JPH0785089B2 - デ−タ集録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の技術分野＞ 本発明は一般的にはデジタルオシロスコープに関し、特
にランダムな繰り返しサンプリングを用いるデータ集録
装置に関する。

＜従来技術とその問題点＞ デジタルオシロスコープはアナログ波形を離散的な時刻
にサンプルし、アナログ値をデジタル値に変換してこれ
らの値をそれぞれのサンプル時刻と共にメモリにストア
する。オシロスコープの表示は、例えば第４図に示すよ
うにデジタルサンプルをプロツトしたものである。表示
確度はサンプルされた波形の周期に対するサンプル点の
密度と遷移時間に依存する。Hewlett Packard社のモデ
ル54200A/Dの様な単発サンプリングオシロスコープでは
密度はオシロスコープの最高サンプルレートで制限され
る。Hewlett Packard社のモデル54100A/Dの様な繰り返
しサンプリングオシロスコープはランダム繰り返しサン
プリングを用いてサンプルされたくり返し波形の表示密
度を最大サンプルレート以上に上げる。ランダム繰り返
しサンプリングにおいては数回のデータ集録期間中にと
つたサンプルを共通のトリガ点に対して組み合わせて１
つの表示波形を形成する。データ集録期間が同一のトリ
ガ点に対してオーバーラツプしているため表示密度は高
くなつている。第2A図〜第2C図はそれぞれ１回、２回お
よび多数回データ集録した後の表示である。

ランダムくり返しサンプリングにおいて、もし波形期間
がオシロスコープのサンプルクロツクの周期より短か
く、かつ集録期間に対する共通の参照点の探索がサンプ
ルクロツクに同期した時刻に始まるとき、表示される情
報は第３図に示すように間隙が含まれる。間隙が生ずる
のはくり返し波形に対してトリガが常に１波形周期内に
あるからである。サンプルクロツクの位相をシフトする
のは従来技術による解決法であり、Hewlett Packard社
の54100A/Dに用いられている。ところがこの解決法はか
さばり、高価で、遅く、かつ特別なソフトが必要であ
る。さらに間けつ的に表示ギヤツプが現われる。

＜発明の目的＞ 従つて本発明の目的は、擬似ランダムノイズ源を用いて
ランダムサンプリングをおこない。上記の欠点を解消す
ることである。

＜発明の概要＞ 図示した本発明の好適な実施例によれば、ランダム繰り
返しサンプリングオシロスコープは擬似ランダムノイズ
源を用い、サンプルクロツクに対するトリガの関係をラ
ンダムに変える、このオシロスコープは集録したデータ
で間隙を埋め、サンプルクロツクに対して真にランダム
な時刻でトリガ点を見つけて改善された波形を表示す
る。本発明によるオシロスコープは安価かつ効果的であ
る。

＜発明の実施例＞ 第１図は本発明の好適な１実施例に従つてランダム繰り
返しサンプリングデジタルオシロスコープの概略ブロツ
クダイアグラムである。本オシロスコープは波形トリガ
点の周りでサンプルをとる。数回の、すなわち数組のサ
ンプルを取り、各集録期間のトリガ点を共通の参照点と
して組み直す。アナログサンプルホールド10（サンプラ
10）、アナログ・デジタル変換器20（変換器20）および
メモリ30を単発データ集録に用いる。サンプラ10はタイ
ムベース40が発生するサンプルクロツク信号の各前縁で
波形をサンプルする。アナログサンプルは変換器20でデ
ジタルサンプルに変換され、メモリ30にストアされる。
遅延70は変換器20へのサンプルクロツク信号を遅らせサ
ンプラ10に存在する遅延を補償する。同様に遅延72はメ
モリ30へのサンプルクロツク信号を遅らせ変換器20に固
有な遅延を補償する。マイクロプロセツサ60はメモリ30
にストアされる各デジタル値の番地を決定する。メモリ
30にストアされた単発集録データはマイクロプロセツサ
60によつて、後で１つの表示波形としてデイスプレイ76
上で観察するためにメモリ78内に集められる。タイムベ
ース40とシンクロナイザ50はいつ各データ集録を行な
い、トリガ点に対してどの位置で集録するかを制御す
る。

タイムベース40を用いて集録期間中サンプリングとトリ
ガ点の認識を制御する。サンプリングは集録期間の開始
に先立つて始まる。トリガ点とはオシロスコープがトリ
ガ条件を探索して波形を調べている間に、例えば立ち上
りエツジのように使用者が定めたトリガ条件が起こると
きのことである。使用者はトリガ条件を求めて波形を調
べるまでのプリトリガ遅延とトリガ条件検出後のポスト
トリガ遅延を指定する。こうすることによつて使用者は
トリガ点を基準にサンプルされるべき波形部分を定め
る。

ポストトリガ遅延の終了は集録期間が終了することであ
り、そこでサンプリングが停止する。プリトリガ遅延、
トリガ条件探索およびポストトリガ遅延の間に取られた
サンプルは１つの集録データを形成し、オシロスコープ
によつて保持され、解析される。１つの集録データとし
てオシロスコープが保持できるサンプルの最大個数はメ
モリ30の最大サイズによつて制限される。

第５図は第１図に示したタイムベース40の展開ブロツク
図である。マイクロプロセツサ60はプリトリガ遅延カウ
ンタ24およびポストトリガ遅延カウンタ22を使用者が定
めたプリトリガ遅延およびポストトリガ遅延に初期化す
る。１つのデータ集録の開始時にマイクロプロセツサ60
はカウンタ24をイネーブルし、該カウンタ24は擬似ラン
ダムノイズ発生器26（発生器26）からのライン47上に現
われるクロツクリーデイングエツジをカウントする。

発生器26はランダムな持続時間の一連のパルスを発生す
る。持続時間には最小値が存在する。この実施例におい
て発生器26はNational Semiconductor社のMM5437であ
り、それは一連のパルスを発生し、各パルスの最小持続
時間は1.5マイクロ秒である。プリトリガ遅延カウンタ2
4は全てのパルスが最小持続時間であると仮定して使用
者が決めた値に初期化される。これはマイクロプロセツ
サ60に要求されるプリトリガ遅延が最低限満たされるこ
とを保証し、トリガ条件の探索開始時刻がサンプルクロ
ツクや他のクロツクに依存しないことを保証する。

もし、サンプルクロツクや他のクロツクをクロツクカウ
ンタ24に用いるならば第３図に示した問題が生ずる。こ
の場合トリガ探索が始まる時刻はサンプルクロツクに依
存しており、トリガ探索は各データ集録のサンプルクロ
ツクを基準として同じ時刻に始まる。この例では第７図
のＡに示すように時刻は時刻102から時刻104の間に選ば
れる。

問題は時刻の組をどのように選ぼうとも起こる。第７図
のＡは１つのデータ集録期間中のトリガ点の近傍の短か
い期間を表わし、サンプルクロツクの立ち上がりエツジ
が時刻101、102、および時刻103で起こる。トリガ信号
の周期はサンプルクロツクの周期より短かい。トリガ条
件の探索は時刻104に始まり、トリガは時刻104で直ちに
見つかる。第７図のＢは２番目のデータ集録期間に対し
ての同じ期間を表わすが、サンプルクロツクの立ち上が
りエツジは時刻201、202および203で起こる。トリガ条
件の探索はサンプルクロツクに関して同時刻に始まり、
それは時刻204である。トリガ条件はトリガ信号期間の
終りに位置しており、それは時刻205である。もしトリ
ガ条件が時刻205より遅いならば、オシロスコープは第
７図のＡの時刻104のようにトリガが１トリガ期間だけ
早く起つたものとみなす。第７図のＣは第３のデータ集
録期間に対する同じ期間を表わしているが、サンプルク
ロツクの立ち上がりエツジは時刻301、302および303で
起こる。トリガ条件の探索はサンプルクロツクに関して
同じ時刻に始まり、それは時刻304である。トリガ条件
はトリガ信号期間の真中、時刻305にある。

第８図のＡ〜第８図のＤは第７図のＡ〜第７図のＣまで
をそれぞれのトリガ点に関して重ね合わせた集録データ
である。第８図のＡ、第８図のＢおよび第８図のＣは第
７図のＡ、第７図のＢおよび第７図のＣをそれぞれ調整
し、共通の参照点が一致するようにしたものである。第
８図のＤは第８図のＡ、第８図のＢおよび第８図のＣの
集録データを集積したものである。各集録データのトリ
ガ点は時刻104、205、および305で起こるが第８図のＤ
では時刻404に重ねて示してある。結果として各集録デ
ータに対するサンプルクロツクの立ち上がりエツジは第
８図のＤに合成して示してある。集録されたサンプルは
調べている波形の周期と同じ大きさの時間窓、たとえば
第８図のＤに示すように時刻201〜101、202〜102および
203〜103に合致している。時間窓の先端から次の時間窓
の先端までの時間は第８図のＤに示すように、例えば時
刻201〜202、202〜203、301〜302および102〜103のサン
プル間の時間である。もし調べている信号の周期がサン
プルクロツクの周期より短かいと、例えば第８図のＤに
示すように時刻102〜202、および102〜203の間隙が時間
窓の間に現われる。もし、波形の周期がサンプルクロツ
クの周期に等しいか、それより大きいならば集録サンプ
ルを含む時間窓は重複し間隙は現われない。

第１図において、タイムベース40はシンクロナイザ50に
接続され、該シンクロナイザ50はタイムベース40に、い
つトリガ条件が起つたかを知らせる。以下に第５図と第
６図を参照して詳しく説明する。カウンタ24が使用者が
決めた値からゼロにカウントダウンしたときイネーブル
信号がシンクロナイザ50に送られる。このときシンクロ
ナイザは調べている波形上でトリガ条件を探索する。波
形の立ち上がりエツジ、すなわちこの実施例のトリガ条
件が現われるとＤ型フリツプフロツプ34がＤ型フリツプ
フロツプ36に信号を送る。ライン33上のトリガ条件もハ
ードウエア遅延ブロツク32を通つた後、ライン51上に現
われる。Ｄ型フリツプフロツプ36はライン49に信号があ
り、ライン51上に信号が現われるとライン35上のカウン
タ22にイネーブル信号を送る。２つのフリツプフロツプ
は競合状態の問題を避けるために用いられる。

ライン35上のイネーブル信号は第５図のカウンタ22をイ
ネーブルする。カウンタ22はデイバイダ14からのクロツ
クのリーデイングエツジをカウントする。デイバイダ14
は発振器74からのクロツクパルスを割り算し、サンプル
クロツク信号を生成するのに使われる。カウンタ22が使
用者が決めた値からカウントダウンしてゼロになると制
御イネーブル信号がANDゲート12（ゲート12）へ送られ
る。

ゲート12に接続されたカウンタ22はサンプル10をイネー
ブルしたり、デイスエイブルするのに使われる。カウン
タ22によりゲート12がイネーブルされるとデイバイダ14
からのサンプルクロツクパルスはサンプラ10に送られ
る。カウンタ22によりゲート12がデイスエイブルされる
とサンプラ10にクロツクパルスは行かず、非サンプリン
グ状態に留まる。変換器20およびメモリ30も非活動状態
である。

ハードウエア補間器18（補間器18）はバス27によつてマ
イクロプロセツサ60に、そしてライン25に、よつて発振
器74に接続されている。発振器74からのクロツクパルス
およびシンクロナイザ50からのトリガ条件位置を識別す
る信号を使つて補間器18は集録されたサンプルに対して
いつトリガ条件を起つたかを高分解能で決定する。好適
な実施例においては200対１のストレツチヤーを用いて
補間する。ストレツチヤーではトリガ条件と次のサンプ
ルクロツクパルスの間の時間に等しい期間だけキヤパシ
タが充電される。それからキヤパシタは充電されたとき
よりも200倍ゆつくりした割合で放電され、キヤパシタ
を放電するのに必要な時間が発振器クロツクにより測定
され、高分解能測定が可能となる。この補間法は従来技
術においてよく知られている。トリガ点はランダム繰り
返しサンプリングを用いるとき、異なつた集録データを
並べ変えるための共通の参照点となる。

＜発明の効果＞ 以上詳述した本発明の１実施例から明らかなように、本
発明の実施により、トリガ点を探索する窓が狭くともそ
の位置がサンプルクロツクやその他のクロツクに依存し
ないので、集録波形にギヤツプが生じないデータ集録装
置が得られる。

また装置構成も簡単かつ低価格であり実用に供して有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を組み込んだデジタルオシロ
スコープのブロツク図、第2A図〜第2C図は従来技術のオ
シロスコープにおけるランダム繰返しサンプリングの相
異る段階の例を示す図。第３図は従来技術のオシロスコ
ープによつて発生される間隙を含む典形的な波形の例を
示す図。第４図は代表的な従来技術のデジタルオシロス
コープの表示を示す図。第５図は第１図のタイムベース
のブロツク図。第６図は第１図のシンクロナイザのブロ
ツク図。第７図は各集録におけるトリガ点とサンプルク
ロツク生起点を示す３つの相異る集録におけるタイミン
グ図。第８図は共通トリガ点に沿つて整列させた第７図
のタイミングと結合した集録のタイミングを表わす図。 10:サンプラ;12:ANDゲート;14:デバイダ;18:補間器;20:
アナログ・デジタル変換器;22,24:カウンタ;26:擬似ラ
ンダムノイズ源;30,78:メモリ;32:遅延ブロツク;34,36:
D型フリツプフロツプ;40:タイムベース;50;シンクロナ
イザ;60:マイクロプロセツサ;70,72:遅延;74:発振器;7
6:デイスプレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−34164（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−224332（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−48432（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−41579（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の（イ）〜（チ）より成るデータ収録装
   置。 （イ）サンプリングクロックの遷移点で入力信号をサン
   プリングし該入力信号のアナログ値を出力するサンプリ
   ング手段。 （ロ）前記アナログ値を入力しデジタル値に変換するた
   めの変換手段。 （ハ）前記デジタル値を所定の収録期間にわたりストア
   するための第１のメモリ手段。 （ニ）前記第１のメモリにストアされた前記デジタル値
   を複数の前記収録期間にわたり集積してストアするため
   の第２のメモリ手段。 （ホ）前記第２のメモリにストアされた前記デジタル値
   を表示するためのディスプレイ手段。 （ヘ）クロックを発生し該クロックに同期した前記収録
   期間の開始時刻からランダム化プリトリガ遅延経過後に
   トリガ条件の探索開始信号を出力し、前記トリガ条件の
   検出信号に応じて所定のポストトリガ遅延経過後に前記
   収録期間を終了せしめると共に前記クロック信号に同期
   した前記サンプリングクロックを発生するためのタイム
   ベース手段。 （ト）前記探索開始信号に応じて前記トリガ条件を探索
   し前記検出信号を出力するシンクロナイザ手段。 （チ）前記第１のメモリ手段と、前記第２のメモリ手段
   と、前記ディスプレイ手段と、前記タイムベース手段と
   を制御するとともの前記開始時刻を決定するためのマイ
   クロプロセッサ手段。
2. 【請求項２】前記探索開始信号は、所定値をこえる持続
   時間を有する一連のランダムパルスの所定数を計数する
   に応じて発生されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のデータ収録装置。