JPH10293140A

JPH10293140A - ランダム・サンプリングのホールドオフ方法と回路

Info

Publication number: JPH10293140A
Application number: JP11620997A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uchida; 賢治内田; Kensuke Kobayashi; 謙介小林
Original assignee: TERA TEC KK
Current assignee: TERA TEC KK
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】１つのクロック源２でランダム・サンプリン
グの波形抜けを防止。【解決手段】波形抜けは、トリガ３を同期回路１４に
受け入れる状態となるホールドオフの時点と、トリガ３
のタイミングで発生する。ホールドオフ直後のトリガ３
が印加され、トリガ３と直後のクロック２（周期Ｔ_C）
との時間差Ｔ_Sが測定される。Ｔ_Sは、例えば、０≦Ｔ
_S≦Ｔ_Cの間で変化する。トリガ３を受け入れると、直
ちにホールド状態となり、トリガ３を受け入れない。次
にホールドオフ状態に移行するのは、プロセスに要する
時間Ｔ₁₁とＴ_Sの和の後である。Ｔ_Sの変化で、ホール
ドオフ状態に移転する時間に幅ができる。Ｔ_Sの測定結
果から時間加算器２０によりＴ_C＋Ｔ₁₁の時点でホール
ドオフ状態にする。移転する時間の幅を０とし、幅内に
トリガが入らないようにした。クロック・カウンタ１７
は、クロック２とクロック４が異なるとき、Ｔ₁₁を一定
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繰り返し入力信号
を高時間分解能で測定する等価時間型ランダム・サンプ
リングを用いたデジタル・オシロスコープ（ＤＳＯ）に
関し、特に、特定の入力信号周期で発生する波形抜け現
象を改善したランダム・サンプリングのホールドオフの
方法と回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ランダム・サンプリングを用いたアナロ
グ型およびデジタル型のオシロスコープとその関連技術
は次の公知例に開示されている。公知例１特公昭４７−４８４３２公知例２特開昭５９−３４１６４公知例３特開昭６３−１９５５７５公知例４特公平７−８５０８９公知例５特開昭６２−６３８８５

【０００３】公知例１および３はアナログ型のランダム
・サンプリング・オシロスコープ、公知例２および４が
デジタル型のランダム・サンプリング・オシロスコープ
に関するものであり、公知例５は短い時間幅を測定する
技術に関するものである。

【０００４】ランダム・サンプリング方式とはサンプリ
ング周期より細かな時間分解能で波形データ収録を可能
とするオシロスコープで、等価時間型サンプリングの一
方式であり、その基本型が公知例１に開示されている。

【０００５】デジタル・オシロスコープでは、繰り返し
入力する被測定信号を内部クロック信号であるサンプリ
ング・クロックに従ってサンプリングし、縦（Ｙ）軸情
報とする。同時に被測定信号（Signal）からピックオフ
したトリガ信号を基準とし、被測定信号のサンプリング
に用いた内部クロック信号の時間位置を測定して時間
（Ｘ）軸情報とする。このＸとＹ情報をペアでメモリに
保存し、その後メモリ内容をＸ−Ｙ表示して被測定信号
波形を再現しており、この技術は公知例２に開示されて
いる。

【０００６】公知例２に開示された技術において重要と
なるのは、入力する被測定信号の繰り返し波形の各部を
一様にサンプリングすることである。一様にサンプリン
グをしないと測定に時間を要したり、波形の一部分が抜
ける等の現象を生ずるからである。

【０００７】もし内部クロック信号が一定の周期に設定
され、被測定信号周期Ｔ_SIとサンプリング・クロック周
期Ｔ_Cの比が有理数（Ｔ_SI／Ｔ_C＝Ｍ／Ｎ：Ｍ，Ｎは整
数）であるコヒーレント・サンプリング状態になると、
被測定信号の限られた波形部のみがサンプリングされ
る。Ｔ_SI＝Ｔ_C×Ｎの時は、被測定信号波形のＮ点がサ
ンプリングされる。しかしサンプリング・クロック周期
Ｔ_Cが被測定信号周期Ｔ_SIの整数倍になるＴ_SI＝Ｔ_C／
Ｍの時は、繰り返し波形の同一点のみがサンプリングさ
れる。この結果、測定を続けてもＴ_C以内の所望する時
間分解能で波形を得られず、波形抜け現象の１つの原因
となる。

【０００８】この問題に対しては、トリガ若しくはサン
プリング・クロック周期Ｔ_Cを“振る”いわゆるデイザ
ーを加えてサンプリングをランダム化する手法が知られ
ており、クロックの位相を変化させることによってラン
ダム化する方法が、公知例３に開示されている。

【０００９】これ以外に、時間軸を形成するタイムベー
スに使用されるホールドオフ方式に起因する波形抜けの
メカニズムがある。ランダム・サンプリングではサンプ
リング周期より細かな時間分解能を得るために被測定信
号周期Ｔ_SIと同じ周期Ｔ_Tのトリガ信号と周期Ｔ_Cのサ
ンプリング・クロック信号の時間差を測定して波形を再
現している。このランダム・サンプリング装置は公知例
３の第８図に示されているが、それをデジタル化した回
路構成を図１３に示し、これを用いて説明する。

【００１０】図１３において、１は被測定信号、２はサ
ンプリング・クロック、３はトリガ、４はプロセッサ・
クロック、１１はサンプラ、１２はＡ／Ｄ変換器、１３
はアクイジション・メモリ、１４は同期回路、１５Ｂは
タイムベース、３１はマイクロプロセッサ、３２は波形
メモリ、３３はディスプレイである。ここで、プロセッ
サ・クロック４はマイクロプロセッサ３１を動作させる
クロックであり、ディスプレイ３３には一般に表示用メ
モリが含まれている。

【００１１】図１４には、図１３に示した構成における
波形データ収録のプロセスを示しており、これを用いて
説明する。

【００１２】被測定信号１がサンプラ１１に入力される
と、サンプラ１１は図１４（ｂ）のサンプリング・クロ
ック２で被測定信号の瞬時値をサンプルし、その値に比
例したホールド値をＡ／Ｄ変換器１２に出力する。Ａ／
Ｄ変換器１２は、サンプラ１１のサンプリングによりホ
ールドされたアナログ値をサンプリング・クロック２の
入力に応じて、定められた分解能のデジタル・データに
変換し、高速のシフト・レジスタで構成されるアクイジ
ション・メモリ１３に出力する。

【００１３】デジタル・データを入力されたアクイジシ
ョン・メモリ１３は、タイムベース１５Ｂが図１４
（ｆ）の書き込み信号５３を出力している期間は、サン
プリング・クロック２の入力に応じてメモリの初番地に
データを書き込む。同時にアクイジション・メモリ１３
は以前のデータを次の番地に移し、最終番地にあるデー
タは廃棄する。すなわち、図１４（ｂ）の時点ｔ３〜ｔ
８のアクイジション・メモリ１３に入力されるサンプリ
ング・クロック２は（ｆ）の書き込み信号５３の停止期
間に入力されていることを示している。

【００１４】一方、同期回路１４には、被測定信号１に
同期したトリガ３が入力されている。同期回路１４は、
タイムベース１５Ｂが図１４（ｄ）のホールド信号５１
の出力を停止された後の最初の時点ｔ_re１に印加される
（ａ）のトリガ３を受け付け、通常はＤフリップフロッ
プを２段用いて構成されるジッタ・フリーの回路をラッ
チさせて、同図（ｅ）の同期信号５２をタイムベース１
５Ｂに出力する。

【００１５】図１４（ｇ）のＨＯは同期回路１４のホー
ルド状態を表しており、（ｄ）のホールド信号５１が
“Ｈ”から“Ｌ”に遷移した点でホールド状態ＨＯＨか
らホールドオフ状態ＨＯＦ１に移行している。このホー
ルドオフ状態ＨＯＦ１にあるときに時点ｔ_re１の（ａ）
のトリガ３が印加されると、同期回路１４は動作して同
図（ｅ）の同期信号５２を出力（“Ｌ”から“Ｈ”に）
する。

【００１６】同期回路１４は同期信号５２を“Ｈ”にす
るとラッチ状態となり、その後のトリガ３を受け付けな
くなり、（ｄ）のホールド信号５１が“Ｌ”であっても
同期信号５２が“Ｈ”である間は（ｇ）のホールド状態
ＨＯＬを維持している。

【００１７】図１４（ｅ）の同期信号５２を入力された
タイムベース１５Ｂは、たとえば、公知例５に開示され
た方法により、時点ｔ_re１のトリガ３とその直後の時点
ｔ１に入力されるサンプリング・クロック２との時間差
Ｔ_Sｎ−１の測定を開始し、時点ｔ_re１から時点ｔ４ま
での期間、すなわち、時点ｔ_re１以降のサンプリング・
クロック２の４周期を経て時間差Ｔ_Sｎ−１の値を確定
する。なお、ここでは時点ｔ１からｔ４までの期間Ｔ_mb
を時間差Ｔ_Sｎ−１の値に依らず、一定として説明す
る。

【００１８】アクイジション・メモリ１３への書き込み
信号５３を、測定条件で定まる期間（図１４においては
時点ｔ１からｔ３までの期間Ｔ_ma）継続する。この期間
は、（ｅ）の同期信号５２の入力された時点ｔ_re１の
後、（ｂ）のサンプリング・クロック２の数がプリセッ
ト値（図１４では３ケ）に達する時点ｔ３迄続く。
（ｂ）のサンプリング・クロック２のカウントが時点ｔ
３において終了すると、（ｆ）の書き込み信号５３の出
力を停止し、アクイジション・メモリ１３への縦軸デー
タ書き込みを禁止し、読み出し可能状態とする。

【００１９】時間差測定時間Ｔ_mbもしくはアクイジショ
ン・メモリ１３への書き込み期間Ｔ_maの何れか長い方の
期間が終了するｔ４の時点になると、タイムベース１５
Ｂはマイクロプロセッサ３１にデータ収録の終了を指示
し、同期回路１４にホールド信号５１を出力（“Ｌ”か
ら“Ｈ”に）する。

【００２０】タイムベース１５Ｂよりホールド信号５１
を入力された同期回路１４はラッチ状態をリセットして
（ｅ）の同期信号５２の出力を停止する。一方でホール
ド信号５１によりトリガ３を受け付けない（ｇ）のホー
ルド状態ＨＯＨを維持する。

【００２１】タイムベース１５Ｂより時点ｔ３において
データ収録の終了信号を受信したマイクロプロセッサ３
１は、データ・トランスファの期間（図１４のＴ_m2）に
おいて、アクイジション・メモリ１３に蓄えられたＹ軸
情報を、時間差Ｔ_Sｎ−１の情報と、更にメモリ番地と
サンプリング・クロック２の周期Ｔ_Cから割り出される
時間情報をＸ軸として組み合わせ、波形メモリ３２にＸ
Ｙデータを転送する。

【００２２】なお、図１４は、マイクロプロセッサ３１
がサンプリング・クロック２（周期Ｔ_C）とは独立した
（ｃ）のプロセッサ・クロック４（周期Ｔ_K）で動作す
る場合を示している。この２つのメモリ間の転送を速く
するために、専属のＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロ
セッサ）をサンプリング・クロック２で動作させる場合
もある。データ・トランスファの期間Ｔ_m2において、デ
ータの転送が終了すると、マイクロプロセッサ３１はタ
イムベース１５Ｂにデータ転送終了信号を出力する。

【００２３】データ転送終了信号を受けたタイムベース
１５Ｂは、（ｂ）の時点ｔ９のクロック２によってアク
イジション・メモリ１３に再び書き込み信号５３を出力
し、（ａ）の時点ｔ_re２に印加されるトリガ３よりも前
のデータを収録するプリトリガ・アクイジション・プロ
セスに入る。このプリトリガ・アクイジション・プロセ
スにおいて、カウント開始の時点ｔ９からカウント数×
Ｔ_C （図１４ではカウント数＝１）を越えて所定の期間
Ｔ_m3が経過すると、時点ｔ_re２のプリトリガで測定すべ
き期間を越えて、プリトリガによるデータの収録数が確
保される（プリトリガ・アクイジション・プロセスの詳
細は後述する）。

【００２４】そこでタイムベース１５Ｂの出力を停止し
て（ｇ）のホールドオフ状態ＨＯＦ２へ移行する。タイ
ムベース１５Ｂからアクイジション・メモリ１３への
（ｆ）の書き込み信号５３の出力は継続され、データの
収録はホールドオフ状態へ移行した後も継続される。す
なわち、（ｆ）の書き込み信号５３が“Ｈ”となる時点
ｔ９以後は（ｂ）のサンプリング・クロック２によって
アクイジション・メモリ１３へのデータの収録は続けら
れる。

【００２５】期間Ｔ_m3の終了時点、すなわちホールドオ
フ状態ＨＯＦ２の前縁の時点ｔ_ho２において図１４
（ｄ）のホールド信号５１が“Ｈ”から“Ｌ”に変化す
ると、同期回路１４は、トリガ３の受け入れ禁止から受
け入れ状態となり、ホールドオフ状態ＨＯＦ２の最初に
入力する時点ｔ_re２のトリガ３を時間差測定のリファレ
ンス用のトリガとし、再び時間差測定のプロセスに入
る。一方、時点ｔ_re２のトリガ３に始まるデータ収録の
プロセスは、時点ｔ_re１のトリガ３で述べたのと同様に
継続され、時点ｔ１２のデータがプリトリガ・アクイジ
ション・プロセスの有効データとして、また、時点ｔ１
３以後のデータがポストトリガ・アクイジション・プロ
セスの有効データとして収録される（ポストトリガ・ア
クイジション・プロセスの詳細は後述する）。

【００２６】このデータ収録プロセスは、時間分解能と
測定タイム・ウインドウ（測定時間の範囲）から定まる
波形メモリ３２の全アドレスに波形データが蓄えられる
まで繰り返される。全アドレスにデータが書き込まれる
と、マイクロプロセッサ３１は割り込み処理を行い、波
形メモリ３２の波形データをそのまま、あるいは各種演
算を施してディスプレイ３３に出力し、所望する波形あ
るいはデータを表示する。

【００２７】ここで、測定する時間差Ｔ_S ｉ（図１４で
は、ｉ＝ｎ−１またはｎ）は常にサンプリング・クロッ
ク２の周期Ｔ_C内の値である。時点ｔ_re１あるいはｔ_re
２のトリガ３の時点ｔ１やｔ１３のクロック２の入力直
後以外のサンプリング・クロック２でサンプリングする
被測定信号と時点ｔ_re１および時点ｔ_re２のトリガ３と
の時間差は、サンプリング・クロック周期Ｔ_Cの整数倍
を加算あるいは減算することで得ることができる。また
ホールドオフ状態ＨＯＦ２はデータ収録中のサンプリン
グ・クロック２の所定の計数を経て発生するため、サン
プリング・クロックに一定の時間差をもって同期する。
なお、図１４ではホールドオフ状態のＨＯＦ２の発生
は、時点ｔ１０のサンプリング・クロック２より遅れ時
間をもって発生する場合を描いている。

【００２８】図１４を参照しながら以上の関係を式化す
ると、式（１）〜（８）を得る。Ｔ₁₂ｎ＝Ｔ_T×Ceiling［Ｔ₁₇／Ｔ_T］（１）Ｔ₁₃ｎ＝Ｔ_C×Ceiling［Ａ］＋Ｔ_Sｎ−１（２）ここに、Ａ＝（Ｔ₁₂ｎ−Ｔ_Sｎ−１）／Ｔ_C Ｔ₁₄ｎ＝Ｔ_K×Ceiling［Ｂ］＋Ｔ_Pｎ−１（３）ここに、Ｂ＝（Ｔ₁₂ｎ−Ｔ_Pｎ−１）／Ｔ_K Ｔ_Sｎ＝Ｔ₁₃ｎ−Ｔ₁₂ｎ（４）Ｔ_Pｎ＝Ｔ₁₄ｎ−Ｔ₁₂ｎ（５）Ｔ₁₅ｎ＝Ｔ_K×Ceiling［Ｃ］＋Ｔ_Pｎ−１（６）ここに、Ｃ＝（Ｔ_Sｎ−１＋Ｔ_m1−Ｔ_Pｎ−１）／Ｔ_K Ｔ₁₆ｎ＝Ｔ_C×Ceiling［Ｄ］＋Ｔ_Sｎ−１（７）ここに、Ｄ＝（Ｔ₁₅ｎ＋Ｔ_m2−Ｔ_Sｎ−１）／Ｔ_C Ｔ₁₇ｎ＝Ｔ₁₆ｎ＋Ｔ_m3 （８）

【００２９】Ｔ_Sｎ−１，Ｔ_Sｎは、ｔ_re１，ｔ_re２とそ
の直後のｔ１，ｔ１３のサンプリング・クロック２との
時間差、Ｔ_Pｎ−１，Ｔ_Pｎは、ｔ_re１，ｔ_re２とその直
後のプロセッサ・クロック４との時間差である。

【００３０】Ｔ₁₂ｎは、レファレンスとなるｔ_re１，ｔ
_re２のトリガ３の時間差、Ｔ₁₃ｎは、ｔ_re１からｔ_re２
の直後のサンプル・クロック２迄の時間差、Ｔ₁₄ｎは、
ｔ_re１からｔ_re２の直後のプロセッサ・クロック４迄の
時間差、Ｔ₁₅ｎは、ｔ_re１からt４直後のデータ転送Ｔ
_m2の開始迄の時間差、Ｔ₁₆ｎは、ｔ_re１からｔ９のプリ
トリガ・アクイジション開始迄の時間差、Ｔ₁₇ｎは、ｔ
_re１からホールドオフＨＯＦ２発生迄の時間差、Ｔ
_m1は、Ｔ_maＴ_mbの大なる方の値、Ceiling［ｘ］は、ｘ
以上で最小の整数である。

【００３１】以上の式（１）〜（８）をもとにして、サ
ンプリングして得られた波形をサンプリング・クロック
周期Ｔ_C にわたって数値計算し、その結果を、図１５，
１６および図１７に示す。

【００３２】図１５はＴ_T＝０．７１４Ｔ_C＜Ｔ_Cであ
る被測定信号を、図１６はＴ₁₁＝Ｔ₁₇ｎ−Ｔ_Sｎ−１＝
２１．２で得られる波形を、図１７はＴ₁₁＝Ｔ₁₇ｎ−Ｔ
_Sｎ−１＝２１．３で得られる波形を示す。なお、この
計算では、クロック周期Ｔ_Cを“１”に規格化し、その
間の時間分解能を１００（Ｘ軸を１００等分）、１つの
図示した波形を得るためのサンプリング回数を１０００
回、さらにプロセッサ・クロック４はサンプリング・ク
ロック２と同一の周期（Ｔ_K＝Ｔ_C）とし、図１４
（ｄ）に示すＴ₁₁がＴ_Sｉに（図１４ではｉ＝ｎ−１ま
たはｎ）に依らず一定としている。

【００３３】図１６，図１７より、サンプリング・クロ
ック２よりも高い周波数の被測定信号が入力されると、
被測定信号の一周期はほぼサンプルできるが、サンプリ
ング・クロック周期Ｔ_Cと被測定信号周期Ｔ_SI（＝
Ｔ_T）の差分に相当する期間はサンプルできない。Ｔ₁₁
が異なると、図１６および図１７の示すように測定でき
る波形部分が変化する。そして、サンプルされない波形
抜け現象を発生することがわかる。

【００３４】公知例４は波形抜けのメカニズムを説明
し、１つの解決法を提案している。公知例４では時間測
定（図１４の期間Ｔ_Sｎ−１，Ｔ_Sｎ）を行う度に、基準
クロック信号（図１４のサンプリング・クロック２）に
対しランダム化したホールドオフ信号（図１４のＨＯＦ
１，ＨＯＦ２、トリガ待受け信号）を発生させ、図１４
の期間Ｔ_m3をランダムに変化させて期間Ｔ₁₁をランダム
に変えて、測定できる波形部分を変化せしめて、その和
集合をとることでサンプリング・クロック周期Ｔ_Cの全
域にわたる波形を測定可能としている。

【００３５】このランダム・ホールドオフ方式を表現す
る式は、式（１）を次の式（９）に変形すればよく、式
（２）〜式（８）は変更なく適用される。Ｔ₁₂ｎ＝Ｔ_T×Ceiling［（Ｔ₁₇＋Ｄ×Random［］）／Ｔ_T （９）但し、Random［］は０から１の範囲に一様に分布する擬
似乱数。Ｄはディザー量で、ランダム化される時間範囲
（Ｄ＝１の時、サンプリング・クロック周期Ｔ_Cに相
当）。

【００３６】図１８にＤ＝１とした公知例４のランダム
・ホールドオフ方式でサンプリングを行った場合の数値
計算結果を示す。ここでは図１４のＴ_m3を変化せしめて
Ｔ₁₁＝２１．２〜２２．２の間でランダムに変化してい
る。サンプリング・クロック周期Ｔ_Cにわたり（Ｘ軸の
０〜１の間）一様に波形がサンプルされ、波形抜けの現
象は発生していない。

【００３７】公知例４に記載された波形抜けのメカニズ
ムは、被測定信号周期Ｔ_SI、即ちトリガ周期Ｔ_T がサン
プリング・クロック周期Ｔ_Cより小さい（Ｔ_C＞Ｔ_T）
場合の現象である。しかし、ランダム・サンプリングで
は、公知例４で開示された以外のホールドオフに起因す
る波形抜けがある。ここでは、Ｔ_C＜Ｔ_Tにおいて波形
抜けを発生させるホールドオフのメカニズムを、Ｔ_K＝
Ｔ_Cの場合を例にとって説明する。

【００３８】以下においては図１３に示したホールドオ
フをダイレクト・ホールドオフと呼ぶ。

【００３９】図１９はダイレクト・ホールドオフによる
波形抜けメカニズムを説明するためのタイムチャートで
ある。ダイレクト・ホールドオフでは、時間差Ｔ_S ｉ
（図１４ではｉ＝ｎ−１およびｎ）を測定する度にＴ_S
ｉが異なるので、それをレベルＬを上下せしめて表わし
ている。

【００４０】ここで、図１４と異なる第１の点は、サン
プリング・クロック２が振幅Ａ１の、のこぎり波（周期
Ｔ_C）とレベルＬとの交点で発生している。このレベル
Ｌが振幅Ａ１の範囲で上下すると、発生するサンプリン
グ・クロック２の発生タイミングも０〜Ｔ_Cの範囲で変
化する。すなわち、レベルＬが、のこぎり波の上方で交
叉する場合は下方で交叉するより早い時間に、サンプリ
ング・クロック２が発生することを示している。この図
を用いることで、トリガ３に対するサンプリング・クロ
ック２のタイミングにより時間差Ｔ_S ｉが変化する全状
態が表現できる。

【００４１】第２の図１９の図１４と異なる点は、
（ａ）のサンプリング・クロック２のポジションに対応
した（ｂ）のホールドオフ・ポジションＨ１の表現であ
る。図１４のデータ収録プロセスでは、時点ｔ_re１のト
リガ３の直後の時点ｔ１に発生したサンプリング・クロ
ック２から期間Ｔ₁₁を経てホールドオフ状態ＨＯＦ２が
開始している。ここで、Ｔ₁₁＝Ｔ₁₇−Ｔ_S ｎ−１であ
り、Ｔ_K＝Ｔ_Cと仮定するとＴ₁₁＝ｔ₉−ｔ₁＋Ｔ_m3と
なり一定である。すなわち、トリガ周期Ｔ_T、あるいは
時間差Ｔ_Sとは無関係にホールドオフＨＯＦ２の開始時
点であるホールドオフ・ポジションが決定される。

【００４２】したがって、サンプリング・クロック２の
ポジションが変化すると、それにつれて（ｃ）のトリガ
３ａや（ｄ）のトリガ３ｂの時点ｔ_re１からのホールド
オフ・ポジション（ｂ）も移動する。レベルＬの変化に
対応してホールドオフ・ポジションＨ１は図１９（ｂ）
の太い斜線で示す範囲で移動する。

【００４３】トリガ周期Ｔ_Tが、Ｔ_C＜Ｔ_Tの条件下で
は、ホールドオフ・ポジションＨ１の移動範囲がトリガ
３の発生時点ｔ_re２に重ならない（ｃ）の場合と重なる
（ｄ）の場合がある。図１９（ｃ）の場合には、時点ｔ
_re２のトリガ３ａ以後０〜Ｔ_Cの期間には、ホールドオ
フ・ポジションＨ１とは重ならないので、サンプリング
・クロック２が発生する確率はサンプリング・クロック
２のポジションの変化にもかかわらず一様である。

【００４４】ところが、同図（ｄ）の場合には、トリガ
３ｂの時点ｔ_re２ｂがホールドオフ・ポジションＨ１の
範囲と重なるために、ホールドオフ・ポジションＨ１が
時点ｔ_re２ｂの前に発生するか、後に発生するかで時間
差Ｔ_S（図１４のＴ_Sｎ−１，Ｔ_Sｎ）を測定する基準
となるリファレンス・トリガが、ｔ_re２ｂになる場合と
ｔ_re２ａになる場合とに別れる。

【００４５】すなわち、時点ｔ_re２ｂより前にホールド
オフ・ポジションＨ１（ホールド状態の終端）が発生す
れば時点ｔ_re２ｂのトリガ３ｂが時間差Ｔ_S測定の基準
となるリファレンス・トリガとして採用される。時点ｔ
_re２ｂより後にホールドオフ・ポジションＨ１が発生す
ると、時点ｔ_re２ｂのトリガ３ｂはリファレンス・トリ
ガして採用されず、その後の時点ｔ_re２ａのトリガ３ｂ
をリファレンス・トリガとして採用する。

【００４６】この時点ｔ_re２ｂのトリガ３ｂがリファレ
ンス・トリガとなるか、時点ｔ_re２ａのトリガ３ｂがリ
ファレンス・トリガとなるかは、ホールドオフ・ポジシ
ョンＨ１の位置を決定する期間Ｔ₁₁の発生時点によって
左右される。

【００４７】すなわち、時点ｔ_re１の直後のサンプリン
グ・クロック２のポジションによって左右される。ま
た、測定信号の周期に等しいトリガ周期Ｔ_TaやＴ_Tbと関
係のないサンプリング・クロック周期Ｔ_Cとそのタイミ
ングの時間的位置によって、このような事態が発生し得
る。このような状態になると、測定プロセスを繰り返し
て得られる時間差は、サンプリング・クロック周期Ｔ_C
内で一様な分布を示さなくなり、測定できない時間差が
発生する。

【００４８】図２０は、測定できない時間差が発生する
メカニズムを図示したものである。同図（ｂ）のホール
ドオフ・ポジションＨ１が発生する可能性がある太線で
示した範囲において（ａ）のトリガ３が発生するための
条件は、トリガ周期Ｔ_Tが次式（１０）を満たすときで
ある。

【００４９】０＜Ｔ₁₈＜Ｔ_C （１０）ここで、Ｔ₁₈＝Ｔ_T×Ceiling［Ｔ₁₁／Ｔ_T］−Ｔ₁₁

【００５０】最初に同図左端から始まるｎ−１回目の時
間差測定では、全ての測定が時点ｔ_re１のトリガ３をリ
ファレンス・トリガとして行われると仮定する。この時
点ｔ_re１のトリガ３とその後に示すＴ_C領域では、サン
プリング・クロック２が一様に分布し得るから、測定さ
れる時間差Ｔ_Sｎ−１は０とＴ_C 間で一様に得られ、
（ｄ）の測定領域Ｒ１（右下り斜線部）全体がサンプル
される。

【００５１】ｎ回目の時間差測定になると、時間差Ｔ_S
ｎ−１が小さい場合は式（１０）の条件を満足するから
ｔ_re２ｂのトリガ３をリファレンス・トリガとして用い
る。この場合は、同図（ｄ）の測定領域Ｒ１２のうちの
Ｒ２（右上り斜線部）に属する時間差を等確率で測定す
ることになる。Ｔ_Sｎ−１が小さい場合は、下式（１
１）で与えられる。Ｔ_Sｎ−１＜Ｔ₁₈ （１１）ここに、Ｔ₁₈＝Ｔ_T×Ceiling［Ｔ₁₁／Ｔ_T］−Ｔ₁₁

【００５２】Ｔ_Sｎ−１＞Ｔ₁₈となる場合には、時点ｔ
_re２ｂのトリガ３はホールドオフ・ポジションＨ１の発
生時点より後になるために、リファレンス・トリガとな
ることができず、時点ｔ_re２ａのトリガ３がリファレン
ス・トリガとなる。この場合には領域Ｒ１３のうちのＲ
３ａ，Ｒ３ｂの領域（右下り斜線部）を等確率でサンプ
ルして測定データを得ることができる。しかしながら、
領域Ｒ１３のうちのＲ３Ｃの領域は測定されない。

【００５３】図２０（ｄ）の測定領域Ｒ１２とＲ１３か
ら明らかなように、２つの領域Ｒ１２とＲ１３は補集合
の関係にない。測定プロセスで得られる時間差は、この
２つの集合の和である領域Ｒ１４で示されるから、（ｎ
−１）回目では一様であった時間差測定領域Ｒ１の測定
が、ｎ回目では測定される確率が倍となる時間差測定領
域Ｒ４と全く測定されない時間差測定領域Ｒ３Ｃが発生
してしまう。

【００５４】この測定されない時間差測定領域Ｒ３Ｃ
は、次の（ｎ＋１）回目の測定で他の時間差測定領域に
写像され、測定を繰り返す度に複雑に成長していく。

【００５５】図２１および図２２にはＴ_T／Ｔ_C＝1.21
4，Ｔ₁₁／Ｔ_C＝21.2 の場合の被測定信号およびサンプ
ル後の波形の数値計算結果が示されている。ここで時間
分解能を１００、サンプリング回数を１０００回にして
いる。

【００５６】図２３および図２４にはＴ_T／Ｔ_C＝1.41
4，Ｔ₁₁／Ｔ_C＝21.2 の場合の被測定信号およびサンプ
ル後の波形の数値計算結果が示されている。ここで時間
分解能を１００、サンプリング回数を１０００回にして
いる。トリガ周期が異なると、波形抜け状態も大きく変
化する。

【００５７】図１４および図２０を用いて説明した期間
Ｔ_m3を固定にしてサンプリング・クロック２に同期して
ホールドオフ状態ＨＯＦ２を発生するランダム・サンプ
リングのダイレクト・ホールドオフ型、また期間Ｔ_m3を
ランダムに変化せしめる公知例４のランダム・サンプリ
ングのランダム・ホールドオフ型のサンプリング・クロ
ック周期Ｔ_Cとトリガ周期Ｔ_Tにより、所定の時間分解
能で波形を捉えるのに要するデータ収録回数を数値計算
した。

【００５８】図２５，図２６，図２７，図２８および図
２９には、その数値計算の結果が示されている。横
（Ｘ）軸は、サンプリング・クロック周期Ｔ_C＝１とし
たときのトリガ・クロック周期Ｔ_Tを表わし、横軸の分
解能は１０１とし、Ｔ_Tの最大周期を１０（max Ｔ_T＝
１０×Ｔ_C）に選んだ。なお、各Ｔ_Tの値がＴ_C＝１に
対し極力コヒーレントにならないよう、Ｔ_Tを決定する
際に、ディザーを加えている。ただし、Ｔ_T＝（１０／
１０１）×ｉ＋（Random ［］−１／２）／１０１であ
り、０≦ｉ≦１００である（Random［］は０から１の範
囲に一様に分布する擬似乱数）。

【００５９】ここで、たとえばＴ_T＝２．０×Ｔ_Cの縦
（Ｙ）軸データを得るためには、このＴ_Tの波形を、図
１６（そこでは、Ｔ_T＝０．７１４×Ｔ_C）などで行っ
た手順により、得なければならない。この波形を得るた
めに時間分解能をＴ_C／６４とし、Ｔ_Cを６４等分して
６４個のビンを設けた。

【００６０】最初のビンは０〜Ｔ_C／６４、次のビンは
Ｔ_C／６４〜２×Ｔ_C／６４とし、以下同様に、最後の
６４番目のビンをは６３×Ｔ_C／６４〜Ｔ_Cの時間差デ
ータＴ_Sｉの発生回数を格納する。Ｔ_Sｉが発生したと
いう情報で、６４個のビンが全て埋まると、対応するＹ
情報（アクイジション・メモリ１３のメモリ値）と組み
合わせて、Ｔ_C／６４の時間分解能で波形が再現される
ので、波形抜けは生じない。この状態が得られると、時
間差Ｔ_Sｉのデータの収録回数および式（１）から求め
られるトリガ３の時間の差（図１４のｔ_re１からｔ_re２
の期間）の積算を記録する。

【００６１】次にはＴ_T＝２．１×Ｔ_Cの縦軸データを
同様の手順で求める。この作業を横軸の１０１個の点で
進める。時間差Ｔ_Sｉのデータが６４ケの各ビンを満た
せば、サンプリング・クロック周期Ｔ_Cの間を６４点サ
ンプルした波形が得られたと判断する。

【００６２】横軸のメモリはＴ_C＝１に規格化し、縦軸
には６４ケの各ビンを満たす時間差データを得るのに必
要なデータ収録回数／Ｔ_Cの等分数＝Ｎ_dとして表わし
ている。たとえば、Ｎ_d＝２であれば２×６４＝１２８
回のデータ収録回数を要したことを意味する。１つのト
リガ周期Ｔ_Tに対するデータ収録回数は最大でも１０×
６４＝６４０とし、これを越えたときはＮ_d ＝１０とし
て計算を打切っている。Ｎ_d の値は小さい程、望まし
く、理想は１である。また６４個の各ビンを満たす時間
差Ｔ_Sｉのデータを得るのに必要な収録時間／Ｔ_Cの等
分数＝ＭＴとする。

【００６３】図２５および図２６には、図１４，図１
９，図２０のランダム・サンプリングのダイレクト・ホ
ールドオフ型および公知例４のランダム・サンプリング
のランダム・ホールドオフ型の計算結果が示されてい
る。ここでは、ともにプロセッサ・クロック周期Ｔ_K＝
Ｔ_Cにとってある。

【００６４】図２５におけるＮ_dの平均値を平均収録回
数ＡＮ_dとすると、ＡＮ_dは4.86665 であり、ＭＴの平
均値を平均収録時間ＡＭＴとすると、ＡＭＴはＴ_C＝１
として31.1944 である。ここで図２５においては、図１
４のＴ₁₁を４．３（＝一定）としている。なお、平均
収録時間ＡＭＴとは、１０１ポイントの各トリガ周期に
対するＭＴの和をポイント数で割った値であり、全デー
タを得るに必要な収録時間／Ｔ_C等分数で得た値をトリ
ガ・ポイント数で割った値である。

【００６５】図２５の場合は、Ｎ_d＝１０の値を越えて
いる部分、すなわち、６４０回のサンプリング作業でも
データの得られないビンの生ずるトリガ周期Ｔ_Tの範囲
があり、このような場合には波形抜け現象を呈すること
が分かる。この波形抜け現象は、大略０＜Ｔ_T＜１と、
４．３＜Ｔ_T＜５．３の範囲にある。前者では、トリガ
周期Ｔ_Tがサンプリング・クロック周期Ｔ_Cより短い場
合（Ｔ_T＜Ｔ_C）である。後者では、トリガ入力からホ
ールドオフ状態になる迄の期間Ｔ₁₇（図１４参照）の対
応する周期である。

【００６６】図２６におけるＮ_dの平均値を平均収録回
数ＡＮ_dとすると、ＡＮ_dは3.85675 である。ＭＴの平
均値を平均収録時間ＡＭＴとすると、ＡＭＴは27.603と
なった。ここで図２６においては、図１４の期間Ｔ_m3を
ランダムに変化せしめる量（ディザー量）を１、すなわ
ち、ディザー量＝Ｔ_Cとしている。

【００６７】図２５と図２６を対比すると、折れ線の下
側の面積は図２６の場合の方が小さく、それが、図２６
のＡＮ_dおよびＡＭＴの値を図２５の場合よりも小さく
していることが分かる。

【００６８】図２７，図２８および図２９は、公知例４
のランダム・サンプリングのランダム・ホールドオフ型
の場合のＭＴの計算結果を示している。図２６と異なる
条件は、図２７，図２８および図２９の場合は、トリガ
周期Ｔ_K＝１．２２３×Ｔ_Cであり、図２７の場合はデ
ィザー量＝Ｔ_C、図２８の場合はディザー量＝３×
Ｔ_C、図２９の場合はディザー量＝９×Ｔ_Cとなってい
る。

【００６９】図２７のＮ_dの平均値を平均収録回数ＡＮ
_dとすると、ＡＮ_dは 4.0854 、ＭＴの平均値を平均収
録時間ＡＭＴとすると、ＡＭＴは35.0861 であり、図２
８のＡＮ_dの値は3.90114 、ＡＭＴの値は38.018であ
り、図２９のＡＮ_dの値は4.09127 、ＡＭＴの値は53.8
534 となっている。ディザー量が大きくなるに従って全
データを得るのに要した時間ＭＴが増大している。

【００７０】図３０にはプリトリガ・アクイジション・
プロセスとポストトリガ・アクイジション・プロセスの
動作を示している。同図（ａ）の被測定信号１は、
（ｃ）のサンプリング・クロック２によって時点ｔ９，
ｔ１０，…，ｔ１４においてサンプルされ、データＤ
１，Ｄ２，…，Ｄ６がＡ／Ｄ変換器１２の出力として得
られる。図中の記号は、図１４に対応するものについて
は同じ記号を用いている。

【００７１】（ｂ）のトリガ３を受け入れない（ｄ）の
ホールド状態ＨＯにおいても、時点ｔ９においてサンプ
ルして得られたデータＤ１は、図示の都合上３ワードで
表示したＦＩＦＯ（先入れ先出し）メモリである（ｅ）
のアクイジション・メモリ１３に収納される。

【００７２】時点ｔ１０においてサンプルして得られた
データＤ２は（ｅ）のアクイジション・メモリ１３に収
納されるから、３ワードのメモリは、Ｄ２，Ｄ１，空き
となる。そこで（ｄ）のホールド信号ＨＯが時点ｔ_ho２
においてトリガ３を受け入れないホールド状態から、ト
リガを受け入れるホールドオフ状態ＨＯＦ２に移行す
る。

【００７３】この状態においても、まだトリガ３の印加
がないから、時点ｔ１２の（ｃ）のサンプリング・クロ
ック２で（ａ）の被測定信号１をサンプルして、データ
Ｄ４を得て、（ｅ）のアクイジション・メモリ１３に収
録する。そのとき、３ワードのアクイジション・メモリ
１３の容量はすでに満杯であるから、最古のデータＤ１
が廃棄され、データＤ４，Ｄ３，Ｄ２が収容される。

【００７４】時点ｔ_re２において、（ａ）の被測定信号
１に同期した（ｂ）のトリガ３が印加され、その後のト
リガ３を受け入れない（ｄ）のホールド状態ＨＯに移行
する。時点ｔ１３の（ｃ）のサンプリング・クロック２
で（ａ）の被測定信号１をサンプルしてデータＤ５を得
て、（ｅ）のアクイジション・メモリ１３に収録する。
そこでは、古いデータＤ２は廃棄されて、データＤ５，
Ｄ４，Ｄ３が収容される。同様にして、時点ｔ１４にお
いてはデータＤ６，Ｄ５，Ｄ４が収容される。

【００７５】アクイジション・メモリ１３の容量３ワー
ドのうち、１ワードを時点ｔ_re２のトリガ３以前のデー
タ収集（プリトリガ・アクイジション・プロセス）に割
り当て、残り２ワードを時点ｔ_re２のトリガ３以後のデ
ータ収集（ポストトリガ・アクイジション・プロセス）
に割り当てるように、測定に先立って設定がなされてい
る場合には、時点ｔ_re２以後のデータＤ５およびＤ６の
２ワードのデータが収録されると、そこでデータの収録
は停止される。

【００７６】図３０（ｆ）には、時間分解能をサンプリ
ング・クロック周期Ｔ_Cの５分の１にした場合の３ワー
ド分の波形メモリ３２の内容（ビンの数は３×５＝１
５）が示されている。時点ｔ_re２とその直後のサンプリ
ング・クロック２の時点ｔ１３との時間差Ｔ_Sｎに対応
する位置に時点ｔ１４に収録されたデータＤ６，Ｄ５，
Ｄ４を先入れ先出しして、（ｆ）のように収容する。デ
ータＤ４はデータＤ５に対してＴ_C だけ前に、データＤ
６はデータＤ５に対してＴ_Cだけ後に位置して収容され
る。

【００７７】図３０（ｇ）のタイム・ウィンドウに示さ
れているように、時点ｔ_re２以前、すなわち、時点ｔ９
〜ｔ_re２のプリトリガ・アクイジション・プロセスによ
って得た５個のビンのデータ（同図ではＤ４のみが表示
されている）と時点ｔ_re２以後、すなわち、時点ｔ_re２
〜ｔ１４のポストトリガ・アクイジション・プロセスに
よって得た１０個のビンのデータ（同図ではＤ５とＤ６
のみが表示されている）とが得られる。

【００７８】したがって、図示されてはいない次のトリ
ガ３のプリトリガ・アクイジション・プロセスおよびポ
ストトリガ・アクイジション・プロセスにおいて、図３
０（ａ）のＤ１〜Ｄ６からずれた点がサンプルされると
（ｆ）の波形メモリ３２のサンプル点に対応したビンに
得られたデータが書き込まれる。この動作が所定回数く
り返されて、１５個のビンのデータがディスプレイ３３
に表示される。１５個のビンのすべてにデータが満たさ
れていれば波形抜けは無い。

【００７９】

【発明が解決しようとする課題】トリガ周期Ｔ_Tとサン
プリング・クロック周期Ｔ_Cとが、Ｔ_T＞Ｔ_Cで発生す
る波形抜けの現象は、Ｔ₁₁（図１４）を一定とした時、
Ｔ_Tが式（１０）を満たす条件下で発生する。公知例４
に記載されたランダム・ホールドオフの技術は、図１４
の期間Ｔ_m3をランダム化して期間Ｔ₁₁を変化させてい
る。

【００８０】しかし、このような構成を実現するために
はランダム信号源（あるいは基準となるサンプリング・
クロック２の信号源とは極力コヒーレントにならない別
信号源）を別途に備える必要がある。このため１つのシ
ステムの中に複数の信号源が存在することになり、ＩＭ
（Inter-Modulation：信号源の相互変調）によりジッタ
およびノイズが増加するのは周知である。

【００８１】ランダム・サンプリングはリアルタイム・
サンプリングの時間分解能を高めるために用いられる方
式であり、対象とする被測定信号は高速、高帯域かつ低
レベル信号であることが多く、縦（Ｙ）および時間
（Ｘ）軸の分解能を劣化させるノイズ源を内包してしま
う構成は避けなければならないという解決されるべき課
題があった。

【００８２】またホールドオフのランダム化（公知例
４）は、Ｔ_Sｎ−Ｔ_Sｎ−１づつずれながら被測定信号
波形の各部を一様に捉えようとするサンプリング動作を
ランダム化させる。この結果、同一波形部を何度も捉え
る確率が高くなり、多くの入力トリガ周波数領域で時間
分解能を満たすのに必要とするサンプリング回数が増加
してしまうという未解決の課題が残されていた。

【００８３】したがって、本発明の目的は、ホールドオ
フ・タイミングをランダム化させる擬似ランダム源を用
いずに波形抜けの現象を回避し、同時により少ないデー
タ収録回数、即ち、より短い収録期間で波形を捉えるこ
とのできるランダム・サンプリング・ホールドオフ方法
と回路を提供することにある。

【００８４】

【課題を解決するための手段】波形抜け現象は、ホール
ドオフ・ポジションＨ１の発生がある範囲（図２０の太
線）にわたって生じ得ることにあり、この範囲にトリガ
３が印加されたときに波形抜け現象が生ずる。したがっ
て、このホールドオフポジションＨ１の発生し得る範囲
を時間差Ｔ_Sの影響を排除して実質的にゼロにすること
により、波形抜け現象を回避するように構成した。

【００８５】そこで第１のホールドオフ・ポジションＨ
１の生じ得る範囲の最終時点において第２のホールドオ
フ・ポジションＨ２を発生せしめ、この時点でホールド
オフ状態ＨＯＦ２に移行せしめるようにした。この第２
のホールドオフ・ポジションＨ２の発生は、時間差Ｔ_S
の影響を排除したために前回のトリガ時点ｔ_re１から一
定の時間後の実質的に瞬時であり、従来のホールドオフ
・ポジションＨ１のようにトリガ３に対して発生し得る
範囲を有してはいないから、波形抜け現象は実質的に回
避可能となった。

【００８６】ランダム・サンプリングのランダム・ホー
ルドオフ（公知例４）において使用するランダム・ノイ
ズ源も必要としないから、これを原因とするジッターや
ノイズも発生せず、高精度のサンプリングが可能となっ
た。

【００８７】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態の回路
構成を示している。ここで図１３に示した従来例の構成
要素に同じものには同じ記号を付した。

【００８８】ここで、１は被測定信号、２はサンプリン
グ・クロック、３はトリガ、４はプロセッサ・クロッ
ク、１１はサンプラ、１２はＡ／Ｄ変換器、１３はアク
イジション・メモリ、１４は同期回路、１５はタイムベ
ース、３１はマイクロプロセッサ、３２は波形メモリ、
３３はディスプレイである。ここで、プロセッサ・クロ
ック４はマイクロプロセッサ３１を動作させるクロック
であり、ディスプレイ３３には一般に表示用メモリが含
まれている。ここで図１３と異なるのは、クロック・カ
ウンタ１７と時間加算器２０があり、ホールド信号５４
とカウント・エンド５５が付加されていることである。

【００８９】図２には図１に示した構成の動作原理を示
しており、従来例を示した図２０に対応したタイム・チ
ャートが示されている。図２（ａ）はトリガ３を、
（ｂ）はホールドオフ・ポジションを、（ｃ）はサンプ
リング・クロック２のポジションを、（ｄ）は測定領域
を表している。

【００９０】図２（ｂ）の太線で示したホールドオフ・
ポジションＨ１の発生する範囲の終端は、時点ｔ_re１の
発生からＴ₁₁＋Ｔ_Cの時点ｔ_ho２である。この時点以降
に入力されるトリガ３に対して図１に示した回路は動作
する。したがって、ホールドオフ・ポジションＨ１の発
生範囲の時点ｔ_re２ｂにおいてトリガ３の入力があって
も、これは使用されずホールドオフ・ポジションＨ２の
時点ｔ_ho２後のトリガ３、すなわち、時点ｔ_re２ａに印
加されるトリガ３をリファレンス・トリガとして使用す
るように動作する。

【００９１】時点ｔ_ho２は、時点ｔ_re１から一定の期間
Ｔ₁₁に一定期間であるサンプリング・クロック周期Ｔ_C
を加算した期間の経過後であるから、時点ｔ_re１が定ま
ると、時点ｔ_ho２の位置も自動的に定まる関係にある。

【００９２】ここで（ｂ）のホールドオフ・ポジション
Ｈ１は図２０（ｂ）のホールドオフ・ポジションＨ１と
同じタイミングである。時点ｔ_re１のトリガ３により、
たとえば時点ｔ３１に入力されたサンプリング・クロッ
ク２との時間差Ｔ_Sｎ−１が測定されると、その場合の
ホールドオフ・ポジションＨ１は時点ｔ_ho３で発生す
る。そこでこの時点ｔ_ho３から、期間Ｔ₂₀（＝Ｔ_C−Ｔ
_Sｎ−１）を経過した後の時点ｔ_ho２にホールドオフ・
ポジションＨ２を発生する。この時点ｔ_ho２以降の時点
ｔ_re２ａのトリガ３がリファレンス・トリガとなり次の
測定が行われる。

【００９３】図２における時点ｔ_re１のトリガ３をリフ
ァレンス・トリガとしてｎ−１回目の測定をする場合に
は、時間差Ｔ_Sｎ−１は、（ｃ）の太線で示したサンプ
リング・クロック２のポジションのどこでサンプリング
・クロック２が発生しても有効に測定が行われる。そこ
で（ｄ）の測定領域Ｒ１に示す全体が一様にサンプルさ
れる。

【００９４】ｎ回目の測定ではホールドオフ・ポジショ
ンＨ１の発生する可能性のある範囲中の時点ｔ_re２ｂの
トリガ３はリファレンス・トリガとしては採用されず、
ホールドオフ・ポジションＨ２の発生時点ｔ_ho２以降の
最初の時点ｔ_re２ａのトリガ３をリファレンス・トリガ
としてｎ回目の時間差Ｔ_Sｎが測定されるから、（ｄ）
の測定領域Ｒ２１の範囲全体において一様にサンプルが
される。したがって図２０に示した波形抜け現象は生じ
ない。

【００９５】図３は、従来例を示す図１４に対応し、図
１に示した構成における波形データ収録のプロセスを示
しており、これを用いて説明する。

【００９６】被測定信号１がサンプラ１１に入力される
と、サンプラ１１は図３（ｂ）のサンプリング・クロッ
ク２で被測定信号の瞬時値をサンプルし、その値に比例
したホールド値をＡ／Ｄ変換器１２に出力する。Ａ／Ｄ
変換器１２は、サンプラ１１のサンプリングによりホー
ルドされたアナログ値をサンプリング・クロック２のエ
ッジ入力に応じて、定められた分解能のデジタル・デー
タに変換し、アクイジション・メモリ１３に出力する。

【００９７】デジタル・データを入力されたアクイジシ
ョン・メモリ１３は、タイムベース１５が図３（ｈ）の
書き込み信号５３を出力している期間は、サンプリング
・クロック２のエッジ入力に応じてメモリの初番地にデ
ータを書き込む。同時にアクイジション・メモリ１３は
以前のデータを次の番地に移し、最終番地にあるデータ
は廃棄する。すなわち、図３（ｂ）の時点ｔ３〜ｔ８の
アクイジション・メモリ１３に入力されるサンプリング
・クロック２は（ｈ）の書き込み信号５３の停止期間に
入力されていることを示している。

【００９８】一方、同期回路１４には、被測定信号１に
同期したトリガ３が入力されている。同期回路１４は、
時間加算器２０が図３（ｆ）のホールド信号５１の出力
を停止された時点ｔ_ho１の後の最初の時点ｔ_re１に印加
される（ａ）のトリガ３を受け付け、通常はＤフリップ
フロップを２段用いて構成されるジッタ・フリーの回路
をラッチさせて、同図（ｇ）の同期信号５２をタイムベ
ース１５に出力する。

【００９９】図３（ｉ）のＨＯは同期回路１４のホール
ド状態を表しており、（ｆ）のホールド信号５１が
“Ｈ”から“Ｌ”に遷移した時点ｔ_ho１でホールド状態
ＨＯＣからホールドオフ状態ＨＯＦ１に移行している。
このホールドオフ状態ＨＯＦ１にあるときに時点ｔ_re１
の（ａ）のトリガ３が印加されると、同期回路１４は動
作して同図（ｇ）の同期信号５２を出力（“Ｌ”から
“Ｈ”に）する。

【０１００】同期回路１４は同期信号５２を出力
（“Ｈ”に）するとラッチ状態となり、その後のトリガ
３を受け付けなくなり、（ｆ）のホールド信号５１が
“Ｌ”であっても同期信号５２が“Ｈ”である間は
（ｉ）のホールド状態ＨＯＬを維持している。

【０１０１】図３（ｇ）の同期信号５２を入力されたタ
イムベース１５は、たとえば、公知例５に開示された方
法により、時点ｔ_re１のトリガ３とその直後の時点ｔ１
に入力されるサンプリング・クロック２との時間差Ｔ_S
ｎ−１の測定を開始し、時点ｔ_re１から時点ｔ４までの
期間、すなわち、時点ｔ_re１以降のサンプリング・クロ
ック２の４周期を経て時間差Ｔ_Sｎ−１の値を確定す
る。

【０１０２】アクイジション・メモリ１３への書き込み
信号５３を、測定条件で定まる期間（図３においては時
点ｔ１からｔ３までの期間）継続する。この期間は、
（ｇ）の同期信号５２の入力された時点ｔ_re１の後、
（ｂ）のサンプリング・クロック２の数がプリセット値
（図３では３ケ）に達する時点ｔ３迄続く。（ｂ）のサ
ンプリング・クロック２のカウントが時点ｔ３において
終了すると（ｈ）の書き込み信号５３の出力を停止し、
アクイジション・メモリ１３への縦軸データ書き込みを
禁止し、読み出し可能状態とする。

【０１０３】時間差測定時間若しくはアクイジション・
メモリ１３への書き込み期間の何れか長い方の期間（図
３ではＴ_m1）が終了する時点ｔ４になると、タイムベー
ス１５はマイクロプロセッサ３１にデータ収録の終了を
指示し、クロック・カウンタ１７と時間加算器２０にホ
ールド信号５４を出力（“Ｌ”から“Ｈ”に）する。そ
こで時間加算器２０は、ホールド信号５１を出力
（“Ｌ”から“Ｈ”に）する。

【０１０４】タイムベース１５よりホールド信号５１を
入力された同期回路１４は、ラッチ状態をリセットして
（ｇ）の同期信号５２の出力を停止する。一方でホール
ド信号５１によりトリガ３を受け付けない（ｉ）のホー
ルド状態ＨＯＣを維持する。

【０１０５】タイムベース１５よりホールド信号５４を
入力されたクロック・カウンタ１７はサンプリング・ク
ロック２の計数を開始し、マイクロプロセッサ３１によ
り前もって定められた数値Ｎ（図３ではＮ＝４）に達す
ると、タイムベース１５に（ｄ）のカウント・エンド５
５を時点ｔ８において出力する。

【０１０６】数値Ｎは、Ｔ₁＝Ｎ×Ｔ_C＝Ｔ_C×Ceiling［（Ｔ_m2＋Ｔ_K）／Ｔ
_C］を満足する整数であり、Ｔ_m2は、アクイジション・メモ
リ１３の有効データを波形メモリ３２に転送するに要す
る時間である。転送はプロセッサ・クロック周期Ｔ_Kで
行われる。このカウント・エンド５５は、図１４のデー
タ・トランスファの期間Ｔ_m2におけるマイクロプロセッ
サが発するデータ転送終了信号に相当するが、図３にお
いてはサンプリング・クロック２に同期し、ホールド信
号５４の発生から一定時間（Ｔ₁）経過して発生する点
で異なる。

【０１０７】タイムベース１５よりデータ収録の終了信
号を受信したマイクロプロセッサ３１は、データ・トラ
ンスファの期間（図３のＴ_m2）において、アクイジショ
ン・メモリ１３に蓄えられたＹ軸情報を、時間差Ｔ_Sｎ
−１の情報と、更にメモリ番地とサンプリング・クロッ
ク２の周期Ｔ_Cから割り出される時間情報をＸ軸として
組み合わせ、波形メモリ３２にＸＹデータとして転送す
る。

【０１０８】期間Ｔ₁内のデータ・トランスファの期間
Ｔ_m2の位置は、（ｂ）のサンプリング・クロック２と
（ｃ）のプロセッサ・クロック４が同期関係に無い場合
には特定することはできないが、（ｅ）のホールド信号
５４の発生（時点ｔ４）とその直後のプロセッサ・クロ
ック４との時間差がプロセッサ・クロック周期Ｔ_K内の
如何なる値であろうとも、データ・トランスファの期間
Ｔ_m2はＴ₁＝Ｎ×Ｔ_Cの間に終了する。

【０１０９】なお、図３は、マイクロプロセッサ３１が
サンプリング・クロック２（周期Ｔ_C）とは独立した
（ｃ）のプロセッサ・クロック４（周期Ｔ_K）で動作す
る場合を示している。この２つのメモリ間の転送を速く
するために、専属のＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロ
セッサ）をサンプリング・クロック２で動作させてもよ
い。

【０１１０】カウント・エンド５５を受けたタイムベー
ス１５は、（ｂ）の時点ｔ８で直ちにアクイジション・
メモリ１３に再び書き込み信号５３を出力し、（ａ）の
時点ｔ_re２に印加されるトリガ３よりも前のデータを収
録するプリトリガ・アクイジション・プロセスに入る。
このプリトリガ・アクイジション・プロセスにおいて、
カウント開始の時点ｔ９からカウント数×Ｔ_C （図３で
はカウント数＝１）を越えて所定の期間Ｔ_m3が経過する
と、時点ｔ_re２のプリトリガで測定すべき期間を越え
て、プリトリガによるデータの収録数が確保される。

【０１１１】そこでタイムベース１５はホールド信号５
４の出力を停止し、若干の遅延時間Ｔ_dを経過して
（ｉ）のホールドオフ状態ＨＯＦ２へ移行する。タイム
ベース１５からアクイジション・メモリ１３への（ｈ）
の書き込み信号５３の出力は継続され、データの収録は
ホールドオフ状態ＨＯＦ２へ移行した後も継続される。
すなわち、（ｈ）の書き込み信号５３が“Ｈ”となる時
点ｔ８以後は（ｂ）のサンプリング・クロック２によっ
てアクイジション・メモリ１３へのデータの収録は続け
られる。

【０１１２】（ｅ）のホールド信号５４が“Ｈ”から
“Ｌ”になったときそれを受けた時間加算器２０は、マ
イクロプロセッサ３１から送られる時間差Ｔ_Sｎ−１の
情報を基に、サンプリング・クロック周期Ｔ_Cと測定し
た時間差Ｔ_Sｎ−１の差分に比例する時間Ｔ_d後に
（ｆ）のホールド信号５１の出力を停止し時点ｔ_ho２に
おいてホールド信号５１が“Ｈ”から“Ｌ”に移行す
る。ここに、Ｔ_d＝Ｔ_C−Ｔ_Sｎ−１＋Ｔ_co （１２）

【０１１３】時点ｔ_re１のトリガ３の発生時刻とホール
ド信号５１の発生時刻の時間差Ｔ₂を求めると、Ｔ₂＝Ｔ_Sｎ−１＋Ｔ_m1＋Ｔ₁＋Ｔ_m3＋Ｔ_d （１３）すなわち、Ｔ₂＝Ｔ_m1＋Ｔ₁＋Ｔ_m3＋Ｔ_C＋Ｔ_co （１４）となり、Ｔ_Sｎ−１の値に拘らずリファレンス・トリガ
の発生時点ｔ_re１から一定の期間Ｔ₂を経て時点ｔ_ho２
においてホールドオフ状態ＨＯＦ２へ移行する。この移
転が、図２（ｂ）の太い垂線のホールドポジションＨ２
である。すなわち、Ｔ₂ は、時間差Ｔ_Sの影響を受けな
いから、一定の期間となる。

【０１１４】式（１３）から、Ｔ₂ −Ｔ_d＝Ｔ_Sｎ−１＋Ｔ_m1＋Ｔ₁＋Ｔ_m3 （１５）であり、（ｅ）のホールド信号５４が、時点ｔ_re１のト
リガ３から、Ｔ₂ −Ｔ_dの後に“Ｈ”から“Ｌ”に遷移
するのは、次の時点ｔ_re２のトリガ３を受け入れる準備
をするためである。準備信号となるホールド信号５４に
よって、式（１２）で算出された遅延時間Ｔ_dを加え
て、時点ｔ_ho２において、次の時点ｔ_re２のトリガ３を
受け入れるためのホールドオフ状態ＨＯＦ２に入る。こ
の遅延時間Ｔ_dは、式（１３）および式（１４）の示す
ように、変動要素の時間差Ｔ_Sｎ−１を除去して一定の
ホールド期間Ｔ₂ を得るように作用している。

【０１１５】期間Ｔ_m3の終了時点から遅延時間Ｔ_dだけ
遅れて、すなわちホールドオフ状態ＨＯＦ２の前縁であ
る時点ｔ_ho２において、図３（ｆ）のホールド信号５１
が“Ｈ”から“Ｌ”に変化すると、同期回路１４は、ト
リガ３の受け入れ禁止から受け入れ状態となり、ホール
ドオフ状態ＨＯＦ２の最初に入力する時点ｔ_re２のトリ
ガ３を時間差測定のリファレンス用のトリガとし、再び
時間差測定のプロセスに入る。

【０１１６】一方、時点ｔ_re２のトリガ３に始まるデー
タ収録のプロセスは、時点ｔ_re１のトリガ３で述べたの
と同様に継続され、時点ｔ１２のデータがプリトリガ・
アクイジション・プロセスの有効データとして、また時
点ｔ１３以後のデータがポストトリガ・アクイジション
・プロセスの有効データとして収録される。

【０１１７】このデータ収録プロセスは、時間分解能と
測定タイム・ウインドウ（測定時間の範囲）から定まる
波形メモリ３２の全アドレスに波形データが蓄えられる
まで繰り返される。全アドレスにデータが書き込まれる
と、マイクロプロセッサ３１は割り込み処理を行い、波
形メモリ３２の波形データをそのまま、あるいは各種演
算を施してディスプレイ３３に出力し、所望する波形あ
るいはデータを表示する。

【０１１８】ここで、測定する時間差Ｔ_S ｉ（図３では
ｉ＝ｎ−１またはｎ）は常にサンプリング・クロック２
の周期Ｔ_C内の値である。時点ｔ_re１あるいはｔ_re２の
トリガ３の時点ｔ１やｔ１３のクロック２の入力直後以
外のサンプリング・クロック２でサンプリングする被測
定信号と時点ｔ_re１および時点ｔ_re２のトリガ３との時
間差は、サンプリング・クロック周期Ｔ_Cの整数倍を加
算あるいは減算することで得ることができる。

【０１１９】

【実施例】以上、本発明の実施の形態の構成と動作を説
明した。ここにおいて、プロセッサ・クロック４として
サンプリング・クロック２が用いられると、データ・ト
ランスファの期間Ｔ_m2はサンプリング・クロック２に同
期して開始され、かつ、サンプリング・クロック２に同
期して終了するので、期間Ｔ₂は一定値に保たれる。こ
の時、クロック・カウンタ１７は不要である。図３の
（ｂ）と（ｃ）を同一位置に描けばこのことは明白であ
り、その場合Ｔ₁＝Ｔ_m2＝Ｔ_Cとなる。

【０１２０】図４および図５は、時間加算器２０をアナ
ログ回路で構成した具体例およびその動作を説明するタ
イムチャートである。２０１はＤ／Ａ変換器、２０２は
ＥＣＬゲート、２０３は定電流源、２０４はキャパシ
タ、２０５はコンパレータである。Ｄ／Ａ変換器２０１
には測定された時間差Ｔ_Sｉ（ｉ＝ｎ−１，ｎなど）の
補数データ２０９が入力され、その出力端子はコンパレ
ータ２０５の逆相端子へ、ＥＣＬゲート２０２の出力端
子はコンパレータ２０５の正相端子へ接続されており、
ＥＣＬゲート２０２の出力が“Ｈ”レベルの時、コンパ
レータ２０５の出力であるホールド信号５１は“Ｈ”レ
ベルである。

【０１２１】図５（ａ）の時点ｔ_re１のトリガ３が同期
回路１４に入力され、その後（ｂ）のクロック２との時
間差Ｔ_Sｎ−１の測定が終了する。そこで、タイムベー
ス１５は（ｃ）のホールド信号５４を発生させ、同時に
Ｔ_Sｎ−１情報をマイクロプロセッサ３１に送る。マイ
クロプロセッサ３１は直ちに（Ｔ_C−Ｔ_Sｎ−１）を求
め、Ｄ／Ａ変換器２０１に補数データ２０９としてロー
ドする。

【０１２２】図５（ｄ）のＤ／Ａ変換器２０１の出力を
示す破線の太い部分の左端は、（ｂ）の時点ｔ３３のサ
ンプリング・クロック２によって（ｃ）のホールド信号
５４が“Ｌ”から“Ｈ”になったとき新たに（Ｔ_C−Ｔ
_Sｎ−１）のデータが入り、Ｄ／Ａ変換器２０１の出力
が変化したことを示す。Ｄ／Ａ変換器２０１は補数デー
タ２０９の入力が０の時Ｖ３＝−１Ｖを、補数データ２
０９の入力がＴ_Cの時Ｖ４＝−１．６Ｖを発生するよう
設定されていると仮定する。

【０１２３】図５（ｃ）のホールド信号５４が時点ｔ３
３においてＥＣＬゲート２０２に入力されると、その出
力は“Ｈ”レベルに変化する。この変化に際しＥＣＬゲ
ート２０２のエミッタフォロア出力段は導通状態を維持
するので、キャパシタ２０４は低インピーダンスでドラ
イブされ、キャパシタ２０４の端子電圧は直ちにＥＣＬ
ゲート２０２の出力の“Ｈ”レベルであるＶ１＝−０．
８Ｖにチャージアップされる。キャパシタ２０４の端子
電圧がコンパレータ２０５の正相端子に入力されるとコ
ンパレータ２０５は（ｅ）のホールド信号５１（“Ｈ”
レベル）を時点ｔ３３において出力し、同期回路１４を
ホールド状態にするとともに、（ｆ）の同期信号５２を
“Ｈ”から“Ｌ“にする。

【０１２４】その後、波形データのメモリ間転送をし、
クロック・カウンタ１７のカウント・エンドの発生、ブ
リトリガ・アクイジション等の一連のプロセッシングが
時点ｔ３４において終了すると、タイムベース１５は
（ｃ）のホールド信号５４を“Ｌ”レベルとしホールド
オフ状態にする。

【０１２５】この“Ｌ”レベルとなったホールド信号５
４がＥＣＬゲート２０２に入力すると、その出力は
“Ｈ”レベルであるＶ１＝−０．８Ｖから“Ｌ”レベル
であるＶ２＝−１．７Ｖに変化しようとする。しかしゲ
ート２０２の出力端とグランド間に設けられたキャパシ
タ２０４に“Ｈ”レベルに相当する電荷がチャージされ
ているため、ＥＣＬゲート２０２の出力段のエミッタフ
ォロアは逆バイアスされてオフ状態となる。この結果、
キャパシタ２０４に蓄えられた電荷は定電流源２０３に
より一定の電流でディスチャージされて傾斜波を発生す
る。

【０１２６】図５（ｄ）の太線はこの傾斜波を示す。こ
の傾斜波の傾斜を設定するにあたっては、Ｄ／Ａ変換器
２０１の出力差分Ｖ３−Ｖ４＝０．６Ｖが期間Ｔ_Cに相
当するよう、Ｉ×Ｔ_C／Ｃ＝０．６Ｖを満足するように
定電流源２０３の電流Ｉとキャパシタ２０４の容量Ｃの
比を定めればよい。

【０１２７】時点ｔ３４の（ｃ）のホールド信号５４の
“Ｈ”から“Ｌ”への遷移に伴い傾斜波がスタートし、
コンパレータ２０５の逆相端子入力レベルを時点ｔ_ho２
においてよぎると、コンパレータ２０５は（ｅ）のホー
ルド信号５１を“Ｈ”から“Ｌ”レベルにスイッチし、
ホールドオフ状態を発生する。時点ｔ３４から時点ｔ_ho
２に至る時間Ｔ_dは、Ｔ_d＝Ｔ_C−Ｔ_Sｎ−１＋Ｔ_C／３である。

【０１２８】ここで、この式の最終項のＴ_C／３は、式
（１２）の一定期間Ｔ_coであり、式１２を満足してい
る。また、Ｖ１−Ｖ３＝（Ｖ３−Ｖ４）／３であり、Ｖ
３−Ｖ４はサンプリング・クロック周期Ｔ_Cに対応して
いるから、Ｖ１−Ｖ３はＴ_C／３に対応している。

【０１２９】その後、（ｄ）の傾斜波のレベルがＥＣＬ
ゲート２０２Ｑの“Ｌ”レベルＶ２＝−１．７Ｖに達す
ると、ＥＣＬゲート２０２のエミッタフォロアが導通し
て、定電流源２０３の定電流はＥＣＬゲート２０２から
供給されるので、コンパレータ２０５の正相端子入力レ
ベルはＶ２＝−１．７Ｖを保つ。

【０１３０】（ｅ）のホールド信号５１が時点ｔ_ho２に
おいて“Ｈ”から“Ｌ”に転ずると、ホールドオフ状態
ＨＯＦ２に入り、同期回路１４のホールド状態ＨＯＣが
解除されると（図３（ｉ））、図５（ａ）の時点ｔ_re２
のトリガ３が入力され、再び（ｆ）の同期信号５２が発
生する（“Ｌ”から“Ｈ”になる）。

【０１３１】図６および図７には時間加算器２０の他の
実施例の構成およびタイムチャートが示されている。こ
れはデジタル素子で構成されている。クロック２３０は
サンプリング・クロック２より更に周波数の高いクロッ
クである。サンプリング・クロック２はクロック２３
０を分周器２３１によりＮ（通常２のべき乗）分周した
出力が用いられる。またサンプリング・クロック２が源
発振器の時には（図示しないが）Ｎ逓倍出力がクロック
２３０として用いられる。

【０１３２】カウンタ２３２はプリセッタブル機能を持
ち、クロック２３０をクロック端子ＣＫに受けてカウン
トする高速カウンタである。Ｄフリップフロップ２３３
はホールド信号５４をリセット端子Ｒに受けてリセット
するリセット機能を持つ。図７に動作を説明するタイム
チャートを示す。ここでは図示の都合上、クロック２３
０の周波数がサンプリング・クロック２の６倍（Ｎ＝
６）となっている。

【０１３３】図７（ａ）の時点ｔ_re１のトリガ３が入力
されると、直後に入力する同図（ｂ）のサンプリング・
クロック２との時間差Ｔ_Sｎ−１（図７では３／６×Ｔ
_C）が測定される。時点ｔ_re１のトリガ３をリファレン
ス・トリガとして測定した時間差Ｔ_Sｎ−１の処理と測
定が終了すると、タイムベース１５は（ｂ）の時点３３
のサンプリング・クロック２で（ｆ）のホールド信号５
４を“Ｌ”から“Ｈ”とする。

【０１３４】ホールド信号５４がカウンタ２３２のディ
スエイブル端子ＤＩＳに入力されると、カウンタ２３２
は、マイクロプロセッサ３１からの時間差情報Ｔ_Sｎ−
１／Ｔ_C×Ｎをデータ２３９により取り込んで、値（図
７ではＰＲ＝３）をプリセットする。ディスエイブル端
子ＤＩＳに“Ｈ”が入力している時点ｔ３３〜ｔ３４の
間、カウンタ２３２のカウント動作は停止している。

【０１３５】時点ｔ３３のホールド信号５４の“Ｈ”へ
の変化は、Ｄフリップフロップ２３３のリセット端子Ｒ
にも入力され、Ｄフリップフロップ２３３をリセットす
る。この結果Ｄフリップフロップ２３３のノットＱ出力
であるホールド信号５１は“Ｈ”となって同期回路１４
に出力される。（ｇ）のホールド信号５１を入力された
同期回路１４は、同期信号５２を停止（“Ｈ”から
“Ｌ”に）するとともに、（ｇ）のホールド信号５１が
“Ｈ”となることによりホールド状態ＨＯＣ（図３
（ｉ））となる。

【０１３６】マイクロプロセッサ３１を介してのアクイ
ジション・メモリ１３と波形メモリ２３間のデータ転
送、更にプリトリガ・アクイジションが時点３４に終了
すると、ホールド信号５４は“Ｌ”に変化し、カウンタ
２３２は図７（ｃ）のクロック２３０のカウントをプリ
セット値ＰＲ＝３から開始する。またＤフリップフロッ
プ２３３はリセット状態を解除される。

【０１３７】カウンタ２３２のカウント値がＮ（図７
（ｃ）では６）になると、カウンタ２３２はキャリィ信
号ＣＲＹを発し、次のクロック２３０の入力で計数を１
とする。以降、カウンタ２３２はクロック２３０をＮ個
数える度に（ｅ）のキャリィ信号ＣＲＹを発する。

【０１３８】Ｄフリップフロップ２３３は、そのクロッ
ク端子ＣＫに入力される時点３４の後の最初のキャリィ
信号で、時点ｔ_ho２において、その反転出力であるノッ
トＱを“Ｈ”から“Ｌ”に変化させ、その後のキャリィ
信号入力では出力状態を変化させない。この結果Ｄフリ
ップフロップ２３３のノットＱ出力であるホールド信号
５１は、時点ｔ３４の後Ｔ_C −Ｔ_Sｎ−１（図７では６
−３＝３）の時点ｔ_ho２に“Ｈ”から“Ｌ”に変化して
ホールドオフ状態ＨＯＦ２（図３（ｉ））に転換するの
で、式（１２）を満たす。

【０１３９】以上アナログ型（図４，図５）とデジタル
型（図６，図７）の時間加算器２０の構成例を述べた。
ランダム・サンプリングの時間分解能を１０ｐｓとした
時、デジタル型の時間加算器２０のみで構成するには１
００ＧＨｚで動作するカウンタ２３２が必要となる。一
方サンプリング・クロック２を１００ＭＨｚとし、先に
述べたＥＣＬゲート２０２を用いたアナログ型の時間加
算器２０のみで構成すると、６００ｍＶ間を１０００分
割した０．６ｍＶの分解能が要求される。

【０１４０】現在の技術では、デジタル型の高速カウン
タの実現、あるいはアナログ型の分解能（ジッタとなっ
て現れる）の実現は難しいから、カウント周波数および
分解能に応じて使い分けるように、２つの構成を組み合
わせることが好ましい。

【０１４１】図８には、図２５および図２６に対応する
図１の本発明によるランダム・サンプリングのコンスタ
ント・ホールドオフ型の数値計算結果が示されている。
図２５と計算条件は同じである。すなわち、Ｔ_K＝Ｔ_C
であり、横軸はＴ_Tを、縦軸には各ビンを満たす時間差
データを得るのに必要なデータ収録回数／Ｔ_Cの等分数
＝Ｎ_dとして表わしている。

【０１４２】図８では、Ｎ_dの平均値を平均収録回数Ａ
Ｎ_dとし、ＭＴの平均値を平均収録時間ＡＭＴとする
と、ＡＮ_d＝2.56791、ＡＭＴ＝19.2559 を得ている。
図２６ではディザーがかかっている以外は図８，図２５
と同じ計算条件であるから、これらの数値を対比する。図８ＡＮ_d＝2.56791 ＡＭＴ＝19.2559 図２５ＡＮ_d＝4.86665 ＡＭＴ＝31.1944 図２６ＡＮ_d＝3.85675 ＡＭＴ＝27.603

【０１４３】この結果から明らかなように、ＡＮ_dおよ
びＡＭＴの値は、本発明による図８の場合が小さく、優
れていることがわかる。なお、図２５の場合はＮ_dの値
が１０を越えるトリガ周期Ｔ_Tが大きな範囲で存在す
る。この状態はＴ_Tの値は僅かに（たとえば、１％）変
化させても変わらず、また、計算を打切る回数（図２５
の場合のＮ_d＝１０）を更に大きくしても、Ｎ_dの値が
１０を越える範囲は縮小されないので、波形抜けの現象
が生じている。図８および図２６の場合にもＮ_dの値が
１０程度あるいは１０を越える場合があるが、Ｔ_Tの値
を僅かに変化させれば、Ｎ_dは１０以下の値に変化し、
コヒーレント・サンプリング（Ｔ_KとＴ_Cが特定の関係
になる）に近い状態となってＮ_dの値が増加しているこ
とがわかる。

【０１４４】図８を図２５と比較すると、５．３＜Ｔ_T
＜１０の範囲で、図８を図２６と比較すると、６．３＜
Ｔ_T＜１０の範囲で大略同程度のＮ_dを示している。こ
れは、トリガ周期Ｔ_Tが図３の周期Ｔ₂および図１４の
Ｔ₁₇よりも大きくなり、Ｎ_dはホールドオフ型式の差異
には依存せずに、トリガ周期Ｔ_Tとサンプリング・クロ
ック周期Ｔ_Cで定まるようになっていることがわかる。

【０１４５】図９には、図２７，図２８および図２９に
対応する図１の本発明によるランダム・サンプリングの
コンスタント・ホールドオフ型の数値計算結果が示され
ている。図２７〜図２９と計算条件は同じである。すな
わち、Ｔ_K＝１．２２３×Ｔ_Cであり、横軸はＴ_Tを、
縦軸には各ビンを満たす時間差データを得るのに必要な
データ収録時間／Ｔ_Cの等分数＝ＭＴとして表わしてい
る。

【０１４６】図９ではＡＮ_d＝2.47386 、ＡＭＴ＝23.2
63 を得ている。図２７〜図２９ではディザーがかかっ
ている以外は図９と同じ計算条件であるからこれらの数
値を対比する。図９ＡＮ_d＝2.47386 ＡＭＴ＝23.263 図２７ＡＮ_d＝4.0854 ＡＭＴ＝35.0861 図２８ＡＮ_d＝3.90114 ＡＭＴ＝38.018 図２９ＡＮ_d＝4.09127 ＡＭＴ＝53.8534

【０１４７】この結果から明らかなように、ＡＮ_dおよ
びＡＭＴの値は、図９の場合が小さく、優れていること
がわかる。

【０１４８】ランダム・サンプリングで重要となるの
は、データ収録をＴ_C／時間分解能（＝ビン数）以上の
回数実施し、時間差データが全てのビンを満たした時
に、各ビンの時間差データ数の小さいことである。ラン
ダム・サンプリングのランダム・ホールドオフ（公知例
４）は、ホールドオフがランダム化され時間差測定間隔
がデータ収録毎に変化するため、捉える時間差データも
ランダム化される。この結果各ビンの持つデータ数がば
らつき、データ収録回数の分散が大きくなるので収録回
数が増加し、収録時間も増加する。

【０１４９】一方、本願によるコンスタント・ホールド
オフは、トリガに対し常に一定の割合のづれで時間差デ
ータを収録する。この結果全ての時間差データを採り終
えた時に持つ各ビンの時間差データ数は平均化されてお
り、データ収録回数の分散は小さい。この結果、収録回
数は少なくて済み、収録時間も短い。

【０１５０】図１０および図１１はプロセッサ・クロッ
ク周期Ｔ_Kを変化せしめて、測定する波形の位置を変化
させた時の平均収録時間ＡＭＴ（ＭＴの平均）と平均収
録回数ＡＮ_d（Ｎ_d の平均）を、ランダム・ホールドオ
フ型（公知例４）および本発明のコンスタント・ホール
ドオフ型について求めたグラフである。

【０１５１】図１０は図１４のＴ_ma＝２，図３のＴ_m1＝
２，Ｔ_m2＝Ｔ_K，Ｔ_m3＝１．３で、プロセッサ・クロッ
ク周期をＴ_K＝１，１．２２３および１２．２３と変化
させた場合のＡＭＴとＡＮ_dをプロットしたグラフであ
る。ここで、ＲＨＤ１，ＲＨＤ３，ＲＨＤ９はランダム
・ホールドオフ型（公知例４）におけるディザー量を
１，３，９にしたことを示している。

【０１５２】図１１は図１４のＴ_ma＝２００，図３のＴ
_m1＝２００，Ｔ_m2＝Ｔ_K，Ｔ_m3＝１．３で、プロセッサ
・クロック周期をＴ_K＝１，１．２２３および１２．２
３と変化させた場合のＡＭＴとＡＮ_dをプロットしたグ
ラフである。ここで、ＲＨＤ１，ＲＨＤ３，ＲＨＤ９は
ランダム・ホールドオフ型（公知例４）におけるディザ
ー量を１，３，９にしたことを示している。

【０１５３】図１０のＴ_ma＝Ｔ_m1＝２はポスト・アクイ
ジション期間が短い場合、図１１のＴ_ma＝Ｔ_m1＝２００
はポスト・アクイジション期間が長い場合を、またＴ_m2
＝Ｔ_Kはアクイジション・メモリ１３から波形メモリ３
２への転送時間が短い、すなわち、転送データ数が少な
い場合を意味する。具体的には前者は高速掃引時の狭い
タイム・ウインドウでトリガ・ポイント付近、後者は高
速掃引でトリガ・ポイントより２００クロック周期分遅
れたポイント付近の波形をサンプリングする場合であ
る。

【０１５４】図１０および図１１より本発明のコンスタ
ント・ホールドオフはランダム・ホールドオフ（公知例
４）より波形データ収録のスループットが高いことが次
のａ），ｂ）の理由から結論づけられる。

【０１５５】ａ）波形測定ポイントやシステム構成に
拘らずコンスタント・ホールドオフはランダム・ホール
ドオフより少ないデータ収録回数で波形を捉えることが
でき、２つの方式の平均収録回数ＡＮ_dはＴ_Kあるいは
Ｔ_m1に依らずほぼ一定である。

【０１５６】ｂ）平均収録時間ＡＭＴもコンスタント
・ホールドオフがランダム・ホールドオフより少なく、
２つの方式の平均収録時間ＡＭＴは平均収録回数ＡＮ_d
にほぼ等しい。

【０１５７】コンスタント・ホールドオフはクロック・
カウンタ１７を動作させるため、Ｔ_K＞＞Ｔ_Cのとき１
収録プロセスに要する時間はランダム・ホールドオフよ
り増加する可能性がある。図１２はＴ_ma＝Ｔ_m1＝２，Ｔ
_m2＝Ｔ_K，Ｔ_m3＝１．３でＴ_K＝１，１．２２３，１
２．２３および１２２．３と変化させた時のコンスタン
ト・ホールドオフ（太線）の収録プロセスに要する平均
時間Ｔ_cp（平均収録時間／平均収録回数＝ＡＭＴ／ＡＮ
_d）の平均と、ランダム・ホールドオフとの比較（破
線）を示すグラフである。ここで３種の破線のうち、Ｒ
ＨＤ１，ＲＨＤ３およびＲＨＤ９は、それぞれ、ランダ
ム・ホールドオフのディザー量を１，３および９にした
場合の収録プロセスに要する平均時間Ｔ_cpをコンスタン
ト・ホールドオフのＴ_cpで割った値を示している。

【０１５８】図１２のグラフより、Ｔ_Kが大きくなれば
本発明の１収録プロセスに要する時間Ｔ_cpは増加するこ
とがわかる。また１収録プロセスに要する平均時間の両
方式間の比ＴＲは、Ｔ_Kが大なるとき１以下、すなわ
ち、ランダム・ホールドオフがコンスタント・ホールド
オフより短時間で１収録プロセスを終了する。しかし、
その比であるＴＲは１に極めて近く、波形測定スループ
ットへの影響は同等であることがわかる。

【０１５９】

【発明の効果】本発明によるコンスタント・ホールドオ
フは、サンプリング・クロック信号源のみでハードウェ
アを構成できる特徴を持つ。１信号源構成では、クロス
トークが発生しても多くの場合サンプリング・システム
のオフセット変化にとどまり、調整可能である。これに
対しサンプリング・クロック信号源と、この信号源と
は、独立したランダム信号源を必要とする従来のランダ
ム・ホールドオフは、２つの信号の干渉でインターモジ
ュレーション雑音（歪）を発生し、直ちにシステムのノ
イズやジッタを悪化させる。本発明の１信号源の場合に
は、一定のオフセットが存在するのみである。それに対
して従来例では、２つの信号源の位相差が時間的に変化
することにより、オフセット変化を呈し雑音となる。

【０１６０】とくに、高速、広帯域（たとえば、サンプ
ル・レートが数１００ＭＨｚ、帯域が数１０ＧＨｚ）の
ランダム・サンプリングでは、ハードウェア構成を高速
ＩＣで行わざるを得ず、シールドを含むクロストーク対
策は困難なため、１つの信号源ですむ本発明によるシス
テム構成は多大の効果を生む。

【０１６１】ダイレクト・ホールドオフは、波形抜け現
象の発生が顕著であるから、その発生の無い本発明のコ
ンスタント・ホールドオフとの対比はあまり意味がな
い。従来のランダム・ホールドオフ（公知例４）は波形
抜け現象を十分に小さくしようとするとディザー量が小
さい場合（図２６）には、まだ波形抜けが若干生じてい
る。それを無くするにはディザー量を大きくしなければ
ならない。もし、ディザー量を小さくして０に近づける
ならば、ダイレクト・ホールドオフに近づくのであるか
ら当然のことと言えよう。

【０１６２】しかし、ランダム・ホールドオフにおい
て、波形抜けを防止しようとすると、ディザー量を大き
くしなければならず、必然的にクロストークの発生が問
題となる。本発明のコンスタント・ホールドオフはクロ
ストークの問題は無く、短時間に少ないサンプル数で
（図１０，図１１）測定することが可能である。

【０１６３】したがって、本発明の効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す回路構成図である。

【図２】図１の構成の動作原理を説明するためのタイム
・チャートである。

【図３】図１の構成における波形データ収録のプロセス
を説明するタイム・チャートである。

【図４】図１の構成要素である時間加算器をアナログ回
路で形成した場合の回路図である。

【図５】図４の回路の動作を説明するためのタイム・チ
ャートである。

【図６】図１の構成要素である時間加算器をデジタル回
路で形成した場合の回路図である。

【図７】図６の回路の動作を説明するためのタイム・チ
ャートである。

【図８】図１の構成により信号波形を収録するために必
要なサンプル測定回数のトリガ周期に対する変化を示す
測定回数図である。

【図９】図１の構成により信号波形を収録するために必
要なサンプル測定時間のトリガ周期に対する変化を示す
測定時間図である。

【図１０】信号波形を収録するために必要なサンプル測
定時間の平均値とサンプル測定回数の平均値のマイクロ
プロセッサ・クロック周期に対する変化の本発明と従来
例との対比を示す対比図である。

【図１１】信号波形を収録するために必要なサンプル測
定時間の平均値とサンプル測定回数の平均値のマイクロ
プロセッサ・クロック周期に対する変化の他の条件によ
る本発明と従来例との対比を示す対比図である。

【図１２】本発明により信号波形を収録するのに要する
平均収録プロセス時間のマイクロプロセッサ・クロック
周期に対する変化と、従来例との比較を示す収録プロセ
ス時間対比図である。

【図１３】ダイレクト・ホールドオフのデジタル・オシ
ロスコープの回路構成図である。

【図１４】図１３の構成による波形データ収録のプロセ
スを示すタイム・チャートである。

【図１５】従来例を説明するための入力信号波形図であ
る。

【図１６】従来のダイレクト・ホールドオフによるオシ
ロスコープの図１５の入力信号波形に対する出力信号波
形図である。

【図１７】従来のダイレクト・ホールドオフによるオシ
ロスコープの異なる動作条件による図１５の入力信号波
形に対する出力信号波形図である。

【図１８】従来のランダム・ホールドオフによるオシロ
スコープの図１５の入力信号波形に対する出力信号波形
図である。

【図１９】ダイレクト・ホールドオフによるオシロスコ
ープの波形抜け現象を説明するためのタイム・チャート
である。

【図２０】ダイレクト・ホールドオフによるオシロスコ
ープの波形抜け現象において、全く測定されない領域が
発生する原因を説明するためのタイム・チャートであ
る。

【図２１】従来例による全く測定されない領域の発生を
示すための入力信号波形図である。

【図２２】図２１の入力信号に対する全く測定されない
領域を発生した出力信号波形図である。

【図２３】従来例による全く測定されない領域の発生を
示すための他の入力信号波形図である。

【図２４】図２３の入力信号に対する全く測定されない
領域を発生した出力信号波形図である。

【図２５】従来のダイレクト・ホールドオフによるオシ
ロスコープの図８の本発明に対応する測定回数図であ
る。

【図２６】従来のランダム・ホールドオフによるオシロ
スコープの図８の本発明に対応する測定回数図である。

【図２７】従来のランダム・ホールドオフによるオシロ
スコープの図９の本発明に対応する測定時間図である。

【図２８】従来のランダム・ホールドオフによるオシロ
スコープの図９の本発明に対応するディザー量を大きく
した場合の測定時間図である。

【図２９】従来のランダム・ホールドオフによるオシロ
スコープの図９の本発明に対応するディザー量をさらに
大きくした場合の測定時間図である。

【図３０】プリトリガ・アクイジション・プロセスとポ
ストトリガアクイジション・プロセスの動作を示すタイ
ム・チャートである。

【符号の説明】

１被測定信号２サンプリング・クロック３トリガ４プロセッサ・クロック１１サンプラ１２Ａ／Ｄ変換器１３アクイジション・メモリ１４同期回路１５，１５Ｂタイムベース１７クロック計数回路２０時間加算器３１マイクロプロセッサ３２波形メモリ３３ディスプレイ５１ホールド信号５２同期信号５３書き込み信号５４ホールド信号５５カウント・エンド２０１Ｄ／Ａ変換器２０２ＥＣＬゲート２０３定電流源２０４キャパシタ２０５コンパータ２０９補数データ２３０クロック２３１分周器２３２カウンタ２３３Ｄフリップフロップ２３９データＡ１振幅ＡＭＴ平均収録時間ＡＮ_d 平均収録回数Ｄ１〜Ｄ６データＨ１ホールドオフ・ポジションＨＯ，ＨＯＣ，ＨＯＨ，ＨＯＬホールド状態ＨＯＦホールドオフ状態ＬレベルＭＴ測定データを得るために要した時間／Ｔ_Cの等分
数Ｎ_d データ収録回数／Ｔ_Cの等分数ＰＲプリセット値Ｒ測定領域ＳＷのこぎり波Ｔ₁〜Ｔ₂₁ 期間Ｔ_C サンプリング・クロック周期Ｔ_co 一定期間Ｔ_cp コンスタント・ホールドオフの収録プロセスに要
する平均時間Ｔ_d 遅延時間Ｔ_K プロセッサ・クロック周期Ｔ_m2 データ・トランスファの期間Ｔ_m3 期間Ｔ_S 時間差Ｔ_SI 被測定信号周期Ｔ_T トリガ周期ＴＲ収録プロセスに要する平均時間のランダム・ホー
ルドオフとコンスタント・ホールドオフの比ｔ１〜ｔ３７，ｔ_ho，ｔ_re 時点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプリング・クロック（２）で入力信
号の瞬時値をサンプリングして所定の収録期間にわたり
蓄積して出力するためのサンプリング処理（１１，１
２，１３，３２）をし、同期信号（５２）を受けて（ｔ_re１）、所定の期間（Ｔ
₂−Ｔ_d）後に前記入力信号に同期したトリガ（３）を
受け入れる準備信号（５４）を出力し、前記同期信号
（５２）とその直後（ｔ１）の前記サンプリング・クロ
ック（２）との時間差（Ｔ_S）を測定するタイムベース
処理（１５）をし、前記時間差（Ｔ_S）と前記準備信号（５４）と周期Ｔ_C
の前記サンプリング・クロック（２）とを受けて前記準
備信号（５４）の終了から前記トリガ（３）を受つけな
いホールド期間（Ｔ₂）の終了（ｔ_ho２）および一定期
間（Ｔ_co）とから、遅延時間Ｔ_d Ｔ_d＝Ｔ_C−Ｔ_S＋Ｔ_co を求めて、前記所定の期間（Ｔ₂−Ｔ_d）に加えて、前
記ホールド期間（Ｔ₂）を求めて、前記同期信号（５
２）の印加を受けたとき（ｔ_re１）から前記一定のホー
ルド期間（Ｔ₂）後（ｔ_ho２）にトリガ（３）の受け入
れを拒否していたホールド信号（５１）を終了せしめる
ホールドオフ処理（１７，２０）をし、前記ホールド信号（５１）の終了（ｔ_ho２）を受けてホ
ールドオフ状態に（ＨＯＦ）入った直後（ｔ_re２）に印
加された前記トリガ（３）により前記同期信号（５２）
を出力する同期処理（１４）をするランダム・サンプリ
ングのホールドオフ方法。
【請求項２】前記ホールドオフ処理（１７，２０）
が、前記準備信号（５４）により傾斜波（２０２Ｑ）を発生
し、前記傾斜波（２０２Ｑ）と前記時間差（Ｔ_S）に対
応したレベル（２０１）とを比較し（２０５）て、前記
傾斜波（２０２Ｑ）と前記時間差（Ｔ_S）に対応したレ
ベルとが等しくなったときに（ｔ_ho）前記ホールドオフ
状態（ＨＯＦ）を示すホールド信号（５１）を得るよう
にしている請求項１のランダム・サンプリングのホール
ドオフ方法。
【請求項３】前記ホールドオフ処理（１７，２０）
が、前記時間差（Ｔ_S）に対応した値をプリセットし（ＰＲ
＝３）、前記準備信号（５４）により前記プリセットし
た値（ＰＲ＝３）から前記サンプリング・クロック
（２）の整数倍のくり返し周波数のカウンタ用クロック
（２３０）をカウントアップして所定数になった時（ｔ
_ho）に前記ホールドオフ状態（ＨＯＦ）を示すホールド
信号（５１）を得るようにしている請求項１のランダム
・サンプリングのホールドオフ方法。
【請求項４】前記サンプリング処理（１１，１２，１
３，３２）が、前記入力信号の瞬時値を前記所定の収録期間にわたり第
１のメモリ（１３）に収録蓄積し、前記時間差（Ｔ_S）
にもとづく収納すべきアドレスに前記第１メモリ（１
３）の内容を転送して前記入力信号をサンプルした波形
を第２のメモリ（３２）に蓄積するようにした請求項１
のランダム・サンプリングのホールドオフ方法。
【請求項５】サンプリング・クロック（２）で入力信
号の瞬時値をサンプリングして所定の収録期間にわたり
蓄積して出力するためのサンプリング手段（１１，１
２，１３，３２）と、同期信号（５２）を受けて（ｔ_re１）、所定の期間（Ｔ
₂−Ｔ_d）後に前記入力信号に同期したトリガ（３）を
受け入れる準備信号（５４）を出力し、前記同期信号
（５２）とその直後（ｔ１）の前記サンプリング・クロ
ック（２）との時間差（Ｔ_S）を測定するタイムベース
手段（１５）と、前記時間差（Ｔ_S）と前記準備信号（５４）と周期Ｔ_C
の前記サンプリング・クロック（２）とを受けて前記準
備信号（５４）の終了から前記トリガ（３）を受つけな
いホールド期間（Ｔ₂）の終了（ｔ_ho２）および一定期
間（Ｔ_co）とから、遅延時間Ｔ_d Ｔ_d＝Ｔ_C−Ｔ_S＋Ｔ_co を求めて、前記所定の期間（Ｔ₂−Ｔ_d）に加えて、前
記ホールド期間（Ｔ₂）を求めて、前記同期信号（５
２）の印加を受けたとき（ｔ_re１）から前記一定のホー
ルド期間（Ｔ₂）後（ｔ_ho２）にトリガ（３）の受け入
れを拒否していたホールド信号（５１）を終了せしめる
ホールドオフ手段（１７，２０）と、前記ホールド信号（５１）の終了（ｔ_ho２）を受けてホ
ールドオフ状態に（ＨＯＦ）入った直後（ｔ_re２）に印
加された前記トリガ（３）により前記同期信号（５２）
を出力する同期手段（１４）とを含むランダム・サンプ
リングのホールドオフ回路。
【請求項６】前記ホールドオフ手段（１７，２０）
が、前記準備信号（５４）により傾斜波（２０２Ｑ）を発生
し、前記傾斜波（２０２Ｑ）と前記時間差（Ｔ_S）に対
応したレベル（２０１）とを比較し（２０５）て、前記
傾斜波（２０２Ｑ）と前記時間差（Ｔ_S）に対応したレ
ベルとが等しくなったときに（ｔ_ho）前記ホールドオフ
状態（ＨＯＦ）を示すホールド信号（５１）を得るよう
に動作する請求項５のランダム・サンプリングのホール
ドオフ回路。
【請求項７】前記ホールドオフ手段（１７，２０）
が、前記時間差（Ｔ_S）に対応した値をプリセットし（ＰＲ
＝３）、前記準備信号（５４）により前記プリセットし
た値（ＰＲ＝３）から前記サンプリング・クロック
（２）の整数倍のくり返し周波数のカウンタ用クロック
（２３０）をカウントアップして所定数になった時（ｔ
_ho）に前記ホールドオフ状態（ＨＯＦ）を示すホールド
信号（５１）を得るようにしている請求項５のランダム
・サンプリングのホールドオフ回路。
【請求項８】前記サンプリング手段（１１，１２，１
３，３２）が、前記入力信号の瞬時値を前記所定の収録期間にわたり収
録蓄積する第１のメモリ手段（１３）と、前記時間差（Ｔ_S）にもとづく収納すべきアドレスに前
記第１メモリ手段（１３）の内容を転送して前記入力信
号をサンプルした波形を蓄積するための第２のメモリ手
段（３２）とを含んでいる請求項５のランダム・サンプ
リングのホールドオフ回路。