JP2561817B2 - デジタルオシロスコープの表示方法及びデジタルオシロスコープ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の技術分野＞ 本発明は概ねデジタルオシロスコープに関し、より詳
細にはラスタデイスプレーを有する繰り返しサンプリン
グ・デジタルオシロスコープにおいて表示された波形の
可変持続性および無限持続性を実現するための装置に関
する。

＜従来技術とその問題点＞ オシロスコープは、電子装置を解析し電子装置におけ
る故障状況を確認するために使用される。オシロスコー
プは、時間対電子信号電圧のグラフを表示する。

可変持続性によりオシロスコープのユーザーは、プロ
ツトされた被試験波形のスクリーン上に残存する時間の
長さを制御できるので、波形におけるどのような変化を
も知覚できる。無限持続性によりオシロスコープのユー
ザーは、まれに起る故障状況を見つけることあるいは長
期間に渡る波形の変化程度を監視できる。

オシロスコープの２つの主要タイプには、アナログお
よびデジタルがある。アナログオシロスコープは、静電
偏向でベクトルデイスプレーを使用する。該デイスプレ
ーは、Ｘ、Ｙ、Ｚと呼称される３つの入力を有する。測
定される信号電圧はＹ入力に供給され、またランプ電圧
がＸ入力に供給される。該ランプは時間変化を表す。Ｚ
軸は、ビームがスクリーンを掃引するときそのビームを
オンするために使用される。即ち電圧がスクリーンのＹ
軸に対応しまた時間がスクリーンのＸ軸に対応するＸ対
Ｙ表示である。

デジタルオシロスコープは、アナログオシロスコープ
のようには信号電圧を直接表示しない。デジタルオシロ
スコープは、測定される信号電圧をサンプリングするた
めにアナログ・デジタル（A/D）変換器を使用する。A/D
変換器の出力から、そのときデータのＸ対Ｙ表示をおこ
なう。デジタルオシロスコープには２つのタイプがあ
る。単発オシロスコープと繰り返しサンプリング・オシ
ロスコープである。単発オシロスコープでは、波形は一
度だけサンプリングされる。波形はいつたん集録される
とスクリーンの上に表示されまたユーザーがつぎの集録
をするまではそこに残る。いくつかの単発波形により連
続的に表示を更新する。新しい波形が集録されるたび
に、それはデイスプレー上の波形に置き代わる。

繰り返しサンプリング・オシロスコープでは、波形は
連続的にサンプリングされスクリーンの上に表示され
る。波形がサンプリングされるたびに、より多くの点が
表示された波形の上に補充される。繰り返しサンプリン
グの利点は、信号が繰り返すという条件でユーザーにず
つと高い周波帯の信号を見ることを許容することであ
る。今日、ほとんどのデジタルオシロスコープは、単発
オシロスコープである。

オシロスコープに現在利用できる表示技術の２つのタ
イプは、ベクトル表示およびラスタ表示である。総ての
アナログスコープは、上に述べられたようにＸ、Ｙ、Ｚ
と呼称される３つの入力を有するベクトル技術を使用す
る。表示される信号は、記憶された信号または実時間信
号である。いくつかのデジタルスコープはベクトル技術
を使用し、また他のものはラスタ技術を使用する。

ラスタ表示は、スクリーンの頂部から開始するスクリ
ーン線を順次書き足すことによつておこなわれる。スク
リーン画像は、ピクセルと呼ばれる分離した点から構成
されている。ラスタ表示は、それぞれのビツトがピクセ
ルに対応するメモリーから更新される。

可変持続性は、長い間いくつかのアナログスコープに
おける特色であつた。アナログオシロスコープにおける
可変持続性を実現するための１つの一般に使用された機
構は、陰極線管におけるスクリーンと電子銃との間に蓄
積網目を使用した。この蓄積網目は、陰電位に充電され
ていた。入力信号は高速度電子線を蓄積網目に衝突さ
せ、この網目表面から電子を除去して電位を上昇させる
ことによつて網目に書き込まれる。

網目上の画像は、網目を低速度電子で浴射することに
よつてスクリーンに転写された。低速度電子はスクリー
ンの上の陰充電によつてはね返されるが、高速度電子線
が電子を除去した網目部位を通過できた、網目は、陰電
位に充電されることによつて周期的に消し去られた。ト
レースの持続性は、画像がそれぞれの消去周期の間に完
全には消去されないように消去周期の長さを制御するこ
とによつて決定された。

該機構には、いくつかの問題があつた。陰極線管の内
側に漂う自由電子のために蓄積網目が徐々に放電し、ス
クリーン上の画像が薄れて消失するので限定された持続
時間を有していた。該オシロスコープは、明るいトレー
スを有することとブルーミングを避けることとの間に妥
協が成されなければならなかつたために、概して使用が
困難であつた。トレースが明るければ明るいほど、太く
なつた。トレースが太くなりブルーミングが起るとスク
リーン全体が高輝度になつた。また、アナログ蓄積オシ
ロスコープは、高価であり、キヤラクタを満足が行くよ
うに表示するために必要な解像度を有していなかつた。

アナログオシロスコープに使用されたもう１つの蓄積
技術は、二安定蓄積であつた。二安定オシロスコープの
陰極線管は、２つの安定状態、オンとオフを有する螢光
体によつて被覆されていた。螢光体は、初めはオフであ
り、陰極線管の内側表面へのビーム書き込みによつてオ
ンにされた。二安定オシロスコープは、低コストおよび
長い持続性の利点を有したが、アナログ蓄積オシロスコ
ープに比較して非常に限定された周波帯幅と、スクリー
ン全体を消去することによつてしか制御できない持続性
とアナログ蓄積オシロスコープに比較して低いコントラ
ストと、の不便を有した。

可変持続性は、蓄積オシロスコープについて前に述べ
た問題のため、アナログオシロスコープにおいては決し
て満足の行くようには使用されなかつた。

連接リスト（linked list）は、該産業において久し
く良く知られてきたソフトウエア機構である。典型的に
は、連接リストはいくつかの連接（リンク）および指針
（ポインタ）から構成される。該ポインタは第１の連接
のアドレスを有し、それぞれの連接はそれに続く連接の
アドレスを有する。リストにおける最後の連接は、最後
の連接であることを示すゼロアドレスのような確認する
ものを格納する。ウエイトマン（Waitman）およいライ
マン（Lyman）による米国特許第3,972,026号において、
データ・キヤラクタおよび陰極線管表示を更新するため
の制御キヤラクタの符号化の方法として使用された一例
がある。

ルツクアツプ・テーブルもまたソフトウエア適用にお
ける時間節約手段として良く知られている。必要とされ
るたびに関数に従つて数値を計算する代りに、関数に従
つて計算された数値の表が用意されており必要とされる
ときに参照される。

＜発明の目的＞ 本発明の目的は、上記の不具合を解消し、表示に無限
持続性と可変持続性を有する安価な広帯域デジタルオシ
ロスコープを提供することである。

＜発明の概要＞ 本発明は、被試験システムにおける信号波形に可変持
続性および無限持続性を与えるための方法および装置か
ら構成される。本発明の１つの好適な実施例は、特定さ
れたかまたは無限の時間、サンプリングされた変化する
波形を表示することができるデジタルオシロスコープで
ある。

第１図のブロツク図は、本発明の１つの実施例のため
の装置の基本構造を示す。ブロツク10は、入力回路およ
びサンプラを表す。入力回路は、信号をサンプラおよび
アナログ・デジタル（A/D）変換器の範囲内に納めるた
めの減衰およびオフセツト回路を包含する。サンプラ
は、サンプリングおよびホールド（S/H）機能を実行す
る。

ブロツク20は、入つてくるアナログ信号をデジタル数
値へ変換するA/D変換器を表す。デジタル数値は、ブロ
ツク30によつて表された高速メモリーに格納される。デ
ータ集録周期はあらかじめ決められた数の波形点が得ら
れたとき終る。

データ収録が終了すると、ブロツク50によつて表され
たマイクロプロセツサは、高速メモリーからデジタル数
値を読み出して処理する。もし本発明の実施例が可変持
続性モードにあると、マイクロプロセツサは、ブツク40
によつて表された連接リスト・メモリーにに格納された
連接リストと予備連接のプールとを更新する。これらの
連接リストは、ブロツク70によつて表された表示スクリ
ーンの上の点の位置と表示されるべきそれぞれの点の残
存時間とを記憶する。リストを更新し維持することは、
高速メモリーに格納されたデジタル数値をスクリーンの
点位置に変換すること、新しい点を連接リストに加える
こと、連接リストにおける総ての点の残存時間のデクリ
メントと、連接リストから残存時間がゼロまたはゼロよ
り小さい点を取り去ることとから構成される。連接リス
トに加えることと連接リストから連接を取り去ることと
は、予備連接のプールを使用することによつて成し遂げ
られる。点位置の計算は、Ｙ座標を見つけるためにあら
かじめ計算されたルツクアツプ・テーブルを利用する。

マイクロプロセツサがデジタル数値を処理し連接リス
トを維持するとき、それはブロツク60によつて表された
表示メモリーの表示のピクセルに対応するビツトをセツ
トしたり、クリアしたりする。連接リストに加えられた
点は対応するビツトがセツトされるように成し、リスト
から消し去られた点は対応するビツトがクリアされるよ
うに成す。表示メモリーはデユアルポート・メモリーで
ある。表示メモリーが表示の連続的再書き込みのための
表示回路によつてアクセスされていないとき、マイクロ
プロセツサは表示メモリーにおけるビツト値を変更す
る。本発明のこの実施例における表示の不断の更新は、
ユーザーに対し見かけ上実時間応答しているようにみせ
る。

もし本発明の実施例が無限持続性モードにあるなら
ば、そのときデジタル数値はマイクロプロセツサによつ
てデイスプレイ上の点位置に変換され、表示メモリーに
おける対応するビツトがセツトされる。いつたん点がス
クリーンの上に配置されると、ユーザーがそれを取り除
くまでは配置されたまま残る。連接リストは一切使用さ
れていない。

点が処理された後に、マイクロプロセツサは高速メモ
リーに次の１組の点群を格納するもう１つの集録周期を
開始する。該周期は、ユーザーの命令により処理を停止
するまではくりかえされる。

第２図、第３図および第４図は、可変持続性および無
限持続性のモードで獲得された波形の具体例を示す。第
２図における波形は、振幅変調された正弦波である。変
調周期はほぼ５秒であり、持続性は0.2秒に調節され
る。第２図の（ａ）は集録開始時点での波形を示し、第
２図の（ｂ）は0.8秒後の波形を示し、第２図の（ｃ）
は1.5秒後の波形を示す。集録期間に獲得されたそれぞ
れの点は、0.2秒の間のみ表示される。第３図の（ａ）
は、50nsec/div（10区分がある）の掃引で獲得された波
形を0.5秒の持続性とともに示す。持続性が5.0秒に増加
されるとき、波形は第３図の（ｂ）においてずつと明瞭
になる。

第４図は、データがどのように獲得されまた無限持続
性モードでどのようにプロットされるかの具体例を示
す。第４図の（ａ）は第１回目の集録後の表示スクリー
ンを示し、第４図の（ｂ）は第２回目の集録後の表示ス
クリーンを示し、第４図の（ｃ）は数回の集録を行つた
後の表示スクリーンを示す。無限持続モードでは、ユー
ザーが非常に速いくりかえし波形をも観測することがで
きる。

本発明の１つの実施例においては、目盛線および２つ
の他の波形が表示メモリーの異なつた区域に格納され
る。それらは、実時間波形とともに表示スクリーンの上
に表示される。２つの実施例において、目盛線および格
納された波形はそれぞれ低輝度及び高輝度ドライバを使
用して表示され、異なつた明暗度で表示されるので、観
察者は識別がしやすくなる。

本発明の１つの実施例においては、マイクロプロセツ
サによる情報の処理は、連接リストのために準備された
メモリーの範囲内で表示された点の個数を維持するため
に可変持続性モードにおけるスクリーン上の表示の持続
性を短縮することがある。

なお可変および無限持続性を実現するためのいくつか
の代案が調査されたが不採用となつた。第１の代案は、
メモリーにおける円形の連接リストに点を格納し、集録
期間が終了する度にベクトルデイスプレーのスクリーン
上にそれらをプロツトした。集録毎に最も新しい点が最
も古い点の上に書かれた。持続性は、円形の連接リスト
にある点の個数によつて制御された。

該代案は、３つの大きな問題を有した。第１に、表示
メモリーがフリツカなく表示され得る点の個数に限定さ
れた。第２に、ベクトルデイスプレーは、無限持続性モ
ードでは動作することができない。なぜならば、それは
フリツカが起るまでに限られた個数の点をプロツトでき
るだけだからである。第３に、ベクトル表示は、ラスタ
デイスプレーと比較して高価である。

第２の代案は、２つの表示メモリーとともにラスタデ
イスプレーを使用することであつた。一方の内容を表示
し、他方の内容は表示されない。波形は、表示されない
表示メモリーに格納される。ユーザー特定の時間の後、
２つのメモリーは交換され、因つて表示に使用されてい
なかつた表示メモリーが表示用になり表示に使用されて
いた表示メモリーが表示されなくなる。

この代案の主な欠点は、波形を変更する前にかなり長
い持続時間（１秒またはそれ以上）では待ち時間が生ず
ることである。そのため表示の動きがピクピクして見え
る。

第３の代案は、好適な実施例に類似する構造である
が、各ピクセルの残存時間を追跡するために各ピクセル
が計数器を備えたものであつた。欠点は、計数器に要求
されたメモリーの量と、点を捜しまた点を消すために要
求された時間の長さであつた。

第４の代案は、スクリーン上のそれぞれの波形のため
の記録をメモリーに保持することであつた。ユーザー特
定の時間の後、波形およびその記録は消去された。

欠点は、点を追跡保持するために必要とされるメモリ
ーの量と消去すべきでない他の波形の点を消去してしま
うという問題とであつた。

これらの代案は、本発明と同様にはデジタルオシロス
コープにおける無限および可変持続性に関連した問題を
解決することはできない。

＜発明の実施例＞ 本発明の１つの好適な実施例は、第１図におけるブロ
ツク図によつて表される。ブロツク10は、入力回路およ
びサンプラを表す。入力回路は、信号をサンプラおよび
ブロツク20によつて表されたアナログ・デジタル（A/
D）変換器の動作範囲内に調節するための減衰およびオ
フセツト回路を包含する。サンプラは、被試験システム
の信号をサンプリングしホールドする。１つの実施例に
おいては、サンプリング窓は1GHzの周波帯幅を保証する
のに十分な狭さである。サンプラは、その機能を連続的
に実行する。

サンプリングされたデータは、A/D変換器に入力さ
れ、デジタル数値に変換される。１つの実施例において
は、サンプリングされた信号は７ビットデジタル数値に
変換される。これらのデジタル数値は、サンプリングさ
れた信号のＹ値を表す。A/D変換器は、その機能を連続
的に実行する。

デジタル数値はランダムアクセス高速メモリーに入力
される。このメモリーは、１集録期間に集録されたサン
プリング・データ総てのＹ値を格納する。１つの実施例
では、高速メモリー1024個のデジタル数値を保持する。
集録期間とは、その間に各波形点がサンプリングされデ
ジタル数値に変換され高速メモリーに格納される期間で
ある。集録期間は、高速メモリーが新しくサンプリング
された数値で満たされたとき終る。集録された各点が処
理された後に、新しい集録期間が開始し新しい点の組が
集録される。

ブロツク50は、第１図におけるブロツク図内のマイク
ロプロセツサを表す。マイクロプロセツサは、高速メモ
リーからデジタル数値を受け取りそれらを処理する。マ
イクロプロセツサは、A/D変換器と高速メモリーとの間
に配置されたハードウエア・ゲートによつてそれぞれの
集録期間の始まりと終りを制御する。集録期間が始まる
べきとき、ハードウエア・ゲート上のスイツチを動作さ
せるマイクロプロセツサのフラツグビツトがセツトされ
ハードウエア・ゲートが開く。１つの実施例においてハ
ードウエアは入力信号を探索し、ユーザー定義のトリガ
を捜す。トリガが見つけられると、遅延計数器がユーザ
ー定義の期間待機後A/D変換器と高速メモリーとの間の
ゲートを開き集録期間を開始する。高速メモリーがデー
タの完全な１組を集録したとき、ゲートは閉じマイクロ
プロセツサに連結された高速メモリー上のフラツグビツ
トがセツトされる。マイクロプロセツサはそれに応じて
デジタル数値を処理する。

マイクロプロセツサは、第１図のブロツク40によつて
表された連接リストメモリーおよび第１図のブロツク60
によつて表された表示メモリーに連結される。マイクロ
プロセツサはまた表示メモリーと表示器との間に配置さ
れた表示回路に連結される。該回路は、表示器が表示メ
モリーにアクセスしていないとき、マイクロプロセツサ
が表示メモリーにアクセスすることを許容するためにマ
イクロプロセツサに信号を出す。１つの実施例において
は、マイクロプロセツサは、ユーザーがオシロスコープ
のパラメーターを定義するためのフロントパネルに連結
され、またオシロスコープの状態を維持するためのロー
カル・メモリーを有する。マイクロプロセツサはまた、
様々な計算を実行するための種々雑多なメモリーに連結
され、そして無限持続性を得る方法および可変持続性を
得る方法を実行するために使用される命令を格納し実行
する。

もしユーザーがオシロスコープを無限持続性モードに
設定するならば、集録期間および総ての後続する集録期
間に集録された総ての点が表示される。総ての点は、ユ
ーザーがスクリーンをクリアするまでは消去されない。
１つの実施例においては、マイクロプロセツサは、集録
されたデジタル数値を第１図のブロツク70によつて表さ
れたデイスプレーに適切なＸおよびＹ座標に変換する。
その座標は、デイスプレー上の適切な点に対応する表示
メモリーにおけるビツトをセツトするために使用され
る。１つの実施例においては、該点は、ラスタ表示スク
リーン上の個別的に点滅されるピクセルである。より多
くのデータが集録されればされるほど、波形に関するよ
り多くの情報がラスタ表示スクリーン上に満たされる。
この１つの具体例が、第４図に示されている。表示回路
は、表示メモリーに準備されたビツトに基づきラスタ表
示スクリーンを駆動する。

第１図のブロツク60によつて表された表示メモリー
は、デユアル・ポート・ランダアクセス・メモリーであ
る。該メモリーは、ビツトがセツトされるかまたはクリ
アされるときマイクロプロセツサによつてアクセスさ
れ、表示が更新されるとき表示回路によつてアクセスさ
れる。１つの実施例においては、表示メモリーは、それ
ぞれのブロツクが完全な表のための情報の１組に対応す
るメモリーブロツクに分割される。１つの実施例におい
ては、該表示メモリーは４ブロツクを有する。第１図の
ブロツクは実時間波形を格納するために使用され、第２
のブロツクは目盛線を格納するために使用され、第３ブ
ロツクおよび第４ブロツクはそれぞれ後で参照する波形
や、実時間波形との比較のために使用される他の波形を
格納するために使用される。１つの実施例においては、
メモリーのそれぞれのブロツクは、16,384バイトの情報
を保持する。これは、幅512ピクセル高さ256ピクセルの
ラスタ表示スクリーンに関連して使用される。16,384バ
イトのブロツクにおけるそれぞれのビツトは、ラスタ表
示スクリーンの上の１つのピクセルに対応する。第５図
における１つのアドレス機構は、表示メモリーにおける
アドレスとラスタ表示スクリーンの上のピクセルとの間
の対応を示す。スクリーン上の第１の列は表示メモリー
における第０から第31バイトに対応し、スクリーンの上
の最後の列は表示メモリーにおける第16,352から第16,3
83バイトに対応する。スクリーン上のそれぞれの列は１
ピクセルの幅であり、それぞれのバイトは列内での８ピ
クセルを表す。１つの実施例においては、左上隅のピク
セルはアドレス０のビツト７をセツトすることによつて
制御され、下方右側角におけるピクセルはアドレス16,3
83のビツト０をセツトすることによつて点灯される。同
様なアドレス機構がメモリーの残りのそれぞれのブロツ
クのために使用される。

デイスプレイーは、表示メモリーにアクセスしまた表
示メモリーの内容に基づきデイスプレーを連続的に書き
直す表示回路によつて更新される。１つの実施例におい
ては、スクリーンの再書き込みは、ほぼ１秒の60分の１
ごとに起る。これは、３段階周期を連続的に繰り返すこ
とによつて成し遂げられる。初めの２段階の間に表示回
路は、表示メモリーにアクセスし、実時間波形およびラ
スタスクリーン上の目盛線を更新する。第３段階は、マ
イクロプロセツサが表示メモリーにアクセスしそれを最
新のものにする。

第１段階の間に、表示メモリーの実時間波形ブロツク
から２バイトを、並列でとり出しシフトレジスタにロー
ドする。このシフトレジスタは、格納されたビツトを順
次にラスタスクリーンの高輝度駆動部に直列で入力す
る。該駆動部は、シフトレジスタの内容に基づき高輝度
トレースでラスタスクリーン上の適切なピクセルを点灯
する。該２バイトがロードされた後で、シフトレジスタ
がビツトをシフトしている間に、目盛線表示ブロツクか
らの２バイトが同様に並列で第２のシフトレジスタにロ
ードされる。この第２のシフトレジスタは、ビツトを順
次ラスタスクリーンのための低輝度駆動部に出力する。
該低輝度駆動部は、そのとき表示メモリーにおける目盛
線表示ブロツクの内容に基づき低輝度トレースで該表示
スクリーンの上の適切なピクセルを点灯する。該目盛線
は低輝度の点として表示され、実時間波形は高輝度の点
として表示され、ユーザーが実時間波形と目盛線とを容
易に識別することを可能にする。

１つの実施例においては、他の波形は、表示メモリー
の第３および第４のブロツクに格納されている。もしユ
ーザーが格納された波形をデイスプレーの上に表示した
いときは、第２のシフトレジスタに送られる該バイト
を、適切なメモリーブロツクおよび目盛線メモリーブロ
ツクの論理的にORされた結果とする。格納された波形
を、目盛線とともに同じ輝度で表示される。ユーザー
は、低輝度の格納された波形を高輝度の実時間波形と比
較することができる。該目盛線メモリーブロツクおよび
格納された波形のメモリーブロツクは、そのまま残る。

３段階周期の第３の段階は、実時間波形ブロツクおよ
び目盛線表示ブロツクがアクセスされた後に起る。表示
回路は、第１のシフトレジスタがその内容を高輝度駆動
部に出力しおえるまで実時間波形のつぎのバイトのため
に表示メモリーにアクセスしない。表示回路が表示メモ
リーの目盛線表示ブロツクにアクセスしつぎに実時間波
形ブロツクに再びアクセスする間に、マイクロプロセツ
サは、表示メモリーにアクセスし１操作をおこなえる。
マイクロプロセツサは、保留した表示メモリー操作を有
するとき、ハンドシエーク信号を表示回路に送る。表示
メモリーがハンドシエーク信号を戻すとき、マイクロプ
ロセツサは保留操作を完了する。もしマイクロプロセツ
サがさらに多くの保留した表示メモリー操作を有するな
らば、それはさらにもう１つのハンドシエーク信号を表
示回路に送る。表示回路は該周期の第３段階が起るとき
応答する。１つの実施例においては、この３段階周期は
ほぼ800ナノ秒の時間がかかる。シフトごとに50ナノ秒
の割合で16シフト行うために要求される。

無限持続性モードでは、マイクロプロセツサは、ただ
集録されたデータを表示メモリーのためのＸおよびＹ座
標に変換し適切なビツトをセツトするだけである。可変
持続性では、より複雑である。なぜならば、それはこれ
らのビツトを後刻消し去ることをも要求するからであ
る。

表示メモリーのためのＸおよびＹを計算する１つの方
法は、トリガと第１サンプルクロックパルスとの関係に
基づき時間に対応する第１のＸを計算することである。
いつたん第１のＸが計算されると、次のＸは、サンプル
時間即ち２つのサンプル間の時間ステツプを加えること
によつて計算される。このステツプは、ユーザーによつ
て設定されたサンプリング速度に依存する。この１つの
具体例は第６図に示される。Ｘは時間に対応し、△Ｘは
サンプル間隔に対応し、Ｙはスクリーンの頂部からの距
離に対応する。

１つの実施例においては、Ｘは、それがスクリーンか
らはみ出すほどに右に進んでしまつたかテストされる。
もしそれが限界に達したならば、プロツトを終了し新し
い集録期間が開始される。１つの実施例においては、オ
シロスコープは２チヤンネルを有し、新しい集録期間が
開始される前で第１チヤンネルがプロツトされた後、第
２チヤンネルがプロツトされる。Ｘがスクリーンからは
み出していないならば、次にＹが計算される。

A/D変換器のＹ値は、それが範囲外にあるかまたは頂
部クリツプのために不正確であるかどうかを試験され
る。もしそのようであれば、Ｙはスクリーンへの最大値
に設定される。いつたんＹが設定されるかまたはＹが範
囲外にないならば、あらかじめ計算されたルツクアツプ
・テーブルが表示メモリーへＹを提供するために使用さ
れる。１つの実施例においては、ルツクアツプ・テーブ
ルのＹは８ビツトデジタル数値である。該ルツクアツプ
・テーブルは、ユーザー定義による拡大を考慮に入れた
大きさで、A/D変換器の値を表示のためのＹ値に変換す
るのに使用される。Ｙのためのルツクアツプ・テーブル
およびＸの段階増加により、ＸおよびＹの計算を高速化
する。

スクリーンの上のピクセルに対応するメモリー内のビ
ツトがセツトされる。計算されたＸはピクセルにおける
列を指定し、計算されたＹはピクセルにおける行を指定
する。１つの実施例において、第５図において示すよう
に、スクリーン上のピクセルは表示メモリーに対応す
る。Ｘは、適切な列の頂部バイトを見出すために32を乗
ぜられる。１列につき32バイトあるからである。Ｙは、
８によつて割られる。これがその列での正しいバイト位
置を与え、Ｙの上位ビツトで表わされる。その結果とし
て、式（Ｘ★32＋Y/8）は、バイトによる正確な表示メ
モリーアドレスを表わす。Ｙの下位３ビツトは、マイク
ロプロセツサによつて使用され、どのビツトがどのバイ
トに配置されるかを定義する。マイクロプロセツサとし
てモトローラ（Motorola）68000を使用する１つの実施
例においては、これはBEST命令によつて成し遂げられ
る。これは、計算されたＸおよびＹを使用するラスタス
クリーン上の正確なピクセルに対応する表示メモリーに
おけるビツトをセツトする１つの方法である。

該ビツトがセツトされた後に、マイクロプロセツサ
は、古いＸにサンプリング時間を加えることによつて次
のＸを計算し、また次のA/D変換器のＹ値を使用するこ
とによつて次のＹを計算する。これは、サンプリングさ
れた点の組全体がプロツトされるまでかまたはＸ座標が
スクリーンからはみ出すまでは続く。次に、新しい集録
期間が開始され、点の第２の組がプロツトされる。これ
は、ユーザーがサンプリングを停止させるまで続く。１
つの実施例においては、該ビツトは、モトローラ68000
マイクロプロセツサによつて、テーブルＡ（後掲）の命
令セツトを使用し、無限持続性モードでセツトされる。

可変持続性モードは、無限持続性モードよりも複雑で
ある。ビツトは無限持続性モードにおけるように表示メ
モリーにセツトされるが、それらは、また、ユーザーの
定義の持続時間が過ぎてしまつたときには消し去られな
ければならない。これを可能にするために、１つの実施
例では連接リストの配列を使用してスクリーン上の点の
軌跡とそれがクリアされるまでの残存時間を追跡する。
１つの実施例においては、表示スクリーンのそれぞれの
列またはそれぞれのＸ点について１つの連接リストがあ
る。該リストはセツトされるそれぞれの点のための連接
を有し、それぞれの連接はＹ位置とその点がクリアされ
るまでの残存時間とを記憶する。連接は、点が付け加え
られたりクリアされるにつれ、連接リストに付け加えら
れたり取り除かれる。連接リスト内にない連接は、予備
連接のプールに保持される。

１つの実施例においては、リストの配列は、可変持続
性モードに変つたときあるいはスクリーンがユーザーに
よつてクリアされるとき、初期化される。該初期化プロ
セスは、３つの部分から構成される。第１部分は、スク
リーンの上に表示された点の個数を数える計数器をゼロ
に設定している。第２部分では、列ポインタの512要素
配列がゼロに初期化される。列毎に分離して設けた別々
の列連接リストでその列の全ての表示点を追跡する。列
ポインタ配列は、それぞれの列連接リストにおける第１
の連接を指定する。配列における第１の要素は列Ｘ＝０
に対応し、配列における最後の要素は列Ｘ＝511に対応
する。配列におけるそれぞれの要素は、ゼロに初期化さ
れる。アドレス０は、連接リストの最後を示す。総ての
ポインタは初期値ゼロに設定される。なぜならば、スク
リーンの上に表示された点が全く無いからである。第３
部分では、予備連接のプールが第７図の（ａ）において
示されるフオーマツトに初期化される。それぞれの連接
は、４バイトであり、また次の連接のアドレスを包含す
る。１つの実施例においては、第１連接へのポインタ
は、アドレス1024にあり、またアドレス1028を記憶す
る。第１連接は、アドレス1028にあり、またアドレス10
32を記憶する。

１つの実施例においては、可変持続性のためのデータ
は、32,768バイト長である第１図のブロツク40によつて
表されたメモリー領域に記憶される。アドレス０から10
23までは512の連接リストの列ポインタの配列を記憶
し、アドレス1024から32,563までは予備連接のプールの
ための7885個の４バイト連接を記憶する。１つの実施例
においては、該連接は、モトローラ68000マイクロプロ
セツサによつて、テーブルＢ（後掲）に設定された命令
セツトを使用することによつて初期化される。

１つの実施例においては、連接リストメモリーは、表
示メモリーと同じデユアルポートランダムアクセスメモ
リーに割当てられる。該メモリーは、それぞれ16,384バ
イトの長さの８ブロツクに分割される。第１のブロツク
は実時間波形を格納するためのものであり、第２のブロ
ツクは目盛線を格納するためのものであり、第３および
第４のブロツクはそれぞれある波形を格納するためのも
のであり、第５および第６のブロツクは可変持続性を実
施するためのものであり、列ポインタの配列と予備連接
のプールと連接リストとを包含し、第７および第８のブ
ロツクは種々雑多な計算のためのものである。この具体
例の１つは、第８図において示されている。この実施例
においては、マイクロプロセツサが表示メモリーにアク
セスし、実時間メモリーブロツクにおけるビツトのセツ
トやクリアをしたり、連接リスト操作を実行したりまた
は他のマイクロプロセツサの機能を実行する。

２チヤネルオシロスコープに対する集録と表示ループ
のフローチヤートは第９図において示されている。連接
の初期化は、該ループの開始前に行われる。まずデータ
の１組を集録する。そして、オシロスコープが無限持続
性モードにあるかどうかを決定するためのテストが行わ
れ、もしそのモードでないならば旧点消去ルーチンが呼
び出される。

１つの実施例においては、消去ルーチンは、各点毎の
消去までの残存時間を追跡する全変数の値を経過実時間
だけ減少させることによつて始まる。そのとき、ゼロ以
下の残存時間を有する総ての連接は、連接リストから取
り除かれ予備連接のプールに戻される。連接リストのＸ
位置および連接のＹ位置に対応するこのビツトは、クリ
アされる。表示回路がラスタ表示スクリーンを更新する
とき、該点はスクリーンから消去される。

１つの実施例においては、もしスクリーンの上に表示
される点の数が利用できるメモリー容量を越えるおそれ
があれば、消去ルーチンには追加部分がある。これは、
メモリーに適合し得る連接の数が表示スクリーンの上の
点の数よりも少ないときに起こり得る。もしメモリーが
あふれ出す危険があるならば、時間分配ルーチンが呼び
出される。このルーチンは、それぞれ起こり得る異なる
時間残存値毎に計数器をクリエイトする。総ての時間残
存値は、これらの計数器で数えられる。計数器の上の数
字は、１度に１つずつ、最も小さい時間残存値（即ち、
残存時間値）を有する計数器から最も大きい残存時間値
を有する計数器へ、表示点総数から計数器の総計を引い
た値がスクリーンオーバーフローが起る危険レベル以下
で表示される点の総数になるまで加算される。最後に加
算される計数器の時間残存値は、通常成される経過時間
の代りに、時間残存値を減少すべき量として消去ルーチ
ンにおいて使用される。その効果は、表示される点の数
がメモリーをあふれ出させないように、ユーザー定義に
よる可変時存性を短縮するということである。

１つの実施例においては、該時間分配は、モトローラ
68000マイクロプロセツサによつて、テーブルＣ（後
掲）に設定された命令セツトを使用することによつて計
算される。１つの実施例においては、点の消去は、モト
ローラ68000マイクロプロセツサによつて、テーブルＤ
（後掲）に設定された命令セツトを使用することによつ
て行われる。

第９図におけるフローチヤートは、何がErase_Old_Po
intsルーチンの後に続くかを示す。その過程は、チヤネ
ル１に対するものとチヤネル２に対するものは同じであ
る。チヤネルが１つであるならば、プロツト変数がロー
ドされる。これは、オシロスコープを、無限持続性で使
用されるFast_Plotルーチンかまたは可変持続性で使用
されるCont_Displayルーチンを呼び出す。Fast_Plotル
ーチンは、無限持続性をもたせるための方法として前に
説明された。Cont_Displayルーチンは、Fast_Plotルー
チンに類似するが、追加のステツプを有し可変持続性を
もたせるために使用される。チヤンネル１およびチヤン
ネル２がプロツトされてしまつたとき、イクシツト・フ
ラグがチエツクされる。もしイクシツト・フラグが立つ
ていれば、該過程は停止する。もしイクシツト・フラグ
が立つてないならば、次の集録期間が開始し、もう１組
のデータが集録される。

可変持続性プロツト過程の始まりは、無限持続性プロ
ツト過程の始まりと同様である。まず第１に、無限持続
性モードと同じ方式でＸおよびＹ座標が決定される。し
かしながら、表示メモリーにおけるビツトは、無限持続
性モードにおけるようには設定されない。

第２に、列Ｘのための連接リストが、点がリスト内に
あるかどうかを検査するために調べられる。連接リスト
の配列の具体例が第10図において示されている。もし点
がリスト内にあるならば、新しい終結時間が設定され、
新しい点のためのＸおよびＹ座標が決定される。該点は
プロツトされない。なぜならば、それが既にスクリーン
の上にあるからである。もし点がリスト内にないなら
ば、それは過程の第３の部分に付け加えられる。

第３部分においては、新しい点が連接されたリストに
付け加えられる。未使用の連接が予備連接のプールから
得られる。次に、Ｙ値および時間残存値が新しい連接に
設定される。該時間残存値は、ユーザーが可変持続時間
として定義したものである。そして、新しい連接が、列
の連接リスト上第１連接のポインタの直後に付け加えら
れる。表示点総数の計数器は、デクリメントされる。そ
して最後に、点に対応する表示メモリーのビツトが、ち
ようど無限持続性プロツト過程におけると同じようにセ
ツトされる。

新しい点がリストに加えられた後、新しい点のための
ＸおよびＹ座標が決定され、総ての点が処理されるまで
かあるいはちようど無限持続性プロツト過程におけると
同じようにＸ座標がスクリーンからはみ出すまで、該ル
ープが続く。１つの実施例においては、可変持続性プロ
ツト過程は、モトローラ68000マイクロプロセツサによ
つて、テーブルＥにおいて示されたCont_Display命令を
使用することによつて実行される。

＜発明の効果＞ 本発明は、デジタルオシロスコープとともに使用され
た初めての無限持続性を表す。巧妙な組合せにより、デ
ジタルオシロスコープに関連した５つの主な問題に解決
を提供する。第１に、オシロスコープが可変持続性を使
用することによつて新しい波形でスクリーンを絶えず更
新することができ、ユーザーが波形における変化を見る
ことを許容する。デジタルオシロスコープにおける連続
的更新を達成することに関しての問題は、いつたんメモ
リーに貯蔵された古い波形をどのように消すかというこ
とであつた。

第２に、無限持続性の開発が３つの分野における測定
技術の改良を提供する。第１の分野ではまれに発生する
かまたは単一のくり返しの波形を捕えることであり、第
２は無人監視が可能になつたことであり、第３は最悪状
態の測定が成され得ることである。この無限持続性によ
りユーザーはいつでも信号の総ての変化を見出すことが
できる。

第３に、可変持続性の使用は、波形を一連のサンプリ
ング全体に渡つて定義することを可能にする。これは、
ユーザーにとつての認識可能性を向上させ、より高速な
波形を正確にサンプリングできるようにする。

第４に、可変持続性は、動的なまたは変化する波形を
扱うための能力を提供する。以前のデジタルオシロスコ
ープに関しての問題は、それらが波形を総ての時点で１
つの垂直座標を有する一価関数として表示したことであ
る。動的波形には、多重波形、折り返し信号、包らく線
波形と、波形を部物的に変化させるジツタや雑音を有す
る波形がある。

第５に、無限持続性および可変持続性の方法と装置
は、非常に迅速なスクリーン更新速度を提供する。これ
は、（１）ユーザーに見掛け上の実時間応答を提供する
ために、（２）オシロスコープがトリガを捜す代りに波
形を表示するために費やす無効時間を最小限にするため
に、（３）問題の波形を見つけ出し表示するための必要
な時間を減少させるために、そしてまた（４）繰り返し
サンプリングによつて観測周波数帯域幅を増加させるた
めに必要なものである。

可変持続性モードおよび無限持続性モードが高速度で
波形点をプロツトしそれを更新することにより、これら
の問題の解決を可能にする。８メガヘルツクロツクでモ
トローラ68000マイクロプロセツサを使用する実施例に
おいて、点のプロツトと消去に要する期待値として、無
限持続性モードでほぼ18ミリ秒内に1000個の点がプロツ
トされ得た。また可変持続性モードにおいて、ほぼ20マ
イクロ秒が連接リストにある点を処理するために必要と
され、またほぼ41マイクロ秒が連接リストにない点を処
理しプロツトするために必要とされるということが期待
される。後の２つの時間はリストのサーチが１回で成功
すると仮定した。成功しないときは連接リストの各Ｙ値
当りさらに６マイクロ秒必要となる。

1000個の波形点をプロツトする１つの具体例として、
1000個の点が既にスクリーン上にあることを仮定する。
そのような波形は、平均して１列につきほぼ２点を有す
る。波形がかなり安定しておりまた全体の５％の点だけ
が変化していると仮定すれば、総プロツト時間が見積も
られる。総プロツト時間は、３つの時間が総計である。
既に連接リストにある点を処理するために必要とされる
およその時間は、19.0ミリ秒（（1000点−50点）×20マ
イクロ秒）である。連接リストにない点を処理しプロツ
トするためのおよその時間は、2.05ミリ秒（50点×41マ
イクロ秒）である。追加のおよそのサーチ時間は、3.0
ミリ秒（500点★６マイクロ秒…初めのサーチで50％の
点を見つける確率を仮定して）である。可変持続性モー
ドで1000点波形を処理するための総時間の期待値は24.0
5ミリ秒であり、それは無限持続性モードで1000点を処
理するための期待時間18ミリ秒と非常に好く合つてい
る。

以上詳述したように、本発明は実用に供して有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のブロツク図、第２図は可変
持続性モードにおける相異る時間での表示された振幅変
調波形図、第３図は持続時間の増加により波形認識が容
易になることを説明するための図、第４図はデータ集録
の各段階における表示を示す図、第５図はデイスプレー
の１実施例のピクセル・アドレツシングを説明するため
の図、第６図はＸ、Ｙ座標の計算におけるＸ、Ｙ、△Ｘ
の関係を示す図、第７図は予備リンクのプールのフオー
マツト図、第８図は本発明の１実施例における表示メモ
リの割当て図、第９図は無限、可変の両持続性モードを
有する２チヤンネル・オシロスコープの集録と表示ルー
プを表わすフローチヤート、第10図は512要素から成る
連接リストアレーを示す図。 10:入力回路とサンプラ 20:A/D変換器 30:高速メモリ 40:連接リストメモリ 50:マイクロプロセツサ 60:表示メモリ 70:デイスプレー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号をサンプリングし、デジタル化し
   て前記入力信号の大きさと前記サンプリングの時間とで
   定まる点位置データに変換し、該点位置データに応じた
   表示点を表示スクリーンに表示するため、該点位置デー
   タと該表示点の残存時間とを表す連接の連接リストと該
   連接として使用しうる予備連接からなる予備連接のプー
   ルとを用意したデジタルオシロスコープにおいて、後記
   （イ）乃至（リ）のステップから成るデジタルオシロス
   コープの表示方法。 （イ）前記連接リストと前記予備連接のプールを初期化
   して、前記点位置データの第１の組に対応する連接に前
   記残存時間データの初期値を与えるステップ、 （ロ）前記入力信号をデジタルデータに変換して、高速
   メモリに記憶するステップ、 （ハ）前記連接が格納する前記残存時間データをデクリ
   メントするステップ、 （ニ）前記残存時間データが０以下である連接を前記連
   接リストから除去し、該連接を予備連接として前記予備
   連接のプールに返却するステップ、 （ホ）前記高速メモリに記憶された前記デジタルデータ
   を前記点位置データの第２の組に変換するステップ、 （ヘ）前記点位置データの第２の組に含まれる前記点位
   置データが対応する連接を有する場合、該連接の前記残
   存時間データを前記初期値に更新するステップ、 （ト）前記点位置データの第２の組に含まれる前記点位
   置データが対応する連接を有しない場合、前記予備連接
   のプールから前記予備連接を取り出して前記初期値を有
   する連接として前記連接リストに追加するステップ、 （チ）前記連接を有する点位置データに従って表示メモ
   リのビットをセットするステップ、 （リ）前記表示メモリのセットされたビットに従って前
   記表示スクリーンの表示をおこなうステップ。
2. 【請求項２】入力信号をデジタル化して点位置データに
   応じた表示点として表示スクリーンに表示するための後
   記（イ）乃至（ト）より成るデジタルオシロスコープ。 （イ）入力信号からアナログデータをサンプル・ホール
   ドするサンプラ、 （ロ）前記サンプラに接続され前記アナログデータをデ
   ジタルデータに変換する変換器、 （ハ）前記変換器に接続され前記デジタルデータを格納
   する第１のメモリ、 （ニ）前記第１のメモリに格納された前記デジタルデー
   タに応じて各前記表示点の前記位置データと残存時間デ
   ータとを与える連接を含む連接リストを格納する第２の
   メモリ、 （ホ）前記連接リストが与える前記表示点の位置データ
   に対応する表示点の位置を格納するための、前記表示ス
   クリーンの特定の表示点に対応する格納位置を有する第
   ３のメモリ、 （ヘ）前記第３のメモリに格納された前記表示点の位置
   に従って該表示点を表示する前記表示スクリーンを有す
   るディスプレー、 （ト）前記第１のメモリ、前記第２のメモリ、前記第３
   のメモリに接続され、 各表示点の前記位置データと前記残存時間データとを有
   する連接を含む前記連接リストを作成して第２のメモリ
   に格納し、 前記第２のメモリに格納された前記連接リストにたいし
   て、前記残存時間データのデクリメント、前記残存時間
   データが所定値以下である前記連接の除去、前記第１の
   メモリから前記デジタルデータを読みだして、該デジタ
   ルデータと所定の前記残存時間データの初期値とから前
   記連接の更新あるいは追加、あるいは 前記第２のメモリに格納された前記連接の前記位置デー
   タに応じて前記第３のメモリに対応する前記表示点の位
   置を格納するための マイクロプロセッサ。