JP3300850B2 - デジタル・オシロスコープ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル・オシロスコ
ープ、特に従来のデジタル・オシロスコープで可能であ
った入力信号観察のデューティ比が大幅に高いデジタル
・オシロスコープに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のデジタル・オシロスコープでは、
被観察信号がオシロスコープにより実際にサンプルされ
る時間は、表示される時間に対して割合が非常に小さ
い。残り時間の間、オシロスコープは信号の動きを捕ら
えることができない。これでは、間欠的に生じる問題を
調べようとする操作者は目的を達成できない。また、操
作者がこの様な制限を知らなければ、実際よりももっと
高い割合の時間の間、信号を観察していると誤解してし
まう。

【０００３】従来のアナログ・オシロスコープでは、観
察する信号の電圧対時間の様子は、陰極線管（ＣＲＴ）
上で実時間で表示される。電子ビームは、ダイムベース
設定で決まる一定速度で管面上を水平方向に移動する。
電子ビームがこの一定速度で水平方向に移動するとき
に、被観察信号の時間変化電圧レベルは電子ビームの垂
直位置を制御する。

【０００４】仮え、電子ビームが人間の目で知覚できな
いほど非常に速く動かされても、ＣＲＴに被覆された蛍
光体が放射する光の固有の持続性により繰り返し信号は
依然として知覚できる。通常、繰り返し信号を人間が見
えるためには、ＣＲＴを横切る掃引は１秒当たり多数回
繰り返される必要があり、その数はビーム輝度等の他の
要因に応じて決まる。実際の掃引速度は、例えば、更新
が１０,０００回以上／秒で行われるように極めて速く
できる。「トリガ・ホールドオフ」制御がいかに多く又
は短く行われるかに応じて、被観察信号は、９０％以上
の時間までＣＲＴの面上で実際に見ることができる。

【０００５】しかし、上述したアナログ・システムで
は、１つの重要な制限がある。即ち、頻度が低く、変則
的な非繰り返しイベントは、通常は全く検出できない。
それは、そのイベントが、人間の目で知覚するために必
要なだけ頻繁に表示器上に現れるように十分に繰り返さ
れないからである。この制限を補償するために、共に本
出願人による米国特許第４７５２７１４号「マイクロチ
ャンネル・プレートを組み込んだ電子放電管用減速及び
走査拡大レンズ・システム」及び米国特許第５１３４３
３７号「プレーナ電子発生源用プロジェクション・レン
ズ組立体」に記載されたマイクロチャンネル・プレート
の様な電子倍増フェースプレートを使用して、表示は強
化される。このマイクロチャンネル・プレート技術によ
り強化された表示器を有するアナログ・オシロスコープ
は、低頻度のイベントを増幅して見えるようにし、それ
により、この様なイベントは１回のみの発生の後１秒以
上人間の目に知覚可能のままになる。

【０００６】しかし、マイクロチャンネル・プレートは
比較的高価であり、発生するビーム輝度が高いために、
ＣＲＴがビームによる過露光に対して保護されていない
と、ＣＲＴの蛍光体を損傷するおそれがある。この様な
装置の輝度が低頻度で発生する信号の変則性を観察する
ために上げられると、ＣＲＴの焼き付けを防止するため
に設計された保護回路は自動的に輝度を減少させて、損
傷を防止する。動作中のこの自動的輝度減少は、操作者
の欲求及び表示器の機能制限間に引っ張り合いを生じさ
せ、操作者にいらいらや欲求不満を感じさせる。更に、
これは信号は表示されるが、デジタル化及び蓄積されな
いアナログ・システムであるので、後で観察するために
波形を蓄積することができない。

【０００７】デジタル・オシロスコープでは、動きが監
視されている信号は規則的時間間隔でサンプルされ、こ
れらのサンプルの各々が蓄積され、そうでなければ表示
される前に処理されるデジタル値として量子化される。
通常、到来アナログ波形データは、アナログ・デジタル
変換器で取込みクロック信号により決まる規則的時間間
隔で数値に量子化される。これらの数値は、連続する時
間増し分に対応する取込みメモリ内の位置に蓄積され
る。波形プロセッサはこのデータについていずれか所望
の処理を行い、表示メモリにその結果を蓄積する。表示
コントローラは、表示メモリの内容にアクセスし、得ら
れた波形を表示器に与える。

【０００８】第１のタイプのデジタル・オシロスコープ
では、量子化されたサンプル値が所望のとおりに処理さ
れ、次に従来のＣＲＴに表示するためにアナログ電圧に
変換し戻される。このタイプの装置では、かなりの処理
及び表示時間が各表示サイクルに関係するので、最高表
示更新速度は通常は約５０〜６０回／秒である。この様
なオシロスコープの掃引速度は１０,０００記録／秒に
相当するが、これらの潜在的記録の５０又は６０のみが
実際に処理され表示されているとすると、これは、信号
の動きの１％以下しか操作者が観察できず、９９％以上
が観察できないことを意味する。この様な性質は、目的
とする間欠的イベントを見付ける能力を低下させる。

【０００９】第２のタイプのデジタル・オシロスコープ
では、表示内容はデジタル・ビット・マップに蓄積さ
れ、アナログ信号に変換し戻されることなくラスタ走査
ＣＲＴ表示器で表される。このタイプの装置では、ラス
タライゼーション（ラスタ化）は通常ソフトウェア及び
マイクロプロセッサにより成され、これは各表示内容を
処理するために多くの時間を必要とするので、最高表示
更新速度は約７０回／秒である。この様に、１０,００
０記録／秒に相当する掃引速度では、オシロスコープの
操作者は信号の実際の動きの約１％以下しか観察でき
ず、よって、不規則な異常信号の動きを探す機会は極め
て少なく、この様な動きが捕らえられるとき、非実時間
観察のためにたまたま蓄積され保持されなければ、人間
の目では見られない。ビット・マップ方式表示は、新し
く取り込まれた信号のトレースがビット・マップに追加
されるにつれて、ビット・マップの内容を時間の経過と
共に減衰させることにより、従来のアナログＣＲＴ方式
の表示の様に動作させることができる。

【００１０】一度、ラスタ化像が生成されると、像は
「無限持続性」として知られるように無期限に表示で
き、又は、アナログ・オシロスコープに使用される蛍光
体ＣＲＴスクリーンの標準的持続性に匹敵するように時
間の経過と共に減衰させられる。米国特許第５２５４９
８３号「ラスタ走査オシロスコープ表示のためのデジタ
ル的に生成されたグレイ・スケール」には、持続性の効
果、即ち、時間に応じて減少する輝度をデジタル的に生
じさせる方法が記載されている。出願中の米国特許出願
第０７／１４９,７９２号（米国特許第５４４０６７６
号：特開平１−２２７０６９号に対応）及び０７／５６
３,６５６号（米国特許第５３８７８９６号：特開平４
−３１３０６６号に対応）には、デジタル的持続性効果
を生じさせる同様の関連する技術が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】操作者が従来可能であ
ったよりも高い比率の時間の間、入力信号を観察でき、
入力信号の異常が間欠的に起こったときでも、操作者が
それらを確実に見ることができるデジタル・オシロスコ
ープが望まれている。デジタル・オシロスコープがこれ
らの機能を有することが重要であることには、幾つかの
理由がある。デジタル・オシロスコープは、取り込まれ
た波形を蓄積し、比較的に制限の無い記録長を有し、ト
リガ・イベント前に発生する情報を取り込める。デジタ
ル・オシロスコープは、更に、ラスタ方式を使用する表
示はＣＲＴの誤差の影響を受けないので、優れた表示精
度を有する。

【００１２】ヒューレット・パッカード社の５４６００
シリーズ・デジタル・オシロスコープの設計には、望ま
しい方向への一歩が取り入れられている。「１００ＭＨ
ｚデジタイジンング・オシロスコープの高スループット
取込みアーキテクチャ」と題する１９９２年のヒューレ
ット・パッカード・ジャーナルの論文に記載される様
に、これらのデジタル・オシロスコープはその操作者に
とってもっとアナログ・オシロスコープの様に見えるよ
うに設計されている。これを達成するために、ソフトウ
ェアのラスタ化は、専用のハードウエアによるラスタ化
に置き換えられる。しかし、ラスタ画像メモリ（ビデオ
ＲＡＭ）が、表示器にラスタ画像を供給するため及びラ
スタ化ハードウエアの出力を受け取るための両方に使用
されるので、この装置の全体スループットは制限され
る。ラスタ画像メモリのこの２つに使用すると、後述す
る発明で可能なスループットを得ることができない。

【００１３】したがって、本発明の目的は、入力信号の
観察可能な時間比率を増加させ、間欠的且つ変則的に起
こる異常を捕らえて表示できるデジタル・オシロスコー
プの提供にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によるデ
ジタル・オシロスコープは、入力信号の観察可能な時間
比率を増加させる。本発明では、取込み系部分はアナロ
グ・デジタル変換器及び取込みメモリの他に、取込みラ
スタライザ及びラスタ取込みメモリを含む。ラスタライ
ザは、幾つかの取込み結果を共に同時にラスタ化及び結
合し、蓄積された合成ラスタ画像と結合して新しい合成
ラスタ画像を生成し、この間、追加の取込み記録が生成
されて、取込みメモリに蓄積される。他のラスタ・メモ
リを含む表示系部分は、複数の合成ラスタ画像が多数の
取込み結果を含んだ後これらを取り出し、表示ラスタメ
モリ内の複数ビット・ラスタ画像にこれらの単一ビット
ラスタ画像を重ねる。この画像のピクセルは、見せかけ
の持続性効果を生じさせるために減少させてもよい。各
取込みの結果としてオンされた新しいピクセルの数は、
結合処理の間に計数され、特定の取込みにより生成され
るピクセルの数が所定値を超えるとき、取込みを停止
し、操作者に知らせ、又はその特定の取込みを特別に処
理するために使用される。複数チャンネル用の取込み回
路は、信号が観察される時間比率を更に増加させるため
に、１つのチャンネルについて使用してもよい。

【００１５】幾つかの取込み波形を高速に単一のラスタ
画像に結合し、次にその結果得られた合成波形画像を直
前の合成波形画像と結合するするために表示系部分に送
ることにより、このデジタル・オシロスコープは、かな
り高い「ライブ」時間、即ち、入力信号が観察されてい
る間の時間が得られる。これは、大量の高速データ処理
と、表示ラスタ・メモリにダウンロードすることなくラ
スタ化取込みシステムで行うことができる圧縮により可
能になる。ラスタ化処理から十分に分離された表示系部
分のラスタメモリは、高速取込みラスタ・メモリより大
幅に低速のメモリであり、画面の更新に対して依然とし
て十分な帯域を有する。

【００１６】

【実施例】米国出願第０８／０４３０７９号（米国特許
第５４１２５７９号：特開平６−３１７６０８号に対
応）「高速取込みシステムを使用したデジタル・オシロ
スコープ用低速表示方法」は、確率オア関数を使用し
て、液晶技術を使用する低速ラスタ走査表示用の合成波
形を生成するために、多数のデジタル化された波形取込
みを合成する方法を開示している。この表示は、幾分ア
ナログ・オシロスコープの表示に似ているが、この米国
特許出願に記載された比較的に高速の取込み装置は、被
試験信号を能動的に監視しているとき、依然として「ラ
イブ」時間が制限される。

【００１７】図１は、本発明によるデジタル蓄積オシロ
スコープの構成を示すブロック図である。このデジタル
蓄積オシロスコープは、２つの主要部分、即ち水平の点
線より上に示される取込み部分１００及び点線より下に
示される表示部分２００を有する点で他のデジタル蓄積
オシロスコープと似ている。取込み系部分１００及び表
示系部分２００は、それらが含む要素及び動作の仕方に
おいて他のオシロスコープの相当部分と異なる。

【００１８】従来の装置と同様に、入力信号は、共に従
来の構成であり周知のアナログ・デジタル変換器（ＡＤ
Ｃ）１５及びトリガ発生器２０に供給される。ＡＤＣ１
５は連続的に変化する入力アナログ信号を、一連の離散
した時点で入力信号の瞬時電圧値を表す一連のデジタル
値に変換する。理想的には、これらの離散した時点は、
等しい時間間隔で離間されている。このデータ取込回路
３０は、一連のデジタル電圧値を取込メモリ４０に送る
前に、これらをデマルチプレックスして、減少させる。
減少係数及びデジタル取込回路３０で使用される方法
は、操作設定により決められる。

【００１９】トリガ発生器２０は、取込みを開始するこ
とを知らせる表示／システム・プロセッサ７０及び局部
コントローラ２５の両方又はいずれか一方からの信号に
よりアーミングされる。（本発明のこの実施例では、局
部コントローラ２５及びトリガ発生器２０は、４つの取
込み系部分１００により共用されている。）トリガ発生
器２０が最初にアーミングされると、それはデータ取込
み回路３０にプリトリガ・サンプルを収集し、それを取
込みメモリ４０に送ることを指示する。取込みメモリ４
０の循環的プリトリガ部分を充満させる十分なプリトリ
ガ・サンプルが蓄積された後、トリガ発生器２０はプロ
グラムされたトリガ条件が満足されたときにトリガ信号
を発生可能な状態になる。トリガ発生器２０がトリガ条
件が満足されることを待っている間、データ取込み回路
３０は循環バッファへデータを書込み続け、必要に応じ
て以前のプリトリガ・データを上書きする。トリガが発
生した後、データ取込み回路３０はポストトリガ・デー
タのために残しておいた取込みメモリ４０の空間の部分
を満たす。

【００２０】図２及び図３は、図１のデジタル・オシロ
スコープの動作を説明するためのタイミング図である。
これらの図の一番上には、図１に示す局部コントローラ
２５により命じられる動作のタイプが示される。動作タ
イプ１の間、局部コントローラは、データ構造を初期化
する。初期化が終わると、コントローラは取込み開始信
号を発生する。この期間に起こるトリガは、無視され
る。

【００２１】取込み開始信号（３行目）は、取込み（４
行目）の他にプリトリガ・タイマ（５行目）を開始す
る。動作タイプ２の間、局部コントローラ２５は、受け
入れられたトリガを待つ（６行目）。プリトリガ・タイ
マが時間切れになるまで、トリガは受け入れられない。
操作者の設定で決まるように、適当な数のプリトリガ・
サンプルを取り込むようにプリトリガ・タイマの値は計
算される。プリトリガ・タイマが時間切れになった後、
トリガ発生器２０は受入れトリガとして次のトリガを受
け入れ、動作タイプ３に変化する。

【００２２】動作タイプ３は、行おうとする取込みを待
ち、即ち、ポストトリガ・タイマ（７行目）が時間切れ
になるのを待つ。ポストトリガ・タイマが時間切れにな
った後、タイプ３の動作が終了し、タイプ４が開始す
る。タイプ４の動作の間、局部コントローラ２５は初め
にトリガ測定（８行目）が完了するのを待ち、トリガ発
生器２０から正確なトリガ・タイミング情報を収集し、
それを内部に保存する。これらの動作が終了すると、動
作タイプ４が終了し、動作タイプ５が開始する。

【００２３】トリガ測定時間（８行目）は、正確なトリ
ガ・タイミングを決定するトリガ発生器２０により費や
される時間である。トリガ発生器２０は、オシロスコー
プの残りの部分のシステム・クロックの周期よりも正確
なタイミング分解能を有する高精度アナログ時間測定回
路を含む。トリガ発生器２０が測定した正確な時間は、
異なる取込みからのデータを時間合わせする際に後で使
用するためのデジタル値に変換される。これはかなりの
時間量を要し、後述する様に、この時間は最高掃引速度
での取込みに関連する重要な要素になる。

【００２４】タイプ５の動作の間、局部コントローラ２
５は短いサイクルの内部的動きを経て、次の取込み開始
信号（３行目）を発生する。この方法で４つの取込みが
行われた後、局部コントローラはタイプ５に代わってタ
イプ６の動作に移る。タイプ６の動作の間、局部コント
ローラ２５はトリガ情報をラスタライザ５０にロード
し、次にラスタライザのランを開始させる。全体のスル
ープットは、４つの取込みを同時にラスタ化することに
より増加される。

【００２５】図１を再び参照すると、４つの取込みを同
時にラスタ化するために、４回の連続する取込みが取込
みメモリ４０の異なる部分に対し行われる。各取込みメ
モリ４０で取込み蓄積位置は合計８つであり、４つは更
にデータを蓄積するために使用でき、他の４つは取込み
ラスタライザ５０により読み出される。

【００２６】図１の上の部分に示す取込み系部分１００
の回路は全部で４セットあり、これ以外にトリガ発生器
２０が１つだけあり、これは４つの取込み系部分１００
により共用される。これらの取込み系部分１００の各々
は、４チャンネルのデジタル・オシロスコープに別個の
チャンネルに関係している。図１で点線より下に示され
る表示系部分２００は、４つ全部の取込み部分１００に
順番に対話し、３つの取込み及びラスタライズ動作を継
続させ、一方、４つ目取込み系部分からのデータが取り
出される。

【００２７】図２及び図３を再び参照すると、図１と同
様に、動作タイプ６の間、トリガ情報は取込みラスタラ
イザ（「ピクセレータ」と呼ばれている）５０にロード
され、次に取込みラスタライザ５０の動作が開始される
（９行目）。取込みラスタライザ５０のランが開始され
ると、マルチプレクサ３５を制御し、それを介して取込
みメモリ４０のアドレス指定を制御し、その内容を読み
出すことができる。各取込みの内容は、異なる取込みに
関連する取込みメモリ４０の部分から到来する連続する
ワードと共に、８バイト・ワードで読み出される。取込
みラスタライザ５０内には４つのバッファがあり、その
各々は取込みメモリ４０から読み出される取込みの各々
に対応する。局部コントローラ２５により供給される正
確なトリガ位置情報により、取込みラスタライザは４つ
の異なる取込みによるデータを時間合わせし、それらは
画像結合器５２により同時にラスタ化され、１つのラス
タ画像に結合される。

【００２８】４つの画像が互いに結合され、即ちオアさ
れるとき、以前のラスタ画像がすでにラスタ取込みメモ
リ６０に蓄積されていれば、４つの画像はそれとも結合
される。ラスタ取込みメモリ６０から以前のラスタ画像
を読み戻し、それを新しい合成したラスタ画像と置換す
るために、取込みラスタライザ５０は更にマルチプレク
サ５５を制御し、ラスタ化している間、ラスタそれを介
して取込みメモリ６０のアドレス指定を制御する。

【００２９】ラスタ化処理は、８ビット（又は高分解能
モードでは９ビット）の電圧振幅情報をラスタ内の２５
６個（高分解能で５１２個）の垂直位置の１つ内の１ビ
ットの「オン」情報に変換することを含む。この様に、
ラスタ化処理に関係するかなりのデータ拡大がある。し
かし、複数のラスタ画像を１つの最終的画像に合成する
ことにより、大規模なデータ圧縮が行われ、よって、全
体的効果は取込み系部分１００から表示系部分２００に
移るデータを簡素化し、圧縮することである。

【００３０】図２及び図３の説明を続けると、タイプ６
の動作の間、局部コントローラ２５はトリガ情報をラス
タライザ５０内にロードし、次にラスタライザの動作を
開始させる。動作タイプ７の間、ラスタライザ５０はそ
れ自体を初期化する。この初期化では、取込みメモリ４
０内で準備完了状態にある４つ全部の取込みに対して初
期データを読み、且つ時間合わせが行われる。

【００３１】動作タイプ９の間、局部コントローラ２５
はラスタライザ５０を停止させ、他の取込みを開始す
る。これにタイプ２及び３の動作が続き、受け入れられ
たトリガ及び他の取込みの完了を待つ。しかし、この取
込みが完了するとき、局部コントローラ２５はラスタラ
イザを停止させず（動作タイプ８）、以前の４つの取込
みをラスタ化に作用することができる。ラスタライザ５
０が動作している間、局部コントローラ２５は最後の取
込みに関連するトリガ情報を収集し、計算し、保存す
る。この例では、この最後の取込みは５回目である。こ
れは４つから成る第２グループの最初の取込みである。

【００３２】９、２、３、８及び４で示されるタイプの
動作のパターンは、３回以上繰り返され、その時間の
間、４つの取込みの次のセットは、直前の４つが並行し
てラスタ化されている間に終了する。４回の新しい取込
みはラスタ化に関し準備完了状態であるので、ラスタラ
イザ５０は、ラスタ化が終了するまで、動作させること
ができる（動作タイプ１０）。そのラスタ化が終了する
とき、次のセットのトリガ情報がラスタライザ５０にロ
ードされ（動作タイプ６）、ラスタライザは初期化が可
能になる。（動作タイプ７）。装置は、時分割方式で追
加のデータをラスタ化且つ取込むときに、動作タイプ
９、２、３、８及び４のパターンで進む動作に戻る。

【００３３】図２及び図３に示す時間は公称値であり、
これらの動作に必要な相対的時間は、操作者がする掃引
速度の選択で変わることを理解されたい。最高掃引速度
では、トリガ発生器２０はトリガ情報を収集し、計算し
且つ保存するために比較的長い時間がかかるので、取込
み部分１００の全体的スループットを制限する（動作タ
イプ４）。中間の掃引速度では、ラスタライザ５０（動
作タイプ１０）は、装置全体の殆どを「デッド・タイ
ム」にするように作用する（動作タイプ１０）。デッド
・タイムへのトリガ発生器の作用は、低掃引速度ではも
はや問題にはならない。それは、その速度では決定する
ために多くの時間を費やす詳細なトリガ位置情報に関し
て必要性が無いからである。１０μｓ／ｄｉｖ又は１０
０μｓ／ｄｉｖの様な最低掃引速度では、取込み自体
（動作タイプ３）で長くかかり、他の全ての時間は比較
的に重要ではない。これらの最低掃引速度では、適用範
囲は１００％に殆ど近いが、これらの速度であっても、
ある時間量が図２及び図３に示すイベントに対して失わ
れる。最高掃引速度では、信号は依然最高８０％が監視
できないが、これは、従来の大抵の装置に対して数千倍
の改善がある。

【００３４】１チャンネルの適用範囲は、他の３チャン
ネルのハードウエアが全てその１チャンネルを支援する
ために使用されるなら、最高掃引速度での使用のために
増加できる。上述した様に、図１の点線より上に示す取
込み系部分１００のハードウエアの全ては、デジタル蓄
積オシロスコープの各チャンネルに対して同様になる。
動作の特別モードでは、表示／システム・プロセッサ７
０は、４つ全ての取込み部分１００が連続する時間に同
一のチャンネルを監視するようにし、それにより、４の
係数により適用範囲が強化される。複数組の取込みのイ
ンターリーブは実際には全く異なるが、他チャンネルの
利用性を犠牲にして１チャンネルのサンプル速度を強化
するために従来行われたサンプル毎又はクロック毎レベ
ルでのインターリーブに似ている。サンプル毎又はクロ
ック毎のインターリーブは、短時間で高速動作可能であ
るが、この種の取込み毎のインターリーブは、延長され
た期間にわたり更に完全な適用範囲、即ち、信号の能動
的監視に対して高いデュティ比を与える。

【００３５】上述の動作のいずれかのモードで、多数回
の取込みが１つのラスタ画像に合成されると、その画像
は取込み系部分１００のラスタ取込みメモリ６０から表
示系部分２００の表示ラスタ・メモリ８０に転送する必
要がある。この処理は表示／システム・プロセッサ７０
により行われ、これはラスタ取込みメモリ６０からデー
タをアドレス指定して受け取るためにマルチプレクサ５
５及び６５を制御する。表示系部分２００による取込み
系部分１００の連続する読出しの間隔は、表示が実時間
表示であるように見せるために十分に更新されるように
オシロスコープの操作者により選択される。この目的の
ために絶対に必要ではないが、表示部分２００により合
成ラスタのあらゆる読出しにより、取込み部分２００が
付加的時間の間取込みができなくなるからである。

【００３６】本発明により使用できるモードに代わる動
作のモードでは、取込みラスタライザ５０又はラスタ取
込みメモリ６０の何れも使用されず、表示／システム・
プロセッサ７０は、アドレス指定のためにマルチプレク
サ３５を、且つ読み戻しのためにマルチプレクサ６５を
制御して、取込みメモリ４０の内容を直接に読み出す。

【００３７】ラスタ取込みメモリ６０は、取込みメモリ
４０とは分離され、別個のものとして図１に示されてい
るが、実際には、それらが同一の周辺メモリの異なる部
分であってもよい。次に、他のモードの動作が選択され
ると、そのメモリ領域は更に大きい取込みメモリ空間に
使用される。多くの高速取込みメモリが幾つかのモード
で必要とされるが、他のモードでは必要ないので、この
余分のメモリは多くの総合的コストを追加することな
く、本発明に従った使用に利用できる。

【００３８】取込みメモリ４０及びラスタ取込みメモリ
６０は、実際に１つの幅広の高速メモリであるので、そ
のメモリがいかに効率的に共用されているかが設計上の
重要な考慮点である。このメモリの総合的帯域は、それ
がサポートするデジタル・オシロスコープの最大サンプ
リング速度により決まる。取込みラスタライザ５０の設
計は、取込み／ラスタ・メモリ４０及び６０により課せ
られる制限の下で働くように最適化される。これは、４
つのラスタ化が同時に行われ、４つのラスタ化の全ての
結果が１セットの動作の現存するラスタ画像と結合され
るからである。この設計の目標の１つはメモリの帯域幅
使用効率を最適化することであるので、取込みラスタラ
イザ５０はメモリ読出し又は読出し−変更−書込みサイ
クルのいずれかで、取込み／ラスタ・メモリ４０、６０
を動作状態に保持するように動作する。

【００３９】図４は、図１に示す取込みラスタライザ及
びそれと取込み／ラスタ・メモリとの接続関係を示すブ
ロック図である。取込みラスタライザ５０は、図１に示
す局部コントローラ２５からの制御、データ及び／ラス
タ−クリア（ノット・ラスタ・クリア）信号を受け取る
ラスタライザ・コントローラ４８を含む。制御信号はラ
スタライザ５０の動作を開始及び停止させ、取込み系部
分がどのモードにいるかを知らせ、一方、データ信号は
ラスタライザが取込みメモリ４０を適切にアドレス指定
し、それがそのメモリから受け取るデータを時間合わせ
するために必要とする粗い及び細かいトリガ位置情報を
含んでいる。／ラスタ−クリア信号は、古いラスタ・デ
ータを消去すべきときを、画像結合器５２に知らせる。

【００４０】ラスタライザ・コントローラ４８は、８バ
イト幅の取込み／ラスタ・メモリ４０、６０からのデー
タをアドレス指定して読み、データが準備完了状態であ
るときに適当なラスタライザ・チャンネル５３内の８バ
イト・バッファ５４に蓄積信号を送る。８バイト・バッ
ファ５４は蓄積信号に応答して８バイトの取込みデータ
を並列に蓄積し、次に、それらのバイトのデータは、ス
テップ信号により８バイト・バッファを介して前方に進
められ、ラスタ化処理が始められる前に、異なるラスタ
ライザ・チャンネル５３内で適当に時間合わせされる。

【００４１】動作の通常の分解能モードで、各バイトの
データは時間軸上の１点の入力信号の垂直（振幅）値を
表す。高分解能の動作モードで、２バイトのデータが時
間軸上の１点の信号の垂直位置を表すために必要とされ
る。２バイトのデータは、最小／最大（「ピーク検出」
と呼ばれる）動作モードで通常の分解能のために必要と
される。

【００４２】異なるラスタライザ・チャンネル内のデー
タが適切に時間合わせされた後、８バイト・バッファ５
４からの適当なバイトのデータがデータ・プロセッサ５
５に送られる。波形データが補間を使用せずに一連のド
ットとして表示されるドット動作モードでは、単一バイ
トのデータのみがデータ・プロセッサ５５に必要とされ
る。ラスタライザが記録内の連続するドット間を補間す
るベクトル動作モードでは、データ・プロセッサ５５
は、現在のバイト及び現在の前後のバイトの３バイトの
データを必要とする。最小／最大（ピーク検出）動作モ
ードでは、２バイトのデータが必要であり、その一方は
最大値の位置を表し、他方は最小値の位置を表す。

【００４３】ドット動作モードでは、データ・プロセッ
サ５５はそれが受け取る単一バイトのデータに関しては
何も動作を行う必要がないが、前方への６ビット及び後
方への２ビットと共に、そのデータを強化された２進対
１／６４選択レコーダ５６及びラスタライザ制御器４８
に送る。このモードでは、ラスタライザ制御器４８から
のベクトル情報信号は強化２進対１／６４選択レコーダ
を最も簡単なモードにし、このモードでは入力端子の６
ビットに関し簡単なデコードをする。このデコードに応
答して、強化２進対１／６４選択レコーダ５６から６４
本の出力ラインのうち１本が動作状態にされる。

【００４４】上述の実施例では、表示器９０の表示ラス
タは５１２垂直位置を有し、しかし、２５６位置だけ、
即ち１つおきのものは通常の分解能モードで使用され
る。しかし、２５６位置の垂直情報は、６４ビット幅取
込み／ラスタ・メモリ４０、６０に蓄積できる情報の４
倍である。したがって、２５６の垂直ラスタ位置は取込
み／ラスタ・メモリ４０、６０のラスタ部分内の４つの
別個の６４幅ブロックに分割される。ラスタライザ・コ
ントローラ４８に送られる２ビットの上位桁情報は、４
つのブロックの内いずれが特定のデコード動作により影
響されるかを決める。

【００４５】ベクトル動作モードでは、データ・プロセ
ッサ５５は２バイトの情報を強化２進対１／６４選択レ
コーダ５６に送り、その１バイトは範囲の最高点を特定
し、他の１バイトは範囲の最低点を特定する。強化２進
対１／６４選択レコーダ５６は、実際に２つのこの様な
デコーダ及び更に後述する幾つかの他の専用ロジックを
含む。前の点及び現在の点間と、現在の点及び次の点を
補間することにより、データ・プロセッサ５５はオンさ
れるべき現在の垂直ラスタ列内のピクセル範囲を決め
る。それらのピクセルは、３つの値、即ち最新及び現在
のデータ点の平均値と、現行のデータ点と、現在及び次
のデータ点の平均値との最大値及び最小値の間のもので
ある。デコーダ５６に送られる２バイトは、その範囲の
終点を決める。オンされるべきピクセルの範囲が６４の
うちの現在のブロックを越えて延びると、ラスタライザ
・コントローラ４８はデータ・プロセッサ５５から与え
られる２バイトの情報の一方又は両方からの２つの最上
位桁ビットからこれを判断する。それがデコーダ５６に
送るベクトル情報ビットの状態を制御することにより、
ラスタライザはデコーダがその６ビットの入力信号の一
方又は両方を無視するようできる。

【００４６】例えば、入力信号が現在のピクセル列の付
近で急峻な垂直遷移をし、この結果、現在の列でオンさ
れるピクセルの総数が６４ピクセルの４つのグループう
ちの３つのグループの部分を介して延びるとする。この
様に、データ・プロセッサ５５により取り出されるバイ
トの１つにより決まる下端端点は、最低ピクセル・グル
ープに入り、このバイトからの２つの最上位ビットは
「００」である。他のバイトにより決まる上端点はピク
セルの３番目の最低グループに入り、このバイトからの
２つの最上位ビットは「１０」である。この条件に応答
して、ラスタライザ・コントローラ４８は、始めにベク
トル情報コードをデコーダ５６に送る。デコーダ５６
は、事実上、「上端点を無視し、下端点より上の全ての
ピクセルをアクティブにする。」ことを伝える。次に、
ラスタの「００」部分が処理された後、それは他のベク
トル・コードをデコーダ５６に送り、このデコーダは、
「下端点を無視し、上端点より下の全てのピクセルをア
クティブにする。」ことを伝える。デコーダがこのコー
ドに応答する間にラスタの「１０」の部分を処理する。
この様に、異なる条件の下では、６４ピクセルの幾つの
ブロックを変更する必要があるかに応じて、１つのラス
タ列の変更は１から４つの読み出し−変更−書込みサイ
クルを要することがある。ベクトル情報に応答して適切
に作用する機能は、デコーダ５６を「強化」する。

【００４７】複数の６４ピクセルのブロックを変更する
必要性には、２つの他の理由がある。それは、最小／最
大モード値が１つのブロック以上に延びるからであり、
又は異なる取込みで能動化されたピクセルが複数の６４
ピクセルに入るからである。４つのラスタライザ・チャ
ンネル５３の各々は異なる取込みからのデータを処理
し、信号の動きは取込み毎に変化するので、及びラスタ
ライザ・コントローラが４つ全てのラスタライザ・チャ
ンネル内のデータ・プロセッサ５５からの上位ビットを
受け取るので、異なるチャンネルからの上位ビット情報
は、ラスタライザ・コントローラ４８がラスタ列当たり
複数の読出し−変更−書込みサイクルを開始させること
を必要とする。しかし、通常の場合では、連続する波形
取込みの殆どの点は、同一の６４ビット・ブロック内に
入り、これにより、極めて効率的なメモリ・バス帯域利
用が可能である。ラスタがクリアされているとき（/ラ
スタ・クリアが低）、ラスタ画像の４つ全てのブロック
が、そこに蓄積されるかもしれない古いデータを消去す
るためにあらゆる位置でアクセスされる必要がある。こ
れは、頻繁ではない動作であり、全体のスループットに
影響を与えない。４つ全てのラスタライザ・チャンネル
５３からの出力端の６４ラインは、画像結合器５２の６
４個のオア・ゲート５２１に夫々オアされる。６４個の
オア・ゲート５２１の出力は、４つの取込みが現在ラス
タ化されている間の信号の動きを表し、６４個のオア・
ゲート５２３でアンド・ゲート５２２の出力信号とオア
される。アンド・ゲート５２２は、一方の入力端の取込
み／ラスタ・メモリ４０、６０から読み出された回復さ
れたラスタ・データ及び他の入力端子上の／ラスタ・ク
リア信号を有する。／ラスタ・クリア信号が低ステート
であるとき、全てのアンド・ゲート５２２はディスエー
ブルされ、生成されたラスタ画像はオア・ゲート５２１
の出力に完全に基づいている。 ／ラスタ・クリア信号
が高ステートであるとき、古いピクセル・データは現在
のラスタ化による新しいデータと結合され、合成ラスタ
画像を生成する。この様に、書込みイネーブル信号によ
りトライステート・バッファ５９が取込み／ラスタ・メ
モリ４０、６０に接続されるデータ・バスに入力を送る
ことを開始させるときに、画像結合器は、読み取りから
変更−書込みに変化する読み取り−変更−書込みサイク
ルの変更部分を実現する。

【００４８】図４は簡略ブロック図であり、各ラスタラ
イザ・チャンネルの全ての部分を介する多くのパイプラ
イン段があり、画像結合器が関連して動作する読出し−
変更−書込みサイクルは、８バイト・バッファ５４に対
応する取込みデータをロードするデータ読出しサイクル
から時間的に約２０クロック・サイクル遅延される。

【００４９】新ピクセル認識器及びカウンタ５７は、現
在の位置を表す情報のバイトを受け取り、内部デコーダ
（図示せず）を使用してそれをデコーダする。新ピクセ
ル認識器及びカウンタ５７内のデコーダはデコーダ５６
に似ているが、それがベクトル情報に応答するようにす
る機能強化はされていない。

【００５０】現在のバイトからデコードされた現在のピ
クセル位置情報は、比較信号を受け取った際にラスタラ
イザ・コントローラ４８からのホールド命令に応答して
ラッチ５８により蓄積された同様の情報と比較される。
このカウンタは、現在のピクセル位置が更新されている
蓄積されたラスタ画像内でアクティブでなかったときに
増加される。最小／最大（ピーク検出）モードでは、新
しいピクセル認識器及びカウンタ５７は新しいピクセル
情報に関して最大値を表すバイトを監視する。新しいピ
クセル認識器及びカウンタ内５７に他のデコーダを加え
ること、又は他のサイクルの動きを加えることにより、
最小又は最大値を監視できる。新しいピクセル認識器及
びカウンタ５７は読み取りカウント情報を図１に示す局
部コントローラ２５に送る。ここで、送られた情報は、
表示／システム・プロセッサ７０（図１に図示）に送ら
れる前に、他のラスタライザ・チャンネル５３からの新
しいピクセル・カウンタ情報と結合される。

【００５１】ラスタ化された画像が表示／システム・プ
ロセッサ７０に送られると、追加の処理が従来より周知
の種々の方法により行うことができる。米国特許第５２
５４９８３号「ラスタ走査オシロスコープ表示用のデジ
タル的に合成されたグレイ・スケール」には、持続性の
効果をデジタル的に生じさせる方法、即ち時間に関係し
て減少する輝度について開示されている。出願中の米国
特許出願第０７／１４９７９２号（米国特許第５４４０
６７６号：特開平１−２２７０６９号に対応）及び０７
／５６３６５６号（米国特許第５３８７８９６号：特開
平４−３１３０６６号に対応）には、疑似的持続性に関
して同一及び関連する技術が開示されている。

【００５２】本発明の第１具体例である特定のデジタル
蓄積オシロスコープでは、複数ビット・ラスタ画像は表
示／システム・プロセッサ７０により表示 ラスタ・メ
モリ８０に保持される。新しい単一ビット画像は取込み
部分１００から持ってこられるので、表示／システム・
プロセッサ７０は、新しいビット画像内の情報を使用し
てピクセル毎に表示ラスタ・メモリ８０に保持された画
像を更新し、この間、その画像のピクセル値を減少させ
てアナログ的持続性に見せかける。

【００５３】ある動作モードでは、ラスタ化されるとき
に、ラスタライザ５０は各取込みに関する新しいピクセ
ルをカウントする。ラスタ取込みメモリ６０に蓄積され
た前の合成画像から読み戻されている各ピクセルは、
「１」を含んでいるかどうか見るために監視される。そ
うであれば、ラスタ化されている新しい取込みの対応す
る位置の「１」は、新しいとはみなされない。しかし、
ピクセルが以前の合成画像内で「０」であるが、ラスタ
化された取込みの１つにおける動きの結果として「１」
に変えられるとすると、そのとき、その取込みに関係す
るカウンタは、取込みが以前のものと異なることを示す
ように増加される。

【００５４】各取込みから得られる「新しい」ピクセル
のカウントは、取り込まれた波形が以前と異なるかどう
かを判断するためにそれらの波形を迅速にテストするた
めに使用できるデータを与える。幾つかの取込みが監視
されている波形に関するベースライン基準を確定した
後、スレッショルド数値より上の新しいピクセル・カウ
ント値は、波形の動きの変化を識別するために使用で
き、取込みを停止するために使用でき、高い新しいピク
セル・カウント値を発生する又は幾つかの他の作用をす
る特定の波形を保存する。

【００５５】個々の取込みに関する新しいピクセル・カ
ウンタ値は、合成されたラスタ画像に対する新しいカウ
ント値に統合される。この新しいカウント値は、幾つか
の特殊な作用が成されるかどうかを決めるために、次に
表示／システム・プロセッサにより使用される。この様
な決定の結果、関連する合成波形画像は、今後の分析の
ために特別のラスタ・メモリに蓄積でき、又はその画像
は異なる色で表示でき、更なる取込みを停止して、この
画像が更に分析できるように、幾つかの他の表示を操作
者に対して行う。

【００５６】各新しい取込み及びラスタ化の始めで、表
示系部分２００が取込み系部分１００から合成ラスタ画
像を読み出した後、新しいピクセル・カウント値が意味
を持つ前に基準合成ラスタ画像を生成するために、幾つ
かの方法を使用する必要がある。これを行う１つの方法
は、基準ラスタ画像が形成されるまでに最初に行われる
幾つかのラスタ化からの新しいピクセル・カウント値を
無視することである。

【００５７】新しいピクセルのピクセル毎の比較及びカ
ウントは、基準テンプレート・ラスタ画像から外れる波
形を探すために、異なる方法で使用してもよい。この手
法では、基準テンプレート・ラスタ画像は、一連の取込
みが開始する前に表示／システム・コントローラ７０か
らラスタ取込みメモリ６０にダウンロードされる。次
に、新しいピクセル・カウント値はこの基準波形画像か
ら外れる取込みを認識するために使用できる。

【００５８】図１に示すオシロスコープの構造では、取
込みメモリ４０及びラスタ取込みメモリ６０の両方とし
て、１つの大容量の取込みメモリを使用できる。この手
法は、高速で高価なメモリ資源の使用に関して極めて効
率的であるが、同一のバスがこのメモリの異なる部分を
使用する２種類の動作間で時分割する必要があるので、
観察の時間変換点に関して幾分非効率的である。ラスタ
取込みメモリ６０をそれ専用のアドレス及びデータ・バ
スを備えた完全に別個のメモリにすると、費用が高くな
るが、幾らかの時間の節約ができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明のデジタル・オシロスコープで
は、取込みラスタライザは取込みメモリに蓄積されるデ
ジタル・サンプルからラスタ化波形画像を順次生成し、
生成毎にこれらの画像を順次結合して合成ラスタ化画像
を生成し、ラスタ表示器は生成された合成ラスタ化画像
を一定時間毎に表示するので、従来よりも被測定信号の
観察可能な時間的割合を増加することができるので、被
測定信号に変則的に発生する異常現象を捕らえて表示す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデジタル・オシロスコープの構成を示
すブロック図

【図２】図１のデジタル・オシロスコープの動作を説明
するためのタイミング図。

【図３】図１のデジタル・オシロスコープの動作を説明
するための図２の続きのタイミング図。

【図４】図１に示す取込みラスタライザ及び取込み及び
ラスタ取込みメモリを示すブロック図。

【符号の説明】

１５ アナログ・デジタル変換器 ４０ 取込みメモリ ５０ 取込みラスタライザ ５２ 画像結合器 ６０ ラスタ取込みメモリ ８０ 表示ラスタメモリ ９０ ラスタ表示器

フロントページの続き (72)発明者 ゴードン・ダブリュー・シャンク アメリカ合衆国 オレゴン州 97221 ポートランド サウス・ウェスト サー ティー・エイス・プレイス 4765 (72)発明者 ダニエル・ジー・ニエリム アメリカ合衆国 オレゴン州 97005 ビーバートン サウス・ウェスト バー ロウ・ロード 14170 (56)参考文献 特開 平２−276972（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−253473（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43854（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−366770（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−204462（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−48269（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 13/00 - 13/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取込み部分と、表示部分とを具え、 上記取込み部分は、 入力アナログ信号が供給され、該入力アナログ信号の時
   間に応じた振幅値を表す一連のデジタル・サンプルを生
   成するアナログ・デジタル変換手段と、 上記一連のデジタル・サンプルを蓄積するデータ取込み
   メモリ手段と、 上記一連のデジタル・サンプルをラスタ化波形画像に変
   換する取込みラスタライザと、 上記ラスタ化波形画像又は合成ラスタ化波形画像を受け
   るラスタ取込みメモリ手段と、 上記取込みラスタライザが生成した各ラスタ化波形画像
   を、以前に生成されたラスタ化波形画像又は上記ラスタ
   取込みメモリ手段から読み出した合成ラスタ化波形画像
   と結合して、新たな合成ラスタ化波形画像を生成して、
   上記ラスタ取込みメモリ手段に蓄積する画像結合手段と
   を具え、 上記表示部分は、 上記合成ラスタ化波形画像を蓄積する表示ラスタ・メモ
   リ手段と、 該表示ラスタ・メモリ手段から上記合成ラスタ化波形画
   像を受け取り、上記合成ラスタ化波形画像を表示するラ
   スタ表示手段とを具えたことを特徴とするデジタル・オ
   シロスコープ。