JP6799369B2 - 試験測定システム及び複数のオシロスコープを同期させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のオシロスコープを同期させることによって、４つよりも多いチャンネルを含む信号取込みシステムを提供することに関する。

デジタル・オシロスコープは、最も頻繁に利用される装置の１つであり、信号を観測するのに広く利用される。一般に、現在入手可能なデジタル・オシロスコープは、２つ又は４つのアナログ入力チャンネルを有している（非特許文献１参照）。よって、もしユーザが５以上の被試験信号を同時に観測したいなら、２つ以上のオシロスコープの取込みを同期させる必要がある。従来、複数のオシロスコープを同期させるためには、これらオシロスコープの全てに単純にトリガ信号を配信している。

米国特許第８７０５６７７号明細書 米国特許第８７０５６７８号明細書

「オシロスコープ」の紹介ページ、［online］、テクトロニクス社、［２０１５年９月９日検索］、インターネット<URL：http://jp.tek.com/オシロスコープ#all>

しかし、こうした構成では、オシロスコープ間の同期ジッタが、２つのオシロスコープの個々のトリガ・ジッタの合計である。これは、約１〜２ピコ秒ｒｍｓのレンジとなりえる。更に、トリガを配信するのに、それを入手するため、もしプローブを利用しなければならない場合、困難なことが良くある。この場合、各オシロスコープに別々のプローブが必要で、よって、トリガ信号に余分な負荷を与え、これは、トリガ信号を遅くし、もっと多くのトリガ・ジッタを生じさせるか、又は、被試験デバイスの動作に影響さえ与える。

加えて、複数オシロスコープのタイム・ベースを位相ロックできたのなら、トリガの後、もっと長い期間、波形レコードが同期を維持するだろう。

本発明の実施形態は、従来技術におけるこれら及び他の制約に取り組むものである。

ある本発明の実施形態には、ホスト・オシロスコープと、少なくとも１つのクライアント・オシロスコープとを含む複数のオシロスコープを同期させる試験測定システムがある。このホスト・オシロスコープには、クロック信号を出力するよう構成されるホスト・タイムベース・クロックと、上記クロック信号に基づくデジタイザ同期クロックを含むホスト・デジタイザと、上記クロック信号に基づくトリガ同期クロックを含むホスト・アクイジション・コントローラとがあり、このホスト・アクイジション・コントローラは、全てのスコープがアクイジション（Acquisition：取込み）を開始する準備が完了（ready）したことを示すAcqReady信号を出力すると共に、入力信号のアクイジションを開始させる実行信号（Run signal）を出力するよう構成される。

各クライアント・オシロスコープには、ホスト・タイムベース・クロックからのクロック信号を受けて、クロック信号を出力するよう構成されるクライアント・タイムベース・クロックと、上記クロック信号に基づくデジタイザ同期クロックを含むクライアント・デジタイザと、上記クロック信号に基づくトリガ同期クロックを含むクライアント・アクイジション・コントローラとがあり、各クライアント・アクイジション・コントローラは、アクイジションを開始する準備が完了すると出力すると共に、ホスト・アクイジション・コントローラから実行信号を受けて、上記実行信号に基づいて新たな入力信号のアクイジションを開始するよう構成される。

ある本発明の実施形態には、複数のオシロスコープを同期させる方法もあり、ホスト・オシロスコープから、ホスト・タイムベースからのホスト・クロック信号を複数のクライアントに出力する処理と、上記ホスト・クロック信号に基いてホスト・デジタイザ同期クロックを設定する処理と、上記ホスト・クロック信号に基いてホスト・トリガ同期クロックを設定する処理と、入力信号のアクイジションを開始するための実行信号を生成する処理と、上記複数のクライアントに、対応する複数の入力信号のアクイジションを開始するための上記実行信号を出力する処理と、複数のクライアントから、それらがアクイジションを開始する準備が完了（ready）したことを示すAcqReady信号を受ける処理とを含んでいる。

ある別の本発明の実施形態には、、複数のオシロスコープを同期させる方法があり、ホスト・クロック信号をクライアントで受ける処理と、上記ホスト・クロック信号に基いてクライアント・デジタイザ同期クロックを設定する処理と、上記ホスト・クロック信号に基いてクライアント・トリガ同期クロックを設定する処理と、アクイジション準備完了信号をホストに出力する処理と、上記ホストから実行信号を受ける処理と、上記実行信号を受けたときにアクイジションを開始する処理とを含んでいる。

図１は、本発明の実施形態による複数オシロスコープ・アクイジション・システムのブロック図である。 図２は、図１による複数オシロスコープ・アクイジション・システムに関する新しいアクイジション・サイクルの初め部分のタイミング関係図である。 図３は、図１による、ホスト・システムがトリガを生成している複数オシロスコープ・アクイジション・システムに関するアクイジション・サイクルのトリガと最後部分のタイミング関係図である。 図４は、図１による、クライアント・システムがトリガを生成している複数オシロスコープ・アクイジション・システムに関するアクイジション・サイクルのトリガと最後部分のタイミング関係図である。 図５は、ホスト及びクラアント・デジタイザ間のスキューを校正するリング・オシロスコープ校正システムである。 図６は、図５のシステムで使用される高周波数ステップ信号源の例である。 図７は、図５のシステムで使用される高周波数ステップ信号源の別の例である。 図８は、図５の高周波数ステップ・リング発振校正システムに関するタイミング・チャートである。

図において、開示されるシステム及び方法の類似又は対応する要素は、同じ参照番号で示される。これら図面は、必ずしも縮尺率が同じではない。

本発明の実施形態は、複数のオシロスコープを組み合わせてチャンネル総数を拡張し、これら複数のオシロスコープが、ユーザの観点からは単一のスコープとして動作することを可能にする。より詳細には後述するように、１つのトリガ・イベントの１つの事象だけが必要で、結果として、オシロスコープ間のトリガ・ジッタが除去され、残存する波形間ジッタだけが、個々のデジタイザの非相関のショートターム・ジッタである。言い換えると、別々のオシロスコープ中のオシロスコープ・デジタイザ間のジッタを、単一のオシロスコープ内の複数デジタイザ間のジッタと比較可能である。

本発明の実施形態は、論理和（ＯＲ）機能をも可能にし、これは、複数のオシロスコープのどれがトリガ・イベントを起こすかを知る必要なしに、低ジッタの全ての利点を提供する。これは、どの信号がイベントを持っているか知ること無しに、複数のオシロスコープで多数の信号の観測を可能にする。

図１は、本発明の実施形態による複数オシロスコープ・システムのブロック図を描いている。図１に描かれたシステムは、ホスト１００と、２つのクライアント１０２及び１０４とを有している。しかし、そのコンセプトは、任意の個数のクライアントに容易に拡張できる。複数のオシロスコープの１個の制御システムは、これら複数のオシロスコープの全てに関する制御システムとしての役割を果たす。図１では、ホスト１００が、クライアント１０２及び１０４に関する制御システムとしての役割を果たす。

オシロスコープの簡略した制御システムが、ホスト１００中に示されている。制御システムは、アクイジション・コントローラ１０８へ送信するクロックに加えて、デジタイザ・クロックを生成するタイムベース・ブロック１０６を含む。

デジタイザ・ブロック１１０は、複数のデジタイザ（図示せず）を用いて、アナログ波形を離散デジタル波形に変換し、この離散デジタル波形は、メモリ（図示せず）に記憶される。デジタイザ用のサンプル・クロックは、タイムベース１０６から導出される。デジタイザ・ブロック１１０は、ホスト１００中にDigSyncClock１と呼ばれる低速クロック１１２も含み、これもタイムベース１０６から導出される。「クロック」は、時として、「クロック発生装置」又は「クロック回路」を意味し、時として、クロック信号を意味するが、単純にだたクロックと呼ぶことがあることに注意されたい。DigSyncClock１は、アクイジション・コントローラ１０８及び波形メモリ用のアドレス発生装置と同期した通信のために利用される。

しかし、本発明は、各デジタイザ・ブロック１１０内の複数のデジタイザを揃える（align：アライメントする）ための外部信号を必要としない。この機能は、複数オシロスコープ同期システムに関しては、各オシロスコープが非インターリーブのデジタイザとして抽出されるようにして、各オシロスコープに対して内部的に実行される。よって、個々のクライアント・オシロスコープは、切り離すことができ、スタンド・アローン（独立型）のオシロスコープとして利用可能である。

アクイジション・コントローラ１０８は、種々のイベントに基づくアクイジション・サイクルのシーケンス処理を制御する。例えば、もしユーザがオシロスコープを停止させたければ、アクイジション・コントローラ１０８は、デジタイザ・ブロック１１０中のデジタイザを停止させる。もしトリガ・イベントが生じれば、アクイジション・コントローラ１０８は、トリガ・イベントにタイム・スタンプを付け、適切な量のポスト・トリガ時間の後に、デジタイザ・ブロック１１０中のデジタイザを停止させる。

アクイジション・コントローラ１０８は、デジタイザ・ブロック１１０との同期通信のために、TrigSyncClock１ １１４を利用するが、これもタイムベース１０６から導出される。TrigSyncClock１ １１４及びDigSyncClock１ １１２は、好ましくは同一周波数である。しかし、TrigSyncClock１ １１４の周期は、DigSyncClock１ １１２の周期の任意の倍数であっても良い。実際、異なるDigSyncClock１１２を有するオシロスコープの異なるモデルをサポートするため、TrigSyncClock１ １１４の周期は、接続されたクライアント・オシロスコープについての全てのDigSyncClock１ １１２の周期の最も小さい公倍数とする必要がある。

クライアント１０２及び１０４のいずれかの内でトリガ生じるという状況において、クライアント１０２及び１０４からホスト１００へとトリガ情報を通信するために、データ・リンク（図示せず）が複数のオシロスコープ間にある。データ・リンクは、波形データもクライアント１０２及び１０４からホスト１００へと転送するので、必要に応じて、波形の制御及び表示がホスト・オシロスコープ１００でまとめられる。

詳しくは後述のように、種々の制御リンク（同様に図示せず）が、オシロスコープ間の電源の入／切の情報をコーディネートし、ホスト１００がシステムの接続状態を知るための情報を提供する。

本発明は、ホスト１００に関して上述したアクイジション制御システムを、クライアント１０２及び１０４に拡張する。クライアント１０２及び１０４は、デジタイザ・ブロック１１０及びアクイジション・コントローラ１０８も含んでいる。DigSyncClock１１２及びTrigSyncClock１１４について、クライアント１０２及び１０４のそれぞれ内のクロックを区別するため、クライアント１０２に関してはDigSyncClock２及びTrigSyncClock２と呼び、クライアント１０４に関してはDigSyncClock３及びTrigSyncClock３と呼ぶ。

クライアント１０２及び１０４は、ホスト１００のタイムベース１０６を利用する。即ち、DigClock１が、ホストからDigClock１_Out２を通してクライアント１０２のタイムベース１０６へとDigClock２_inを通って送られる。DigClock１は、ホストからDigClock１_Out３を通してクライアント１０４のタイムベース１０６へもDigClock３_Inを通って送られる。即ち、クライアント１０２及び１０４の両方のタイムベース１０６は、ホスト１００のタイムベース１０６からDigClock信号を受ける。

図１は、１つのホスト１００と２つのクライアント１０２及び１０４のシステムを示しているが、本発明は、任意の個数のクライアントで動作する。更に、内部的にか又は外部ケーブル接続によるかのどちらかで設定できる。

図１は、ホスト１００とクライアント１０２及び１０４とを行き来する種々の信号を示す。これら信号は、図２〜４に関して、より詳細に後述される。

図２は、図１のシステムにおいて、新しいアクイジション・サイクルを始めることについて、タイミング状況を描いている。簡単のため、単一のホストとクライアントが、タイミング・チャートに示されている。しかし、そのコンセプトは、任意の個数のクライアントに容易に拡張される。

アクイジション・サイクルが始まるとき、ホスト及びクライアントは、デジタイザ１１０を起動し、続いて、トリガ・イベントの発生を可能にする必要がある。先のアクイジションからポスト処理が完了するか、又は、起動すると、各オシロスコープのアクイジション・コントローラ・ブロック１０８は、それぞれのAcqReady信号２００及び２０４をアサートする。単一のオシロスコープのみが使われている場合、AcqReady信号は、アクイジション・コントローラ１０８にRun１信号をデジタイザ１１０に送り、データのメモリ（図示せず）への記憶を開始するように命じる。

図１の複数オシロスコープ構成では、全てのAcqReady信号がホスト１００へ送られる。即ち、AcqReady２_Outは、AcqReady１_In２へ送られ、AcqReady３_Outは、AcqReady１_In３へ送られる。ホスト１００は、接続されたクライアントのそれぞれについて、別々のAcqReady１_In/Outの対を有する。図１に示されるように、例えば、ホストは、AcqReady２_Out及びAcqReady３_Outをそれぞれ通して、クライアント１０２及び１０４のAcqReady信号を受けるために、AcqReady１_In２及びAcqReady１_In３を含む。

ホスト１００は、接続されたクライアントから全てのAcqReadyを受けた時点で、全てのクライアントがアクイジション開始の準備が完了したとわかる。例えば、図２では、AcqReady１が２００においてハイになり、ホスト１００がアクイジションの準備が完了していることを示す。クライアントは、そのクライアントがアクイジションの準備が完了すると、そのAcqReady２ ２０２信号をAcqReady２_Out２０４を通して発行する。AcqReady２_Out２０４信号を２０６においてAcqReady１_Inで受けるよりも先にAcqReady１が２００でハイになっているので、AcqReady１_Outは、AcqReady１_Inを２０６で受けると直ぐに、２０８においてハイになる。即ち、AcqReady１_Outは、全てのAcqReady１_Inを受けると、２０８においてハイになり、AcqReadyのいずれかがローになると、ローになる。

このAcqReady２_Out信号２０４が配信された後、ホスト１００上のRun１が、２１４において、TrigSyncClock１の立ち上がりエッジでハイになる。Run１がハイになると、Run１_Outも２１６でハイになり、Run１信号が複数のクライアント装置に配信される。これは、２１８において示され、Run１をRun２_Inの２１８で受けるとハイになり、Run２が２２０においてハイになる。

Run１信号が２１４においてハイになり、Run２信号が２２０でハイになった後、アドレス発生部のカウントが、ホスト１００においては、DigSyncClock１の次のハイ、２２２で始まり、クライアント１０２においては、DigSyncClock２の次のハイ、２２４で始まる。

システムは、Run１_OutからRun２_Inまでの伝播遅延に、いくらかのセットアップ時間を加えただけ、TrigSyncClock１から遅れるように、TrigSyncClock２の位相を調整する。伝播遅延は、図２及び３においてＡとして示されている。

詳細は後述のように、TrigSyncClock１１４は、可変である。これは、リターン信号がクライアントからホストまでのセットアップ時間を充分に持てるようように選択される。ラッチ処理及び送信処理は、両方共にクロックの立ち上がりエッジで行われる。しかし、オシロスコープは、立ち下がりエッジでラッチし、立ち上がりエッジで送信し、両方向でセットアップ時間が同じとなるように位相を調整するよう設定されても良い。

図３は、トリガ・イベントが生じるときについてのタイミング・チャートを描いている。図２に続き、ホスト及びクライアント中のアクイジション・メモリは、トリガ・イベントが生じるのを待っている期間についてデータを取り込んでいる。クライアントかホストか、どちらでトリガ・イベントが生じても、Run（実行）信号のアサート停止（deassertion）がホスト１００のアクイジション・コントローラ１０８へ送られ、そこからホスト１００自身とクライアント１０２及び１０４へと再度配信される。Runの最初のアサート停止は、ホスト１００が受けて、これが使用される。

上述のように、図３は、ホスト１００でトリガが生じた場合のタイミング・チャートを示している。これに代えて、図４は、クライアント１０２でトリガが生じた場合のタイミング・チャートを示している。

図３から始めると、ホスト１００において、３００でトリガ・イベントが生じる。トリガ・イベントが生じた後、TrigSyncClock１の次のハイで、Run１がロー３０２になる。ホスト１００で、Run１信号がRun１_Out３０４を通してクライアント１０２へ送り出され、クライアント１０２はその信号をRun２_Inで受けて、３０６でローになる。詳しくは後述するが、複数のSyncClockの位相アライメントのため、これは、ホストからクライアントまでの明確な遅延を用いて生じる。Run２_Inが３０６でローになるのに応答して、Run２は、TrigSyncClock２の次のハイ、３０８でローになる。Run１及びRun２が、３０２及び３０８でそれぞれローになる場合、ポスト・トリガ・カウンタは、DigSyncClock１及びDigSyncClock２の次のハイ、３１０及び３１２でそれぞれ始動する。

図４では、トリガ・イベント４００が、クライアントで生じる。Run（実行）のアサート停止は、最初に、Run２_Outが４０２でローになることによってホストへ送られ、４０４において、Run１_Inで受ける。次に、システムは、図３でのように、ホストでトリガが生じた場合にしたように、続ける。クライアントからのRun２_Out信号４０２を４０４においてRun１_Inで受けると、ホスト１００は、４０６でローになることによって、直ちにRun１_Out信号をクライアントへ配信する。もしシステム中に複数のクライアントがある場合には、上述のように、このRun１_Outは、全てのクライアントへ送信される。クライアントは、その信号をRun２_Inで受けて、４０８でローになる。Run２_Inが４０８でローになるのに応答して、Run２は、TrigSyncClock２の次のハイで、４１０においてローになる一方で、Run１は、TrigSyncClock１の次のハイで、４１２においてローになる。Run１及びRun２が、４１０及び４１２において、それぞれローになると、ポスト・トリガ・カウンタは、DigSyncClock１及びDigSyncClock２それぞれの次のハイ、４１４及び４１６で始動する。

オシロスコープにおいてトリガが生じると、そのオシロスコープ（ホスト又は複数のクライアントの１つのいずれか）は、そのローカルのTrigSyncClockに対するそのトリガのタイムスタンプを計算する。図３では、このタイムスタンプは、ttoff１であり、図４では、タイムスタンプはttoff２である。

１つのアクイジション・サイクルが完了した後、タイムスタンプttoffは、処理のためにホストへ送信される。これは、どのオシロスコープでトリガが生じたかに応じて、ttoff１又はttoff２となる。ホストは、そのトリガについての一貫したメモリ・ロケーションを決定するのに、このタイムスタンプ情報をそれ自身のアドレス発生部カウントと共に用いることができる。もし１つよりも多いトリガ、よって、ほとんど同じ時点でトリガ・イベントをホスト又はクライアントが受けたことが原因で、１つよりも多いトリガ・タイムスタンプttoffがある場合、ホストは、どのttoff値を使うかを選択するのに、同点決着判断を利用できる。ホストが利用する同点決着は、非常に単純なものにできる。例えば、ホスト１００が最初でクライアントが続くという順番、又は、トリガ信号はクライアントからホスト中の共通点へ送られ、ここで最初のトリガ・イベントをもっと正確に決定、というような予め指定した優先順位を設定しても良い。

上述のように、TrigSyncClock及びDigSyncClockは、ホスト又はクライアント内で、位相が互いにアライメントされる。ホスト内でのデジタイザ１１０からアクイジション・コントローラ１０８へのAcqReady信号の通信は、ホスト内のSyncClock（同期クロック）によって同期される。デジタル・オシロスコープにおいて、起動時に現在行われているように、DigSyncClockを生成する分周回路は、その立ち上がりエッジが、TrigSyncClockの立ち上がりエッジ間のほぼ中間に存在するまで、ずらされる。そうすることで、１つのアクイジションからその次まで、そして、１つの電源投入サイクルからその次まで、アクイジション・コントローラ１０８から一貫してRun及びAcqReady信号が受けられるのを確実にする。

オシロスコープは、常に１つよりも多いデジタイザを有するので、これらデジタイザが、１つの電源投入サイクルからその次まで、同じ位相になるのを確実にすべきである。SyncClock処理は、DigSyncClockの位相のいずれかがメタステーブルとなる可能性があるために、これらデジタイザの位相アライメントを、タイムベース・クロックの半分内に追い込むだけであり、これは、DigSyncClockのずらした最終的な位相の不確実性の原因となりえる。これを解決するため、高速エッジ、矩形波又はインパルス信号のような校正信号を、複数デジタイザの全てに送り、その波形をデジタイズしても良い。次に、システムは、捕捉した校正信号の位相を分析し、必要に応じて、DigSyncClockを余分なサイクルだけずらす（dump）。即ち、セットアップ時間の違反（violation）が観測されるまでDigSyncClockのそれぞれをずらし、その次に、その違反から一定の距離にDigSyncClockをずらす。

各クライアント内でのTrigSyncClock及びDigSyncClock間の位相アライメントで、上述したホスト内の同じ手続が続いて起きる。

異なるオシロスコープのSyncClock間の位相アライメントでも、異なるオシロスコープ間のTrigSyncClockを互いに位相アライメントする必要性を除いて、上述と同じ原理が続いて起きる。TrigSyncClockの位相がずらされるときには、上述のように確立した内部的な一貫性を維持するのに加えて、１つのオシロスコープ内のそれぞれのDigSyncClockがずらされる。

簡単のため、図２〜４のタイミング・ダイヤグラムでは、TrigSyncClock１１４及びDigSyncClock１１２が同じ周波数として示されているが、TrigSyncClock１１４の周期をDigSyncClock１１２の倍数とすることも良くある。DigSyncClock１１２は、個々のオシロスコープ内の高い更新レートをサポートするために、可能な限り高速なものが選択される。しかし、この周波数は、単一のオシロスコープ内に存在する伝播遅延によって制限される。これは、概して、オシロスコープ間のケーブル中の伝播遅延に関しては、高速過ぎるであろう。従って、必要に応じて、TrigSyncClocks１１４をもっと遅くした方が良い。詳しくは後述のように、TrigSyncClock１１４は、予想される最も長いケーブルに対応するように、いくらか遅めに選択しても良いし、又は、電源投入時にダイナミックに決定しても良い。これによって、特定の複数オシロスコープ構成でだけ必要とされる更新レートは抑制される一方で、個々のオシロスコープが単独で使用されたときには、依然として高い更新レートを実現可能にする。

クライアントのTrigSyncClock１１４の位相は、伝播遅延までずらされ、加えて、入ってくるRun_Inイベントに関して、クライアントにおいて適切なセットアップ時間が実現される。クライアントのTrigSyncClock１１４の位相がずらされるので、クライアントは、Run_In信号のラッチ処理において、突然大きな変化を観測することになろう。この変化は、Run_In信号の到着時間が、TrigSyncClock１１４の遷移（transition）のほんの少し前から、ほんの少し後へと変化するときに生じる。

このサイクル・スリップの観測が可能な方法は、複数ある。図２〜４のタイミング・ダイヤグラムに見られる１つの方法は、戻りのAcqReady１_In信号が１クロック期間フルにスリップするものである。別の方法は、Run２_Outを、それがホスト１００に戻ってくる前に、再同期するものである。ひとたび、このメタステーブル・ポイントが見つかれば、次に、クライアントは、ホスト１００の制御の下で、確実に適切なセットアップ時間とするため、TrigSyncClock１１４をいくらか適切な一定量だけ更に遅延させる。TrigSyncClock１１４の周波数が充分遅く選択されていると仮定すれば、これを行うことにより、Run及びAcqReadyのようなクライアントからホストへの通信も堅実で且つ同期して受信されることも保障される。

クライアントのTrigSyncClock１１４の位相を、その全範囲を通してずらすことによって、TrigSyncClock１１４の必要な期間を推量できる。しかし、これは遅いし、繰り返しである。この処理をより簡単に、より速く行い、そして、デジタイザを有しない装置で実現可能にするため、図５に示すリング・オシレータ・ステップ・システムを用いても良く、以下で論ずる。

図５は、装置間の遅延を決定するために使用するリング・オシレータ・ステップの単純化したダイアグラムを示す。１つの実施形態では、ＨＦステップ信号源５０８が、ホスト１００及びクライアント１０２の両方において、図６に示すように構成される。立ち上がりエッジが、ホスト１００において起動される一方で、クライアント（図５では、クライアント１０２）は、そのエッジがローに維持され、これによって、高速なエッジが、５００で、そして遅れて５０４で現れる。この遅延は、図８において、８００で示されている。このエッジは、ＸＯＲゲートを通過し、８０２の伝播遅延の後に、５０６において現れる。このエッジは、５０２においてホスト１００へ戻り、８０４の伝播遅延の後に受信される。このエッジは、ホスト１００中のＸＯＲゲートで反転され、このサイクルを繰り返すことで、２＊（８００＋８０２＋８０６＋８０６）に等しい時間周期のリング・オシレータを形成する。

別の実施形態では、ＨＦステップ信号源５０８を、図７に示すように構成することもできる。そのタイミング・ダイヤグラムは、リング・オシレータの周波数を測定する代わりに、そのパルスがホスト１００でデジタル化され、その幅が測定されることを除けば、同じに見える。

高周波数（ＨＦ）ステップ信号源をリング・オシレータ構造に構成することにより、オシロスコープ間のケーブルのおおよその長さの決定が、速く、簡単である。ホスト及びクライアント間のHF Step In（ＨＦステップ入力）、HF Step Out（ＨＦステップ出力）、AcqReady_In、AcqReady_Out、Run_In及びRun_Outから構成される６つの信号のセット（組）は、同じケーブル内に含まれるので、かなり良く整合（マッチ）していると仮定される。しかし、異なるクライアントの複数セット間で、整合の要件は必要でないし、利点でさえもない。

TrigSyncClock１１４の設定を容易にするため、ホスト１００及びクライアント１０２のＨＦステップ間の遅延は、デジタイザを用いてホストでデジタル化した図８に示すようなパルスの幅を測定することによって決定できる。パルスは、ホストによって始まり、クライアントを通って伝播し、パルスがホストに戻って到着することによって終わり、そして、ケーブルの遅延の約２倍である。これは、ホスト及びクライアントの対のそれぞれについて繰り返される。これに代えて（そして、好ましくは）、もしＨＦステップ信号源５０８中のラッチを除去したなら、リング・オシレータは、図５に示すように、クライアント及びホスト間に形成される。すると、発振の周期は、オシロスコープ間の往復伝播遅延の２倍である。正確且つ高速に、このクロック周期を測定するために、タイマ・カウンタをホスト・コントローラ中に構成しても良い。こうしたテクニックは、クライアントに、ＨＦステップ信号をデジタル化するか又はタイムスタンプする能力がない状況において、有益である。

最も長いケーブル・セットに関してマージンを確保する必要から、マッチング（整合）ができないという程度まで、TrigSyncClocks１１４の周波数は落とさなければならない。DigSyncClockの周波数は、変化しないままであることに注意されたい。これらは、各オシロスコープ内で固定であり、内部のタイミング要件によって設定される。このTrigSyncClock１１４の周期は、常に、DigSyncClock１１２の周期の整数倍でなければならない。このシステムは、異なる内部DigSyncClock周期を有する非類似の複数オシロスコープ・モデルが、依然としてこの技術の利点を享受することを可能にする。これは、オシロスコープの異なる世代間の下位及び上位互換も可能にする。このような場合の要件は、TrigSyncClock１１４の周期が、異なる複数オシロスコープにおける全てのDigSyncClock周期の整数倍でなければならない、というものである。

ホストからクライアントへ、そして再度戻ってくる往復距離がわかれば、各方向でＨＦステップの長さの整合を可能な限り良く確保することによって、片道の距離の近似値が決定される。この情報があれば、ホスト及びクライアントそれぞれ中のデジタイザがＨＦステップ信号を受けたとき、このステップを受けたおおよその相対的な時間がわかり、従って、複数オシロスコープ間の相対的な遅延がわかる。

同じケーブル・セットが使われている限り、整合した遅延が、ある電源投入サイクルからその次へと維持されるであろう。もし電源投入サイクル間にケーブル・セットが変更されるか、再アレンジされると、複数オシロスコープ間の同期通信を確保するために、上述の遅延測定シーケンスが繰り返されるであろう。

もしユーザが複数オシロスコープ間の極めて正確な位相アライメントを望むなら、既知の整合させた信号対が、ホスト上のあるチャンネルと、クライアント上のあるチャンネルに供給される。そのデジタル化した信号間の相対的な遅延を測定することによって、複数オシロスコープ間の正確な相対遅延がわかる。この測定値を、ＨＦステップ校正信号を用いて得たものと比較することによって、この正確なアライメントが、電源サイクル間で維持される。これは、単一のオシロスコープ内の複数チャンネルをアライメントするために、工場で採用されている手続と類似している。内部の複数デジタイザ間の相互接続は、ユーザによって変更できないので、１つのオシロスコープ内における校正は、繰り返す必要はない。

本発明は、スタンド・アローンのユニットとして使用されるときに、オシロスコープの高速更新レートの性能を犠牲にすることなしに、複数オシロスコープ間の任意のケーブル距離について、うまく機能する。更に、本発明を用いることで、異なるオシロスコープ間のデジタル化（Digitizing）チャンネル間のジッタが、１つのオシロスコープ内の複数チャンネル間のジッタと同様となる。本発明は、異なる複数オシロスコープ・モデルについても、内部のクロック処理アーキテクチャが異なっていても、うまく機能し、従って、下位及び上位互換がサポートされる。更に、オシロスコープは、ユーザによって、ホスト又はクライアントとして、簡単に設定できる。

好ましい実施形態において、本発明の原理を説明及び図示してきたが、こうした原理から離れることなく、本発明は、構成や細部において変更できることは当然である。例えば、本発明の概念は、以下のように記述しても良い。

即ち、本発明の概念１は、複数のオシロスコープを同期させる試験測定システムであって、
クロック信号を出力するよう構成されるホスト・タイムベース・クロックと、
上記クロック信号に基づくデジタイザ同期クロックを含むホスト・デジタイザと、
上記クロック信号に基づくトリガ同期クロックを含み、入力信号のアクイジションを開始するための実行信号（Run signal）を出力するよう構成されるホスト・アクイジション・コントローラと
を有するホスト・オシロスコープと、
少なくとも１つのクライアント・オシロスコープとを具え、
上記クライアント・オシロスコープのそれぞれが、
上記ホスト・タイムベース・クロックからの上記クロック信号を受け、上記クロック信号を出力するよう構成されるクライアント・タイムベース・クロックと、
上記クロック信号に基づくデジタイザ同期クロックを含むクライアント・デジタイザと、
上記クロック信号に基づくトリガ同期クロックを含むクライアント・アクイジション・コントローラと
を有し、上記クライアント・アクイジション・コントローラのそれぞれが、上記実行信号を上記ホスト・アクイジション・コントローラから受けて、上記実行信号に基いて、新たな入力信号のアクイジションを開始するよう構成される。

本発明の概念２は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、上記クライアント・アクイジション・コントローラのそれぞれが、上記クライアント・オシロスコープがアクイジションを受ける準備が完了したときに、アクイジション準備完了（Acquisition Ready）信号を出力するよう構成されると共に、上記ホスト・アクイジション・コントローラが、上記クライアントのそれぞれから上記アクイジション準備完了信号を受けたときに、上記実行信号（Run signal）を出力するよう更に構成されている。

本発明の概念３は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、上記ホスト・オシロスコープ及び上記クライアント・オシロスコープのそれぞれは、トリガを更に含み、各トリガがトリガ信号を出力するよう構成され、上記ホスト・オシロスコープ及びクライアント・オシロスコープのそれぞれが、上記トリガ信号に基づいてアクイジション停止信号を出力するよう構成され、上記ホスト・アクイジション・コントローラが、上記アクイジション停止信号に基いて上記システム中の全てのオシロスコープに上記アクイジション停止信号を出力するよう構成される。

本発明の概念４は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各オシロスコープの上記デジタイザ同期クロックと、各オシロスコープの上記トリガ同期クロックは、同じ周波数である。

本発明の概念５は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各オシロスコープの上記トリガ同期クロックの周期は、各オシロスコープの上記デジタイザ同期クロックの周期の倍数である。

本発明の概念６は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各オシロスコープの上記トリガ同期クロックの周期は、複数の上記オシロスコープの全ての上記デジタイザ同期クロックの周期の最小公倍数の倍数である。

本発明の概念７は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各デジタイザ同期クロックの位相は、上記デジタイザ同期クロックの立ち上がりエッジが、各トリガ同期クロックのハイ出力の間の中間となるまで進められる。

本発明の概念８は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各トリガ同期クロックの位相は、校正信号に基いて設定される。

本発明の概念９は、上記概念１の試験測定システムであって、このとき、各クライアント・トリガ同期クロックの周波数は、更に、上記ホスト・オシロスコープ及び各クライアント・オシロスコープ間の絶対的な遅延に基づいている。

本発明の概念１０は、複数のオシロスコープを同期させる方法であって、
ホスト・オシロスコープから、ホスト・タイムベースからのホスト・クロック信号を複数のクライアントに出力する処理と、
上記ホスト・クロック信号に基いてホスト・デジタイザ同期クロックを設定する処理と、
上記ホスト・クロック信号に基いてホスト・トリガ同期クロックを設定する処理と、
入力信号のアクイジションを開始するための実行信号を生成する処理と、
上記複数のクライアントに、対応する複数の入力信号のアクイジションを開始するための上記実行信号を出力する処理と
を具える方法。

本発明の概念１１は、上記概念１０の方法であって、
上記ホスト・オシロスコープでトリガ信号を受ける処理と、
上記トリガ信号を受けたときに、
アクイジション停止信号を出力する処理と
を更に具えている。

本発明の概念１２は、上記概念１０の方法であって、
クライアント・オシロスコープからトリガ信号を受ける処理と、
上記トリガ信号を受けたときに、アクイジション停止信号を上記ホストへ出力する処理と、
上記ホストからの受けたアクイジション停止信号に基いて、上記アクイジションを停止する処理と
を更に具えている。

本発明の概念１３は、上記概念１０の方法であって、このとき、各オシロスコープの上記トリガ同期クロックの周期は、上記オシロスコープ中の全ての上記デジタイザ同期クロックの周期の最小公倍数の倍数であって、各トリガ同期クロックの位相は、校正信号に基づいて設定される。

本発明の概念１４は、複数のオシロスコープを同期させる方法であって、
ホスト・クロック信号をクライアントで受ける処理と、
上記ホスト・クロック信号に基いてクライアント・デジタイザ同期クロックを設定する処理と、
上記ホスト・クロック信号に基いてクライアント・トリガ同期クロックを設定する処理と、
アクイジション準備完了信号をホストに出力する処理と、
上記ホストから実行信号を受ける処理と、
上記実行信号を受けたときに、アクイジションを開始する処理と
を具える方法。

本発明の概念１５は、上記概念１４の方法であって、
トリガ信号を出力する処理と、
上記トリガ信号に応じて、第１のアクイジション停止信号を出力する処理と、
ホストから第２のアクイジション停止信号を受ける処理と、
上記アクイジション停止信号に応答して上記アクイジションを停止する処理と
を更に具えている。

１００ ホスト・オシロスコープ
１０２ クライアント・オシロスコープ
１０４ クライアント・オシロスコープ
１０６ タイムベース
１０８ アクイジション・コントローラ
１１０ デジタイザ
１１２ 低速クロック（DigSyncClock１）
１１４ TrigSyncClock１
５０８ 高周波数ステップ信号源

Claims (3)

1. ホスト・オシロスコープと、
   少なくとも１つのクライアント・オシロスコープと
   を具え、
   上記ホスト・オシロスコープが、
   ホスト・クロック信号を出力するよう構成されるホスト・タイムベース・クロック回路と、
   上記ホスト・タイムベース・クロック回路に結合され、上記ホスト・クロック信号に基づいて、ホスト・デジタイザ同期クロック信号を設定するよう構成されるホスト・デジタイザと、
   上記ホスト・タイムベース・クロック回路及び上記ホスト・デジタイザに結合され、上記ホスト・クロック信号に基づいて、ホスト・トリガ同期クロック信号を設定するよう構成され、更に、上記ホスト・オシロスコープに、上記ホスト・デジタイザ同期クロック信号に基づいて、入力信号のアクイジションを開始させるための実行信号を出力するよう構成されるホスト・アクイジション・コントローラと
   を有し、
   上記ホスト・オシロスコープに結合された上記クライアント・オシロスコープのそれぞれが、
   上記ホスト・タイムベース・クロック回路からの上記ホスト・クロック信号を受け、該ホスト・クロック信号に位相ロックされたクライアント・クロック信号を出力するよう構成されるクライアント・タイムベース・クロック回路と、
   上記クライアント・タイムベース・クロック回路に結合され、上記クライアント・クロック信号に基づいて、クライアント・デジタイザ同期クロック信号を設定するよう構成されるクライアント・デジタイザと、
   上記クライアント・タイムベース・クロック回路及び上記クライアント・デジタイザに結合され、上記クライアント・クロック信号に基づいて、クライアント・トリガ同期クロック信号を設定するよう構成され、更に、上記実行信号を上記ホスト・アクイジション・コントローラから受けて、上記実行信号に応じて、上記クライアント・オシロスコープに、クライアント・デジタイザ同期クロック信号に基づいて、別の入力信号のアクイジションを開始させるよう構成されるクライアント・アクイジション・コントローラと
   を有し、
   上記クライアント・オシロスコープそれぞれの上記クライアント・アクイジション・コントローラは、上記クライアント・オシロスコープのそれぞれがアクイジションを開始する準備ができたときに、アクイジション準備完了信号を出力するよう構成されると共に、上記ホスト・アクイジション・コントローラは、更に、上記クライアント・オシロスコープのそれぞれから上記アクイジション準備完了信号を受けた状態にあるときに、上記実行信号を出力するよう構成される複数のオシロスコープを同期させる試験測定システム。
   
2. ホスト・オシロスコープから、ホスト・クロック信号をクライアント・オシロスコープに出力する処理と、
   上記ホスト・オシロスコープが、上記ホスト・クロック信号に基づいてホスト・デジタイザ同期クロック信号を設定する処理と、
   上記ホスト・オシロスコープが、上記ホスト・クロック信号に基づいてホスト・トリガ同期クロック信号を設定する処理と、
   上記ホスト・オシロスコープが、上記クライアント・オシロスコープからアクイジション準備完了信号を受ける処理と、
   上記ホスト・オシロスコープが、上記アクイジション準備完了信号を受けるのに応じて、上記ホスト・トリガ同期クロック信号に基づく実行信号を生成する処理と、
   上記ホスト・オシロスコープが、上記ホスト・クロック信号に位相ロックされたクライアント・デジタイザ同期クロック信号に基づく第１入力信号のアクイジションを上記クライアント・オシロスコープに開始させるための上記実行信号を上記クライアント・オシロスコープに出力する処理と、
   上記ホスト・オシロスコープにおいて、上記実行信号に応じて、ホスト・デジタイザ同期クロック信号に基づいて第２入力信号のアクイジションを開始する処理と
   を具える複数のオシロスコープを同期させる方法。
3. クライアント・オシロスコープにおいて、
   ホスト・オシロスコープからのホスト・クロック信号を受ける処理と、
   上記ホスト・クロック信号に位相ロックされたクライアント・デジタイザ同期クロック信号を設定する処理と、
   上記ホスト・クロック信号に位相ロックされたクライアント・トリガ同期クロック信号を設定する処理と、
   上記クライアント・オシロスコープが入力信号のアクイジション開始の準備が完了したことを示すアクイジション準備完了信号を上記ホスト・オシロスコープに出力する処理と、
   上記アクイジション準備完了信号に応じて、上記ホスト・オシロスコープからホスト実行信号を受ける処理と、
   上記クライアント・トリガ同期クロック信号に基づいて、クライアント実行信号を生成する処理と、
   上記ホスト実行信号、クライアント実行信号及び上記クライアント・デジタイザ同期クロック信号に基づいて、上記入力信号のアクイジションを開始する処理と
   を具える複数のオシロスコープを同期させる方法。

Images