JP4078965B2 - 波形測定器 - Google Patents
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Description
【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などの波形測定器に関するものであり、詳しくは、波形データの処理に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
代表的な波形測定器であるデジタルオシロスコープは、時間的に連続する信号波形をA/D変換器でデジタルデータに変換して離散的にメモリ上に記録し、記録されたデータを波形として表示する。
【0003】
ここで、A/D変換器のサンプリング周波数が表示器の分解能に比べて十分高い場合には、この離散的データに対応する点を表示するだけで信号波形を再生表示できる。ところが、サンプリング周波数は有限であり、T/divとよばれる時間軸方向の表示分解能を拡大すると、表示器の分解能に対してサンプリング周波数が相対的に低下し、再生表示画像から信号波形を判読することが困難になる。
【0004】
このような相対的なサンプリング周波数の低下を補うために、デジタルオシロスコープでは、サンプリングされたデータの間を補間して表示する機能を設けている。この機能により、より真の信号波形に近い波形を、オシロスコープの再生表示画像から判読できる。
【0005】
図4は、このようなデジタルオシロスコープの従来例を示すブロック図である。
入力回路1は減衰回路,プリアンプなどを含むものであり、入力信号の振幅がA/D変換器(以下ADCという)2の入力仕様に対し適切な範囲になるよう調整してADC2に出力する。
【0006】
ADC2は入力回路1から入力される入力信号をデジタルデータに変換して、1次データ処理回路3に出力する。
【0007】
1次データ処理回路3は、ADC2から入力されるデジタルデータを時間軸設定にあったサンプルレートでバッファメモリとして機能する1次メモリ4に書き込む。1次メモリ4に書き込まれたデータは、1次データ処理回路3を経由して2次データ処理回路5に読み出される。
【0008】
2次データ処理回路5は、1次メモリ4から読み出されたデータをアクイジションメモリ6に書き込むとともに、アクイジションメモリ6から読み出したデータに対して、平均処理、複数波形間での加算・減算・乗算などを行う。また、波形パラメータの自動測定や、カーソル指定による波形上の値を読み取りなどもこの2次データ処理回路5で行う。
【0009】
アクイジションメモリ6に書き込まれたデータの表示処理にあたり、アクイジションメモリ6に書き込まれたデータは2次データ処理回路5を経由して補間処理回路7に読み出され、読み出されたデータに対して補間処理が行われる。
【0010】
補間処理されたデータは表示処理回路8に入力される。表示処理回路8は表示データを表示メモリ9に書き込むとともに、表示メモリ9の表示データを表示器やプリンタなどの出力装置10に出力する。
【0011】
このように、デジタルオシロスコープには、サンプリングしたデータを波形として表示するだけではなく、平均化などの信号処理機能や波形パラメータの自動測定機能などが付加されているが、図4に示す従来のデジタルオシロスコープではこれらの機能はサンプリングされたデータに基づいて行われることになる。
【0012】
図5は、図4の構成における周期の自動測定の説明図である。周期の自動測定は、アクイジションメモリ6から読み出されるデータに基づき、縦軸の基準線を横切った点Aから次に同じ方向に基準線を横切る点Bまでの時間を測定することが期待されるが、実際にサンプリングされてアクイジションメモリ6に取り込まれているデータは、2周期に対して14点である。
【0013】
表示器の分解能に対してはデータ数が少ないが、波形の周波数に対してナイキスト周波数以上サンプリングしているので、適切な補間を行えば実線で描かれるような本来の波形と同等の波形が管面に表示される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図4のような従来のデジタルオシロスコープの構成におけるアクイジションデータに基づく測定では、実際のサンプル点間の時間間隔よりも細かい値を測定できないので、図5に示すように、本来の周期Trと自動パラメータ測定で測定される周期Tmの間には誤差が発生することになる。
【0015】
図6は、アベレージングによるノイズ除去の説明図である。図4の構成のようにサンプリングデータが表示器の分解能に対して少ない場合には、次のような問題が生じる。
【0016】
図6の破線で表示される信号波形に重畳されているノイズを、アベレージングによって取り除く場合を考察する。破線で示される波形上の点○は1回目の取りこみによるデータを表わし、×は2回目の取りこみによるデータを表わすものとする。複数回のデータ取りこみについて、各取りこみのサンプリング点は時間的なズレをもつ。
【0017】
しかし、図4の従来に示す従来の構成では、各取りこみにおけるサンプル点を同じ時刻のデータとしてアベレージングするため、そのアベレージング波形は三角点△と実線で示された波形になる。こうすることによってノイズ除去は行えるが、ナイキスト周波数近くの高域で周波数特性が劣化するという問題がある。
【0018】
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、信号処理や波形パラメータ測定を高分解能・高精度で行える波形測定器を提供することを目的とする。
また他の目的は、実際にサンプリングされたデータと補間データとを混在させて表示させる波形測定器において、必要に応じて両者のデータを識別表示できるようにすることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する請求項1の発明は、測定信号波形をデジタルデータに変換してメモリに書き込むように構成された波形測定器において、デジタルデータ間を補間する補間処理回路が1次データ処理回路と2次データ処理回路の間に接続され、前記1次データ処理回路は測定信号波形が変換されたデジタルデータを時間軸設定にあったサンプルレートでバッファメモリとして機能する1次メモリへの書き込みと読み出しを行い、前記補間処理回路は波形パラメータや波形間演算の精度を向上させるのに十分な分解能が得られるようにデジタルデータ間の補間処理を行い、前記2次データ処理回路はアクイジションメモリに対する補間後のデータの書き込みと読み出しを行うとともに、アクイジションメモリから読み出した補間後のデータに対する各種の信号処理・演算処理を行うことを特徴とする。
【0020】
これにより、補間データを測定信号波形が変換されたデジタルデータと同等に扱うことができる。
【0021】
請求項2の発明は、請求項1記載の波形測定器において、基準クロックとトリガの時間差を測定する手段を設け、時間差を補正するように前記1次メモリにデジタルデータを書き込むアドレスを制御することを特徴とする。
【0022】
これにより、繰り返し波形を複数回メモリに取り込む場合に発生する時間的なずれを補正できる。
【0027】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2記載の波形測定器において、前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づき、カーソル指定による波形データの読み取りを行うことを特徴とする。
【0028】
これらにより、信号処理や波形パラメータの測定などを精度よく行うことができる。
【0029】
請求項4の発明は、請求項1または請求項2記載の波形測定器において、前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づき、波形表示処理を行うことを特徴とする。
【0030】
請求項5の発明は、請求項4記載の波形測定器において、前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づきデータ出現頻度を求め、出現頻度に応じた輝度変調表示を行うことを特徴とする。
【0031】
これにより、波形の変化が少ない部分は明るく、変化が大きい部分は暗く表示されることになり、アナログオシロスコープの波形表示特性にきわめて近い波形表示が可能になる。
【0032】
請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の波形測定器において、測定信号波形が変換されたデジタルデータ毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報と隣接するデジタルデータ間を補間する補間データ点数情報を格納し、これら時間差情報と補間データ点数情報を参照して測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別可能に表示することを特徴とする。
【0033】
請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれかに記載の波形測定器において、補間データに識別用フラグビットを付加して前記アクイジションメモリに書き込み、これら識別用フラグビットを参照して補間データを識別可能に表示することを特徴とする。
【0034】
これらにより、必要に応じて、測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別可能に表示できる。
【0035】
請求項8の発明は、請求項6または請求項7に記載の波形測定器において、前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを読み出し、異なる補間処理を行うことを特徴とする。
【0036】
これにより、ユーザーは表示画面から、測定対象の測定波形に応じた最適な補間方法を確認できる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態の一例を示す波形測定器のブロック図であり、図4と共通する部分には同一の符号を付けている。図1と図4の異なる点は、補間処理回路7の接続位置である。すなわち、図1では、補間処理回路7を1次データ処理回路3と2次データ処理回路5の間に接続している。そして、アクイジションメモリ6には、補間処理回路7で補間処理が施された補間後のデータが2次データ処理回路5を経由して書き込まれる。なお、補間処理回路7としては、例えば従来から用いられている回路を用いる。
【0038】
ここで、補間による時間分解能は表示分解能によって制限されるものではなく、波形パラメータや、波形間演算の精度を向上させるのに十分な分解能が得られるように設定する。
【0039】
アクイジションメモリ6に書き込まれる補間後のデータは、測定信号波形をADC2で変換したデジタルデータ間に補間処理回路7で補間データが挿入されたものである。これにより、2次データ処理回路5は、測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データとを同等に扱うことができる。そして、2次データ処理回路5は、従来と同様に、アクイジションメモリ6に書き込まれた補間後のデータに対して、移動平均処理、複数波形間での加算・減算・乗算、波形パラメータの自動測定、カーソル指定による波形上の値を読み取りなどを行う。
【0040】
ところで、アクイジションメモリ6に着目すると、補間後のデータが書き込まれることから、従来の測定信号波形が変換されたデジタルデータのみが書き込まれる場合に比べて、桁違いの記憶容量が必要になる。
【0041】
また、2次データ処理回路5に着目すると、大容量のアクイジションメモリ6に対するデータの読み書き制御や、アクイジションメモリ6から読み出した大量の測定データに対する各種の信号処理・演算処理などを行わなければならないことから、大量のデータに対する高速演算処理機能が要求される。
【0042】
従来の波形測定器でアクイジションメモリ6として用いられているメモリは、部品単体での記憶容量が比較的小さく、大容量を実現するためには相当の実装スペースが必要になり、アクイジションメモリ6の大容量化は困難とされていた。
【0043】
また、2次データ処理回路5としても、大量のデータに対して高速処理が行える適切な演算デバイスは入手が困難であった。
【0044】
ところが、近年の半導体メモリの急速な大容量化と演算デバイスの高速化により、アクイジションメモリ6の大容量化と大量のデータに対する2次データ処理回路5の高速化は実現可能な段階になりつつある。
【0045】
このように補間データを実サンプリングデータと同様に扱うことにより、見かけ上の時間軸方向の分解能を向上させる効果が得られる。そして、その結果として、信号処理や波形パラメータの自動測定、カーソル指定による波形パラメータの読み取りなどを高精度・高分解能で行えるという効果が得られる。
【0046】
また、本発明によれば、デジタルオシロスコープにおける波形表示の輝度変調も実現できる。アナログオシロスコープでは、波形の変化が大きいところでは輝線が暗く、変化の少ない部分では明るく表示される特性を持つ。本発明では、補間データの挿入により、実際のサンプル点間にもデータが存在している。このことにより、補間データを含めた補間後の波形データについて、1つのデータ点近傍におけるそのデータ点の電圧値に近い値の出現頻度を求めることが可能になる。図4に示す従来の構成では、時間軸を拡大すると表示上のデータ数が減り、出現頻度を求めることは困難であった。
【0047】
出現頻度が求まることで、出現頻度に応じた明るさでその点を画面に表示することが可能となる。このような処理を加えることにより、波形の変化が少ない部分は明るく、変化が大きい部分は暗く表示され、アナログオシロスコープの波形表示特性にきわめて近い波形表示が得られる。
【0048】
図2は、他の実施の形態例を示すブロック図であり、図1と共通する部分には同一の符号を付けている。図2では、図1の構成に対して、トリガ回路11と基準クロック回路12と時間測定回路13を設け、基準クロックとトリガの時間差を測定する機能を追加している。
【0049】
図2の回路構成は、アベレージングによるノイズ除去にも有効である。
図2の装置では、補間データによって時間分解能が向上したデータに時間差の補正をかけてアベレージングを行う。トリガ回路11と基準クロック回路12の出力信号を時間測定回路13に入力し、時間測定回路13で基準クロックとトリガの時間差を測定する。この時間測定回路13の測定結果に基づいて、各取りこみにおけるサンプリングデータの時間軸上の位置が一致するように、1次メモリ4に取りこむアドレスを制御する。
【0050】
これにより、帯域制限を受けることなく、ノイズ除去を行えるアベレージング処理が実現できる。
【0051】
なお、実施例では、1次メモリとアクイジションメモリを独立したものとして示しているが、物理的には一体化されているものを機能的に分割して使い分けるようにしてもよい。
【0052】
図3も、他の実施の形態例を示すブロック図である。図3では、図2の構成における2次データ処理回路5に、測定信号波形が変換されたデジタルデータ毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報を格納する時間差情報格納部51と、隣接するデジタルデータ間を補間する補間データ点数情報を格納する補間データ点数情報格納部52を設けている。
【0053】
図3の構成は、測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別表示したい場合に有効に機能する。
例えば測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを表示させるのにあたっては、時間差情報格納部51に格納されているトリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報に基づき、アクイジションメモリ6に格納されているデータの中から、トリガ成立時に実際にサンプリングされた測定信号波形が変換されたデジタルデータを検索する。続いて、補間データ点数情報格納部52から実際にサンプリングされたデータ間に存在する補間データの点数を求め、その点数分だけ離れたデータのみを取り出す。
【0054】
これに対し、補間データのみを表示させるのにあたっては、時間差情報格納部51に格納されているトリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報に基づき、アクイジションメモリ6に格納されているデータの中から、トリガ成立時に実際にサンプリングされた測定信号波形が変換されたデジタルデータを検索する。続いて、補間データ点数情報格納部52から実際にサンプリングされたデータ間に存在する補間データの点数を求め、その点数分だけ離れたデータを取り出さないようにすればよい。
【0055】
なお、測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別表示するのにあたっては、図3の構成の代わりに、補間データに識別用フラグビットを付加してメモリに書き込み、これら識別用フラグビットを参照するようにしてもよい。
【0056】
また、メモリに書き込まれた補間後のデータから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを読み出すことにより、sin補間、線形補間、パルス補間などの異なる補間処理を行うことができ、ユーザーは表示画面から、測定対象の測定波形に応じた最適な補間方法を確認できる。
【0057】
本発明は、設定されたデータ長と観測時間の比(データ長/観測時間)がA/D変換器の最大サンプリング周波数よりも大きい時に補間動作を行い、補間後のデータをメモリに書き込むことにより、補間データと測定データとを同等に扱うことを特徴としたものである。
【0058】
これにより、周期・時間差などの波形パラメータの自動測定やカーソル指定による波形パラメータの読み取りを高精度・高分解能で行える。
【0059】
また、補間データを元サンプルデータと区別することなく頻度情報として波形表示に利用することにより、高速信号に対してもアナログオシロスコープのような輝度変調を表示波形にかけることもできる。
【0060】
また、トリガとサンプリングの時間差を測定する回路を設けて補間後の波形データをトリガ時刻基準で並べ替えて扱うことにより、アベレージング処理の帯域幅の向上が図れる。
【0061】
また、必要に応じて測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別可能に表示できる。
【0062】
さらに、メモリに書き込まれた補間後のデータから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを読み出すことにより、異なる補間処理を施して測定対象の測定波形に応じた最適な補間方法を表示画面上で目視確認できる。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号処理や波形パラメータ測定を高分解能・高精度で行える波形測定器を提供することができ、デジタルオシロスコープをはじめとする各種の波形測定器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すブッロク図である。
【図2】本発明の実施の他の形態例を示すブッロク図である。
【図3】本発明の実施の他の形態例を示すブッロク図である。
【図4】従来の波形測定器の一例を示すブロック図である。
【図5】周期の自動測定説明図である。
【図6】従来のアベレージング波形の説明図である。
【符号の説明】
1 入力回路
2 A/D変換器
3 1次データ処理回路
4 1次メモリ
5 2次データ処理回路
51 時間差情報格納部
52 補間データ点数情報格納部
6 2次メモリ
7 補間処理回路
8 表示処理回路
9 表示メモリ
10 出力装置
11 トリガ回路
12 基準クロック回路
13 時間測定回路
Claims (8)
- 測定信号波形をデジタルデータに変換してメモリに書き込むように構成された波形測定器において、
デジタルデータ間を補間する補間処理回路が1次データ処理回路と2次データ処理回路の間に接続され、
前記1次データ処理回路は測定信号波形が変換されたデジタルデータを時間軸設定にあったサンプルレートでバッファメモリとして機能する1次メモリへの書き込みと読み出しを行い、
前記補間処理回路は波形パラメータや波形間演算の精度を向上させるのに十分な分解能が得られるようにデジタルデータ間の補間処理を行い、
前記2次データ処理回路はアクイジションメモリに対する補間後のデータの書き込みと読み出しを行うとともに、アクイジションメモリから読み出した補間後のデータに対する各種の信号処理・演算処理を行うことを特徴とする波形測定器。 - 基準クロックとトリガの時間差を測定する手段を設け、時間差を補正するように前記1次メモリにデジタルデータを書き込むアドレスを制御することを特徴とする請求項1記載の波形測定器。
- 前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づき、カーソル指定による波形データの読み取りを行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載の波形測定器。
- 前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づき、波形表示処理を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載の波形測定器。
- 前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータに基づきデータ出現頻度を求め、出現頻度に応じた輝度変調表示を行うことを特徴とする請求項4記載の波形測定器。
- 測定信号波形が変換されたデジタルデータ毎に、トリガ成立時刻と基準クロックとの時間差情報と隣接するデジタルデータ間を補間する補間データ点数情報を格納し、これら時間差情報と補間データ点数情報を参照して測定信号波形が変換されたデジタルデータと補間データを識別可能に表示することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の波形測定器。
- 補間データに識別用フラグビットを付加して前記アクイジションメモリに書き込み、これら識別用フラグビットを参照して補間データを識別可能に表示することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の波形測定器。
- 前記アクイジションメモリに書き込まれた補間後のデータから測定信号波形が変換されたデジタルデータのみを読み出し、異なる補間処理を行うことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の波形測定器。
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