻る処理と、
    ２−２）前記加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記第２の定数との加算結果より小さい場合は、前記第１の分周信号を出力してから１）へ戻る処理と、
    を繰り返すことで、前記変速分周信号を生成するよう構成されている、
    請求項１に記載の周波数測定装置。
  3. 被測定信号である第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号と前記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号とを所定の混合比率で時間的に交互に現れる変速分周信号を生成する変速分周部と、
    基準周波数信号を生成する基準周波数信号源と、
    前記基準周波数信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる前記変速分周信号の変化数を計数したカウント値を出力するカウンタ部と、
    前記カウント値に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタと、を備え、
    前記変速分周信号における前記第１の分周比、前記第２の分周比、及び前記混合比率は、予め求められた、前記変速分周信号の周波数と前記基準周波数信号の周波数との周波数比対雑音レベルの分布特性に基づいて決定され、
    前記基準周波数信号及び前記変速分周信号において、前記変速分周信号の周波数ｘと前記基準周波数信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が、雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように、前記基準周波数信号の周波数、並びに前記変速分周信号における前記第１の分周比、前記第２の分周比、及び前記混合比率が決定される、
    周波数測定装置。
  4. 変速分周信号を生成する変速分周部と、
    前記変速分周信号に基づいて決定される所定の期間に含まれる被測定信号の変化数を計数してカウント値を出力する短ゲートタイムカウンタ部と、
    前記カウント値に含まれる高調波成分を除去するローパスフィルタと、を備える周波数測定装置における変速分周信号の生成方法であって、
    所定の周波数を有する第１の信号に基づいて、前記第１の信号を第１の分周比で分周した第１の分周信号及び前記第１の信号を第２の分周比で分周した第２の分周信号を生成するステップと、
    １）第１の変数に、生成される変速分周信号に含まれる前記第１の分周信号の比率を示す第１の定数を加算するステップと、
    ２−１）加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記変速分周信号に含まれる前記第２の分周信号の比率を示す第２の定数との加算結果以上である場合は、前記第１の分周信号を出力し、前記第１の変数から前記第１の定数及び前記第２の定数を減算してから１）へ戻るステップと、
    ２−２）前記加算後の前記第１の変数が前記第１の定数と前記第２の定数との加算結果より小さい場合は、前記第２の分周信号を出力してから１）へ戻るステップと、
    を繰り返すことによって、前記変速分周信号に前記第１の分周信号と前記第２の分周信号とが所定の混合比率で時間的に交互に現れるようにし、
    前記被測定信号及び前記変速分周信号において、前記被測定信号の周波数ｘと前記変速分周信号の周波数ｙとの比ｘ／ｙの小数部によって定義される動作点パラメータの値が、雑音レベルが増大する所定の有理数の近傍値とならないように、前記被測定信号の周波数、並びに前記変速分周信号における前記第１の分周比、前記第２の分周比、及び前記混合比率が決定される、
    ことを特徴とする周波数測定装置における変速分周信号の生成方法。
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