JP2003248021A - 波形測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号処理や波形パラメータ測定を高分解能・
高精度で行え、補間データが識別表示できる波形測定器
を提供することを目的とする。 【解決手段】 測定信号波形をデジタルデータに変換し
てメモリに書き込むように構成された波形測定器におい
て、デジタルデータ間を補間する補間処理回路を設け、
メモリには補間後のデータを書き込むことを特徴とする
もの。補間データの識別にあたっては、補間データにフ
ラグビットを付加したり、測定信号波形が変換されたデ
ジタルデータ毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの
時間差情報を格納する時間差情報格納部と、隣接するデ
ジタルデータ間を補間する補間データ点数情報を格納す
る補間データ点数情報格納部を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルオシロス
コープなどの波形測定器に関するものであり、詳しく
は、波形データの処理に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な波形測定器であるデジタルオシ
ロスコープは、時間的に連続する信号波形をＡ／Ｄ変換
器でデジタルデータに変換して離散的にメモリ上に記録
し、記録されたデータを波形として表示する。

【０００３】ここで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波
数が表示器の分解能に比べて十分高い場合には、この離
散的データに対応する点を表示するだけで信号波形を再
生表示できる。ところが、サンプリング周波数は有限で
あり、T/divとよばれる時間軸方向の表示分解能を拡大
すると、表示器の分解能に対してサンプリング周波数が
相対的に低下し、再生表示画像から信号波形を判読する
ことが困難になる。

【０００４】このような相対的なサンプリング周波数の
低下を補うために、デジタルオシロスコープでは、サン
プリングされたデータの間を補間して表示する機能を設
けている。この機能により、より真の信号波形に近い波
形を、オシロスコープの再生表示画像から判読できる。

【０００５】図４は、このようなデジタルオシロスコー
プの従来例を示すブロック図である。入力回路１は減衰
回路，プリアンプなどを含むものであり、入力信号の振
幅がＡ／Ｄ変換器（以下ADCという）２の入力仕様に対
し適切な範囲になるよう調整してADC２に出力する。

【０００６】ADC２は入力回路１から入力される入力信
号をデジタルデータに変換して、１次データ処理回路３
に出力する。

【０００７】１次データ処理回路３は、ADC２から入力
されるデジタルデータを時間軸設定にあったサンプルレ
ートでバッファメモリとして機能する１次メモリ４に書
き込む。１次メモリ４に書き込まれたデータは、１次デ
ータ処理回路３を経由して２次データ処理回路５に読み
出される。

【０００８】２次データ処理回路５は、１次メモリ４か
ら読み出されたデータをアクイジションメモリ６に書き
込むとともに、アクイジションメモリ６から読み出した
データに対して、平均処理、複数波形間での加算・減算
・乗算などを行う。また、波形パラメータの自動測定
や、カーソル指定による波形上の値を読み取りなどもこ
の２次データ処理回路５で行う。

【０００９】アクイジションメモリ６に書き込まれたデ
ータの表示処理にあたり、アクイジションメモリ６に書
き込まれたデータは２次データ処理回路５を経由して補
間処理回路７に読み出され、読み出されたデータに対し
て補間処理が行われる。

【００１０】補間処理されたデータは表示処理回路８に
入力される。表示処理回路８は表示データを表示メモリ
９に書き込むとともに、表示メモリ９の表示データを表
示器やプリンタなどの出力装置１０に出力する。

【００１１】このように、デジタルオシロスコープに
は、サンプリングしたデータを波形として表示するだけ
ではなく、平均化などの信号処理機能や波形パラメータ
の自動測定機能などが付加されているが、図４に示す従
来のデジタルオシロスコープではこれらの機能はサンプ
リングされたデータに基づいて行われることになる。

【００１２】図５は、図４の構成における周期の自動測
定の説明図である。周期の自動測定は、アクイジション
メモリ６から読み出されるデータに基づき、縦軸の基準
線を横切った点Ａから次に同じ方向に基準線を横切る点
Ｂまでの時間を測定することが期待されるが、実際にサ
ンプリングされてアクイジションメモリ６に取り込まれ
ているデータは、2周期に対して14点である。

【００１３】表示器の分解能に対してはデータ数が少な
いが、波形の周波数に対してナイキスト周波数以上サン
プリングしているので、適切な補間を行えば実線で描か
れるような本来の波形と同等の波形が管面に表示され
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４のような
従来のデジタルオシロスコープの構成におけるアクイジ
ションデータに基づく測定では、実際のサンプル点間の
時間間隔よりも細かい値を測定できないので、図５に示
すように、本来の周期Ｔｒと自動パラメータ測定で測定
される周期Ｔｍの間には誤差が発生することになる。

【００１５】図６は、アベレージングによるノイズ除去
の説明図である。図４の構成のようにサンプリングデー
タが表示器の分解能に対して少ない場合には、次のよう
な問題が生じる。

【００１６】図６の破線で表示される信号波形に重畳さ
れているノイズを、アベレージングによって取り除く場
合を考察する。破線で示される波形上の点○は1回目の
取りこみによるデータを表わし、×は2回目の取りこみ
によるデータを表わすものとする。複数回のデータ取り
こみについて、各取りこみのサンプリング点は時間的な
ズレをもつ。

【００１７】しかし、図４の従来に示す従来の構成で
は、各取りこみにおけるサンプル点を同じ時刻のデータ
としてアベレージングするため、そのアベレージング波
形は三角点△と実線で示された波形になる。こうするこ
とによってノイズ除去は行えるが、ナイキスト周波数近
くの高域で周波数特性が劣化するという問題がある。

【００１８】本発明は、これらの問題点を解決するもの
であり、信号処理や波形パラメータ測定を高分解能・高
精度で行える波形測定器を提供することを目的とする。
また他の目的は、実際にサンプリングされたデータと補
間データとを混在させて表示させる波形測定器におい
て、必要に応じて両者のデータを識別表示できるように
することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する請
求項１の発明は、測定信号波形をデジタルデータに変換
してメモリに書き込むように構成された波形測定器にお
いて、デジタルデータ間を補間する補間処理回路を設
け、メモリには補間後のデータを書き込むことを特徴と
する。

【００２０】これにより、補間データを測定信号波形が
変換されたデジタルデータと同等に扱うことができる。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１記載の波形測
定器において、基準クロックとトリガの時間差を測定す
る手段を設け、時間差を補正するようにメモリにデジタ
ルデータを書き込むアドレスを制御することを特徴とす
る。

【００２２】これにより、繰り返し波形を複数回メモリ
に取り込む場合に発生する時間的なずれを補正できる。

【００２３】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２記載の波形測定器において、メモリに書き込まれたデ
ータを読み出して信号処理を行うことを特徴とする。

【００２４】請求項４の発明は、請求項３記載の波形測
定器において、メモリに書き込まれたデータを読み出し
て平均処理を行うことを特徴とする。

【００２５】請求項５の発明は、請求項３記載の波形測
定器において、複数波形間の演算を行うことを特徴とす
る。

【００２６】請求項６の発明は、請求項１または請求項
２記載の波形測定器において、メモリに書き込まれた補
間後のデータに基づき、波形パラメータの自動測定を行
うことを特徴とする。

【００２７】請求項７の発明は、請求項１または請求項
２記載の波形測定器において、カーソル指定による波形
データの読み取りを行うことを特徴とする。

【００２８】これらにより、信号処理や波形パラメータ
の測定などを精度よく行うことができる。

【００２９】請求項８の発明は、請求項１または請求項
２記載の波形測定器において、メモリに書き込まれた補
間後のデータに基づき、波形表示処理を行うことを特徴
とする。

【００３０】請求項９の発明は、請求項８記載の波形測
定器において、メモリに書き込まれた補間後のデータに
基づきデータ出現頻度を求め、出現頻度に応じた輝度変
調表示を行うことを特徴とする。

【００３１】これにより、波形の変化が少ない部分は明
るく、変化が大きい部分は暗く表示されることになり、
アナログオシロスコープの波形表示特性にきわめて近い
波形表示が可能になる。

【００３２】請求項１０の発明は、請求項１から請求項
９のいずれかに記載の波形測定器において、測定信号波
形が変換されたデジタルデータ毎に、トリガ成立時刻と
基準クロックとの時間差情報と隣接するデジタルデータ
間を補間する補間データ点数情報を格納し、これら時間
差情報と補間データ点数情報を参照して測定信号波形が
変換されたデジタルデータと補間データを識別可能に表
示することを特徴とする。

【００３３】請求項１１の発明は、請求項１から請求項
９のいずれかに記載の波形測定器において、補間データ
に識別用フラグビットを付加してメモリに書き込み、こ
れら識別用フラグビットを参照して補間データを識別可
能に表示することを特徴とする。

【００３４】これらにより、必要に応じて、測定信号波
形が変換されたデジタルデータと補間データを識別可能
に表示できる。

【００３５】請求項１２の発明は、請求項１０または請
求項１１に記載の波形測定器において、メモリに書き込
まれた補間後のデータから測定信号波形が変換されたデ
ジタルデータのみを読み出し、異なる補間処理を行うこ
とを特徴とする。

【００３６】これにより、ユーザーは表示画面から、測
定対象の測定波形に応じた最適な補間方法を確認でき
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態の一例
を示す波形測定器のブロック図であり、図４と共通する
部分には同一の符号を付けている。図１と図４の異なる
点は、補間処理回路７の接続位置である。すなわち、図
１では、補間処理回路７を１次データ処理回路３と２次
データ処理回路５の間に接続している。そして、アクイ
ジションメモリ６には、補間処理回路７で補間処理が施
された補間後のデータが２次データ処理回路５を経由し
て書き込まれる。なお、補間処理回路７としては、例え
ば従来から用いられている回路を用いる。

【００３８】ここで、補間による時間分解能は表示分解
能によって制限されるものではなく、波形パラメータ
や、波形間演算の精度を向上させるのに十分な分解能が
得られるように設定する。

【００３９】アクイジションメモリ６に書き込まれる補
間後のデータは、測定信号波形をADC２で変換したデジ
タルデータ間に補間処理回路７で補間データが挿入され
たものである。これにより、２次データ処理回路５は、
測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データ
とを同等に扱うことができる。そして、２次データ処理
回路５は、従来と同様に、アクイジションメモリ６に書
き込まれた補間後のデータに対して、移動平均処理、複
数波形間での加算・減算・乗算、波形パラメータの自動
測定、カーソル指定による波形上の値を読み取りなどを
行う。

【００４０】ところで、アクイジションメモリ６に着目
すると、補間後のデータが書き込まれることから、従来
の測定信号波形が変換されたデジタルデータのみが書き
込まれる場合に比べて、桁違いの記憶容量が必要にな
る。

【００４１】また、２次データ処理回路５に着目する
と、大容量のアクイジションメモリ６に対するデータの
読み書き制御や、アクイジションメモリ６から読み出し
た大量の測定データに対する各種の信号処理・演算処理
などを行わなければならないことから、大量のデータに
対する高速演算処理機能が要求される。

【００４２】従来の波形測定器でアクイジションメモリ
６として用いられているメモリは、部品単体での記憶容
量が比較的小さく、大容量を実現するためには相当の実
装スペースが必要になり、アクイジションメモリ６の大
容量化は困難とされていた。

【００４３】また、２次データ処理回路５としても、大
量のデータに対して高速処理が行える適切な演算デバイ
スは入手が困難であった。

【００４４】ところが、近年の半導体メモリの急速な大
容量化と演算デバイスの高速化により、アクイジション
メモリ６の大容量化と大量のデータに対する２次データ
処理回路５の高速化は実現可能な段階になりつつある。

【００４５】このように補間データを実サンプリングデ
ータと同様に扱うことにより、見かけ上の時間軸方向の
分解能を向上させる効果が得られる。そして、その結果
として、信号処理や波形パラメータの自動測定、カーソ
ル指定による波形パラメータの読み取りなどを高精度・
高分解能で行えるという効果が得られる。

【００４６】また、本発明によれば、デジタルオシロス
コープにおける波形表示の輝度変調も実現できる。アナ
ログオシロスコープでは、波形の変化が大きいところで
は輝線が暗く、変化の少ない部分では明るく表示される
特性を持つ。本発明では、補間データの挿入により、実
際のサンプル点間にもデータが存在している。このこと
により、補間データを含めた補間後の波形データについ
て、1つのデータ点近傍におけるそのデータ点の電圧値
に近い値の出現頻度を求ることが可能になる。図４に示
す従来の構成では、時間軸を拡大すると表示上のデータ
数が減り、出現頻度を求めることは困難であった。

【００４７】出現頻度が求まることで、出現頻度に応じ
た明るさでその点を画面に表示することが可能となる。
このような処理を加えることにより、波形の変化が少な
い部分は明るく、変化が大きい部分は暗く表示され、ア
ナログオシロスコープの波形表示特性にきわめて近い波
形表示が得られる。

【００４８】図２は、他の実施の形態例を示すブロック
図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けて
いる。図２では、図１の構成に対して、トリガ回路１１
と基準クロック回路１２と時間測定回路１３を設け、基
準クロックとトリガの時間差を測定する機能を追加して
いる。

【００４９】図２の回路構成は、アベレージングによる
ノイズ除去にも有効である。図２の装置では、補間デー
タによって時間分解能が向上したデータに時間差の補正
をかけてアベレージングを行う。トリガ回路１１と基準
クロック回路１２の出力信号を時間測定回路１３に入力
し、時間測定回路１３で基準クロックとトリガの時間差
を測定する。この時間測定回路１３の測定結果に基づい
て、各取りこみにおけるサンプリングデータの時間軸上
の位置が一致するように、１次メモリ４に取りこむアド
レスを制御する。

【００５０】これにより、帯域制限を受けることなく、
ノイズ除去を行えるアベレージング処理が実現できる。

【００５１】なお、実施例では、１次メモリとアクイジ
ションメモリを独立したものとして示しているが、物理
的には一体化されているものを機能的に分割して使い分
けるようにしてもよい。

【００５２】図３も、他の実施の形態例を示すブロック
図である。図３では、図２の構成における２次データ処
理回路５に、測定信号波形が変換されたデジタルデータ
毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報を
格納する時間差情報格納部５１と、隣接するデジタルデ
ータ間を補間する補間データ点数情報を格納する補間デ
ータ点数情報格納部５２を設けている。

【００５３】図３の構成は、測定信号波形が変換された
デジタルデータと補間データを識別表示したい場合に有
効に機能する。例えば測定信号波形が変換されたデジタ
ルデータのみを表示させるのにあたっては、時間差情報
格納部５１に格納されているトリガ成立時刻と基準クロ
ックとの時間差情報に基づき、アクイジションメモリ６
に格納されているデータの中から、トリガ成立時に実際
にサンプリングされた測定信号波形が変換されたデジタ
ルデータを検索する。続いて、補間データ点数情報格納
部５２から実際にサンプリングされたデータ間に存在す
る補間データの点数を求め、その点数分だけ離れたデー
タのみを取り出す。

【００５４】これに対し、補間データのみを表示させる
のにあたっては、時間差情報格納部５１に格納されてい
るトリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報に基づ
き、アクイジションメモリ６に格納されているデータの
中から、トリガ成立時に実際にサンプリングされた測定
信号波形が変換されたデジタルデータを検索する。続い
て、補間データ点数情報格納部５２から実際にサンプリ
ングされたデータ間に存在する補間データの点数を求
め、その点数分だけ離れたデータを取り出さないように
すればよい。

【００５５】なお、測定信号波形が変換されたデジタル
データと補間データを識別表示するのにあたっては、図
３の構成の代わりに、補間データに識別用フラグビット
を付加してメモリに書き込み、これら識別用フラグビッ
トを参照するようにしてもよい。

【００５６】また、メモリに書き込まれた補間後のデー
タから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを
読み出すことにより、sin補間、線形補間、パルス補間
などの異なる補間処理を行うことができ、ユーザーは表
示画面から、測定対象の測定波形に応じた最適な補間方
法を確認できる。

【００５７】本発明は、設定されたデータ長と観測時間
の比（データ長／観測時間）がＡ／Ｄ変換器の最大サン
プリング周波数よりも大きい時に補間動作を行い、補間
後のデータをメモリに書き込むことにより、補間データ
と測定データとを同等に扱うことを特徴としたものであ
る。

【００５８】これにより、周期・時間差などの波形パラ
メータの自動測定やカーソル指定による波形パラメータ
の読み取りを高精度・高分解能で行える。

【００５９】また、補間データを元サンプルデータと区
別することなく頻度情報として波形表示に利用すること
により、高速信号に対してもアナログオシロスコープの
ような輝度変調を表示波形にかけることもできる。

【００６０】また、トリガとサンプリングの時間差を測
定する回路を設けて補間後の波形データをトリガ時刻基
準で並べ替えて扱うことにより、アベレージング処理の
帯域幅の向上が図れる。

【００６１】また、必要に応じて測定信号波形が変換さ
れたデジタルデータと補間データを識別可能に表示でき
る。

【００６２】さらに、メモリに書き込まれた補間後のデ
ータから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみ
を読み出すことにより、異なる補間処理を施して測定対
象の測定波形に応じた最適な補間方法を表示画面上で目
視確認できる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号処理や波形パラメータ測定を高分解能・高精度で行
える波形測定器を提供することができ、デジタルオシロ
スコープをはじめとする各種の波形測定器に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブッロク図で
ある。

【図２】本発明の実施の他の形態例を示すブッロク図で
ある。

【図３】本発明の実施の他の形態例を示すブッロク図で
ある。

【図４】従来の波形測定器の一例を示すブロック図であ
る。

【図５】周期の自動測定説明図である。

【図６】従来のアベレージング波形の説明図である。

【符号の説明】 １ 入力回路 ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ １次データ処理回路 ４ １次メモリ ５ ２次データ処理回路 ５１ 時間差情報格納部 ５２ 補間データ点数情報格納部 ６ ２次メモリ ７ 補間処理回路 ８ 表示処理回路 ９ 表示メモリ １０ 出力装置 １１ トリガ回路 １２ 基準クロック回路 １３ 時間測定回路

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定信号波形をデジタルデータに変換して
   メモリに書き込むように構成された波形測定器におい
   て、 デジタルデータ間を補間する補間処理回路を設け、メモ
   リには補間後のデータを書き込むことを特徴とする波形
   測定器。
2. 【請求項２】基準クロックとトリガの時間差を測定する
   手段を設け、時間差を補正するようにメモリにデジタル
   データを書き込むアドレスを制御することを特徴とする
   請求項１記載の波形測定器。
3. 【請求項３】メモリに書き込まれたデータを読み出して
   信号処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の波形測定器。
4. 【請求項４】メモリに書き込まれたデータを読み出して
   平均処理を行うことを特徴とする請求項３記載の波形測
   定器。
5. 【請求項５】メモリに書き込まれた補間後のデータに基
   づき、複数波形間の演算を行うことを特徴とする請求項
   ３記載の波形測定器。
6. 【請求項６】メモリに書き込まれた補間後のデータに基
   づき、波形パラメータの自動測定を行うことを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の波形測定器。
7. 【請求項７】メモリに書き込まれた補間後のデータに基
   づき、カーソル指定による波形データの読み取りを行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の波形測
   定器。
8. 【請求項８】メモリに書き込まれた補間後のデータに基
   づき、波形表示処理を行うことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の波形測定器。
9. 【請求項９】メモリに書き込まれた補間後のデータに基
   づきデータ出現頻度を求め、出現頻度に応じた輝度変調
   表示を行うことを特徴とする請求項８記載の波形測定
   器。
10. 【請求項１０】測定信号波形が変換されたデジタルデー
    タ毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報
    と隣接するデジタルデータ間を補間する補間データ点数
    情報を格納し、これら時間差情報と補間データ点数情報
    を参照して測定信号波形が変換されたデジタルデータと
    補間データを識別可能に表示することを特徴とする請求
    項１から請求項９のいずれかに記載の波形測定器。
11. 【請求項１１】補間データに識別用フラグビットを付加
    してメモリに書き込み、これら識別用フラグビットを参
    照して補間データを識別可能に表示することを特徴とす
    る請求項１から請求項９のいずれかに記載の波形測定
    器。
12. 【請求項１２】メモリに書き込まれた補間後のデータか
    ら測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを読み
    出し、異なる補間処理を行うことを特徴とする請求項１
    ０または請求項１１に記載の波形測定器。