時間および周波数アナライザは、イベント間の時間間隔を正確に測定できる多用途の機器です。これらのイベントは通常、時間とともに変化する電圧信号またはパルスであり、入力電圧が所定のしきい値に達すると、機器はイベントの記録を開始または停止します。
時間および周波数アナライザの重要な機能は、そのようなイベントの持続時間の高分解能測定値 (多くの場合ピコ秒範囲) を提供できることです。これらのイベントの数もカウントできるため、これらの機器はカウンターまたは時間間隔カウンターと呼ばれることもあります。周波数領域では、時間および周波数アナライザは時間間隔情報を使用して、信号の瞬間周波数と偏差を計算できます。
時間および周波数アナライザは周波数カウンタと同じものですか?
時間および周波数アナライザは、他の機器に関連付けられることがあるいくつかの強力な機能を組み合わせた、柔軟な汎用機器です。時間間隔をカウントおよび分析できる機器は、時間間隔アナライザ、時間間隔カウンタ、またはイベント カウンタと呼ばれることもあります。主に周波数安定性と位相ノイズの測定に使用される機器は、周波数カウンターまたは周波数アナライザーとしてよく知られています。これらの機能のすべてまたはほとんどを実行できる機器は、ユニバーサル カウンタと呼ばれることもあります。時間および周波数アナライザは最後のカテゴリに分類されます。
時間および周波数アナライザはどのような種類の測定を実行しますか?
発振器の特性評価: この機器は、連続するイベント間の時間差を測定することにより、イベントの発生頻度を計算できます。時間および周波数アナライザは、瞬間的な周波数情報を使用して、外部周波数クロック (クロックとも呼ばれます) の安定性を判断できます。 アラン偏差 測定。
ジッターと位相ノイズの解析: ジッターとは、電気信号の周期における短期間のランダムな変動を指します。周期のランダムな変動により周波数が広がるため、周波数領域で対応するものは位相ノイズと呼ばれます。ジッタは、多くの RF および電子デバイスにとって重要なパラメータであり、これらのデバイスが送受信する信号の信頼性を決定します。時間および周波数アナライザは、統計分析を使用してジッターを測定し、連続するイベント間の時間間隔をヒストグラム形式でプロットできます。
フォトンカウンティング: In 量子光学 アプリケーションでは、光子はレーザー、原子、スピン集合体などの物理システムによって生成されます。これらの放出された光子の二次相関統計を知ることで、光源の性質についての洞察が得られます。 フォトンカウンティング アプリケーションでは通常、時間および周波数アナライザを 1 つ以上の光検出器と組み合わせて使用し、入射光子を電気信号に変換します。
レーダーとLiDAR: 電波から可視光まで、これらのアプリケーションでは光パルス間の時間を正確に測定する機能が重要です。物体までの距離は、パルスが物体に反射して戻ってくるまでの時間によって決まります。対象物の距離、速度、形状の測定精度は時間測定の精度に直接関係するため、高精度の時間および周波数アナライザが必要になります。
結晶学: レーダーや LiDAR と同様に、時間および周波数アナライザーを結晶学で使用して、X 線フォトンが検出器に到達する時間間隔を測定できます。特定の刺激に応答した到着時間の相関関係を使用して、分子構造と反応のダイナミクスを原子レベルで調査できます。
パルス幅変調 (PWM): PWM は、信号の振幅に基づいてパルス シーケンスの幅を変更することで情報をエンコードするために使用される技術であり、モーターや LED などのデバイスに送信される電力を調整するためにも一般的に使用されます。時間および周波数アナライザを使用すると、各パルスの正確な持続時間を監視および測定でき、検証のために PWM シーケンスから信号をデコードできます。
時間および周波数アナライザの重要なパラメータは何ですか?
時間分解能 (~ps から ~ns): この時間間隔は、機器が 1 回の測定で正確に解析できる最小値です。これは通常、機器が平均化を行わずに 1 回の発生内でこの分解能を達成できることを示すために、シングルショット時間分解能と呼ばれます。
周波数分解能 (桁/秒): 周波数解析モードでは、分解能は通常、12 秒あたりの桁数として指定されます。この数値は、特定の時間枠内でどの程度の精度を達成できるかを示します。たとえば、12 桁/秒の分解能では、1 秒の収集ウィンドウにわたって 9 桁の精度で周波数を決定できます。測定ウィンドウが XNUMX ms に縮小された場合、周波数は XNUMX 桁の精度でしか測定できません。
入力感度と範囲: この値は、機器によって確実に測定できる最小および最大振幅を表します。感度範囲よりも振幅が低いイベントは検出できない場合があります。
帯域幅または周波数範囲: 通常、帯域幅はメガヘルツ (MHz) で測定され、時間および周波数アナライザがイベントを正確に検出できる最小および最大周波数を表します。
測定率： 時間および周波数アナライザはイベントの時間をタグ付けできます。つまり、各イベントが発生するとタイムスタンプが付加されます。このプロセスはその後のデータ分析には役立ちますが、正確なタイムスタンプに必要な精度によりデータ スループット レートが制限されます。通常、メモリに書き込む (または PC にストリーミングする) ことができるサンプルの最大数はデータシートに指定されています。
デッドタイム: 検出器のデッドタイムは、2 つのイベントを解決できる最小時間です。イベントがデッド タイム内に発生した場合、検出器はカウントしません。デッド タイムが長いと、特にイベントが時間内にランダムに分散された場合、システムからのイベントの総数に悪影響を及ぼす可能性があります。
オールデジタルの FPGA ベースの時間および周波数アナライザー
モク タイム・周波数アナライザ は、すべての FPGA ベースの Moku デバイスで利用できる 14 の計測器のうちの最新のものです。スタンドアロンの楽器として機能するか、他の Moku 楽器と一緒に動作します。 マルチ機器モード 最大限の効率を実現します。従来のタイムインターバルアナライザ、周波数カウンタ、ユニバーサルカウンタなどの機能を置き換える多様な機能を提供します。この多用途性により、ユーザーはフォトンカウンティング、位相ノイズ、LiDAR 測定などの幅広い機能を実行できます。イベントは、電圧しきい値と、立ち上がりエッジでトリガーされるか立ち下がりエッジでトリガーされるかによって指定されます。 Moku Time & Frequency Analyzer は、任意の 1 つのイベント間の時間間隔をカウントし、リアルタイムでデータの可逆ヒストグラムをプロットできます (図 XNUMX)。この機器は、瞬間的な周波数情報を計算し、イベントの現在までの合計を保持することもできます。出力側では、イベントの総数または時間間隔自体に比例した電圧を生成できます。これは、アクティブなフィードバック ループを含むアプリケーションに役立ちます。これらの機能はすべて、ボタンをクリックするだけで簡単に制御できます。 もく:アプリ、または、 もくPython API.
図 1: マルチ機器モードで使用されている Moku 時間 & 周波数アナライザー。トップ: モク 波形発生器 および機器選択画面の Time & Frequency Analyzer。中央: 波形ジェネレーターはパルス幅変調シーケンスを作成し、それが時間および周波数アナライザーによって測定されます。下: Time & Frequency Analyzer は、イベント数やイベント レートだけでなく、イベントの任意の組み合わせ間の時間間隔の測定も行うことができます。時間間隔のヒストグラムをプロットすることもできます。パルス変調の結果は、画面の下部に青色で表示されます。
時間および周波数アナライザの選択
時間および周波数アナライザは、時間間隔や周波数の特性評価から、位相雑音解析や光子計数などのより特殊なアプリケーションに至るまで、幅広い測定を実行できます。この柔軟な機器は、高分解能で時間差を測定し、イベントをカウントし、瞬間周波数を計算できるため、さまざまな科学技術分野にわたって効率を最大化するための貴重なツールです。新しいモクと一緒に タイム・周波数アナライザ、再構成可能な FPGA ベースの Moku プラットフォームは機能が進化し続けており、複雑な研究およびエンジニアリング アプリケーションの専門家の精度と柔軟性を最大化するのに役立ちます。
詳細については、当社をご覧ください ホワイトペーパー Moku Time & Frequency Analyzer で確認するか、当社の ビジュアルガイド たとえばユースケース。
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