JPS63195575A - サンプリングオシロスコ−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〉 この発明は、サンプリングオシロスコープに関するもの
であり、特に構成が簡単であり、かつ実時間サンプリン
グ、等価時間サンプリング、ランダムサンプリングのす
べての測定方法に対応出来るサンプリングオシロスコー
プに関するものである。

〈従来技術〉 サンプリングオシロスコープは入力アナログ信号を一定
の時間間隔でサンプリングし、このサンプリングした信
号を再構成してその波形を表示するものであり、その測
定方法により実時間サンプリング、等価時間サンプリン
グ、ランダムサンプリングの３種類の方式がある。第６
図に実時間サンプリング装置の構成を示す。実時間サン
プリングは入力信号の１周期の間に表示に必要なすべて
のサンプリングを終了する方式であり、比較的低周波の
測定に用いられる。第６図において、入力信号はり°シ
ブリングゲート１でサンプリングされ、そのサンプリン
グされた信号は）ホールド回！２でホールドされて表示
器３のＹ軸に印加される。また入力信号はトリガ回路４
に入力され、入力信号の周期のトリガ信号が発生される
。このトリガ信号は時間軸用のこぎり波発生器５に入力
され、前記トリガ信号の周期ののこぎり波が発生される
。

こののこぎり波はサンプリングゲート６でサンプリング
され、ホールド回路７でホールドされて表示器３のＸ軸
に印加される。サンプリングゲート１．６はフリーラン
・パルス発生器８の出力により駆動される。またこのフ
リーラン・パルス発生器８の出力はアンブランキング回
路９に入力され、不必要な信号の表示を禁止する。

第７図に等価時間サンプリング装置の構成を示す。なお
、第６図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略す
る。等価時間サンプリングは入力信号の１周期の間に少
数のサンプリングを行い、時間軸をすこしづつずらして
複数の周期でサンプリングを繰返して、これらのサンプ
リング結果を合成して入力信号の波形を表示するもので
あり、超高速信号の測定に適している。第７図において
、１０は低速度のこぎり波発生器であり、入力信号の周
期より充分長い周期ののこぎり波を発生する。

こののこぎり波はコンパレータ１１に入力される。

コンパレータ１１はトリガ回路４の出力トリガ信号の発
生時点における低速度のこぎり波発生器１０の大きさに
比例した時間だけ遅れてサンリングゲート１．６を駆動
するパルスを発生する。従って入力信号をすこしづつず
らしてサンプリングすることになり、これらのサンプリ
ング結果を合成するとその波形を表示することが出来る
。

第８図にランダムサンプリング装置の構成を示す。なお
第６図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する
。前述の実時間す゛ンプリング、等価時間サンプリング
は時間的に規則正しく順次サンプリングするものであり
、パルス波形の立上がり等を観測するには観測波形の立
上がりより前に発生するブリトリガ信号が必要である。

ランダムサンプリングはこのブリトリガ信号を必要とせ
ず、入力信号の繰返し周期を検知し、信号発生より少し
早めにストローブパルスを発生させてサンプリングする
ものである。第８図において、１２はサンプリング用パ
ルス発生器であり、入力信号と周期関係のないパルス信
号を発生し、このパルス信号により入力信号をサンプリ
ングする。このパルス信号は遅延器１３で所定時間遅延
されたのちサンプリングゲート６およびアンブランキン
グ回路９に入力される。サンプリングゲート６はこの遅
延器１３の信号により時間軸用のこぎり波発生器５の出
力をサンプリングし、Ｘ軸信号を作る。サンプリング用
パルス発生器１２の出力は入力信号と周期関係がないの
で、入力信号の各周期毎にサンプリングされる位相が異
なる。そのため複数周期のサンプリング結果を合成する
と、入力信号の波形が表示出来る。これら３つの方式は
それぞれ長所、短所があるので、入力信号の特性によっ
て使いわける。

〈発明が解決すべき問題点〉 しかしながら、この様なサンプリングオシロス□　　　
コープには次のような問題点がある。前述したように測
定方式には３種類あり、入力信号の特性によって使いわ
けるが、第６図〜第８図のブロック図かられかるように
これらの方式の装置はそれぞれ構成が異なっている。汎
用性を持たせるためにはこれら３つの測定方式のすべて
が実現できなければならないが、そうすると装置の構成
が複雑になり、高価、大型化するという欠点があった。

特に従来はその多くの部分をアナログ回路で構成してい
たので、装置が大型化するという欠点があった。

また、ランダムサンプリングではサンプリングパルスと
して入力信号と周期関係がない信号が必要であり、これ
を実現するために回路が複雑化し、またジッタが大きく
なるという欠点もあった。

〈発明の目的〉 この発明の目的は、構成が簡単であり、かつ実時間サン
プリング、等価時間サンプリング、ランダムサンプリン
グのすべての測定方式が実現出来るサンプリングオシロ
スコープを提供することにある。

く問題点を解決するため°の手段〉 前記問題点を解決するために、本発明では入力信号をサ
ンプリングして、このサンプリングした信号を再構成し
てその波形を表示するサンプリングオシロスコープにお
いて、入力信号の周期に曇づいてトリガ信号を発生する
トリガ信号発生器と、その出力信号の位相がシフト出来
る基準発振器と、この基準発振器の出力信号に関連する
信号のタイミングで前記入力信号をサンプリングするサ
ンプリング手段と、前記トリガ信号と前記基準ＲＷｔ器
の出力に関連する信号の時間差を測定する時間差測定手
段と、この時間差測定手段および前記サンプリング手段
の出力が入力され、入力信号の波形を表示する表示手段
とを具備し、前記時間差測定手段が測定する時間差信号
により表示する時間軸の位置を決定するようにしたもの
である。

〈実施例〉 第１図に本発明に係るサンプリングオシロスコープの一
実施例を示す。第１図において、２０は１３準発撮器で
あり、所定の周波数（例えば２０ＭＨｚ）のパルス信号
を発振する。２１は逓倍器であり、基準発振器２０の出
力が入力され、その周波数を所定倍（例えば５倍）に逓
倍する。この逓倍器２１の出力はトリガコントローラ２
３、時間差測定手段２４、サンプリングゲート２５、ア
ナログデジタル変換器２６に入力される。２２はトリガ
信号発生器であり、入力信号が入力され、この入力信号
の周期と同じ周期のトリガ信号を出力する。このトリガ
信号発生器２２の出力はトリガコント０−ラ２３および
時間差測定手段２４に入力される。トリガコントローラ
２３の出力は基準発振器２０に入力される。入力信号は
またサンプリングゲート２５に入力されてサンプリング
される。このサンプリングされた信号はアナログデジタ
ル変換器２６でデジタル信号に変換される。すなわちサ
ンプリングゲート２５とアナログデジタル変換器２６と
でサンプリング手段を構成している。時間差測定手段２
４およびアナログデジタル変換器２６の出力は表示手段
２７に入力される。

次にこの実施例の動作を第２図タイムチャートに基づい
て説明する。第２図（Ａ）は入力信号であり、この入力
信りはトリガ信号発生器２２に入力され、（Ｂ）に示す
ようにこの入力信号の立ち上がりに同期したトリガ信号
が生成される。（Ｃ）は逓倍器２１の出力であるクロッ
クであり、このクロックの立ち上がりに同期してサンプ
リングゲート２５、アナログデジタル変換器２６が起動
され、点ａ、ｂにおける入力信号の大きさをデジタル信
号に変換する。トリガ信号発生器２２の出力であるトリ
ガ信号と逓倍器２１の出力であるクロックは時間差測定
手段２４に入力され、これらの信号の立ち上がりの時間
差Δ１．が測定される。

時間差測定手段２４は例えば同軸ケーブル等の容量素子
に電流スイッチを介して前記時間差Δｔ１の間だけ定電
流を流して充電し、この充電量をデジタル変換した量か
ら時間差を求める構成であり、この電流スイッチをトリ
ガ信号、クロックの立ち上がりで制御することにより時
間差Δｔ、を測定する。（Ｅ）はトリガコントローラ２
３から出力される位相シフト信号であり、トリガ信号の
立ち上がりから所定の時間ｔまたった時点（入力信号の
サンツブリングが行なわれない期間）で出力され、基準
発振器２０の出力信号の位相を変化させる。すなわちこ
の位相シフト信号の立ち上がりで基準発振１２０の出力
すなわちクロックが立ち上がり、その位相を変化させる
。＜Ｄ）はデータアクイジョン信号であり、位相シフト
信号が入力されてからクロックが安定するまでの時間高
レベルになる。この信号が高レベルの間はアナログデジ
タル変換器２６の動作が禁止される。従って次の測定点
はｃ、ｄ点になる。クロックは時点■でその位相がシフ
トされているので、入力信号とクロックの周期が倍数関
係にあってもサンプリングされる位相を異ならせること
が出来、波形を正確に再現出来る。

第３図に波形の表示の一例を承り。この図において、２
８はゼロ点、２９はトリガ点を表わす。

また点ａ−ｄは第２図＜Ａ）で示した点ａ−ｄに対応す
る点を表わす。またトリガ点２９から点ａ。

Ｃまでの距離１＋、１３は第２図の時間Δｊ＋＋Δｔ、
に対応し、時間差測定手段２４の出力から求めることが
出来る。点ａとｂ、点Ｃとｄの距離は基準発振器２０の
出力の周期に一致し、一定値になる。これらの時間から
表示器上での距離を求める演算は表示手段２７によりデ
ジタル的に行なわれる。この様な構成において、逓倍器
２１の出力クロックの周期を入力信号の周期に比べて充
分早くすると実時間サンプリングが行え、また基準発振
器の出力の位相を制御することによって等何時間サンプ
リング、ランダムサンプリングにも対応出来る。また、
ランダムサンプリングにおいて入力信号とクロックの周
期に倍数関係があっても、基準発振器の位相を適宜シフ
トすることによって正確に波形を再現出来る。

第４図に基準発振器２０の構成の一例を、第５図にその
動作のタイミングチャートを示す。基準発振器２０は周
波数が安定なパルス信号を出力し、かつトリガコントロ
ーラ２３からの信号によってその位相をコントロール出
来るものである。第４図において、２８〜３０はインバ
ータであり、例えば高速ＣＭＯ８Ｉ　Ｇが用いられる。

３１〜３３はコンデンサ、３４は水晶振動子、３５は抵
抗である。水晶振動子３４、抵抗３５はインバータ２９
の入力端子、出力端子に接続される。インバータ２８の
入力端子にはトリガ信号発生器２２からのトリガ信号が
入力され、その出力端子はコンデンサ３１を介してイン
バータ２９の入力端子に接続される。コンデンサ３２．
３３の一端はそれぞれインバータ２９の入力端子、出力
端子に接続され、他端は共通電位点に接続される。また
インバータ２９の出力端子はインバータ３０の入力端子
に接続される。出力はインバータ３０の出力端子からと
る。この様な構成において、インバータ２９の入力側を
Ａ点、インバータ２８．３０の出力側をそれぞれＢ点、
０点とすると、これらの点の波形は第５図のようになる
。Ａ点の電圧は正弦波状に変化し、０点の電圧はこの正
弦波を矩形波に変換したものとなる。この状態でＢ点に
ステップ状の入力を印加すると、Ａ点の電圧にスパイク
が入り、このためインバータ２９が反転して０点の電圧
が高レベルになり、その状態で発振が進行する。すなわ
ち位相をシフトすることが出来る。

なお、基準発振器２０の出力周波数は任意に設定出来る
。その出力周波数が充分高ければ逓倍器２１を省略して
もよい。

また、基準発振器２０、時間差測定手段２４の構成は前
述したものに限らず、他の構成であってもよい。

〈発明の効果〉 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この発
明ではその出力信号の位相がシフト出来る基準発振器を
用い、この基準発振器の出力に関連する信号で入力信号
をサンプリングし、またトリガ信号と前記基準発振器の
出力に関連する信号との時間差を時間差測定手段でもと
めて、この時間差測定手段の出力および前記サンプリン
グした値を表示手段に入力してその波形を表示させるよ
うにした。そのため実時間サンプリング、等何時間サン
プリング、ランダムサンプリングが１つの装茜で実現出
来る“。

また基準発振器の出力の位相をシフトすることによって
、ランダムサンプリングにおける入力信号とクロックの
周期が整数倍の関係にあるときに発生する一部のサンプ
リングが行なわれないために波形が正しく再現しないと
いう欠点を回避出来る。

さらに、大部分をテジタル処理によって構成出来るので
、構成が簡単にかつ安価になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサンプリングオシロスコープの一
実施例の構成を示すブロック図、第２図は動作を説明す
る為のタイムチャート、第３図は表示の一例を示す図、
第４図は基準発振器の構成の一例を示す構成図、第５図
はその動作を説明する為のタイムチャート、第６図〜第
８図は従来のサンプリングオシロスコープの構成を示す
ブロック図である。 ２０・・・基準発振器、２１・・・逓倍器、２２・・・
トリガ信号発生器、２３・・・トリガコントローラ、２
４・・・時間差測定手段、２５・・・サンプリングゲー
ト、２６・・・アナログデジタル変換器、２７・・・表
示手段、２８〜３０・・・インバータ、３１〜３３・・
・コンデンサ、３４・・・水晶振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号を時間的にずらしてサンプリングし、このサン
   プリングした信号を再構成してその波形を表示するサン
   プリングオシロスコープにおいて、入力信号の周期に基
   づいたトリガ信号を発生するトリガ信号発生器と、その
   出力信号の位相がシフト出来る基準発振器と、この基準
   発振器の出力信号に関連する信号のタイミングで前記入
   力信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記ト
   リガ信号と前記基準発振器の出力に関連する信号の時間
   差を測定する時間差測定手段と、この時間差測定手段お
   よび前記サンプリング手段の出力が入力され、入力信号
   の波形を表示する表示手段とを有し、前記時間差測定手
   段が測定する時間差信号により前記表示手段が表示する
   波形の時間軸の位置を決定することを特徴とするサンプ
   リングオシロスコープ。