JP2004258031A

JP2004258031A - 波形表示装置、ユーザ・インタフェース及びオシロスコープ

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Publication number: JP2004258031A
Application number: JP2004045860A
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Inventors: John J Pickerd; ジョン・ジェイ・ピッカード
Original assignee: Tektronix Japan Ltd
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Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-09-16
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Also published as: EP1452874A1; US7155355B2; US20040164984A1; JP4439942B2

Abstract

【課題】信号取り込み装置の表示手段上で波形をズームした場合、ズームに応じて垂直目盛り（水平線）の数及び間隔を自動的に調整する。
【解決手段】前置増幅器１１０、トラック／ホールド回路１２０、Ａ／Ｄ変換器１３０、デシメータ１４０により取り込んだ被試験信号のサンプルをメモリ１５０に蓄積する。蓄積されたサンプルの波形を目盛りであるグリッドと共に表示装置１９０に表示する際、処理及び表示制御器１６０は、振幅レンジ・パラメータに応じて、波形とグリッドの関係を調整する。グリッドが波形にロックされている場合、波形のズームに応じてグリッドの間隔及び数が制御され、グリッドが表示フレームにロックされている場合、波形のズームによってグリッドは変化しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、信号取込み装置に関し、特に、垂直表示パラメータの制約制御を行う方法及び装置（波形表示装置、ユーザ・インタフェース及びオシロスコープ）に関する。

デジタル蓄積オシロスコープ（ＤＳＯ）の如き信号取込み装置は、垂直方向に８分割され水平方向に１０分割された表示グリッド（碁盤目状の目盛り）を用いている。８×１０分割のグリッドは、初期のアナログ・オシロスコープに使用された陰極線管（ＣＲＴ）のガラスに初めにエッチングされたグリッドと同じ大きさである。グラフ・データを必要とするほとんどのエンジニアリング・アプリケーションが８×１０の目盛りに制限されないのにもかかわらず、８×１０分割グリッドが依然用いられている。すなわち、事実上、科学の総ての分野においては、典型的にはデータがグラフ化されて、かかるデータの理解を容易にするのに適する外見を与える目盛りを用いている。
特公平４−３８２９号公報

既存の標準オシロスコープの欠点は、データを表示上でズームしても、目盛りが依然８×１０で固定されて、取込んだ波形のパラメータに対して一定の表示フレームを提供できないことである。本発明は、従来技術の上述及びその他の欠点を解決するものである。

本発明の波形表示装置は、振幅レンジ・パラメータに応じて被試験信号を制約して、取込んだサンプルのストリーム（取込みサンプル・ストリーム）を発生する信号取込み手段（１１０、１２０、１３０）と；表示手段（１９０）での利用に適し、振幅セグメント指標と視覚的に協働する被試験信号波形画像を含む表示信号を発生する制御手段（１６０）とを具え；この制御手段は、第１動作モードにて、振幅レンジ・パラメータに応じて振幅セグメント指標の数を適合させることを特徴としている。
また、本発明は、波形レーヤ及びグリッド・レーヤを有する表示信号を発生する信号取込み装置（１００）に用いるのに適したユーザ・インタフェースであって；取込んだ被試験信号を波形が表すのに適するように振幅レンジ取込みパラメータのユーザ選択を可能にする第１ユーザ操作可能領域（３３０）と；表示グリッドの振幅部分が波形に重なるのに適するように振幅表示パラメータのユーザ選択を可能にする第２ユーザ操作可能領域（３４０）とを具えている。
さらに、本発明は、少なくとも１つのレンジ制御の信号に応答して少なくとも１つの被試験信号の複数のサンプルを取込む信号取込み手段（１１０、１２０、１３０）と；取込んだサンプル及び対応する表示グリッドの少なくとも一部を表示する信号表示手段（１９０）と；第１ユーザ命令に応答して少なくとも１つのレンジ制御を変更すると共に、第２ユーザ命令に応答して表示グリッドを変更する制御手段（１６０）とを具え；表示グリッドの変更は、振幅グリッド・ラインの数の選択と、１振幅グリッド・ライン当たりの単位の選択との少なくとも一方を行うことを特徴としている。

本発明の方法及び装置は、１目盛り当たりのボルト（電圧）及び分解能などの垂直パラメータを制約して、データがより有用な方法で表示されるようにしている（即ち、データの解析を容易にするために目盛り（スケール）及び／又は目盛り線（グラティキュール）を適切にする）。

本発明による技術は、添付図を参照した以下の詳細説明から容易に理解できよう。なお、理解を容易にするために、同じ参照符号は、各図に共通な同じ要素を示す。

デジタル蓄積オシロスコープ（ＤＳＯ）の如き信号取込み装置に関連して、本発明を説明する。しかし、本発明は、他の信号取込み装置、特に、取込んだデータ又は他の情報の時間に基づいた表示を行う信号取込み装置又は表示装置にも適用可能であることが理解できよう。

本発明は、制御及び簡単な利用を容易にする方法で、表示パラメータと関連させて振幅パラメータの測定をイネーブル（付勢）する。例えば、ＤＳＯに適用する本発明は、より直感的なユーザの相互作用（対話）をイネーブルすると共に、ＤＳＯの保守及び設計を簡略化する。

本発明は、２つのモードの各々で異なる動作をする「１目盛り当たりのボルトを制御する手段」（振幅／目盛りの制御手段）を実現する。第１モードでは、表示グリッド（振幅セグメント指標：delineator）が波形に拘束される。また、第２モードでは、表示グリッドが表示フレームに拘束される。

図１は、本発明の実施例による信号取込み装置１００のブロック図である。特に、図１の装置１００は、被試験信号ＳＵＴ₁〜ＳＵＴ_N（これら信号を集合的にＳＵＴで表す）で示す複数の被試験入力信号ＳＵＴを受ける。

図１の装置１００は、複数の前置増幅器１１０₁〜１１０_N（集合的には、前置増幅器１１０）と、トラック及びホールド回路１２０と、複数のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３０₁〜１３０_N（集合的には、Ａ／Ｄ変換器１３０）と、複数のデシメータ１４０₁〜１４０_N（集合的には、デシメータ１４０）と、複数の取り込みメモリ１５０₁〜１５０_N（集合的には、メモリ１５０）と、処理及び表示の制御手段（処理及び表示制御器）１６０と、入力装置１７０と、タイムベース手段１８０と、表示装置（表示手段）１９０とを具えている。なお、デシメータは、入力信号を間引きする機能を果たす。また、前置増幅器１１０、トラック及びホールド回路１２０、Ａ／Ｄ変換器１４０は、信号取り込み手段を形成する。図１の装置１００は、Ｎ入力チャネルとして実現されているが（Ｎは整数）、本発明の環境では単一チャネルで実現してもよいことに留意されたい。

Ｎ入力チャネルの各々は、夫々被試験信号ＳＵＴを受ける。この被試験信号ＳＵＴは、前置増幅器１１０の各々により増幅され、トラック及びホールド回路１２０により処理される。アナログ・マルチプレックサ（ＭＵＸ）として示すトラック及びホールド回路１２０は、Ａ／Ｄ変換器１３０による取り込みをイネーブルするのに充分な時間だけ、各ＳＵＴを安定に保持する。

前置増幅器１１０は、処理及び表示制御器１６０が供給する前置増幅器制御信号ＰＡＣに応答して、減衰機能、増幅機能、レンジ調整機能、レンジ・オフセット機能の総て又はその内の任意の機能を実行する。動作の１つのモードでは、前置増幅器制御信号ＰＡＣにより、前置増幅器１１０は、対応するＡ／Ｄ変換器のほぼ総てのダイナミック・レンジを利用するのに充分なレベルにまで被試験信号を増幅する。動作の他のモードでは、本発明の垂直制御の観点に関して一層詳細に後述するように、前置増幅器１１０は、各被試験信号を増幅して正規化するか、又は、増幅結果の取り込みサンプル・ストリームを所望の垂直パラメータに適合させる。

Ａ／Ｄ変換器１３０は、タイムベース手段１８０が発生したサンプリング・クロック信号Ｓに応答して、各被試験信号を受けてデジタル化し、デジタルのサンプル・ストリームの各々を発生する。サンプリング・クロック信号Ｓは、好ましくは、Ａ／Ｄ変換器１３０が最高サンプリング・レートで動作するのに適合するクロック信号であるが、他のサンプリング・レートを選択してもよい。タイムベース手段１８０は、制御器１６０が発生したタイムベース制御信号ＴＢＣに応答して、サンプリング・クロック信号Ｓに関連した周波数及び／又はパルス幅のパラメータを変化させる。オプションとして、Ａ／Ｄ変換器１３０は、制御可能な電圧基準源（図示せず）を含んでいる。この電圧基準源は、Ａ／Ｄ変換器１３０が用いる電圧基準を発生して、入力信号レンジのフル・スケール電圧レンジを確立する（即ち、前置増幅器１１０が発生する信号の最大電圧レベルによって、Ａ／Ｄ変換器が最大デジタル出力を供給する）。制御可能な電圧基準源は、処理及び表示制御器１６０が発生する信号ＲＥＦＣＯＮにより制御される。Ａ／Ｄ変換器が使用する基準電圧レベルを減少させることにより、最大値出力サンプルを発生する被試験信号ＳＵＴの振幅が減る。同様に、Ａ／Ｄ変換器が使用する基準電圧レベルを増加させることにより、最大値出力サンプルを発生する被試験信号ＳＵＴの振幅が増える。

Ａ／Ｄ変換器１３０が生じたサンプル・ストリームは、デシメータ１４０に夫々供給される。デシメータ１４０の各々は、サブサンプリング・モード、ピーク検出モード（例えば、最大／最小検出モード）、高分解能モード（例えば、ボックスカー平均モード）、又は、他の数学関数アルゴリズム又はモードの如き各処理アルゴリズム又はデシメーション・モードに応じて、受信したデジタル化被試験信号を処理する。各デシメーション１４０の動作モードは、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などを用いて予めプログラムされているか、又は、処理及び表示制御器１６０が発生するデシメータ制御信号ＤＣに応答して「オンザフライ（on the fly：進行中）」でプログラムしてもよい。デシメータ１４０は、異なる関数の各々、同じ関数又はこれらの組合せを用いてもよい。

デシメータ１４０は、受信した各サンプル・ストリームを処理して、受信サンプル・ストリームの各々に応答してデシメーションされたサンプル・ストリームを発生する。例えば、第１Ａ／Ｄ変換器１３０₁からのデジタル・サンプル・ストリームに応答して、第１デシメータ１４０₁は、対応するデシメーション済みサンプル・ストリームを発生する。他のＡ／Ｄ変換器及びデシメータの動作も同様である。デシメータ１４０が発生したデシメーション済みサンプル・ストリームは、取り込みメモリ１５０の対応する部分に蓄積される。取り込みメモリ１５０の各々は、隣接したメモリ領域でもよいし、非隣接のメモリ領域でもよいし、更にオプションとしては、独立したメモリをデシメータ１４０の各々に割り当ててもよい。

制御及び表示制御器１６０を用いて、信号取り込み装置１００の種々の動作を管理する。処理及び表示制御器１６０は、取り込みメモリ１５０内に蓄積されたデータ・サンプルに対して種々の処理及び分析の動作を実行する。図２を参照して、処理及び表示制御器１６０の具体例を更に説明する。

処理及び表示制御器１６０は、例えばキーパッド又はポインティング・デバイスなどの入力装置１７０を介してユーザ命令を受ける。処理及び表示制御器１６０は、画像に関連したデータを表示装置１９０に供給する。この表示装置１９０は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶表示器（ＬＣＤ）又は他の表示装置である。表示装置１９０は、タッチ・スクリーン装置を具えて、ユーザからの入力及びユーザへの出力の両方の機能性を果たしてもよい。タッチ・スクリーンの場合、詳細に後述するようにユーザ・インタフェース機能性において特に有用である。

処理及び表示制御器１６０は、水平制御機能１６２及び垂直制御機能１６４を含んでいる。垂直制御機能１６２は、表示装置１９０により表示する波形の水平表示パラメータ（即ち、信号時間パラメータ）を適合させたり、及び／又は制約する。垂直制御機能１６４は、表示装置１９０により表示される波形の垂直表示パラメータ（即ち、信号振幅パラメータ）を適合させたり、及び／又は制約する。これら水平制御機能１６２及び垂直制御機能１６４については、図２〜６を参照して詳細に後述する。

本発明において、ここで説明する種々の動作は、表示装置が用いるのに適切な表示信号を発生するように概念化されており、多数の層（レーヤ）に関連した画像が得られる。特に、波形レーヤは、波形画像データを含んでもよいし、制御レーヤは、制御画像データを含んでもよいし、グリッド（振幅セグメント指標）レーヤは、グリッド画像データを含んでもよい。本発明の一実施例において、制御及びグリッドのレーヤ情報を１つのレーヤにまとめている。他の実施例においては、単一の画像レーヤを用いて、波形、制御及びグリッド情報を含む総て情報を表す。

図２は、図１の信号取り込み装置１００に用いるのに適する制御器のブロック図を示す。特に、図２の制御器２００を用いて、処理及び表示制御器１６０の機能を実現してもよい。また、ソフトウェア及び／又はファームウェアの機能性で説明した図１の装置１００内の種々の機能を、制御器２００を用いて実現してもよい。

図２の制御器２００は、プロセッサ２３０及びメモリ２４０を具えており、このメモリ２４０は、種々の制御プログラマブルやその他のプログラム２４４と、データ２４６とを蓄積している。また、メモリ２４０は、米国ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト・コーポレーションが開発したWindows（登録商標）オペレーティング・システム２４２の如く、プログラム２４４を支援するオペレーティング・システムを蓄積してもよい。本明細書で述べるタスクを実行するのに適する他のオペレーティング・システム、フレームワーク及び環境が当業者には理解できるだろうし、本発明の技術の範囲内である。例えば、米国カリフォルニア州クパーチノのアップル・コンピュータ・コーポレーションが使用している種々のオペレーティング・システムや、種々のＵＮＩＸ（登録商標）派生のオペレーティング・システムを本発明の技術範囲内で使用できる。

プロセッサ２３０は、電源、クロック回路、キャッシュ・メモリなどや、メモリ２４０に蓄積されたソフトウェア・ルーチンの実行を支援する回路の如き従来の補助回路２２０と協働する。ソフトウェア処理として説明するいくつかのステップは、ハードウェア内でも実現できる。例えば、かかるハードウェアには、プロセッサ２３０と協働して種々のステップを実現できる回路がある。また、制御器２００は、制御器２００と通信を行う種々の機能要素の間のインタフェースを形成する入出力（Ｉ／Ｏ）回路２１０を含んでいる。制御器２００は、本発明により種々の制御機能を実行するようにプログラムされた汎用コンピュータを表しているが、用途限定集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）の如きハードウェアで実現することもできる。ここで説明する処理ステップは、ソフトウェア、ハードウェア又はこれらの組合せにより等化的に実行できることも意図している。

メモリ２４０に蓄積されたプログラム２４４は、処理及び表示制御器１６０が供給する水平制御機能１６２及び垂直制御機能１６４を実現するのに適するプログラムを含むことができる。このプログラム２４４は、ここで説明する種々のユーザ・インタフェース機能、システム制御機能、及び表示／画像変更機能を提供するのに適するプログラムも含むことができる。

図１の信号取り込み装置１００は、一般に、被試験信号（ＳＵＴ）を受ける。この被試験信号は、デジタル化され、デシメーションされ、更に処理されて、表示用の各波形を導出する。表示された波形は、水平パラメータ及び垂直パラメータに関連させられる。水平パラメータは、時間パラメータから成る。一方、垂直パラメータは、振幅パラメータから成る。制御回路は、ユーザ入力に応答して、タイムベース（即ち、１水平目盛り当たりの時間）を調整すると共に、表示される波形の振幅（即ち、１垂直目盛り当たりのボルト（電圧））を調整する。すなわち、グリッド・パターンを含む表示装置を有するオシロスコープにおいて、ユーザは、各垂直セグメントが表すボルトの値と、各水平セグメントが表す時間量を選択できる。

本発明の概念において、ユーザ・インタフェースにより、垂直チャネル・レンジ・パラメータを制御する。垂直チャネル・レンジ・パラメータは、特定チャネルの垂直増幅器及びＡ／Ｄ変換器の使用可能な電圧レンジを特定する。垂直チャネル・レンジ・パラメータを調整すると、この垂直チャネル・レンジ・パラメータは、入力チャネル減衰及び／又は垂直増幅器の利得設定を変更する。図１の信号取り込み装置１００において、処理及び表示制御器１６０が発生する前置増幅器制御信号（ＰＡＣ）を用いて、前置増幅器利得設定により、受信被試験信号に影響する利得関数を減衰及び／又は増加させる。既知の垂直スケーリング制御とは異なり、垂直チャネル・レンジ・パラメータを固定の表示グラティキュール（目盛り）に連繋させない。例えば、既存のデジタル蓄積オシロスコープでは、垂直スケール制御は、典型的には、固定表示グリッドである１目盛り当たりのボルトの単位により与える。これとは対照に、本発明により可変、即ち制御可能な表示グリッドを提供することにより、ボルト、アンペア、オーム又は被試験信号に適する他の単位で垂直レンジ制御を特定する。なお、入力プローブが被試験信号を与える。垂直レンジは、クリッピングすることなく垂直チャネルが通過させる信号の最大のピーク・ピークである。この場合の１目盛り当たりのボルトとは、垂直レンジにわたって分布された表示目盛りの数により決まる。

垂直チャネル・オフセット・パラメータは、特定の垂直レンジ内でゼロ基準をどこに配置するかを制御する。よって、垂直チャネル・オフセット・パラメータは、対応する被試験信号を処理するＡ／Ｄ変換器のレンジ内で入力波形の垂直位置を制御する。

表示フレームは、取り込み波形がそのグラティキュールに沿って表示される領域の範囲を定める表示スクリーン上の領域である。動作のズーム・モードがアクティブでない場合、取り込んだ信号の垂直レンジは、好ましくは、表示フレームの垂直の高さの全部にわたる表示に対応する。数学関数又は基準波形のように導出した波形は、使用するグリッドの数及び垂直フレームに対して、垂直スケール及びオフセット・パラメータが夫々定まる。表示リードアウトのスケールは、好ましくは、１目盛り当たりの単位として特定される。表示フレームの垂直の高さは、ここでは、垂直表示レンジとして参照される。さらに、任意の数の表示フレームを実質的に同時に表示上に存在させてもよい。ここで、表示フレームは、種々のサイズ及び割合でもよい。

取り込んだ被試験信号に基づいて数学的に導出した波形のように求めた波形は、ユーザが特定したレンジ及びオフセット・パラメータによりフレーム内に表示される。この場合、レンジは、最大クリッピング・レンジを意味するのではなく、ユーザが選択した数学関数の垂直レンジであって、表示フレームの垂直レンジ内で適合するレンジを意味する。

本発明における表示パラメータ「１目盛り当たりの垂直単位」によって、垂直利得は一定に維持されるが、垂直フレームをカバーするグリッドの数と垂直グリッドの間の距離とが変化する。水平ラインが示す垂直グリッドは、１目盛り当たりの垂直単位の制御に応答して、互いの相対距離を増加又は減少させる。ユーザは、垂直レンジ制御を用いて、入力チャネルの垂直利得を変更できるが、表示装置上の１目盛り当たりの電圧は一定に維持される。１目盛り当たりの垂直単位を制御する方法にはいくつかがある。すなわち、（１）従来の「良好な」値の１−２−５順序により１目盛り当たりの垂直単位を選択する。（２）入力装置により任意の値を割り当てできるようにする。（３）表示フレームの垂直レンジ内に適合するように垂直グリッド・ラインの数をユーザが特定できるようにする。最初の２つの方法は、好ましくは、表示波形に対する一定の基準点にグリッドがロックされている。第３の方法では、好ましくは、グリッドがフレームに対してロックされて、従来のオシロスコープ表示と同様な動作となる。

本発明により、１フレーム内で、異なるスケールの多数の波形を表示することができる。実施例において、異なる表示グリッドの各々に沿って、異なるスケールの多数の波形が同じ表示フレーム内に描かれる。波形が選択されると、その波形用のグリッドも表示される。これは、既存のＤＳＯの動作にいくらか類似しており、グラティキュール・スケール・リードアウトの数字が現在表示されている波形用となる。

垂直グリッド・オフセット・パラメータは、波形垂直基準マーカに対する垂直グリッド・ラインの位置を特定する。よって、垂直グリッド・オフセットにより、表示グリッドが垂直に移動できる一方、波形及びフレームは、表示上の位置に固定される。垂直グリッド・オフセット・パラメータは、上述の動作の第３モードに対しては適切ではなく、グリッドがフレームに対して固定される。

図３は、本発明の実施例に用いるのに適するユーザ・インタフェースを示す。図３のユーザ・インタフェース３００は、例えば、図１を参照して上述した如きタッチ・スクリーン表示装置上での表示に適する。すなわち、ユーザ・インタフェース（及びそのサブメニュー）内に表示された対象は、オプション的にユーザの操作に直接応答して、ここで説明した種々の機能性を与える。

図３のユーザ・インタフェースは、波形表示領域３１０及び制御領域３２０を具えている。波形表示領域３１０は、ユーザが制御したピーク・ピーク振幅又はレンジにおいて１つ以上の波形を表示する。波形表示領域３１０は、図示のように、垂直表示レンジの独立した個別の部分を表す複数の水平線を有する。１目盛り当たりのボルト（又は他の単位）に関するパラメータは、近接する水平線の間のレンジの部分により表す。また、波形表示領域３１０には、基準マーカも表示され、初期垂直グリッド指標が位置する表示可能なレンジ内の点を指示する。図示していないが、１目盛り当たりの時間を示す垂直線は、通常、水平線と共に表示されて、表示グリッドが形成される。ズーム・モードがオフのとき表示フレームの幅及び高さに夫々一致するように適合した継続時間パラメータ及びレンジ・パラメータにより、取り込んだ波形が表示される。

制御領域３２０は、水平信号取り込み制御領域（第１ユーザ操作可能領域）３３０と、表示制御領域（第２ユーザ操作可能領域）３４０とを具えている。表示制御領域３４０は、波形にロックしたグリッド（GRID LOCK WFM）制御３４２、表示フレームにロックしたグリッド（GRID LOCK FRAME）制御３４４、位置（POSITION）制御３４６、１目盛り当たりの単位（Units/Division）制御３４８を具えている。波形にロックしたグリッド制御３４２がイネーブルされると（オン：ON）、信号取り込み装置は第１動作モードになる。この第１動作モードでは、１目盛り当たりのボルトのパラメータを示すグリッド・ライン（グリッドの線）が波形にロックされるので、レンジ・パラメータの増加により、かかるグリッド・ラインの数が増加する。表示フレームにロックされるグリッド制御３４４がイネーブルされると、信号取り込み装置は、第２動作モードになる。この第２動作モードでは、１目盛り当たりのボルト・パラメータを示す水平グリッド・ラインが表示フレームにロックされるので、レンジ・パラメータの増加により、かかるグリッド・ラインの数は増加しない。位置制御３４６は、表示された波形の電圧又はオフセットをイネーブルする。かかる電圧オフセットは、表示された波形の関心部分をグリッド・ラインに合わせるのに特に有用であり、ユーザが波形を分析するのを助ける。１目盛り当たりの単位の制御３４８を用いて、１目盛り当たりの表示ボルト・パラメータを制御する。

垂直（VERTICAL）信号制御領域３３０は、位置（POSITION）制御３３２及びレンジ（RANGE）制御３３４を含んでいる。位置制御３３２を用いて、垂直グリッド・オフセット・パラメータを制御して、表示された波形の垂直オフセットを通常位置から増加又は減少させる。表示フレーム内の表示波形の初期位置の実際の位置は、波形表示領域３１０内の基準マーカにより指示される。レンジ制御３３４は、処理された被試験信号の垂直レンジを決めて、表示波形を発生する。垂直レンジ制御３３４は、前置増幅器１１０による被試験信号の増幅又は減衰を行う。Ａ／Ｄ変換器１３０が用いる基準電圧を変更して被試験信号の増幅又は減衰を行うし、及び／又は、デシメータ１４０内の処理能力を用いて被試験信号の増幅又は減衰を行うこともできる。

第１動作モードにおいて、グリッド・ラインは、波形にロックされる。この動作モードにおいて、「１目盛り当たりのボルト」パラメータを調整することにより、取り込んだ波形のレンジをカバーするグリッドの数が可変となる。グリッドが波形にロックする制御３４２をオン位置にユーザが選択することにより、グリッドが波形にロックされる動作モードが呼び出される。この制御を用いる利点は、スクリーン上の１目盛り当たりのボルトの特定値により要求されるレンジ・パラメータの制約から開放されることである。よって、ユーザは、表示上で１目盛り当たりのボルトを一定に維持したまま、垂直レンジを変更できる。この点は、従来のオシロスコープでは、レンジ及び表示の制約制御により可能ではなかった。この方法によって、スクリーン上でより広い信号レンジを実現できるようにレンジ・パラメータを良好に制御できる一方、１グリッド当たりの電圧を一定に維持してグリッドの数が増加する。

好ましくは、「グリッド・オフセット」又は位置制御がゼロに設定されると、基準マーカ位置にて基準グリッドを描く。水平線で示される他の総ての垂直グリッドは、基準グリッド位置に対して間隔を置く。位置制御を調整することにより、基準マーカ位置に対してグリッドが移動する。表示ズーム機能を使用すると、グリッドが波形に応じてスケーリング（拡大／縮小）し、波形に対して同じ関係を維持する。１目盛り当たりの単位制御３４８の如きつまみによりこの値を増加させると、１目盛り当たりのボルトが、正確に１−２−５順序で特定される。しかし、ユーザは、キーボード又はポインティング・デバイスなどの他の装置により、１目盛り当たりのボルト情報を入力できることが理解できよう。

第２動作モードにおいて、グリッドが表示フレームにロックされる。この動作モードにおいて、「１目盛り当たりのボルト」パラメータを調整すると、取り込んだ波形レンジをカバーするグリッドの数が変化しない。この動作モードは、例えば、グリッドを表示フレームにロックさせる制御３４４を「オン」の位置にユーザが選択することにより、呼び出される。このモードにより、ユーザは、現在のオシロスコープと同様に波形を観察できるが、更に、いくつかの付加機能がある。特に、第２動作モードにおいて、水平に描かれた垂直グリッド・ラインが表示フレームに対して固定される。この違いにより、ユーザにとって、既存のオシロスコープのように８個又は１０個の目盛りに限定されることがない。むしろ、ユーザは、任意のグリッド・ラインの数、及び／又はグリッド・ライン間の１目盛り当たりのボルトを選択できる。１目盛り当たりのボルト・パラメータの調整により、取り込みパラメータが変化しないことに留意されたい。１目盛り当たりのボルトは、表示グリッドの制御であり、取り込みパラメータの制御ではない。レンジの制御のみにより、取り込みパラメータの変化が生じる。

１目盛り当たりのボルトを特定すること（表示された垂直グリッドの数を決定すること）には、発明者が意図したいくつかの技術がある。第１技術において、描かれた垂直グリッド・ラインの数をユーザが直接特定する。レンジ選択に関連したこの第１技術は、１目盛り当たりのボルトの読取りを決定する。この第１技術を用いてグリッド・ラインの数を固定すると、１目盛り当たりのボルトの値を用いてレンジを分割する。すなわち、オシロスコープに共通の従来の１−２−５順序の値は、この技術を用いて選択した１目盛り当たりのボルト値には必然的にならない。第２技術において、１目盛り値の特定のボルト値を入力することにより、グリッドの数を特定する。この方法において、１目盛り当たりのボルトのグリッド値を非常に良好に又は従来のように達成できる。これらグリッド値は、従来の１−２−５値でも構成できるし、ユーザが望む任意の他の値でも構成できる。この入力方法により、表示フレームに固定されたグリッドの数は、現在のレンジ及び要求された１目盛り当たりのボルトにより決まる。

図４は、レンジ制御の典型的なユーザ・インタフェース構成を示す。図３のユーザ・インタフェース３００の垂直信号制御領域３３０内の制御の１つを選択することにより、図４の垂直チャネル（VERTICAL CHANNEL）サブメニューを呼び出せる。図４の垂直チャネル・サブメニュー４００は、直接選択してもよいし、遠隔のコンピュータ装置によりアクセスしてもよい。特に、図４の垂直チャネル制御インタフェース４００は、レンジ及びオフのパラメータをユーザが選択できるようにする。

選択されたレンジ（Range）の表示対象領域には、現在選択されているレンジ（図では１０．０ボルト）が表示される。レンジの表示対象領域の近傍にある増加対象（上向き矢印）及び減少対象（下向き矢印）を用いて、選択されたレンジを増加又は減少させる。上述の如く、選択されたレンジの増加又は減少は、受信した被試験信号ＳＵＴの増幅又は減衰であるか、又は、対応するＡ／Ｄ変換器の基準電圧の変更である。

選択されたオフセット（Offset）の表示対象領域に、現在選択されているオフセット（図では、０．０ボルト）を表示する。オフセット表示対象領域の近傍にある増加対象（上向き矢印）及び減少対象（下向き矢印）を用いて、オフセットを増加又は減少できる。

図５は、垂直グリッド（VERTICAL GRIDS）制御の典型的なユーザ・インタフェース構造を示す。特に、図５の垂直グリッド制御インタフェース５００により、ユーザは、１目盛り当たりのボルト（Volts/Div）、グリッド位置（Position）、グリッドの数（Num Grids）、及びグリッド・ロック（Grid Lock）モードを選択できる。

選択された位置又はオフセット表示対象領域は、基準位置（図では、第１又は元のグリッド指標、フレーム位置の中央、又はフレーム位置の端）からのオフセットとしてグリッド位置（図では、０．０ボルト）を表示する。位置表示対象領域に近傍の増加対象（上向き矢印）及び減少対象（下向き矢印）を用いて、基準位置からのグリッドの電圧オフセットを増加又は減少させる。

選択された１目盛り当たりのボルトの表示対象領域は、現在選択されている１目盛り当たりのボルトを表示する（図では、１．０ボルト）。１目盛り当たりのボルト表示対象領域に近傍の増加対象（上向き矢印）及び減少対象（下向き矢印）を用いて、各垂直目盛りに関連する１目盛り当たりの選択されたボルトを増加又は減少させる。

選択されたグリッドの数（Num Grids）の表示対象領域を用いて、現在選択されているグリッドの数（図では、１０）を表示する。グリッドの数の表示対象領域に近傍の増加対象（上向き矢印）及び減少対象（下向き矢印）を用いて、グリッドの選択した数を増加又は減少させる。

グリッド・ロック（Grid Lock）モード指示対象領域を用いて、現在選択されているグリッド・ロック・モード（図では、波形であるWaveform）を表示する。上述の如く、グリッドを（制御３４２により）波形にロックできるし、（制御３４４により）表示フレームにもロックできる。グリッドを非ロックに維持することもできる。

図６は、本発明の実施例による方法の流れ図を示す。図６の方法６００は、本発明によるユーザ制御機能性を提供するために、図１の信号取り込み装置１００にて使用するのに適している。特に、図６の方法６００は、ステップ６０５から開始し、レンジ、増幅及び／又は減衰、Ａ／Ｄ基準レベル、デシメータ関数、グリッド・ラインの数、１目盛り当たりの電圧などの値を選択する。ステップ６０５は、例えば、被試験信号を最初に取り込むのに適した自動トリガ・ルーチンの一部として実現できる。デフォルト値を選択又は最新の値を用いることにより、ステップ６０５を実現することもできる。

ステップ６１０にて、取り込んだ波形を表示する。すなわち、ステップ６１０では、ステップ６０５で最初に選択したレンジ・パラメータ及びグリッド表示パラメータを用いるか、又は、その後のステップ６１５〜６６０に関して後述するようにパラメータを変更して、１つ以上の取り込み被試験信号に関連した波形を表示する。

ステップ６１５にて、方法６００は、ユーザ命令（コマンド）を待つ。ユーザ命令を受けると、ステップ６２０にて、受信したユーザ命令がレンジ命令で構成されているか否かの判断を行う。命令がレンジ命令でない（ノー）場合、ステップ６４０にて、ユーザ命令が表示命令で構成されているか否かを判断する。ユーザ命令がタイムベース命令又は表示命令でない（ステップ６４０でノー）場合、ステップ６６０にて、方法６００は、いくつかの他の命令（例えば、スクリーン輝度、システム・セットアップ、システム構成など）を実行し、ステップ６１０に戻る。

レンジ命令（ステップ６２０でイエス）の場合、ステップ６２５にて、レンジ制御メニューを表示する。すなわち、ステップ６２５にて、図４を参照して上述したレンジ制御メニューの如きユーザ・インタフェースをユーザとの対話（相互作用）のために表示する。ステップ６３０にて、方法６００は、上述の種々の制約内でレンジ制御メニューとのユーザ対話を許可する。ステップ６３０でのユーザ対話の結論により、方法６００は、ステップ６３５にて、取り込み装置１００の種々のレンジ・パラメータをステップ６３０でのパラメータに適合させる。この方法６００は、ステップ６１０に戻り、新たなレンジ・パラメータに応じて取り込んだ波形を表示する。

表示命令（ステップ６４０でイエス）の場合、ステップ６４５にて、図５に関して上述した表示制御メニューの如きユーザ・インタフェースをユーザ対話用に表示する。ステップ６５０にて、方法６００は、上述した種々の制約内で表示制御メニューとのユーザ対話を許可する。ステップ６５０でのユーザ対話の結論により、方法６００は、ステップ６５５にて、取り込み装置１００の種々の表示パラメータをステップ６５０で選択されたパラメータに適合させる。方法６００は、ステップ６１０に戻り、新たな表示パラメータにより取り込み波形を表示する。

以下の例は、種々のパラメータの制御が波形、表示フレーム及びグリッドの表示にどのように影響するかを示す。これらは、基準グリッド位置に対してグリッドが固定され、表示フレームから独立している（即ち、グリッドが波形にロックされている）。

グリッドがフレームにロックされる動作モードにおいて、垂直グリッド・ラインは、表示フレームに対する位置に固定される。ユーザは、フレーム内で描画されるグリッドの数を特定できる。したがって、フレームの頂部から底部までの距離は、垂直レンジ制御により決まり、この制御が上述の如くチャネル利得を調整する。表示の目盛り当たりの電圧は、フレーム内で特定されるグリッドの数により決まる。ユーザがグリッド・ラインの数を８に特定すると、この動作モードでの表示は、標準のオシロスコープと同様になる。ユーザは、１目盛り当たりの単位を調整して、正確な１−２−５順序の選択を特定できる。また、ユーザは、１目盛り当たりの単位を任意に特定できる。１目盛り当たりの単位の調整は、垂直チャネルの利得を変化させない。かかる調整は、表示フレーム内のグリッドに影響するのみである。

グリッドを波形にロックさせる動作モードにおいて、垂直表示グリッドは、波形に対してロックされ、表示フレームにはロックされない。基準グリッド・ラインは、波形接地基準マーカの位置で水平に描画される。残りのグリッドは、グリッド・スケール（即ち、１目盛り当たりのボルト、１目盛り当たりのアンペア、１目盛り当たりのオームなど）が決定した基準グリッド・マーカから間隔を空けて描画される。グリッドを波形にロックする動作モードは、図７Ａ〜図７Ｅを参照して後述する。

図７Ａは、レンジ（Ｒ）が１．０ボルトで、１目盛り当たりの電圧（Ｖ／Ｄ）が１目盛り当たり０．１ボルトで表示された正弦波関数の典型的な表示である。１．０ボルトのレンジが、１０個の０．１ボルトとの目盛りに分割されているのが判る。

図７Ｂは、ユーザが垂直レンジ制御を変更して、２．０ボルトの設定を選択した後の図７Ａの正弦波関数表示である。すなわち、図７Ｂは、図７Ａの正弦波関数を示しているが、レンジ（Ｒ）が２．０ボルトで、１目盛り当たりのボルト（Ｖ／Ｄ）が１目盛り当たり０．１ボルトである。２ボルトの垂直レンジを１２個の０．１ボルトのセグメントに分割していることが判る。

図７Ｃは、レンジ（Ｒ）が２．０ボルトで、１目盛り当たりのボルト（Ｖ／Ｄ）が１目盛り当たり０．２ボルトの場合における図７Ａの正弦波関数の典型的な表示を示す。この図７Ｃの表示は、図７Ｂの表示期間中にユーザが操作した結果であり、垂直レンジが２．０ボルトのままであるが、１目盛り当たりのボルトのパラメータが１目盛り当たり０．２ボルトに設定されている。よって、指標のグリッドの数が係数２だけ（即ち、２分の１に）減っている。図７Ａ〜図７Ｃの表示の各々に示す正弦波は、０ボルトの位置から開始すること（即ち、基準グリッドがレンジの中央に位置すること）に留意されたい。

図７Ｄは、レンジ（Ｒ）が２．０ボルトで、１目盛り当たりのボルト（Ｖ／Ｄ）が１目盛り当たり０．４ボルトで、垂直オフセット（ＯＦＦ）を０．１５ボルトの条件で、図７Ａの正弦波関数を典型的に表示した場合である。この波形のピーク・ピークの高さは図７Ｃ及び図７Ｄの間で変化していないが、（１目盛り当たりの電圧が２倍となったため）グリッドの数が半分になっており、垂直オフセット・パラメータのユーザ設定によりフレーム内で全体の波形及びグリッドが０．１５ボルトだけオフセットされていることに留意されたい。

図７Ｅは、レンジ（Ｒ）が１．０ボルトで、１目盛り当たりのボルト（Ｖ／Ｄ）が１目盛り当たり０．４ボルトで、垂直オフセット（ＯＦＦ）を０．１５ボルトの条件で、図７Ａの正弦波関数を典型的に表示した場合である。図７Ｅの波形のピーク・ピークの高さは、垂直レンジが２．０ボルトから１．０ボルトに変化したため、図７Ｄの２倍になっている点に留意されたい。さらに、１目盛り当たりのボルトの制御が一定であるため、表示フレームに表示されたグリッドが少なくなっている。最後に、垂直オフセットが依然０．１５ボルトなので、波形基準マーカ及びゼロ・グリッド・ラインがフレームに対して移動している。

上述の如く、本発明は、レンジ及びオフセットの高レベルのユーザ・インタフェース・パラメータによって、また、１目盛り当たりの単位とグリッドの数とについての表示パラメータによって、増幅器利得又は減衰、Ａ／Ｄ変換器基準値、及びデシメーション関数の如き主要な垂直取り込みパラメータの制御を均一にする手段を効果的に提供する。グリッドを波形にロックするとき、ズーム機能を用いる場合は、グリッドを波形にスケーリングさせる。本発明は、オシロスコープ又は他の信号取り込み装置の設計者を設計の制約から解放し、オシロスコープ又は信号取り込み装置の垂直制御回路での可能な入力チャネル・レンジに対して一層多くの選択可能性を与える。その一方、本発明によれば、上述したレンジ及びオフセットの制御により示す改良垂直制御及び表示モデルを割合直接的に実現できる。

また、本発明は、表示パラメータと分離した取り込みチャネル用の新規でより意味のある利得制御単位をユーザに提供する。入力チャネルがその出力端にて取り込みメモリに供給できるピーク・ピーク電圧を表す垂直レンジとして示される新たなパラメータにより、利得を特定できる。市場における既存のオシロスコープのようには、利得の特定がもはや不明瞭ではない（例えば、既存のＤＳＯでは、レンジが何であるかを決定するためにズームがオフのとき、特定のある数の目盛りにわたって垂直チャネル・レンジを固定されていることを知る必要がある）。さらに、既存のオシロスコープでズーム・モードがアクティブのとき、レンジを計算するためにズーム・スケール係数を含めなければならない。これとは対照的に、本発明では、レンジをユーザ・インタフェース制御により直接的に特定してもよく、垂直レンジとして示される。これは、メニューに直接的に読み出される。

さらに、本発明は、垂直繰りを表示上で制御する方法により、柔軟性を高める。ユーザは、フレームに対して固定された垂直グリッドの数を任意に特定できる。これは、既存の８でなくてもよい。また、この新たなモデルでは、新規なアプローチにより、ユーザは、波形の基準マーカに対してある位置に固定されたグリッド用に、１目盛り当たりのボルトを指定できる。これは、Ｄ／Ａ変換器の出力を使用するステップのレベルにおいて、グリッド間の間隔を空けるよう指定する能力の如く、ユーザの利用性を改善する。これらステップに対する新たなグリッドは、Ｄ／Ａ変換器ステップの直線性及び平坦性を視覚的に指示する。

本発明の好適実施例について上述したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の実施例に本発明を適用できる。

本発明の好適実施例による信号取込み装置のブロック図である。図１の信号取り込み装置に用いるのに適する処理及び表示制御器のブロック図である。本発明の実施例に用いるのに適するユーザ・インタフェースのスクリーンを示す図である。本発明の実施例に用いるのに適するユーザ・インタフェースのスクリーンを示す図である。本発明の実施例に用いるのに適するユーザ・インタフェースのスクリーンを示す図である。本発明の実施例による方法を示す流れ図である。本発明を理解するのに有用な波形図である。

符号の説明

１００信号取り込み装置
１１０前置増幅器（信号取り込み手段）
１２０トラック及びホールド回路（信号取り込み手段）
１３０Ａ／Ｄ変換器（信号取り込み手段）
１４０デシメータ
１５０取り込みメモリ
１６０処理及び表示制御器（制御手段）
１６２水平制御機能
１６４垂直制御機能
１７０入力装置
１８０タイムベース
１９０表示装置（表示手段）
２００制御器
２１０入出力（Ｉ／Ｏ）回路
２２０補助回路
２３０プロセッサ
２４０メモリ
２４２オペレーティング・システム
２４４プログラム
２４６データ
３００ユーザ・インタフェース
３１０波形表示領域
３２０び制御領域
３３０水平信号制御領域（第１ユーザ操作可能領域）
３３２分解能制御
３３４継続時間制御
３４０表示制御領域（第２ユーザ走査可能領域）
３４２波形にロックしたグリッド制御
３４４表示フレームにロックしたグリッド制御
３４６位置制御
３４８１目盛り当たりの単位の制御
４００タイムベース制御インタフェース
５００水平グリッド制御インタフェース

Claims

振幅レンジ・パラメータに応じて被試験信号を制約して、取込んだサンプルのストリーム（取込みサンプル・ストリーム）を発生する信号取込み手段と、
表示手段での利用に適し、振幅セグメント指標と視覚的に協働する被試験信号波形画像を含む表示信号を発生する制御手段とを具え、
該制御手段は、第１動作モードにて、上記振幅レンジ・パラメータに応じて上記振幅セグメント指標の数を適合させることを特徴とする波形表示装置。
波形レーヤ及びグリッド・レーヤを有する表示信号を発生する信号取込み装置に用いるのに適したユーザ・インタフェースであって、
取込んだ被試験信号を波形が表すのに適するように振幅レンジ取込みパラメータのユーザ選択を可能にする第１ユーザ操作可能領域と、
表示グリッドの振幅部分が上記波形に重なるのに適するように振幅表示パラメータのユーザ選択を可能にする第２ユーザ操作可能領域と
を具えたユーザ・インタフェース。
少なくとも１つのレンジ制御の信号に応答して少なくとも１つの被試験信号の複数のサンプルを取込む信号取込み手段と、
取込んだ上記サンプル及び対応する表示グリッドの少なくとも一部を表示する信号表示手段と、
第１ユーザ命令に応答して上記少なくとも１つのレンジ制御を変更すると共に、第２ユーザ命令に応答して上記表示グリッドを変更する制御手段とを具え、
上記表示グリッドの変更は、振幅グリッド・ラインの数の選択と、１振幅グリッド・ライン当たりの単位の選択との少なくとも一方を行うことを特徴とするオシロスコープ。