JP2003066069A - 波形測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ａ／Ｄ変換と同じサンプルレートでメモリへデ
ータを取込むと共に高解像度表示も可能な波形測定器を
提供する。 【解決手段】入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
と、サンプルレートを劣化させないで前記Ａ／Ｄ変換器
の出力について平均処理を行なうデジタルフィルタと、
このデジタルフィルタの出力データを保持するメモリ
と、このメモリに保持されたデータを表示する表示手段
を備え、前記Ａ／Ｄ変換器のサンプルレートで入力信号
の波形を高解像度表示できるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルオシロス
コープのような中程度のアナログ・デジタル変換速度を
持つ波形測定器に関し、特に高解像度表示とサンプルレ
ートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アナログ入力信号をアナログ
・デジタル変換（以下Ａ／Ｄ変換という）してメモリに
格納し、その後適宜にこれを読み出して表示手段に表示
することにより、前記アナログ入力信号のサンプル波形
が再現できるようにした波形測定器はよく知られてい
る。

【０００３】図6は高解像度波形表示を行なうこの種の
波形測定器の一例を示す要部構成図である。Ａ／Ｄ変換
器１は所定のサンプリングレートで入力信号をデジタル
化する。区間平均回路２では、このデジタル化データの
うち所定数ずつのデータの平均値を求める。メモリ３に
はその平均値データが格納される。メモリに格納したデ
ータは表示手段４に適宜表示される。

【０００４】この場合、区間平均回路２では、表示手段
４に表示されるデータ点ａ，ｂの近傍の一定区間のデー
タ（図7の（ａ）に示すように、サンプルデータ1,
2,...,16と21,22,...,36の１６点ずつのデータ）の平均
値を求める。この各平均値を１点のデータａ，ｂとして
図7の（ｂ）のように表示し、これにより高解像度の表
示を実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなデータ表示方式では、平均化を行なう区間が重複し
ないように選択されており、メモリへの取込みのサンプ
ルレートを高くすればするほど、平均化に使用できるサ
ンプル点は少なくなる。もし、メモリへの取込みをA／D
変換のサンプルレートまで上げると、この方式は使用不
可能になるという課題があった。

【０００６】また、この平均化処理はローパスフィルタ
としての作用効果を呈するが、設定するサンプリングレ
ートによって平均化処理に使用できるサンプル点の個数
が変化するため、フィルタとしての特性（ローパスフィ
ルタの時定数）が変ってしまうという課題もあった。

【０００７】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、Ａ／Ｄ変換と同じサンプルレートでメモリへデー
タを取込むと共に高解像度表示も可能な波形測定器を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明では、入力信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器と、サンプルレートを劣化させないで
前記Ａ／Ｄ変換器の出力について平均処理を行なうデジ
タルフィルタと、このデジタルフィルタの出力データを
保持するメモリと、このメモリに保持されたデータを表
示する表示手段を備えたことを特徴とする。

【０００９】これにより、Ａ／Ｄ変換器のサンプルレー
トと同じレートでも容易に表示データを得ることができ
る。このときの表示データは、Ａ／Ｄ変換器の所定個数
のデータを平均処理したもので、高解像度となってい
る。

【００１０】この場合、デジタルフィルタとしては、請
求項２のようにＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタを
用いることができる。

【００１１】請求項３の発明は、入力信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器のサンプル点か
ら補間点までの距離に応じた重みを乗算しこれを加算す
ることにより、サンプル点間を補間したデータを得る補
間フィルタと、この補間フィルタの出力データを保持す
るメモリと、このメモリに保持されたデータを表示する
表示手段を備えたことを特徴とする。この構成によれ
ば、Ａ／Ｄ変換器が持つサンプルレート以上のサンプル
レートで入力信号の波形を高解像度表示できる。そし
て、この場合の重みは、請求項４のように、例えばsin
（ｘ）／ｘ（ｘは補間点からサンプル点までの距離）と
することができる。

【００１２】請求項５の発明は、入力信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器と、サンプルレートを劣化させないで
前記Ａ／Ｄ変換器の出力について平均処理を行なうデジ
タルフィルタと、このデジタルフィルタの出力データを
保持するメモリと、このメモリに保持されたデータを表
示する表示手段と、前記デジタルフィルタの出力をアナ
ログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、このＤ／Ａ変換器
の出力を受け、入力信号の取込み開始を決めるトリガを
発生するトリガ回路を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１３】Ａ／Ｄ変換器のサンプルレートで入力信号
の波形を高解像度表示できる他に、デジタルフィルタの
出力信号をトリガ回路に入力したことにより入力信号に
任意の周波数で帯域制限をかけノイズの影響が及ばない
トリガを発生することができるという効果がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る波形測定器の一実施例を
示す要部構成図である。図１において、図6と異なると
ころはデジタルフィルタ１０の部分である。高解像度表
示を行なう場合、従来の方式ではデータをメモリに取込
むサンプルレートはＡ／Ｄ変換器でのサンプルレートか
ら間引かれたものになるが、本発明ではＡ／Ｄ変換器の
出力をデータレートを劣化させないデジタルフィルタを
用いて、等価的に分解能を向上した上でそのデータをＡ
／Ｄ変換と同じサンプルレートでメモリに取込むように
している。

【００１５】データレートを劣化させないデジタルフィ
ルタとしては、移動平均を行なう方式のものがあり、本
発明では図２に示すようなＦＩＲ（Finite Impulse R
esponse）フィルタと呼ばれる手法のものを用いる。

【００１６】この回路は、直列接続された４個の遅延素
子（Ｚ^−１）１１と、その各出力に所定の係数を乗じる
４個の乗算器１２と、４個の乗算器の出力を合算する加
算器１３より構成されている。

【００１７】このような構成における動作を次に説明す
る。Ａ／Ｄ変換器１のクロック信号（図示せず）に合わ
せて遅延素子１１内に保持されているＡ／Ｄ変換器１の
デジタルデータを１遅延素子分シフトする。それぞれの
遅延素子１１に保持されているデータを乗算器１２で適
宜に重み付けし、加算器１３でその和をとり、前記クロ
ック信号に同期してメモリ３に格納する。

【００１８】図３にこのときの入力信号と高解像度表示
との関係を示す。同図（ａ）に示すように入力信号の４
つのサンプル点を１点ごとにシフトしながら得た加算結
果が、同図（ｂ）に示すように入力信号のサンプルレー
トと同じレートで表示手段４に表示される。高解像度表
示と、Ａ／Ｄ変換と同じサンプルレートでの表示が共に
実現されている。

【００１９】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変
更、変形をも含むものである。例えば、デジタルフィル
タ１０は４次の遅延を例にとったが、４次に限定される
ものではない。

【００２０】また、デジタルフィルタ１０としては、図
１のようなＦＩＲフィルタに限らず、図４に示すような
フィルタを用いることもできる。図４に示すフィルタ
は、その出力を遅延素子１１で遅延した後、乗算器１２
で所定の定数を掛けてフィルタの入力側の加算器１３に
帰還させて加算を行なうものである。これは、ＩＩＲ
（Infinite Impulse Response）フィルタと呼ばれる
手法であり、ＦＩＲフィルタと同様の機能が実現でき
る。

【００２１】また、ＦＩＲあるいはＩＩＲフィルタ等を
用いる代わりに補間フィルタを用いてサンプルレートを
向上させることもできる。これは、サンプル点間を補間
することによりサンプルレートを上げる方式であり、補
間点の振幅は近傍のサンプル点の値を補間点からの距離
（時間に対応）に応じて定められた寄与率でそれぞれ重
み付け加算することにより求められる。なお、補間デー
タはメモリに一時記憶して表示に利用される。このよう
な補間方式により、Ａ／Ｄ変換のサンプルレート以上の
サンプルレートのデータを用いて高解像度表示を行なう
ことができる。

【００２２】具体例として、寄与率がsin（x）/ｘ（ｘ
は補間点からサンプル点までの距離）となるサイン補間
フィルタを用いる。このフィルタは理想的にはナイキス
ト周波数を遮断周波数とする矩形窓の周波数特性を持つ
ので、被測定信号の周波数帯域がナイキスト周波数以下
であれば補間フィルタにより信号の歪みなどの劣化を起
こすことなくサンプルレートのみを向上することができ
る。

【００２３】また、波形測定器には、入力信号のレベル
を監視してデータの取込み開始時点などを検出してトリ
ガ信号を発生し、データの取込みを開始させるトリガ回
路（図１には図示せず）が通常用いられる。このトリガ
回路にはローパスフィルタで入力信号に帯域制限をかけ
て高周波ノイズの影響が及ばないようにする機能が備え
られているが、任意の周波数で帯域制限をかけることは
できない。

【００２４】本発明のデジタルフィルタを利用すれば、
この点が解決され、帯域制限の周波数を任意に設定する
ことができる。その場合の構成を図５に示す。デジタル
フィルタ１０の出力をデジタル・アナログ変換器（Ｄ／
Ａ変換器）２１に通し、アナログ化された信号をトリガ
回路２２に入力することにより、デジタルフィルタで設
定できる周波数範囲において任意に帯域制限をかけるこ
とが可能となる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。 （１）低いサンプルレートからＡ／Ｄ変換のサンプルレ
ートまでの全てのサンプルレートにおいて、同じ特性で
高解像度表示が可能な波形測定器を容易に実現すること
ができる。 （２）Ａ／Ｄ変換器で得たデータ点間を更に補間してＡ
／Ｄ変換器のサンプルレート以上のサンプルレートのデ
ータを容易に得ることができる。 （３）また、トリガ回路にはデジタルフィルタの出力を
利用して任意の周波数で帯域制限がかけられるように
し、高周波ノイズの影響を受けないトリガ信号発生を容
易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波形測定器の一実施例を示す要部
構成図である。

【図２】デジタルフィルタの一実施例を示す構成図であ
る。

【図３】本発明における入力信号と表示の関係を示す図
である。

【図４】デジタルフィルタの他の実施例構成図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図6】従来の波形測定器の一例を示す要部構成図であ
る。

【図7】従来の波形測定器における入力信号と表示の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ Ａ／Ｄ変換器 ３ メモリ ４ 表示手段 １０ デジタルフィルタ １１ 遅延素子 １２ 乗算器 １３ 加算器 ２１ Ｄ／Ａ変換器 ２２ トリガ回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 サンプルレートを劣化させないで前記Ａ／Ｄ変換器の出
   力について平均処理を行なうデジタルフィルタと、 このデジタルフィルタの出力データを保持するメモリ
   と、 このメモリに保持されたデータを表示する表示手段を備
   え、前記Ａ／Ｄ変換器のサンプルレートで入力信号の波
   形を高解像度表示できるようにした波形測定器。
2. 【請求項２】前記デジタルフィルタとして、ＦＩＲフィ
   ルタまたはＩＩＲフィルタを用いたことを特徴とする請
   求項１記載の波形測定器。
3. 【請求項３】入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 このＡ／Ｄ変換器のサンプル点から補間点までの距離に
   応じた重みを乗算しこれを加算することにより、サンプ
   ル点間を補間したデータを得る補間フィルタと、 この補間フィルタの出力データを保持するメモリと、 このメモリに保持されたデータを表示する表示手段を備
   え、前記Ａ／Ｄ変換器が持つサンプルレート以上のサン
   プルレートで入力信号の波形を高解像度表示できるよう
   にした波形測定器。
4. 【請求項４】前記重みは、sin（ｘ）／ｘ（ｘは補間点
   からサンプル点までの距離）であることを特徴とする請
   求項３記載の波形測定器。
5. 【請求項５】入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 サンプルレートを劣化させないで前記Ａ／Ｄ変換器の出
   力について平均処理を行なうデジタルフィルタと、 このデジタルフィルタの出力データを保持するメモリ
   と、 このメモリに保持されたデータを表示する表示手段と、 前記デジタルフィルタの出力をアナログ信号に変換する
   Ｄ／Ａ変換器と、 このＤ／Ａ変換器の出力を受け、入力信号の取込み開始
   を決めるトリガを発生するトリガ回路を備え、前記Ａ／
   Ｄ変換器のサンプルレートで入力信号の波形を高解像度
   表示できると共に入力信号に任意の周波数で帯域制限を
   かけることができるようにした波形測定器。