JPH0447269B2 - - Google Patents

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JPH0447269B2
JPH0447269B2 JP58135651A JP13565183A JPH0447269B2 JP H0447269 B2 JPH0447269 B2 JP H0447269B2 JP 58135651 A JP58135651 A JP 58135651A JP 13565183 A JP13565183 A JP 13565183A JP H0447269 B2 JPH0447269 B2 JP H0447269B2
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JP
Japan
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waveform
input signal
memory
analog
samples
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Yuujin Andoryuusu Roorando
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Tektronix Inc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R13/00—Arrangements for displaying electric variables or waveforms
    • G01R13/20—Cathode-ray oscilloscopes
    • G01R13/22—Circuits therefor
    • G01R13/34—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Processing Of Meat And Fish (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、波形取込方法、特に、反復高速アナ
ログ入力信号を等価時間ランダムサンプリング
（equivalent−time random sampling）技法に
よりサンプリングし、デジタル信号に変換して、
ランダムアクセスメモリ（RAM）にデジタル的
に記憶する（取り込み）方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
デジタルオシロスコープにおける波形取込装置
は、反復アナログ入力信号を選択した一定周期の
クロツクパルスでサンプリング及びデジタル変換
して、RAM等のデジタルメモリに蓄積記憶して
いる。この場合、サンプリング速度（周期）には
使用する素子で決まる限界があるため、取り込め
る入力信号周波数にも限界があつた。
そこで、本件出願人は、高周波又は高速信号の
波形を取り込むために、これらの信号が周期的で
ある場合に限り、夫々波形の異なる部分を複数回
に分けて取り込む、いわゆる等価時間型波形取込
方法を提案し、特願昭49−5561号（特開昭49−
104531号）として出願した。この方法は、入力信
号に同期した鋸歯状波（掃引）電圧を発生し、周
期的入力信号波形を表示すると共に所望時にこれ
ら入力信号及び鋸歯状波電圧の双方を同時にデジ
タル化し、これらを夫々RAMのデータ及びアド
レスとして用い、RAM内に直接波形を構成して
記憶するものであつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
この従来方法によれば、高速又は高周波の入力
信号に同期した種々の傾斜の鋸歯状波電圧を発生
する掃引回路が必要であり、更に入力信号と鋸歯
状波電圧を同時にサンプリングしてデジタル化し
ているので装置の構成が複雑で高価となる上に掃
引回路のホールドオフ期間などにより波形取込み
に長い時間を要するという欠点があつた。
しかし、この鋸歯状波電圧を発生させる掃引回
路を省略すると、入力信号はサンプリング用のク
ロツクパルスと非同期であるため、例えば周期的
高周波入力信号の複数のサンプルを複数の周期
（サイクル）にわたり一部分ずつ徐々にRAMに
取り込む場合、RAM内に意味のある正しい波形
データを再構成して記憶することができない。ま
た、例えば入力信号に同期したクロツクパルスを
使用すると、各周期毎に取り込まれる入力信号の
波形部分は同一となり、波形全体を正しく取り込
むことはできない。
従つて、本発明の目的は、簡単な回路構成で高
周波入力信号を等価時間ランダムサンプリング技
法により正確且つ迅速に取り込むことが可能な波
形取込方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
本発明の等価時間ランダムサンプリング方式波
形取込方法によれば、反復アナログ入力信号と非
同期関係にあるクロツクパルスにより予め定めた
一定間隔で入力信号を順次サンプリングし、この
入力信号の複数のアナログサンプルを電荷結合装
置（CCD）等の高速アナログメモリに蓄積する。
そして、この高速アナログメモリ内のアナログサ
ンプルをデジタル波形データに変換して波形メモ
リに記憶するに際して下記の手順を実行する。
(a) 上記入力信号のトリガ点以後に上記高速アナ
ログメモリのサンプリング動作を開始し、 (b) 上記トリガ点から該トリガ点以後最初に発生
する上記クロツクパルスまでの時間を時間測定
装置により測定し、 (b) 該時間測定装置の測定結果より、上記高速ア
ナログメモリから読み出して上記波形メモリに
記憶すべき最初の波形データのアドレスを計算
し、 (d) 上記最初の波形データのアドレスに続いて上
記クロツクパルスの間隔で決まるアドレス間隔
で順次後続の波形データを上記波形メモリに記
憶し、 (e) 上記入力信号のトリガ点の複数回の発生期間
にわたり上記(a)〜(d)を繰り返し、上記波形メモ
リ内に上記反復アナログ入力信号を表す波形デ
ータを取り込む。
本発明の波形取込方法は、反復（周期的）入力
信号に非同期のクロツクパルスを用い複数の周期
にわたつてサンプルを取り、これらをデジタル変
換した波形データをメモリに記憶する際に、トリ
ガ点から以後最初のクロツクパルスまでの時間を
測定し、この測定時間及び所定間隔によりアドレ
スを計算して正しい波形データを波形メモリ内に
記憶することができるので、高周波の入力信号に
同期した高精度の鋸歯状波信号またはクロツクパ
ルス等は不必要であり、簡単なデジタル回路で実
施可能である。また、従来のように鋸歯状波信号
を発生する掃引回路のホールドオフ時間がないの
で、迅速な動作が可能である。また、高速アナロ
グメモリに一時サンプルを蓄積することによりデ
ジタル回路は低速のものが使用できる。トリガ点
と以後の最初のクロツクパルスとの間の時間測定
及びアドレス計算はサンプリングの各サイクル毎
に１回だけであつて、後続のサンプルはクロツク
パルスの間隔で決まるアドレス間隔で記憶すれば
よいので高速動作を損なうことがない。
［実施例］ 第１図は、本発明方法を実施する装置の例を示
す簡略ブロツク図である。先ず、周期的に同一の
波形を繰り返す反復アナログ入力信号が入力端子
１０から前置増幅器１４に印加される。この前置
増幅器１４は、従来の利得切り換え増幅器でもよ
く、入力信号を所望レベルまで増幅又は減衰す
る。次に、前置増幅器１４の出力信号がサンプ
ル・ホールド回路１６に印加され、ここでアナロ
グ入力信号の瞬時電圧をサンプリング・クロツク
発生器１８からのサンプリング・クロツク信号に
より一定間隔でサンプリングする。本例では、サ
ンプリング・クロツク発生器１８は、200KHzな
いし20MHz間で選択可能なサンプリング・クロツ
クパルスを発生し、広い周波数範囲にわたるアナ
ログ入力信号のサンプリングを可能にする。これ
らアナログ入力信号の瞬時値は、順次入力される
信号の複数のサンプルを高速で取り込むことが可
能なCCDのような高速アナログメモリ２０に供
給される。
アナログ入力信号は、更に前置増幅器１４から
トリガ認識回路２２にも印加される。ここで従来
のオシロスコープのトリガ回路と同様に、内部ト
リガレベル制御器で選択されるトリガレベルにア
ナログ入力信号が所定の極性で交差した時点で、
トリガ認識ゲート信号が発生する。このトリガ認
識ゲート信号の発生時点を一般に「トリガ点」と
呼んでいる。更に、このトリガ認識ゲート信号
は、従来のオシロスコープの場合と同様に、トリ
ガ認識回路２２に印加される外部トリガ信号
（EXT）又は商用電源信号（LINE）に応じて発
生することもできる。このトリガ認識ゲート信号
は、従来のようにプリトリガ又はポストトリガ動
作を行うためにプリセツト可能なプリセツトカウ
ンタ２４のイネーブル端子に供給される。プリセ
ツトカウンタ２４のクロツク入力端子には、クロ
ツクパルスが供給される。このカウンタが最終カ
ウント値になると、高速アナログメモリ２０へホ
ールド信号が供給され、入力されたアナログサン
プルを保持する。プリセツトカウンタ２４からの
ホールド信号は、バス２６を介してMPU（マイク
ロプロセツサ）システム２８にも供給され、一連
のサンプルが高速アナログメモリに蓄積されたこ
とを知らせる。MPUシシテム２８は、第１図の
装置全体の制御を行う。MPUシステム２８は、
プリセツトカウンタ２４にプリセツト情報を与
え、サンプリング・クロツク発生器１８にサンプ
リング周波数の情報を与える。実際の値は、本装
置の使用者がフロントパネルのつまみやキーボー
ド等により選択することもできる。
トリガ認識回路２２が発生したトリガ認識ゲー
ト信号は時間測定装置３０にも供給され、ここで
トリガ点と、それ以後にサンプリング・クロツク
発生器１８から供給される最初のサンプリング・
クロツクパルスとの間の時間が測定される。例え
ば、40MHzの高速基準クロツクパルスをMPUシ
ステム２８から時間測定装置３０に印加して時間
間隔の測定を行う。測定値は、バス２６を介して
MPUシステム２８への直列データの形式で送ら
れる。従来の如く、MPUシステム２８は、論理
演算を行う演算論理回路（ALU）、情報の一時蓄
積のためのランダムアクセスメモリ（RAM）及
びプロセツサの各種命令を記憶しているリードオ
ンリメモリ（ROM）を含んでいる。MPUシス
テム２８は、時間間隔測定情報に基いて波形メモ
リ３２に対する正しいアドレスを計算し、これに
高速アナログメモリ２０に含まれているサンプル
を蓄積する。
MPUシステム２８は、プリセツトカウンタ２
４からホールド信号を、また時間測定装置３０か
ら直列データを受けると、読出しクロツク信号を
高速アナログメモリ２０及びアナログ・デジタル
変換器（ADC）３４へ印加し、蓄積したサンプ
ルを読出してデジタルワードに変換後、この例に
おいてはバス２６を介して波形メモリ３２へ転送
し、先に計算済のアドレスに蓄積する。この動作
を反復して、各サンプルを計算して正しいアドレ
ス位置に蓄積して完全な等価時間波形を波形メモ
リ３２内に取り込む。ここに取り込んだ波形は、
波形メモリ３２から所望時に読出し、表示システ
ム３６に表示するか、又はその他の方法により処
理する。表示システム３６は、従来設計のデジタ
ル・アナログ変換器、増幅器及び波形表示用陰極
線管を含むものでよい。
第２図は、第１図における反復（周期的）アナ
ログ入力信号の取込動作を説明するための簡略波
形図である。第３図は、再生された等価時間波形
を示す図である。この例では、各サイクル（周
期）毎に４個のサンプルを取り、プリセツトカウ
ンタ２４はトリガ点の直後からサンプルを計算す
るように設定されている。先に説明したとおり、
反復アナログ入力信号が選択されたトリガレベル
を超すと、直ちにトリガ認識ゲート信号が発生す
る。反復アナログ入力信号の第１サイクルでは、
サンプリング・クロツクパルスは１ａ，１ｂ，１
ｃ及び１ｄの時点にあつて、これらの時点に対応
するサンプリング動作が行われる。時間測定装置
３０は、トリガ認識ゲート信号の前縁から最初の
サンプリング・クロツクパルス１ａまでの時間Ｔ
１を測定する。MPUシステム２８は、時間幅Ｔ
１に対応する直列デジタルデータを受け、これに
基いて４個のサンプルを記憶すべきアドレスを計
算する。サンプリング間隔は一定であるため、最
初のサンプリングのアドレスが決まれば高速の３
つのサンプルのアドレスは自動的に決まるので、
各サンプル毎にアドレス計算をする必要はない。
反復アナログ入力信号の１サイクルにつき32個又
はそれ以上の多くのサンプルを得る場合、この処
理は比較的時間を要する作業であることが判る。
アナログ入力信号の２番目のサイクルが、サンプ
リング・クロツクパルスに応じて４個のサンプル
２ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄを得る。この場合に
も、トリガ認識ゲート信号の前縁と最初のサンプ
リング・クロツクパルス２ａとの間の時間Ｔ２を
求める。この時間Ｔ２を用いて、これら４個のサ
ンプル２ａ〜２ｄの正しいアドレスを計算する。
上述の動作を３番目のサイクルについても同様に
繰り返し、時間Ｔ３を求め、その結果から新しい
４個のサンプルを記憶する正しいアドレスを計算
する。この結果、本発明の装置によれば、入力ア
ナログ信号と非同期関係のサンプリング・クロツ
クパルスを用いても各波形サンプルを波形メモリ
３２の正しいアドレスに記憶することができ、必
要に応じて記憶した波形データを読み出して更に
処理したり他の装置に転送したりすることができ
る。
第３図は、第２図のサンプル１ａ〜１ｄ，２ａ
〜２ｄ及び３ａ〜３ｄに夫々対応するサンプルか
ら再生された波形を示す。勿論、実際の波形取込
み及び再生表示おいては、更に多くのサンプルを
取り込んでサンプリング密度を増加させるので、
入力信号波形をより一層正確に表示できることは
言うまでもない。
時間測定装置３０は、２現象間の時間差を測定
する種々の公知の計時装置のどれでもよい。一例
を挙げると、本件出願人に譲渡されたブルース・
ダブリユー・ブレア発明の米国特許第4301360号
（対応日本出願：特開昭56−66787号）明細書に記
載されたものがある。この例においては、両現象
間のみカウンタをイネーブル（付勢）して、この
間の高周波の基準クロツクパルスを計数してい
る。本発明の実施例では、８ビツトの並列カウン
タをこの目的に使用し、更に並列−直列変換器を
用いてMPUシステム２８に対する時間間隔測定
値に応じた８ビツト直列データを得ている。
以上本発明の好適実施例について説明したが、
本発明はここに説明した実施例のみに限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく
必要に応じて種々の変形及び変更をなし得ること
は当番者には明らかであろう。
〔発明の効果〕
本発明は、従来のように入力信号に同期した高
速で直線性の高い鋸歯状波を発生させる必要がな
い等価時間ランダムサンプリング方式波形取込方
法を提供しているので、鋸歯状波信号を発生する
掃引回路のホールドオフ時間により動作速度が制
限されることがない。また、クロツクパルスも入
力信号と非同期でよいので簡単な構成のデジタル
回路で実現できる。高速アナログメモリを用いる
ことにより、低速のデジタル回路構成で十分に高
速の等価時間ランダムサンプリング動作が実現可
能となり、コストの低減に大きく寄与する。トリ
ガ点と以後の最初のクロツクパルスとの間の時間
測定及びアドレス計算はサンプリングの各サイク
ル毎に１回だけであつて、後続のサンプルはクロ
ツクパルスの間隔で決まるアドレス間隔で記憶す
ればよいので、高速動作を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法を実施した装置の例を示す
ブロツク図、第２図は第１図の動作を説明するた
めの波形図、第３図は複数のサンプリング動作に
より再生された波形の一例を示す図である。 １６……サンプル・ホールド回路、２０……高
速アナログメモリ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３……トリガ
点から最初に発生するクロツクパルスまでの時
間、２８……MPUシステム、３０……時間測定
装置、３２……波形メモリ、３４……アナログ・
デジタル変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 反復アナログ入力信号と非同期関係にあるク
    ロツクパルスにより予め定めた一定間隔で順次サ
    ンプリングし、上記入力信号の複数のアナログサ
    ンプルを高速アナログメモリに蓄積し、該高速ア
    ナログメモリ内のアナログサンプルをデジタル波
    形データに変換して波形メモリに記憶するに際
    し、 (a) 上記入力信号のトリガ点以後に上記高速アナ
    ログメモリのサンプリング動作を開始し、 (b) 上記トリガ点から該トリガ点以後最初に発生
    する上記クロツクパルスまでの時間を時間測定
    装置により測定し、 (c) 該時間測定装置の測定結果より、上記高速ア
    ナログメモリから読み出して上記波形メモリに
    記憶すべき最初の波形データのアドレスを計算
    し、 (d) 上記最初の波形データのアドレスに続いて上
    記クロツクパルスの間隔で決まるアドレス間隔
    で順次後続の波形データを上記波形メモリに記
    憶し、 (e) 上記入力信号のトリガ点の複数回の発生期間
    にわたり上記(a)〜(d)を繰返し、上記波形メモリ
    内に上記反復アナログ入力信号を表す波形デー
    タを取り込むことを特徴とする等価時間ランダ
    ムサンプリング方式波形取込方法。
JP58135651A 1982-07-29 1983-07-25 波形取込装置 Granted JPS5934164A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US402872 1982-07-29
US06/402,872 US4495586A (en) 1982-07-29 1982-07-29 Waveform acquisition apparatus and method

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JPS5934164A JPS5934164A (ja) 1984-02-24
JPH0447269B2 true JPH0447269B2 (ja) 1992-08-03

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JP (1) JPS5934164A (ja)
CA (1) CA1191274A (ja)
DE (1) DE3327139C2 (ja)
FR (1) FR2531226B1 (ja)
GB (1) GB2124458B (ja)

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