JPH0434800A - 波形サンプリング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、高速波形サンプリング回路におけるトラック
ホールド回路および時間測定回路の小型化および高精度
化に関するものである。

〈従来の技術〉 従来からディジタルサンプリングオシロスコープ等にお
いて、広帯域の繰返し信号の測定にはランダムサンプリ
ングの手法が用いられている。これは第５図に示すよう
に、トリガ時点く矢印で示した点）とサンプル時点との
間の時間Ｔｘとサンプル時点における被測定電圧Ｖｘと
から被測定電圧波形を再構成するものである。すなわち
、波形表示の基準となるトリガレベルを被測定信号が通
過する時点をゼロとして、そのトリガ時点から実際に被
測定信号の電圧測定を行うサンプル時点までの時間Ｔｘ
を横軸にとり、被測定電圧Ｔｘを継軸にとって平面上に
１つの点をえがく。これを数多く繰返すことにより、サ
ンプリング周期より高速な被測定信号（ａ）をこれと相
似なサンプリング波形（ｂ）に再構成するものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の波形サンプリング回路はディスク
リート素子やＩＣの組合せで作られて（するが、より高
速・高精度な波形測定のためには配線のインダクタンス
やキャパシタンスによる影響をできるだけ抑える構成が
必要になる。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、
ＩＣ化された高速・高精度な高速波形サンプリング回路
を実現することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明に係る波形サンプリング回路は被測定電圧信号と
基準電圧信号とを切換える入力切換スイッチと、この入
力切換スイッチの出力を入力するトラック／ホールド切
換スイッチと、このトラック／ホールド切換スイッチの
出力を保持するホールドキャパシタと、このホールドキ
ャパシタの一端の電圧を入力するホールドアンプと、前
記ホルトキャパシタの前記一端が＃続する時間測定切換
スイッチと、この時閏測定切換スイ・ンチの出力が接続
する定電流源と、前記各切換スイッチを制御する制御手
段とを備え、電圧測定モードではサンプル時点において
被測定電圧信号をホールドキャパシタに保持し、時間測
定モードでは基準電圧信号をホールドキャパシタに保持
した後、トリガ時点からサンプル時点までの被測定時間
幅だけ定電流源によって放電させることにより、ホール
ドアンプの出力から被測定電圧と被測定時間幅に対応す
る電圧変化とを交互に出力するように構成したことを特
徴とする。

く作用〉 トラックホールド回路およびこれに接続するＡＤ変換器
を電圧測定および時間測定に共用することができる。

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る波形サンプリング回路を示す構成
ブロック図である。１は時間測定基準定電圧源、２は被
測定電圧信号■１−よび時間測定基準定電圧ＶＴＲのい
ずれか一方を選択する入力切換スイッチ、３は入力切換
スイッチ２の選択出力を入力するバッファアンプ、４は
バッファアンプ３の出力を入力するトラック／ホールド
切換スイッチ、ＣＨは切換スイッチ４の出力電圧を保持
するホールドキャパシタ、５はホールドキャパシタＣ１
の保持電圧を出力するホールドアンプ、６はホールドキ
ャパシタＣＨを放電させるための時間測定切換スイッチ
、７は切換スイッチ６を介してホールドキャパシタＣＨ
を定電流で放電させる時間測定用定電流源、８はタロツ
ク信号ＣＬＫを入力して切換スイッチ２，４．６の切換
タイミング出力を発生するタイミング回路、９はタイミ
ング回路８の出力に対応して切換スイッチ２を駆動する
入力切換回路、１０はタイミング回路８の出力に対応し
て切換スイッチ４を駆動するトラックホルト回路、１１
はタイミング回Ｒ８の出力および被測定時間信号ＴＩＮ
に対応して切換スイツ升６を駆動する時間測定スイッチ
切換回路である。被測定時間信号ＴＩＮとしてはトリガ
時点からサンプル時点までＨとなるロジック信号を用い
ているが、この時間幅を別に用意した時間測定クロック
で計数した残りの端数部分の信号を用いることもできる
。ここでバッファアンプ３．切換スイッチ４゜ホールド
キャパシタＣＨ，ホールドアンプ５およびサンプルホー
ルド切換回ＦＩＩ１１０からなる部分は後述のトラック
ホールド回路で構成する。

電圧信号を測定する際には入力切換スイッチ２が被測定
電圧信号■１Ｎ！選択し、トラック／ホールド切換スイ
ッチ４がオンとなって、ホールドキャパシタＣＨがバッ
ファアンプ３を介して被測定電圧信号■ＩＮをトラッキ
ングし、サンプル時点で保持する。この保持電圧ＶＨは
ホールドアンプ５を介してＡＤ変換器へ出力される１時
間測定の際には入力切換スイッチ２が時間測定基準電圧
■１Ｒを選択し、上記のようにホールドキャパシタＣＨ
に保持する。その後時間測定スイッチ切換回路１１はト
リガ時点からサンプル時点までの時間幅（すなわちＴＩ
Ｎの時間幅）と等しい時間だけ時間測定切換スイッチ６
をオンにし、時間測定用定電流Ｈ７によってホールドキ
ャパシタＣＨを定電流で放電し、その電圧変化がホール
ドアンプ５を介してＡＤ変換器へ出力される。ＡＤ変換
器はホルトアンプ５から出力される電圧信号出力および
時間信号出力をディジタルコード化し、これに基づいて
被測定電圧信号の波形が再構成される。

第２図は第１図回路のタイミング回路８を除いた部分の
具体的構成例を示す構成回路図である。

被測定電圧信号■ＩＮは入力バッファアンプ１２を介し
て入力切換スイッチ２におけるダイオードブリッジ回路
１４の入力端子に加えられる。また時間測定基準定電圧
■■Ｒは入力バッファアンプ１３を介して入力切換スイ
ッチ２のダイオードブリッジ回路１５の入力端子に加え
られる。ダイオードブリッジ回路１４．１５はカソード
側の駆動端子が差動回路を構成するトランジスタＱ２１
．Ｑ２２のコレクタ端子にそれぞれ接続し、トランジス
タＱ２１”　２２のエミッタ端子は定電流Ｂ１６の一端
に接続する。定電流源１６の他端は負電源ＶＥＥに接続
する。ダイオードブリッジ１４および１５の出力端子は
バッファアンプ３の入力端子に接続する。

ここでバッファアンプ３はダイオードブリッジ回路１４
または１５の入力電圧に追従するレベルシフト電圧をト
ランジスタＱ１３を介して出力し、抵抗Ｒ１１を介して
ダイオードブリッジ回路１４または１５のアノード側の
駆動端子に定電流を供給する。バッファアンプ３の出力
はダイオードブリッジ回路４の入力端子に接続し、ダイ
オードブリッジ回路４の出力端子はホールドキャパシタ
ＣＨの一端およびホールドアンプの入力端子に接続する
。

ホールドキャパシタＣＨの他端はコモンに接続する。ダ
イオードブリッジ回路４のアノード側駆動端子およびカ
ソード側駆動端子はトラック／ホールド切換回路１１の
差動トランジスタＱ４１およびＱ　にそれぞれ接続し、
トランジスタＱ４１およびＱ４２のエミッタ端子は定電
流源１７を介して負電圧源■Ｅ［に接続する。ホールド
アンプ５はダイオードブリッジ回路４の入力電圧に追従
するレベルシフト電圧をトランジスタＱ１２を介して出
力し、抵抗Ｒ１を介してダイオードブリッジ回路１４゜
１５のアノード側およびカソード側の駆動端子に定電流
を供給する。ホールドキャパシタＣ１の一端は時間測定
切換スイッチ６を構成する差動トランジスタＱ６２のコ
レクタ端子に接続し、差動トランジスタＱ６１．Ｑ６２
のエミッタ端子は時間測定用定電流源７を介して負電圧
■ＥＥに接続する。トランジスタＱ６１のコレクタ端子
はコモンに接続する。

上記の構成の回路の動作を第３図のタイミングチャート
を用いて次に説明する。この波形サンプリング回路は次
に説明する電圧測定モードと時間測定モードとが交互に
動作する。

（Ａ）電圧測定モード 電圧信号を測定する際には、まず入力切換信号ＴＨＨを
Ｈ（ハイ）、’ｒＶ、をＬ（ロー）としてトランジスタ
Ｑ２１をオン、Ｑ２２をオフとし、ダイオードブリッジ
回＃１１４を導通させる。バッファアンプ３の出力Ｖ　
が被測定電圧信号■１Ｎと一致したら、トラック／ホー
ルド切換信号ＴＲＡＣＫをＨｌＨＯＬＤをＬとしてトラ
ンジスタＱ４２をオン、Ｑ４１をオフとすることにより
、ダイオードブリッジ回路４を導通させ、ホールドキャ
パシタＣ■の電圧を被測定電圧信号Ｖ１Ｎに追従させる
。その後サンプル時点において、ＨＯＬＤをＨ，ＴＲＡ
ＣＫをＬとし、ダイオードブリッジ回路４を非導通とし
て、被測定電圧を保持し、ホールドアンプ５出力をＡＤ
変換する。

（Ｂ）時間測定モード 時間信号を測定する際には、ＴＨＨをＬ　、　Ｔ　ＶＨ
をＨとしてダイオードブリッジ回路１５を導通させて、
電圧ｖ１が基準電圧ｖ１Ｒと一致したら、ＴＲＡＣＫを
Ｈ，ＨＯＬＤをＬとしてホールドキャパシタＣＨの電圧
■１を基準電圧Ｖ１Ｒと一致させる。

その後ＨＯＬＤをＨ，ＴＲＡＣＫをＬとして保持状態と
した後、測定時間信号ＴｘによりトランジスタＱ　をオ
ン、Ｑ６１をオフとし、ホールド回路バシタＣ）ｌを放
電させてＴｘの時間幅を電圧信号に変換し、その電圧変
化をホールドアンプ５を介してＡＤ変換器に入力する。

ここで切換信号Ｔｘはトリガ時点から被測定電圧■１Ｎ
を保持する時点（サンプル時点）迄の時間Ｔｘと同じ時
間幅だけＨとなる。ホールドキャパシタＣＨの値をＣＨ
５定電流源７の定電流値を１．とすると、電圧変化後の
保持電圧ｖＨは Ｖ　　＝Ｖ　　−Ｉ　　−Ｔ　　／Ｃ■　　　　・・・
（１）Ｈ丁Ｒｉ　　　　　　Ｘ となる。

第４図は第２図の波形サンプリング回路に用いられるト
ラック・ホールド回路の一具体例を示す構成回路図で、
一部をブロックで表したものである。ここで第２図と同
じ部分は同一の記号を付して説明を省略する。ただしバ
ッファアンプ３において、ダイオードブリッジ回路１４
．１５への定電流を供給するためのレベルシフト出力部
分は省略しているがホールドアンプ５と同様の構成であ
る。ホールドアンプ５において、Ｑ４．Ｑ５およびＱ６
．Ｑ７は低入力を流の差動段を構成するＮＰＮトランジ
スタ、Ｑ、Ｑｌｏは出力バッファを構成するＮＰＮトラ
ンジスタ、Ｒ，はフィードバック用の抵抗、Ｉ　　、Ｉ
２は動作電流を決める定電流源であり、Ｑｌｌはレベル
シフト用のトランジスタ、ＲおよびＲ５はレベルシフト
電圧を決める抵抗、Ｑ１２はシフト電圧出力用トランジ
スタである。

上記の構成の回路の動作を次に説明する。ホールドアン
プ５において、差動段のトランジスタＱ、Ｑ　およびＱ
　　、Ｑ　　にはそれぞれ１１／２の動作電流が流れる
。抵抗Ｒ，のフィードバックにより、保持電圧Ｖ　と出
力電圧Ｖ。どの間はゲイン１の増幅器となる。すなわち ＶＨ〜Ｖｏ　　　　　　　　　　　　　・・・（２）し
たがってトランジスタＱ　のコレクタ電圧■＾は、Ｑ　
〜Ｑ　のペースエミッタ間電圧ｖＢＥを等９　　　１ま しいとすると、 ＶＡ　＝ＶＨ＋２ＶＢＥ　　　　　　　　−（３）とな
り、ブートストラップ電圧Ｖｅは Ｖｅ−ゞ＾＋”Ｓ　　’ＢＥ ＝Ｖ　Ｈ＋　２　ＶＢＥ　＋　（Ｒ４＋　Ｒ５）　ｖＢ
Ｅ／　Ｒ４ＶＢＥ ＝Ｖｌ　＋　（２Ｒ４＋　Ｒｓ　）　Ｖ８Ｅ／Ｒ４・・
・　（４） となり保持電圧ＶＨに追従する。ここでＶｓはレベルシ
フト回路により生じるシフト電圧である。

駆動回Ｍ＠２における定ｔ？Ｌ回路の定電流値がＩ。

のとき、 Ｒ＝２ＶＢ／ＩＯ・・・（５） ■ となるようなＲ１を選択すると、ホールド時に入力電圧
Ｖ　が変化しても、これと無関係に一定の電流がダイオ
ードブリッジ回路１のダイオードに流れる。その結果、
１００ＭＨｚＩＯビット精度のトラック・ホールド回路
を実現することができる。

このような構成の波形サンプリング回路によれば、一般
的な高速ＮＰＮ）ランジスタを用いて高精度化したトラ
ックホールド回路を電圧測定と時間測定の両方に利用す
ることにより、容易にＩＣ化することができる。

電圧信号をディジタルコード化するためのＡ／Ｄ変換器
を電圧測定と時間測定に共用することができる。

電圧信号トラック時以外は入力切換カイッチ２において
基準定電圧ＶＴＲを選択しているので、入力信号の飛込
み等のフィードスルーを抑圧することができる。

なお第２図の回路構成は第４図のトラックホールド回路
を利用しなくても実現することができる。

また入力切換スイッチ２を省略して電圧測定と時間測定
を個別に実現することもできる。

また上記の実施例はバイポーラトランジスタで構成して
いるが、これに限らず、ＦＥＴ等他の能面素子を用いる
ことができる。

また第１図の回路の具体的構成は第２図の構成に限られ
ない。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本願発明によれば、Ｉ
Ｃ化された高速・高精度な高速波形サンプリング回路を
容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る波形サンプリング回路の一実施例
を示す構成ブロック図、第２図は第１図回路の主要部分
の具体的回路例を示す構成回路図、第３図は第２図回路
の動作を説明するためのタイムチャート、第４図は第２
図回路に使用するトラックホールド回路の回路構成図、
第５図はランダムサンプリングの原理を示す図である。 ２・・・入力切換スイッチ、４・・・トラック／ホール
ド切換スイッチ、５・・・ホールドアンプ、６・・・時
間測定切換スイッチ、７・・・定電流源、８・・・タイ
ミング回路、９・・・入力切換回路、１０・・・トラッ
ク／ホールド切換回路、１１・・・時間測定スイッチ切
換回路、■　・・・被測定電圧信号、ＶＴＲ・・・基準
電圧信号、Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定電圧信号と基準電圧信号とを切換える入力切換ス
   イッチと、 この入力切換スイッチの出力を入力するトラック／ホー
   ルド切換スイッチと、 このトラック／ホールド切換スイッチの出力を保持する
   ホールドキャパシタと、 このホールドキャパシタの一端の電圧を入力するホール
   ドアンプと、 前記ホールドキャパシタの前記一端が接続する時間測定
   切換スイッチと、 この時間測定切換スイッチの出力が接続する定電流源と
   、 前記各切換スイッチを制御する制御手段とを備え、 電圧測定モードではサンプル時点において被測定電圧信
   号をホールドキャパシタに保持し、時間測定モードでは
   基準電圧信号をホールドキャパシタに保持した後、トリ
   ガ時点からサンプル時点までの被測定時間幅だけ定電流
   源によって放電させることにより、 ホールドアンプの出力から被測定電圧と被測定時間幅に
   対応する電圧変化とを交互に出力するように構成したこ
   とを特徴とする波形サンプリング回路。