JPS6189559A - アンチエイリアシング・フイルタ回路 - 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、デジタルオシロスコープ等［用１．−ｈテ好
適のアンチエイリアシング・フィルタ回路、特に測定器
例えばオシロスコープの設定掃引速度に応じて作動する
アンチエイリアシング・フィルタ回路に関する。

（従来技術とその問題点） デジタルオシロスコープにおいては、入力信号が多くの
異なる点でサンプリングされ、これらの点を表わすデジ
タル値がランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）　ＩＣ記憶
すれる。その後、オシロスコープの陰極線管（ＣＲＴ）
に記憶波形を表示するため、メモリの内容が読出される
。

どんなサンプリング速度においても、元のアナログ情報
の一部が失われる可能性がある。しかも、サンプリング
速度は、オシロスコープにおいて利用できる最大の記憶
容量によって幾分制限される。

特に遅い掃引速度において、各サンプルが時間的に互い
に離れすぎオシロスコープのＣＲＴ管面上に表示される
波形情報が正確さを欠く場合がある。

即ち、入力信号情報の周波数がす／ブリング周波数の半
分に等しいナイキスト周波数よシ高ければ、実際の入力
信号とは全く異なる波形が表示されることがめる。この
ような歪は、エイリアシング（ａｌｌａｓｉｎｇ）とし
て知られている。

エイリアシングは、サンプリング周波数の１／２より高
い周波数金除去するように入力信号の帯域を制限するこ
とにより回避することができる。しかし、この方法は、
オシロス；−ゾの有効な周波数範囲を制限し、或いは多
くのアナログフィルタ・デバイスを必要とする。

したがって、本発明の目的は、デジタルオシロスコープ
等に適する改良されたアンチエイリアシング・フィルタ
回路を提供することにある・本発明の他の目的は、最少
限の部品を用いるアンチエイリアシング・フィルタ回路
を提供することにある。

本発明の他の目的は、最も正確な波形表示が行なえるよ
う制御可能なアンチエイリアシング・フィルタ回路を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 不発Ｆ！Ａは、アナログ信号をデジタル化手段（ＡＤＣ
）によりデジタル信号に変換しメモリに記憶するデジタ
ル測定器において、 アナログ信号を受けるタップ付アナログ遅延デバイスを
有し上記タップの信号の加算出力全上記デジタル化手段
に供給するトランスバーサルフィルタを設け、 上記デジタル化手段の設定デジタル化（サンプリング）
周波数に応じて上記トランスバーサルフィルタのパラメ
ータを選択することによｐ、上記デジタル化周波数の半
分よシ低い周波数のみ全通過させるようにした。

（作　用） 本発明の好適実施例では、速い掃引速匹に対しては、複
数のアナログフィルタを別個に選択し各フィルタにより
ナイキスト周波数より高い周波数を除去する。遅い掃引
速度に対して、７′ジタルトランスパ一サルフイルタ部
ち有限インパルス応答フィルタを用いオシロスコープの
掃引速度に応じてこのフィルタの通過帯域を制御するこ
とにより、ナイキスト周波数より高い周波数を火質的に
除去する。デジタルトランスバーサルフィルタがオシロ
スコープの２倍の帯域偏で動作するならば、１個のデジ
タルトランスバーサルフィルタ及びその入力デバイスと
しての１個のアナログフィルタを用いればよい。

（実施例） 第１図は、デジタルオシロスコープに用いた本発明の実
施例を示すブロック図である。同図において、デジタル
オシロスコーグは減衰器（６）に接続された信号入力端
子α（ｌ有し、減衰器（６）の出力は複数のスイッチ（
Ｚ４ｍ）〜（１４ｄ）に供給される。スイッチ（１４０
〜（１４ｄ）は、掃引速度スイッチα→の一部全構成す
る。これらのスイッチは、減衰された入力信号をローフ
４スアナログフイルタぐη〜曽に選択的に供給する。こ
れらのフィルタの周波数通過帯域は順次低くなっており
、各フィルタの上側カットオフ周波数は直前のそれの半
分である。即ち、フィルタａηの通過帯域の上限周波数
は約１００１！ｆＨｚ。

フィルタ（ＩＩの上限周波数は約５０　ＭＨｚ、フィル
タ（６）の上限周波数は約２５　ＭＨｚ、フィルタ（イ
）の上限周波数は約１２！５ＭＨｚである。フィルタａ
η〜（２）はスイッチ（１４ａ）（１４ｇ）によって第
１サンプルホールド（Ｓ／）（）回路（ハ）に選択的に
接続される。Ｓ／）１回路（ハ）の出力は、選択スイッ
チ（１４ｎ）の上側接点を介してアナログ・デジタル変
換器（ＡＤＣ）即ちデジタル化手段（２）に供給される
。スイッチ（１４・）＝（１４ｇ）及びスイッチ（１４
ｎ）も、掃引速度選択スイッチα４の一部を構成する。

ローパスフィルタ翰の出力は、第２３／）１回路（７）
に供給される。Ｓ／Ｈ回路（ト）の出力は、デジタルト
ランスバーサルフィルタ（３才へ供給される。デジタｋ
　）　？ンスパーサルフィルタＧ■は、後述する如くそ
の周波数通過帯域を制御しつるものである。デジタルト
ランスバーサルフィルタ０つの出力（ロ）も、上述のス
イッチ（１４ｎ）に供給される。スイッチ（１４ｎ）は
、Ｓ／Ｈ回路（ハ）の出力又はデジタルトランスバーサ
ルフィルタ０■の出力のいずれが全選択し、デジタル化
手段に）へ送出するものである。

デジタル化手段（ハ）の出力はＲＡＭ　ＱＯに送られ、
ＳＡ回路（ハ）又はフィルタ０２の出力のサンプルに対
応する出力デジタル値がここに記憶される。このサンプ
ルは読出され、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）（
ロ）によってアナログ値に変換された後、ＣＲＴ■の偏
向手段Ｈに供給される。かようなデジタルストレージオ
シロスコープの動作は周知であるから、詳細説明は省略
する。

西業者には容易に理解されるように、デジタルオシロス
コープのＣＲＴ表示はメモリ■の記憶容量による制限を
受ける。即ち、入力端子αＱへのアナログ入力信号が、
フィルタ０望（至）の１つを介してＳＡ回路（ハ）によ
りサンプリングされると共に、これらのサンプルに対応
するデジタル値が順次メモｌに記憶されるが、この取込
まれるサンプルの数はメモリ■の容量に対応する。ＣＲ
Ｔ上のサンプル点の数はメモリの大きさに応じて通常一
定であるが、サンプリング速度はオシロスコープの掃引
速度に比例して変化するようになっている。即ち、低掃
引速度では時間的に大きい間隔でサンプル？取るのに対
し、よシ速い掃引速度ではよシ頻繁にサングルを取って
いる。いずれの場合も、ｌ掃引期間中におけるサンプル
数はほぼ同数である。

第１図のフィルタα力〜（４）及びフィルタＯａに、与
えられた成る掃引速度におけるナイキスト周波敬より低
く入力周波数全制限するためのものでるる。

この笑施例では、スイッチ（１４ｍ）及び（１４ｅ）が
閉じてｂるときのＳ／）Ｉ回路（ハ）の好適なサンプリ
ング速度は２５０　Ｍ　（Ｍはミリオン）サンプル７秒
である。

また、スイッチ（１４ｂ）及び（１４ｆ）が閉じている
ときのＳ／）Ｉ回路のサンプリング速度は１２５Ｍサン
グル／秒、更に、スイッチ（１４ｅ）及び（１４ｇ）が
閉じているときは６２．５　Ｍサンプル／秒である。ス
イッチ（１４ｄ）が閉じているときは、入力信号は第２
８７’Ｈ回路…へ供給される。このＳ／）Ｉ回路−のサ
ンプリング速度は好適には３１．２５　Ｍサンプル／秒
である。このように、選択された谷ローパスフィルタの
上側カットオフ周波数は、使用するサンプリング周波数
（サンプリング速度）の半分より小さくしである。この
各側で採用したサンプリング速度は、所定のサンプル数
がオシロスコープのＣＲＴ管面上に表示されるように、
オシロスコープノ掃引速度に従って決めたものでるる。

この回路において、Ｓ／４（回路（ハ）は、タイムペー
ス（７）の一部全構成するサンプルパルス発生器６＠に
従って作動する。高周波例えば１２．５　ＭＨｚ以上で
は、サンプルパルス発生器６つは上述の如きサングル数
をもたらすように制御される。特に、掃引速度選択スイ
ッチ（ｘ４ｍ）によってサンプル／ぐルス発生器（２）
は制御される。サンプルパルス発生器輪は、スイッチ（
１４ｍ）の複数の娼子が接続された分周器□□□の種々
のタップによって出力周波数が選択されるマルチバイブ
レータから成るものでもよい。分周器−は、クロック発
生器匈の出力全連続的に分周する。

よシ低速の掃引速度では、デジタルトランスバーサルフ
ィルタ０４がアナログフィルタの１つに代わって選択さ
れ、このフィルタ０望は、順次の低速掃引速度に対して
順次の低通過帯域が出力線（ロ）上に設定されるように
掃引速度選択スイッチα４ｃ１４ｈ　）〜（１４ｋ）の
部分）によって制御される。デジタルトランスバーサル
フィルタ０→は、例えばカリフォルニア州すニーペール
のレテイコン（Ｒｓｔｉｃｏｎ）　社製のタイｆ　ＴＡ
Ｄ−３２の如きアナログ遅延デバイスで構成されたもの
がよい。このデバイスは、遅延素子（４）、ｆ４及び輪
を含むバケットプリブード・アナログ遅延回路であり、
例えばレテイコン社の上述のデバイスでは、３２個のタ
ップを設けるため図示しないが更に多くの遅延素子を含
んでいる。入力タラｆｌυ及びタップ■を輪、ｅ４は、
それぞれ乗算器−，Ｎ　、　＋７０　、（ハ）を介して
加算器−，岐、旬に接続される。

各加算器は特定のタップからの信号を前のタップからの
加算出力に加算するようになっているので、出力線（ロ
）上にはすべてのタップの加算出力が現われる。多数の
加算器を用いる代わりに、全乗算器の出力を受ける単一
の加算器を用いることもできる。

フィルタ０→は、各タップに現われる信号が加算される
前に乗算益田〜（ハ）で重み付けされるトランスバーサ
ルフィルタ即ち有限インパルス応答フィルタを構成する
。加算前のタップ出力の重み付けの一方法は、全タップ
又は所定数のタッグに対して一定の重み付けを行なうも
のである。このフイルタの周波数応答は、使用されるタ
ッグの数Ｎの関数である。その周波数応答は、出力線（
ロ）上の加算出力全左右するタップの重み付けを決める
ことによって制御しうる。タップの好適な重み付けは。

ローパスフィルタ作用をするように最適化したｓｉｎ　
ｘｌｘ　状のプロフィールをもつタップ重み付けである
。

第２図はＸ軸ゼロクロス間に１６個のサンプル時点が存
在する広「ウィンドウ」のフィルタ０２のインパルス応
答を示し、第３図は、Ｘ軸ゼロクロス間に８個のサンプ
ル時点が存在する狭「ウィンドウ」のフィルタ０■のイ
ンパルス応答を示す。第３図の狭インパルス応答はよシ
広い周波数応答に対応し、第２図の広インパルス応答は
よシ狭い周波数応答に対応する。したがって、デジタル
トランスバーサルフィルタ０２の通過帯域は、乗算器−
〜（ハ）に与えるｓｉｎ　ｘｌｘ重み付けのプロフィー
ルを広げることによって減少させることができる。この
逆もいえる。第１図において、スイッチａ４は、異なる
掃引速度に対して乗算器−〜（ハ）に乗算係数として異
なる電圧？与える。即ち、スイッチ（１４ｈ）では、電
圧Ｖ４．Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４が異なる掃引速度に対する乗
算器−の乗算係数である。同様に、他の乗算器の乗算係
数も、異なる掃引速度に対して異なるプロフィールした
がって異彦る通過帯域を与えるように変更する。

デジタルトランスバーサルフィルタについての詳細は、
遅延デバイスの製造元から提供される情報と共に、１９
７６年８月１６　、１７日にミルウオーキー州つイスコ
ンシン大学で開催された第１９回ミツドウェスト・シン
ポジウム・オン・サーキツツ・アンド・システムズの議
事録にあるジー・ピー・ウニツク゛ラー（Ｇ、Ｐ、　Ｗ
＠ｃｋｌｓｒ）による論文［ア・タツプト・アナログ・
ディレィ・フォー・サンプルド・データ・シグナル・プ
ロセシングＪ（Ａ　ＴａｐｐｅｄＡｎａｌｏｇ　Ｄ＠ｌ
ａｙ　ｆｏｒ　Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｄａｔａ　Ｓｌｇｎａ
ｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）及び−アール−アール・パス
（ＦＬ、　Ｒ儂Ｂｕｓａ　）、ニス・シー・タナ力（Ｓ
、Ｃ，Ｔａｎａｋａ）による論文「インプリメンテーシ
ョン・オブ・ディスクリートタイム・アナログ・フィル
タ・アンド・プロセシング・システムＪ　（Ｉｍｐｌｅ
ｍ＠ｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆＤｉｓｃｒ＠ｔ＠−Ｔｉｍ＠
Ａｎａｌｏｇ　Ｆｉｌｔ＠ｒ　　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇｓｙ畠ｔｅｍ）を参照されたい。

第１図の特定実施例において、スイッチ（１４ｄ）が閉
じられてフィルタ０２が動作するように選ばれるとき、
Ｓ／）（回路−は一定速度例えば３１．２５Ｍサンプル
／秒で駆動される。この速度はまた、遅延デバイスに関
連したシフト回路（図示せず）からのシフトノ臂ルスに
よりフィルタ０埠の遅延素子（至）〜■に沿ってアナロ
グ情報がシフトされる速度に対応する。所定のオシロス
コープ掃引速度、即ちフィルタ０埠が選択される最高の
掃引速度において、各シフトパルス毎の加算器−からの
加算出力は選択スイッチ（１４ｎ）　ｋ介してデジタル
化手段（ハ）へ送られ、デジタル化手段に）は対応する
デジタル値をメモリー内に記憶させる。しかし、掃引速
度スイッチα尋でよシ低速の掃引速度が選択されると、
出力線（ロ）上には必要以上の個数の加算出力が発生す
ることになる。したがって、加算出力の個数は、ＣＲＴ
管面を「満たす」に足シるだけの数を選ぶ必要がある。

スイッチ（１４ｍ）の選択によって制御されるサンプル
ノ４ルス発生器■は、デジタル化手段（ハ）を作動させ
る・臂ルス出力全信号線■上に送出し、これにより、７
′ジタル化手段（イ）は、掃引速度に応じて１個置きの
サンプル加算出力、４個目毎の加算出力、・・・全選択
記憶させるようにデジタル化手段出力’（ｆｆ　ＲＡＭ
−に供給し、必要な個数だけの（たとえそれ以上が利用
可能であっても）デジタル値を記憶させる。

次に、第１図の回路全体の動作を考える。高速掃引速度
では、スイッチ（１４ｎ）が上側にセットされ、Ｓ／）
１回路（ハ）を介してフィルタαη〜（至）の１つの出
力が選択される。ＳＡ回路φ１は、選択された掃引速度
に応じてＣＲＴ管面に必要なだけのサンプルを表示する
ために、スイッチ（１４ｍ）によって定められた速度で
サンプルパルス発生器翰により駆動される。より高速の
掃引速度では、サンプルは時間的により密に取込まれる
。この冥施例における最高掃引速度では、Ｓ／）１回路
（ハ）は毎秒２５０Ｍサンプルを取込む。この掃引速度
に対しては、スイツチ（１４ｍ）及び（１４ｓ）が閉じ
て、１００　ＭＨｚ　ｏ−パスフィルタαのが減衰器（
６）とＳ／）Ｉ回路（ハ）との間に介挿され、エイリア
シング問題を回避するようにナイキスト周波数よシ低い
周波数のみがサンプリングされる。掃引速度が減少、例
えば半減すると、サンプリング速度も１２５Ｍサンプル
／秒に減少し。

フィルタ幅の代わシにフィルタα椴が選択され、こうし
て再びナイキスト周波数よシ低い周波数のみ全通過させ
る。サンプリング速度が更に半減されると、フィルタ（
６）が選ばれる。更に低い周波数については、多数のア
ナログローパスフィルタを用いず、唯一のローパスフィ
ルタ翰ヲ用いる。ローパスフィルタ翰は約１２．５　Ｍ
Ｈｚの上側カットオフ周゛波数を有し、これはＳ／）（
回路翰によって行なわれる３１．２５　Ｍサンプル／秒
のサンプリングに対応する。これより更に低いサンプリ
ング速度に対しては、掃引速度が半減される毎に通過帯
域を半減させるよう掃引速度選択スイッチ（１４ｈ）〜
（１４ｋ）によりデジタルトランスバーサルフィルタ０
埠のパラメータが調整される。デジタルフィルタ０→が
選択される最高掃引速度以外の全掃引速度では必要以上
のサンプル加算出力がデジタルフィルタ０２によって発
生されるので、出力線（ロ）上の出力は、ＡＤＣ（ハ）
における出力の除数を選択することにより間引かれる。

第１図において、乗算器−〜（ハ）の乗算係数は説明の
ために乗算電圧を選ぶことにより選択される如く図示し
たが、レテイコン社製の如き実際の遅延線デバイスにお
いては、異なる乗算係数金得るために個別の抵抗又はポ
テンショメータが選択される。タップ６υ〜輪の各出力
を加算前に重み付けするには、所望の周波数通過帯域に
応じて所定数のタッグに一定の重み付けを行なうにせよ
、或いは次第に減じるａ１ｎｘ／ｘ特性を描くように重
み付けするにせよ、いずれの場合もナイキスト周波数よ
シ高い入力周波数を除去するために異なる掃引速度に適
した通過帯域が得られるように異なる抵抗値が選択され
る。

成る場合、例えば要求されるサンプリング速度及び通過
帯域が充分低く、デジタルフィルタ０埠が所藍のフィル
タリング全行なえる場合、複数のアナログフィルタα力
〜（至）は必要ない。即ち、トランスバーサルフィルタ
がオシロスコープの帯域幅の２倍で動作可能であれば、
１個のデジタルトランスバーサルフィルタと１個のアナ
ログフィルターだけでよい。しかし、デジタルフィルタ
には、乗算及び加算に関連した周波数の制限がある。し
たがって、本発明の上述の実施例では、遅いサンプリン
グ速度例えば３１．２５Ｍサンプル／秒以下にデジタル
フィルタを用い、これより速いサンプリング速度では少
数のアナログフィルタ翰〜（至）を用いてエイリアシン
グを防止している。

なお、本明細書におけるオシロスコープの掃引速度の選
択は、通常操作者によって行なわれるタイムペースの設
定を意味する。

以上、本発明の好適実施例について説明したが、本発明
の要旨を逸脱することなく種々の変形・変更が行なえる
ことは当業者には明らかであろう。

（発明の効果） 以上説明したとおり、本発明によれば、多数のアナログ
フィルタを用いることなく、すべてのサンプリング速度
において笑質的にエイリアシングを除去することができ
る。すべての設定掃引速度において信号の帯域制限を行
なうことにより、任意の波形全オシロスコープ等に印加
することができ、かつ、常に予期できる確笑な結果を表
示できる。また、信号は常に帯域制限されるので、方形
波にリンギングやオーバーシュートを生じさせることな
く、他の信号処理例えば補間処理を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はデジタルオシロスコープに用いた本発明の実施
例を示すブロック図、第２図は本発明に用いるデジタル
トランスバーサルフィルタのインパルス応答の波形表示
図、第３図は本発明に用いるデジタルトランスバーサル
フィルタの他のインパルス応答の波形表示図である。 図中、（至）はデジタル化手段（ＡＤＣ）　、（３■は
トランスバーサルフィルタを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アナログ信号をデジタル化手段によりデジタル信号に変
   換し、メモリに記憶するデジタル測定器において、 アナログ信号を受けるタップ付アナログ遅延デバイスを
   有し上記タップの信号の加算出力を上記デジタル化手段
   に供給するトランスバーサルフィルタを設け、 上記デジタル化手段のデジタル化周波数の設定に応じて
   上記トランスバーサルフィルタのパラメータを選択する
   ことにより、上記デジタル化周波数の半分より低い周波
   数のみを通過させることを特徴とするアンチエイリアシ
   ング・フィルタ回路。