JP2507556B2 - ディジタル波形記録装置 - Google Patents

ディジタル波形記録装置

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JP2507556B2 JP63244029A JP24402988A JP2507556B2 JP 2507556 B2 JP2507556 B2 JP 2507556B2 JP 63244029 A JP63244029 A JP 63244029A JP 24402988 A JP24402988 A JP 24402988A JP 2507556 B2 JP2507556 B2 JP 2507556B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気信号をA/D変換してディジタル記録す
るディジタル波形記録装置に係り、特に入力波形の任意
の点からの波形取り込みを可能にしたトリガ回路及びそ
れを用いたディジタル波形記録装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、ディジタル的に記録した電気信号を、計算機を
用いて解析する用途が増大している。このために、観測
対象の入力波形をA/D変換し、半導体メモリ等にデータ
を記録する、いわゆる波形メモリ、トランジエントレコ
ーダ、波形ディジタイザと称するディジタル波形記録装
置が用いられる。これらの波形記録装置では、有限のメ
モリ領域内に観測対象の入力波形を効率良く記録するた
めの手段として、トリガ回路を備えるのが一般的であ
る。
従来のトリガ回路を用いた波形記録装置の構成図は、
岡田清隆著、オシロスコープのすべて、共立出版、pp28
5-294,1983年に記載されている。第6図に、上記文献に
記載の波形記録装置の構成図を示す。図において、1は
被測定対象、2はサンプリングヘッド、3はA/D変換
器、4はメモリ、5は計算機、6はトリガ発生器、7は
クロック発生器、8はアドレスカウンタである。
被測定対象1の出力信号を、サンプリングヘッド2に
よって等価時間サンプリングし、低速信号に変換する。
更にA/D変換器3によってディジタル化した波形データ
をメモリ4に記録する。ここで、メモリ4に被測定対象
1の出力信号波形の特定部分のデータを取込むために、
被測定対象1の出力信号に同期した同期信号からトリガ
信号を発生し、メモリ4の書込みアドレスを制御する。
上記のトリガ方式で、高速信号を記録する場合に、高
速信号に対して実時間で動作可能なトリガ回路6が必要
である。また、一般的に高速動作の可能なトリガ回路
は、直流ドリフト等の直流安定性や、高速波形に対する
トリガ安定度に劣る。このため、観測波形に応じて頻繁
にトリガ条件を調整する必要があった。
これに対してトリガ回路を不要にしたディジタル波形
記録装置は、実開昭61-135274号公報に記載の様に第7
図に示す構成となっている。第7図において1〜5まで
の構成要素は第6図と同様であり、9は基準周波数発生
器、10は周波数シンセサイザ(1)、11は周波数シンセ
サイザ(2)、12はサンプリングパルス発生器、100は
増幅器である。第7図の構成では周波数シンセサイザ
(1)10によって第8図(a)に示す様に、被測定対象
1の動作周期Tを規定する。第8図(b)の被測定対象
1から出力された周期Tの波形は、周波数シンセサイザ
(2)12によって発生したサンプリング周期t=n・T
+Δtでサンプリングする。上記の周波数関係に2台の
周波数シンセサイザを設定することで等価サンプリング
周期Δtの等価時間サンプリングが行なえる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来例では、サンプリングヘッド2の
出力に被測定対象1の出力波形と相似の低速波形が常に
得られるが、トリガ手段を持たないために、観測波形の
任意の点からのメモリ4への書込みは困難である。
本発明の目的は、上記の従来例の問題点に対し、観測
波形の速度にかかわらず恒に安定したトリガ信号を得る
ことの可能なトリガ回路と、それを用いたディジタル波
形記録装置に関する。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、観測信号を等価時間サンプリングするサ
ンプリング手段と、サンプリング手段の出力波形をA/D
変換するA/D変換手段と、A/D変換手段の出力データを記
録するためのデータ記録手段とを備えたディジタル波形
記録装置において、サンプリング手段の出力波形をトリ
ガ源としてデータ記録手段へ観測信号波形の特定部分の
波形データの記録を可能とすることによって達成され
る。
〔作用〕
本発明では、サンプリング周波数発生手段の発生する
サンプリング周波数に対し、測定周波数設定手段の発生
する被測定対象の動作周波数を、整数倍に対して更に微
小にずれた周波数に設定する。この様な周波数関係にお
いて波形サンプリング手段によって観測波形を等価時間
サンプリングした場合に、波形サンプリング手段の出力
には、高速の観測波形と相似でかつ低速のサンプリング
波形が得られる。このサンプリング波形の安定度は、サ
ンプリング周波数設定手段と測定周波数設定手段の発生
周波数の相対的な安定度によって決定される。このた
め、単一の基準周波数発生手段の発生周波数を二つの周
波数設定手段の基準周波数とすることにより、長時間に
渡って相対的な周波数関係を高い安定度で維持できる。
以上の周波数関係に設定することで波形サンプリング
手段の出力波形は、基準周波数発生手段とほぼ同程度の
安定度を得ることが可能である。このため、サンプリン
グ波形をトリガ源とすれば、低速かつ高精度のトリガ発
生手段を用いて高安定のトリガ信号を得ることが可能と
なる。すなわち、高速の観測波形に対して低速かつ高精
度のトリガ発生手段を用いてトリガをかけたのと同じ効
果を得ることが可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例を示すブロック構成
図で、1は被測定対象、2はサンプリングヘッド、3は
A/D変換器、4はメモリ、5は計算機、8はアドレスカ
ウンタ、9は基準周波数発生器、10は周波数シンセサイ
ザ(1)、11は周波数シンセサイザ(2)、12はサンプ
リングパルス発生器、13はトリガ発生器である。
周波数シンセサイザ(1)10によって、観測対象とな
る被測定対象1の出力周波数f0を発生する。周波数シン
セサイザ(2)11は、サンプリングヘッド2に供給する
サンプリング周波数fSPLを発生する。ここで、2台の周
波数シンセサイザは、同一の基準周波数発生器9の発生
周波数を基準とすることにより、2つの発生周波数f0
びfSPLの相互の位相関係を同期する。サンプリングヘッ
ド2に入力した観測波形は、サンプリングパルス発生器
12の発生するサンプリング周波数fSPLで等価時間サンプ
リングする。この時のf0とfSPLの関係は、次式の通りで
ある。
f0=n・fSPL+Δf ……(1) ただし、nは整数、Δf≪fSPL ここで、例えばΔfをサンプリングヘッド2の出力に
得られる観測波形に相似でかつ低速のサンプリング波形
の周波数で、Δf=1kHzし、このサンプリング波形1周
期当りのサンプリング点数NをN=1000点とすれば、f
SPL=N・Δf=1MHzとなる。上記の条件で約100MHzの
観測波形を等価時間サンプリングするための条件は、n
=100として、f0=100.001MHzに設定すれば良い。即
ち、上記の周波数条件に設定することにより、f0=100.
001MHzの観測波形は、サンプリング点数N=1000点で構
成される周波数Δf=1KHzの相似のサンプリング波形に
変換される。
上記の構成によって高速の観測波形は、相似でかつ低
速のサンプリング波形に変換される。このため、A/D変
換器3は、高い分解能で低い変換速度で良い。A/D変換
された波形データは、メモリ4に記憶した後に計算機5
で波形処理される。ここで、メモリ4のメモリ領域内
に、観測波形の注目部分の波形データを書込むために、
サンプリングヘッド2の出力に得られるサンプリング波
形をトリガ源とする。即ち、高速の観測波形と相似でか
つ低速のサンプリング波形をトリガ源とすることが可能
なため、トリガ発生器13には低速かつ高精度の回路が使
用できる。このため、観測波形の注目する部分で発生し
たトリガパルスによってアドレスカウンタ8を起動する
ことにより、メモリ4に観測波形の注目部分の波形デー
タを書込むことが可能となる。
以上に述べた本発明の第1の実施例を用いることで、
低速でかつ高精度のトリガ発生器13を用いて安定したト
リガ信号を得ることが可能となる。このため、高速の観
測波形から直接トリガ信号を得る従来方式に比べて、安
定したトリガを実現できる。また、サンプリングヘッド
2にショットキバリアダイオード等によって構成される
超高速ゲート回路を用いることでGHz帯の波形記録が可
能になる。
次に第2図を用いて本発明の第2の実施例を説明す
る。第2図において1から12までの構成要素は第1図と
同様であり、新たにディジタルコンパレータ14を付加し
ている。
図において、サンプリング波形を得るための構成方法
及び周波数設定方法は、第1の実施例と同様であるが、
トリガ源をA/D変換器3の出力波形データから得る点が
異る。A/D変換器3の出力には、高速の観測波形と相似
でかつ低速のサンプリング波形のデータが得られる。こ
の波形データと注目する観測波形のデータとの一致をデ
ィジタルコンパレータ14によって検出し、トリガパルス
を発生する。このトリガパルスによってアドレスカウン
タ8を起動し、メモリ4に観測波形の注目部分の波形デ
ータを書込む。
以上に述べた本発明の第2の実施例を用いることによ
ってディジタル的な比較手段を用て第1の実施例と同様
の効果が得られる。また更に、複雑な形状の波形からも
安定したトリガ信号を得られる利点がある。
次に第3図を用いて本発明の第3の実施例を説明す
る。第3図において13までの構成要素は第1図と同様で
あり、新たにオシロスコープ15を付加している。
図においてサンプリング波形を得るための構成方法及
び周波数設定方法は第1及び第2の実施例と同様であ
る。本実施例では、サンプリングヘッド2の出力に得ら
れた観測信号と相似でかつ低速のサンプリング波形をオ
シロスコープ15によって観測するもので、サンプリング
波形からトリガ発生器13によって得たトリガパルスをオ
シロスコープの外部トリガ信号とする。
上記本発明の第3の実施例を用いることで、狭帯域で
安価のオシロスコープに付加して高速波形を容易に観測
することができることは言うまでも無い。
次に第4図を用いて本発明の第4の実施例を説明す
る。第4図は、本発明を用いた2台のディジタル波形記
録装置をD/A変換器の試験装置に適用した例を示す。
図において、5は計算機、9は基準周波数発振器、10
は周波数シンセサイザ(1)、11は周波数シンセサイザ
(2)、12はサンプリングパルス発生器、16は被試験D/
A変換器、17はパターン発生器、19は遅延線、20はトリ
ガ選択器、21(22)はサンプリングヘッド、31(32)は
A/D変換器、41(42)はメモリ、81(82)はアドレスカ
ウンタ、131(132)はトリガ発生器、161(162)は増幅
器、171(172)はサンプル/ホールド回路181(182)は
デイレイカウンタである。
パターン発生器17は、被試験D/A変換器16の分解能に
対応したビット数のディジタルデータを複数周期に渡っ
て繰り返し発生することができる。発生データのデータ
レートは、周波数シンセサイザ(1)10によって規定す
る。ここで、被試験D/A変換器16の出力に得られる出力
波形を1万のディジタル波形記録装置に入力する。これ
に対して被試験D/A変換器16に入力するディジタルデー
タの中の着目するビットのデータ波形を他方のディジタ
ル波形記録装置に入力する。2台のサンプリング系統に
供給するサンプリングクロックのタイミング差は、遅延
線19によって可変する事で、サンプリングヘッドの入力
点における時間スキューを補正することができる。これ
によって2信号間の時間差を正確に計測できるため、D/
A変換器におけるセトリング時間あるいは、伝搬遅延時
間などの、2信号間の時間差を計測する試験に好適なこ
とは言うまでもない。
次に第4の実施例を第5図を用いて更に詳細に説明す
る。図において、波形を上から順に(a),(b),
(c),(d),(e),(f)と定める。
(a)は入力するディジタルデータの中の着目したビ
ットにおける試験データ波形を示し、(b)は被試験D/
A変換器16の出力波形を示し、(c)は、トリガ選択器2
0の出力波形を示し、(d)はデレイカウンタ181、182
の出力波形を示し、(e)は、波形(a)に対応するメ
モリ41に記憶した試験データ波形のデータを示し、
(f)はメモリ42に記憶した被試験D/A変換器16の出力
波形データを示す。
第4図の構成では、トリガ選択器20を備えており、2
台のトリガ発生器131及び132によって発生したトリガ信
号の各々を選択するだけでなくAND,OR等の論理選択がで
きる。第5図の波形(c)は、波形(a)の立上りでト
リガパルスを得る例を示す。デレイカウンタ181、182に
よってトリガパルスから時間tdだけ遅延した時点でアド
レスカウンタ81,82を起動する事により、恒に波形の特
定部分のデータをメモリ41,42に書込める。第4図の波
形(e),(f)は、メモリ41,42に書込まれた波形デ
ータを示す。ここで、メモリに書込まれた各々、1周期
分に相当する波形データが1000点で構成されているとす
れば、波形(e)における立上り時間の測定には、メモ
リアドレスの100番地から200番地の波形データを読出
し、計算機5によって処理するのみで良い。同様に波形
(f)において出力波形のセトリング点を知るためには
250番地から600番地のデータを処理すれば良い。
以上、本発明の第4の実施例を用いることにより恒に
注目する波形の特定部分のデータをメモリに書込む事が
できる。このため、メモリの特定のアドレス範囲内に書
込まれた試験に必要な波形データのみを読出すだけで試
験が可能となる。このため、1周期分の波形データの全
数を計算機処理する場合に比べて、メモリから計算機に
データ転送するのに必要な時間と、計算機処理に必要と
する時間を大幅に短縮できる。このため、処理時間の短
い試験装置を提供できる。また、更に特定のメモリ領域
内に観測波形の正確な一周期分の波形データを取込む事
ができる。このため、二周期目以後に相当する波形デー
タのメモリアドレスを正確に定められ、デレイカウンタ
の計数値の制御によって観測波形の任意の部分からの書
込みが可能である。即ち、言わゆるデイレイドトリガを
容易にかつ、正確にかけられるのは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上に述べた本発明を用いることで、高速の観測波形
に対して、低速かつ高精度のトリガ発生手段を用いてト
リガ信号を得る事ができる。このため、高速の観測波形
に対しても安定したトリガをかける事ができる。
また更に、観測波形の一周期を構成するサンプリング
点数を正確に定めることができるため、デレイカウンタ
を備える事によって、観測波形の任意の部分からのメモ
リへの書込みができる。このため、容易にデレイドトリ
ガを実現できる。
また、本発明のトリガ回路を備えたディジタル波形記
録装置を2系統備えることで、2つの信号間の時間差を
正確に観測する事ができる。このため、波形の評価に必
要な部分のデータのみを読出すことで、波形処理に必要
なデータ点数を低減でき、D/A変換器の試験装置、ある
いは半導体製品等の伝搬遅延時間の試験装置に適用した
場合に試験能率の向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例の構成図、第2図は、
第2の実施例の構成図、第3図は、第3の実施例の構成
図、第4図は、第4の実施例の構成図、第5図は第4の
実施例の動作を説明した図、第6図は、従来例のトリガ
方式を説明した図、第7図は、従来例のトリガ回路を持
たないディジタル波形記録装置の構成図を説明した図、
第8図は第7図の動作を説明した図である。 符号の説明 1……被測定対象、2……サンプリングヘッド、3……
A/D変換器、4……メモリ、5……計算機、6……トリ
ガ発生器、7……クロック発生器、8……アドレスカウ
ンタ、9……基準周波数発生器、10……周波数シンセサ
イザ(1)、11……周波数シンセサイザ(2)、12……
サンプリングパルス発生器、13……トリガ発生器、14…
…ディジタルコンパレータ、15……オシロスコープ、16
……被試験D/A変換器、17……パターン発生器、19……
遅延線、20……トリガ選択器、21,22……サンプリング
ヘッド、31,32……A/D変換器、41,42……メモリ、81,82
……アドレスカウンタ、100……増幅器、131,132……ト
リガ発生器、161,162……増幅器、171,172……サンプル
/ホールド増幅器、181,182……デレイカウンタ。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】観測信号を等価時間サンプリングするサン
    プリング手段と、 該サンプリング手段の出力波形をA/D変換するA/D変換手
    段と、 該A/D変換手段の出力データを記録するためのデータ記
    録手段とを備えたディジタル波形記録装置において、 前記サンプリング手段の出力波形をトリガ源としてデー
    タ記録手段へ観測信号波形の特定部分の波形データの記
    録を可能とすることを特徴とするディジタル波形記録装
    置。
  2. 【請求項2】前記サンプリング手段の出力波形から電圧
    比較器によってトリガ信号を得るトリガ手段を備えた請
    求項1記載のディジタル波形記録装置。
  3. 【請求項3】前記A/D変換手段の出力データをディジタ
    ルコンパレータによって比較し、トリガ信号を得るトリ
    ガ手段を備えた請求項1記載のディジタル波形記録装
    置。
  4. 【請求項4】前記データ記録手段において特定の記録領
    域への波形データの書き込み、及び特定の記録領域内に
    記録された波形データの読み出し手段を備えた請求項1
    ないし3いずれかに記載のディジタル波形記録装置。
  5. 【請求項5】観測信号を等価時間サンプリングするサン
    プリング手段の出力波形を観測するための波形観測手段
    を備えた観測波形装置おいて、サンプリング手段の出力
    波形を波形観測手段のトリガ源とすることを特徴とした
    波形観測装置。
  6. 【請求項6】観測信号を等価時間サンプリングするため
    のサンプリング手段において、観測信号の周波数fimを
    規定する観測信号周波数発生手段と、サンプリング手段
    のサンプリング周波数fSPLを規定するサンプリング周波
    数発生手段とにおいて、 fim=n・fSPL+Δf ただし、nは整数、Δf≪fSPLなる周波数条件において
    観測信号を等価時間サンプリングすることを特徴とする
    請求項1記載のディジタル波形記録装置。
  7. 【請求項7】請求項1記載のディジタル波形記録装置を
    2系統以上備え、同一のサンプリング周波数発生手段に
    より供給されるサンプリングクロックによって各サンプ
    リング手段の入力波形を同時に等価時間サンプリングす
    ることにより、各サンプリング手段に入力された観測波
    形の相互間の時間関係を計測できることを特徴とした半
    導体デバイスの試験装置。
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