JPH04190163A - ノイズ除去機能を有するオシロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はノイズ除去機能を有するオシロスコープに関す
る。具体的には、商用電源などからのノイズ成分による
入力変動を抑制することにより、高精度であるとともに
安定した波形表示を実現することができる、ノイズ除去
機能を有するオシロスコープを提供せんとするものであ
る。

［従来の技術］ オシロスコープによる波形測定において、商用電源から
のハムなどのノイズ成分が被測定信号に含まれている場
合に何らの対策も講じないとするならば、オシロスコー
プはノイズ成分を含んだ入力信号をそのまま増幅して、
これをＣＲＴ　（陰極線管）に表示してしまい、正確な
波形表示による高精度の測定をすることはできない。そ
のために、従来より、被測定信号中に含まれた各種のノ
イズ成分を除去する機能を具備したオシロスコープが用
いられており、その中には、ハム成分を含むノイズ成分
を波形データの平均化処理により低減しているディジタ
ル・ストレージ・オシロスコープがある。

第３図は、そのような機能を有する従来のディジタル・
ストレージ・オシロスコープの回路構成を示すものであ
る。第３図において、被測定信号源３１より入力端子４
１を介して入力された被測定信号は、前置増幅器５１に
より適当な振幅に増幅されてからアナログ・ディジタル
変換器（Ａ／Ｄ変換器）６１に入力される。

他方、トリガ回路６５では、切換スイッチ６６を介して
入力された、前置増幅器５１からの出力または外部トリ
ガの入力端子４２より入力された信号からトリガ・パル
スを生成し、これをメモリ制御回路６４に印加する。ト
リガ・パルスを受けたメモリ制御回路６４は、Ａ／Ｄ変
換器６１ヘサンプリング・クロックの送出を開始し、Ａ
／Ｄ変換器６１では、入力された信号をサンプリング・
クロックに従ってディジタル変換し、得られた波形デー
タは加算器６２に入力される。加算器６２は、Ａ／Ｄ変
換器６１からの波形データと、波形メモリ６３からの前
回得られた波形データとを加算し、その加算結果は、メ
モリ制御回路６４からの制御信号を受けて波形メモリ６
３に記憶される。

この加算動作を所定回数繰返して求められた加算結果の
平均値をディジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）
７１によりアナログ変換し、得られた波形信号は垂直軸
増幅器８１を介してＣＲＴ９１に送出される。

またメモリ制御回路６４では波形メモリ６３のアドレス
に応じて順次増加する水平軸用ディジタル・データを出
力し、これをＤ／Ａ変換器７２によりアナログ変換して
から水平軸増幅器８２を介してＣＲＴ９１に送出する。

以上のようにして、この従来例では、被測定信号に平均
化処理を施すことにより、ハム成分を含むノイズ成分を
低減せしめた波形を表示するようにしている。

また、被測定系にバックグラウンド・ノイズが存在する
場合、とくに、第４図に示すように、被測定デバイス（
ＤＵＴ＞１０２からの出力がない場合にも、実線の半長
円のループで示す印加信号源１０１からの印加信号と同
期した、グランド電流Ｘグランド・インピーダンスのバ
ックグラウンド・ノイズ（破線）がオシロスコープ１０
３に入力される場合がある。このようなノイズを除去す
るために、従来リアルタイムのオシロスコープでは２つ
の信号の差を入力信号として扱うディファレンシャル入
力機能を用いているものがあった。

また、バックグラウンド・ノイズがある場合、ディジタ
ル・ストレージ・オシロスコープでは、信号を測定する
前に、あらかじめプローブの先端を接地してバックグラ
ウンド・ノイズ信号のみを第１のメモリに記憶せしめ、
ついでプローブを被測定デバイスの出力端子に接続して
、バックグラウンド・ノイズを含んだ被測定デバイスか
らの出力信号を第２のメモリに記憶せしめる。そこで、
第２のメモリの記憶内容から第１のメモリの記憶内容を
減算したうえでＣＲＴに波形表示することにより、バッ
クグラウンド・ノイズを除去するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 第３図に示した従来例において、ハム成分を含むノイズ
成分の大きさが被測定信号と等しいが、あるいはこれよ
り大きい場合、前置増幅器５１の出力からトリガ信号を
得ると、ハム成分によってトリガ・パルスが生成されて
しまいＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の改善とはならない。

そこで、その場合は外部トリガを用いなければならない
こととなるが、被測定系より適当な信号を得られないと
きは、トリガ・パルスを生成することができず、したが
って平均化処理によるハム成分の低減も実現することが
できないという解決すべき課題があった。

ざらに、第４図に示したようなバックグラウンド・ノイ
ズに対処するために、リアルタイムのオシロスコープに
おけるディファレンシャル入力機能を用いるとすると、
被測定信号が極めて微小な場合のブロービングの方法な
どにおいて、バックグラウンド・ノイズを完全に除去す
るには高度の技術と操作を要求されるために、測定上の
困難を伴うという未解決の課題があった。

また、ディジタル・ストレージ・オシロスコープにおい
て、第１および第２のメモリを用いてバックグラウンド
・ノイズ信号を減算する方法によると、バックグラウン
ド・ノイズが被測定デバイスからの出力信号よりも大き
な振幅を有する場合は、高感度の入力レンジを使用する
とＡ／Ｄ変換器がオーバ・スケールとなってしまい、実
効的な測定分解能が低下するという解決すべき課題があ
った。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決する手段として、本発明では、あ
らかじめノイズ成分を商用電源からの信号を受けて発生
せしめた所定周波数のサンプリング・クロックに従って
ディジタル変換してメモリに記憶せしめておき、メモリ
より読出されてアナログ変換されたノイズ成分と実際に
測定する信号とを差動増幅器に入力して測定したい信号
のみを増幅するとともに、この増幅された信号をトリガ
用信号として用いるようにした。

また、トリガ用信号として、被測定信号源からの被測定
信号に同期した信号を用いるとともに、この信号から生
成されたトリガ・パルスを受けてサンプリング・クロッ
クの発生が開始されるようにもした。

［作用］ このような構成にしたから、ノイズ成分が除去された測
定したい信号のみが増幅されてＣＲＴに送られ、しかも
、被測定信号と確実に同期した掃引信号により掃引が行
われるので、高精度であることに加えて、トリ力点の変
動がない安定した波形が表示されるようになった。

［実施例］ 本発明の一実施例の回路構成を第１図に示し説明する。

ここで、第１図は本発明によるリアルタイムのオシロス
コープの回路構成を示しており、第３図における構成要
素に対応するものについては同じ記号を付した。

第１図において、第３図に示した従来例と異なるところ
を説明する。１１は差動増幅器であり、あらかじめ被測
定信号源３１よりハム成分を含むノイズ成分のみ（信号
を含まない）　（以下単にハム信号という）を出力せし
めて、これを十入力端子に入力する。このとき、切換ス
イッチ２３はグランド側に接続しておく。

他方、メモリ制御回路６４は、商用電源３２からの信号
を受けて、その信号周波数に対してノイズ波形メモリ２
１の記憶長倍の周波数のサンプリング・クロックを発生
する。すなわち、たとえば、商用電源３２の周波数を５
０Ｈ２とし、ノイズ波形メモリ２１の記憶長を１０２４
ワードとすると、５１．２ｋＨ２のサンプリング・クロ
ックを発生する。

そこで、このサンプリング・クロックによりＡ／Ｄ変換
器６１を動作せしめ、加篩器６２およびノイズ波形メモ
リ２１によるハム信号の平均化処理を行う。求められた
ハム信号の平均値は、ノイズ波形メモリ２１のフル・ス
ケール分であるハム信号の１周期分がノイズ波形メモリ
２１に記憶される。

つぎに、被測定信号源３１より実際に測定する信号を出
力せしめて、これを差動増幅器１１の十入力端子に入力
する。このときの切換スイッチ２３はＤ／Ａ変換器２２
側に接続しておく。そこで、メモリ制御回路６４は、ノ
イズ波形メモリ２１にハム成分を記憶したときと同一の
周波数およびタイミングの再生クロックを、ノイズ波形
メモリ２１およびＤ／Ａ変換器２２に供給する。これを
受けたＤ／Ａ変換器２２は、すでに記憶されているハム
成分の信号を切換スイッチ２３を介して差動増幅器１１
の一入力端子に送出する。

以上のようにして、差動増幅器１１の十入力端子にはハ
ム成分を含んだ被測定信号が入力され、−入力端子には
ハム成分のみが入力される。その結果、同相成分である
ハム成分は相殺されて、目的とする測定したい信号のみ
が増幅されるので、ＣＲＴ９１にはハム成分が除去され
た正確な波形が表示されることになる。

また、ハム成分が大きい場合でも差動増幅器１１からの
ハム成分が除去された被測定信号がトリガ用信号として
トリガ回路６５に供給される。そのために、ハム成分に
よるトリ力点の変動も生ずることなく、目的とする被測
定信号と確実に同期した掃引信号が掃引回路６７により
得られるので、電圧軸およ′び時間軸ともに安定した表
示波形の測定を実現することができる。　第２図は本発
明の他の実施例であるリアルタイムのオシロスコープの
回路構成を示しており、第１図および第３図における構
成要素に対応するものについては同じ記号を付して説明
する。

第２図において、第１図に示したざきの実施例と異なる
ところを説明する。最初に被測定信号源３１よりバック
グラウンド・ノイズ成分のみを出力させる。その際、被
測定信号源３１より被測定信号と同期した信号を、トリ
ガ用信号として外部トリガの入力端子４２に入力してお
く。

他方、メモリ制御回路６４は、トリガ回路６５からのト
リガ・パルスを受けて、サンプリング・クロックの発生
を開始する。このサンプリング・クロックは、掃引回路
６７による掃引時間長弁の信号がノイズ波形メモリ２１
に十分記憶できるような周波数とする。すなわち、たと
えば、掃引時間を１１１１Ｓとし、ノイズ波形メモリ２
１の記憶長を１０２４ワードとすると、１．０２４ＭＨ
２以下のサンプリング・クロックとする。そこで、この
サンプリング・クロックに従ってＡ／Ｄ変換器６１を動
作せしめ、加算器６２およびノイズ波形メモリ２１によ
る平均化処理を、メモリ制御回路６４にトリガ・パルス
が印加されるごとに行う。

つぎに被測定信号源３１より実際に測定する信号を出力
せしめるが、そのときのメモリ制御回路６４からのノイ
ズ波形メモリ２１およびＤ／Ａ変換器２２に対する再生
クロックは、メモリ制御回路６４にトリガ・パルスが印
加されるごとに供給されるようにする。

以上説明した構成要素以外の構成要素の動作（たとえば
、切換スイッチ２３の切換えのタイミング）は、第１図
に示したざきの実施例と同じであり、ＣＲＴ９１にはバ
ックグラウンド・ノイズが除去された波形が表示される
ことになる。

以上においては、リアルタイムのオシロスコープを例と
して説明したが、ディジタル・ストレージ・オシロスコ
ープにも本発明を適用することは可能である。とくに、
ディジタル・ストレージ・オシロスコープにおいて、ノ
イズ成分が目的とする被測定信号よりも大きい場合は、
あらかじめノイズ成分を差動増幅器１１（第１図、第２
図）により除去してからＡ／Ｄ変換器６１でディジタル
変換すればよい。そのようにするならば、ノイズ成分を
含んだ被測定信号を直接ディジタル変換する場合に比べ
て、Ａ／Ｄ変換器６１のフル・スケール・レンジを高感
度のものとし、電圧分解能をより高くして測定すること
ができる。

なお、第１図および第２図に示した各実施例において、
ノイズ成分の振幅および周期が安定しており、繰返され
る場合は、平均化処理を別設必要としないことは明らか
であろう。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、
差動増幅器を用いてノイズ成分を含んだ被測定信号から
あらかじめ記憶されたノイズ成分をとり除いて、目的と
する測定したい信号のみを増幅して、これと確実に同期
した掃引信号により波形表示するようにしたので、安定
した高精度のノイズのない波形測定が可能となり、とく
に、ノイズ成分が混入し易い高感度入力のオシロスコー
プにおいては顕著な効果を得ることができる。したがっ
て、本発明による効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２図は本発
明の他の実施例の回路構成図、第３図は従来例の回路構
成図、 第４図は第３図におけるバックグラウンド・ノイズを説
明するためのブロック図である。 １１・・・差動増幅器　　　２１・・・ノイズ波形メモ
リ２２・・・Ｄ／Ａ変換器　　２３・・・切換スイッチ
３１・・・被測定信号源　　３２・・・商用電源４１．
４２・・・入力端子　５１・・・前置増幅器６つ・・・
Ａ／Ｄ変換器　　６２・・・加算器６３・・・波形メモ
リ　　　６４・・・メモリ制御回路６５・・・トリガ回
路　　　６６・・・切換スイッチ６７・・・掃引回路 ７１．７２・・・Ｄ／Ａ変換器 ８１・・・垂直軸増幅器　　８２・・・水平軸増幅器９
１・・・ＣＲＴ　　　　　　１０１・・・印加信号源１
０２・・・被測定デバイス １０３・・・オシロスコープ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の期間においては無信号を、第２の期間におい
   ては印加された帰還信号をそれぞれ出力するための切換
   手段（２３）と、 前記第１の期間においてはノイズ信号のみが印加され、
   前記第２の期間においては前記ノイズ信号を含む被測定
   信号が印加される第１の入力端子と、前記切換手段の出
   力が印加される第２の入力端子とを有し、前記第１およ
   び第２のそれぞれの期間において前記第１および第２の
   入力端子のそれぞれに印加された信号の差を増幅して差
   信号を出力するための差動増幅手段（１１）と、 前記第１の期間において前記差信号を所定周波数のクロ
   ックに従つてディジタル変換してノイズ波形データを出
   力するためのアナログ・ディジタル変換手段（６１）と
   、 印加された前記ノイズ波形データを前記所定周波数のク
   ロックに従つて記憶し、前記第２の期間においては前記
   所定周波数のクロックに従つて前記ノイズ波形データを
   帰還データとして出力するためのノイズ波形メモリ手段
   （２１）と、 前記帰還データを前記所定周波数のクロックに従つてア
   ナログ変換して前記切換手段に前記帰還信号として印加
   するためのディジタル・アナログ変換手段（２２）と、 商用電源（３２）からの信号を受けて前記アナログ・デ
   ィジタル変換手段、前記ノイズ波形メモリ手段および前
   記ディジタル・アナログ変換手段に印加する前記所定周
   波数のクロックを発生するためのメモリ制御手段（６４
   ）と、 前記第２の期間において前記差動増幅手段より出力され
   る前記差信号を受けてトリガ・パルスを生成するための
   トリガ手段（６５）と を具備したノイズ除去機能を有するオシロスコープ。 ２、前記メモリ制御手段が発生する前記所定周波数のク
   ロックが、前記商用電源からの信号の周波数の前記ノイ
   ズ波形メモリ手段の記憶長倍の繰返し周波数を有する請
   求項１記載のノイズ除去機能を有するオシロスコープ。 ３、第１の期間においては無信号を、第２の期間におい
   ては印加された帰還信号をそれぞれ出力するための切換
   手段（２３）と、 前記第１の期間においてはノイズ信号のみが印加され、
   前記第２の期間においては前記ノイズ信号を含む被測定
   信号が印加される第１の入力端子と、前記切換手段の出
   力が印加される第２の入力端子とを有し、前記第１およ
   び第２のそれぞれの期間において前記第１および第２の
   入力端子のそれぞれに印加された信号の差を増幅して差
   信号を出力するための差動増幅手段（１１）と、 前記第１の期間において前記差信号を所定周波数のクロ
   ックに従ってディジタル変換してノイズ波形データを出
   力するためのアナログ・ディジタル変換手段（６１）と
   、 印加された前記ノイズ波形データを前記所定周波数のク
   ロックに従つて記憶し、前記第２の期間においては前記
   所定周波数のクロックに従って前記ノイズ波形データを
   帰還データとして出力するためのノイズ波形メモリ手段
   （２１）と、 前記帰還データを前記所定周波数のクロックに従つてア
   ナログ変換して前記切換手段に前記帰還信号として印加
   するためのディジタル・アナログ変換手段（２２）と、 トリガ・パルスを受けて所定の掃引時間長を有する掃引
   信号を発生するための掃引手段（６７）と、 前記トリガ・パルスを受けて前記アナログ・ディジタル
   変換手段、前記ノイズ波形メモリ手段および前記ディジ
   タル・アナログ変換手段に印加する前記掃引時間長に対
   応して定められた前記所定周波数のクロックを発生する
   ためのメモリ制御手段（６４）と、 被測定信号源（３１）からの前記被測定信号に同期した
   信号を受けて前記トリガ・パルスを生成するためのトリ
   ガ手段（６５）と を具備したノイズ除去機能を有するオシロスコープ。 ４、前記第２の期間において前記ノイズ波形メモリ手段
   より出力される前記帰還データと、前記ノイズ波形デー
   タとを所定回数加算して、平均値データを得て、前記ノ
   イズ波形メモリ手段に印加された前記ノイズ波形データ
   に代えて前記平均値データを前記ノイズ波形メモリ手段
   に印加するための加算手段（６２）を含む請求項１又は
   請求項３記載のノイズ除去機能を有するオシロスコープ
   。