JPH07218548A

JPH07218548A - 波形測定装置

Info

Publication number: JPH07218548A
Application number: JP2880094A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ichikawa; 哲雄市川
Original assignee: Sony Tektronix Corp
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】従来ある波形測定装置にわずかな改良を加え
るだけで周波数帯域を広げるようにする。【構成】第１変換手段（μＰ４４又はＤＳＰ６０）が
波形メモリ３２に記憶された波形データを周波数領域デ
ータに変換する。ＲＯＭ４６又はＲＡＭ４８は、波形測
定装置１０の周波数特性データを記憶している。μＰ４
４又はＤＳＰ６０は、この周波数特性データを用いて周
波数領域データを補正して補正データを生成する。第２
変換手段（μＰ４４又はＤＳＰ６０）は、補正データを
時間領域データに変換する。この時間領域データを従来
と同様に表示装置に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は波形測定装置に関し、特
に測定した波形データに演算処理を加えることにより、
周波数帯域を疑似的に向上させた波形測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】デジタル・オシロスコープなどの波形測
定装置は、入力信号をアナログ・デジタル変換してメモ
リに記憶し、表示装置に表示している。アナログ信号で
ある入力信号をデジタル・データ（波形データ）にする
ことによって、種々の波形解析が容易に行えるようにな
っている。

【０００３】図４は、このような波形測定装置１０の一
例を示すブロック図である。プローブ１１で受けた入力
信号（被測定信号）は、入力増幅回路２０を介してアナ
ログ・デジタル変換器で構成されるデジタイザ装置３０
でデジタル・データ（波形データ）に変換される。波形
データは、マイクロプロセッサ・システム等とのデータ
の授受を調停するメモリ調停器３４を介して波形メモリ
３２に記憶される。波形データは、メモリ調停器３４を
介して表示メモリ３８に一旦蓄えられた後、表示コント
ローラ３６、表示ドライバ４０によって表示装置（ＣＲ
Ｔ）１７で表示される。マイクロプロセッサ（μＰ）４
４は、波形測定装置１０全体の動作を制御する。ＲＯＭ
（リード・オンリ・メモリ）４６は、μＰ４４が実行す
るプログラムを予め記憶している。このプログラムはＲ
ＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４８に一旦蓄えら
れ、μＰ４４が必要に応じて読出して実行する。つまみ
１６、押しボタン１８及びタッチスクリーン１９は、波
形測定装置１０に実行させる処理の選択などに使用され
る。タッチスクリーン１９は、表示装置１７の表示画面
を操作者が指などで触れることで、表示された内容を選
択できるものである。つまみ１６等からの選択データ
は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート５０及びバス４５を介
してμＰ４４に送られる。

【０００４】ところでオシロスコープなどの波形測定装
置の選択にあたっては、入力信号（被測定信号）波形を
３％以内の誤差で測定する必要がある。３％以内という
のは、これが目視誤差の範囲だからである。しかし波形
測定装置は、周波数が高くなると利得が低下する。これ
が周波数特性である。図５に示す周波数特性は、信号の
立ち上がりにオーバーシュートがでないようにするため
に、理想的にはガウシャン・カーブ（正規分布曲線）を
描くように設計される。しかしながらこの周波数特性に
よれば、周波数帯域１００ＭＨｚの波形測定装置で３０
ＭＨｚの信号を測定すると誤差は３％となり、８０ＭＨ
ｚの信号では誤差が２０％になる。一般に周波数帯域が
１００ＭＨｚの波形測定装置という場合には、３ｄＢ減
衰する周波数が１００ＭＨｚであることを意味してい
る。３ｄＢ減衰すると波形の振幅は、実際の入力波形の
振幅の約７０％で表示されてしまう。よって、測定した
い入力信号の周波数が１００ＭＨｚならば、その３倍の
周波数帯域を有する３００ＭＨｚの波形測定装置を選択
する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】周波数が単一の正弦波
などでは、減衰する比率が図５に示すようにわかってい
るために対処もできる。しかし、矩形波などのように高
い周波数成分から低い周波数成分まで含んだ信号を波形
測定装置で測定する場合、高い周波数に対して周波数帯
域が不足していると、高い周波数成分が低い周波数成分
に比較して相対的に大きく減衰するため、本当の波形と
は別の歪んだ波形として観測される。例えば、図６に示
す矩形波を周波数領域データに変換すると、理想的には
図７に示すように複数の高調波成分を有している。しか
し、波形測定装置の周波数帯域が狭いと高調波成分のレ
ベルが低下することになる。そのため、図６の矩形波を
入力して観測すると、図８のように信号が歪んでしま
う。また、正弦波の測定では、図９の破線の振幅で表示
されるべき波形も、周波数特性による減衰によって実線
で示した波形のように本当の波形の振幅より小さく表示
されてしまう。

【０００６】これらを解決するためには、周波数帯域の
広い波形測定装置を使用すれば良い。しかし、周波数帯
域の広い波形測定装置は高価である。また、広い周波数
帯域を実現するのは困難であり、いくらでも広くできる
わけではない。さらに、例えば周波数帯域１００ＭＨｚ
の波形測定装置であっても、充分な精度（３％）測定で
きるのは３０ＭＨｚ程度と１／３であるため、予備知識
がない者には周波数特性による信号の減衰の扱いが難し
かった。例えば図９の場合では、破線で示した波形の振
幅を画面に表示される実線の波形の振幅から換算して読
むべきであるが、測定値を読み間違える恐れがあった。

【０００７】そこで本発明の目的は、従来ある波形測定
装置に比較的わずかな改良を加えるだけでありながら、
周波数帯域を広げることができる波形測定装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は、周波数特性によっ
て生じる減衰についての知識がなくとも、測定値を読み
間違える恐れのない波形測定装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号を時
間領域の波形データとして記憶手段に記憶して測定を行
う波形測定装置に関する。第１変換手段が波形データを
周波数領域データに変換する。ＲＯＭ又はＲＡＭなどの
記憶手段は、波形測定装置の周波数特性データを記憶し
ている。演算手段は、この周波数特性データを用いて周
波数領域データを演算により補正して補正データを生成
する。第２変換手段は、補正データを時間領域データに
変換する。この時間領域データは、従来と同様に処理で
きる。例えば波形メモリに記憶し、必要に応じて表示装
置に表示すればよい。

【０００９】従来から自己校正機能を具えた波形測定装
置が知られており、これは校正信号発生手段を具えてい
る。ところで、経年変化、温度変化の影響で周波数特性
は変化する。そこで、自己校正を行う際に値が既知の校
正信号を測定して周波数特性データを校正しても良い。
これによって、より精度良く波形データを補正できる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の波形測定装置１０の一好適
実施例のブロック図である。基本的には図４に示した従
来の波形測定装置と同じであるため、対応するブロック
には同じ番号を付している。また、図２は、本発明の波
形測定装置の動作の流れ、特にデータ処理の流れを示す
フローチャートである。ステップ１４０で終了した後、
得られたデータは表示等に使用される。

【００１１】本発明の波形測定装置１０は、従来と同様
に入力信号の波形データを波形メモリ３２に記憶する。
第１変換手段は、時間領域のデータである波形データを
周波数領域データに変換する（ステップ１１０）。この
変換には、μＰ４４が波形データを高速フーリエ変換に
よる演算で周波数領域データに変換しても良い。つま
り、μＰ４４を第１変換手段として用いても良い。現在
では、μＰ自身に数値演算回路が組み込まれたものが一
般化しており、高速フーリエ変換の演算をμＰ４４のフ
ァームウエアで設定しておけば良い。さらに高速に処理
したければ、高速フーリエ変換専用にＤＳＰ（デジタル
信号処理装置）６０をμＰ４４とは別に用意しても良
い。

【００１２】図３は、第１変換手段の他の実施例を示し
ている。これは、スーパーヘテロダン方式と呼ばれてい
るものである。局部発振器７０は、周波数が線形に変化
していく周波数鋸歯状波を出力する。ミキサ７２を用い
て周波数鋸歯状波と入力信号を乗算し、所定周波数の信
号を通過させる分解フィルタ（バンドパス・フィルタ）
７４で濾波する。より具体的に説明すると、掃引周波数
をＸとして周波数鋸歯状波をｃｏｓＸ、入力信号をｃｏ
ｓＦとすると、ミキサ７４から出力される信号はｃｏｓ
ＸｃｏｓＦ＝｛ｃｏｓ（Ｘ＋Ｆ）−ｃｏｓ（Ｘ−Ｆ）｝
／２となる。また、分解フィルタ７４の通過周波数をＫ
（＝一定）とすると、周波数Ｘを掃引して変化させたと
きＫ＝Ｘ＋Ｆ（又はＸ−Ｆ）の条件を満たすと信号は分
解フィルタ７４を通過できる。よって、Ｆ＝Ｋ−Ｘから
入力信号に含まれる周波数成分Ｆが求まるものである。
これは、入力信号を高速に周波数領域データに変換した
いときには非常に有効である。これをバス４５に接続し
て使用しても良い。

【００１３】ＲＯＭ４６又はＲＡＭ４８などの記憶手段
には、波形測定装置１０の周波数特性データが記憶され
る。これは理想的には図５に示すガウシャン・カーブで
あるから、数式から求めた曲線データを記憶しておいて
も良い。しかし、波形測定装置１０の温度変化や経年変
化によって、その周波数特性が変化する恐れがある。そ
こで、波形測定装置が自己校正を行うときに同時に周波
数特性データも校正するのが良い。即ち、従来から行わ
れている波形測定装置の自己校正と同様に、値が既知の
校正信号を入力して実測して得た周波数特性データを使
用する方が良い。このように何度か書換を行う場合に
は、記憶手段として別にバス４５に接続したＥＥＰＲＯ
Ｍを用意しても良い。

【００１４】図５からわかるように、周波数特性データ
により各周波数において波形測定装置１０に入力される
信号がどの程度減衰するかわかる。例えば、周波数帯域
１００ＭＨＺの波形測定装置ならば、１００ＭＨｚの信
号成分が３ｄＢ減衰した波形データが波形メモリ３２記
憶されている。よって、第１変換手段で波形データを変
換して得られる周波数領域データも波形測定装置１０の
周波数特性に応じて減衰している。μＰ４４（演算手
段）は、周波数特性データを用いて波形測定装置１０の
周波数特性に応じて減衰している周波数領域データを演
算により補正し、補正データを生成する（ステップ１２
０）。つまり、第１変換手段で生成した周波数領域デー
タに３ｄＢ減衰した１００ＭＨｚの信号成分があれば、
この１００ＭＨｚの信号成分を３ｄＢレベル増加させ、
周波数特性に応じた減衰を補正した補正データを生成す
る。周波数成分が複数あれば、夫々に補正処理を同様に
施す。これにより、高周波数領域でガウシャン・カーブ
を描いて減衰する周波数特性が図５の破線に示すように
持ち上げられ、平らになる。

【００１５】ところで、波形測定装置の周波数特性のた
めに余りに大きく減衰した高周波数成分については、補
正をかけるとノイズと信号が区別できなくなる。そこ
で、適当な高さの周波数で減衰分全てを補う補正は止め
る必要がある。例えば、周波数帯域１００ＭＨｚの場合
には、２００ＭＨｚまでの周波数領域データに減衰分を
全て補う補正をかけ、それ以上の高周波数成分について
は、ガウシャン・カーブで減衰するように補正を掛ける
ようにしても良い。なお演算手段として、ＤＳＰ６０を
使用しても良い。

【００１６】周波数領域データを補正することにより得
られた補正データは、第２変換手段により時間領域デー
タに変換される（ステップ１３０）。これは、μＰ４４
又はＤＳＰ６０で逆フーリエ変換演算により行えば良
い。時間領域データは、波形データと同様に処理する。
即ち、一旦ＲＡＭ４８又は波形メモリ３２に記憶した
後、表示装置に表示しり、必要に応じて外部のコンピュ
ータなどの処理装置に転送できる。

【００１７】本発明によれば、入力信号から得られた波
形データに図２に示した３ステップの処理を加えるた
め、各ステップの処理特有の誤差がデータに入り込む恐
れがある。例えば、デジタル演算処理において量子化誤
差などが入り込む。しかしながら、入力信号の本当の波
形がほぼその通りに表示できるので、波形測定装置の周
波数特性の知識のない者でも、測定値の読み取り段階で
大きな過ちを起こすことがなくなる。

【００１８】上述においては、主にデジタル処理に基づ
く波形測定装置について説明したが、アナログの波形測
定装置にも応用することができる。即ち、アナログ波形
測定装置の表示画面にＣＣＤカメラなどの光電変換装置
を設け、アナログ波形の画像をデジタルの波形データに
変換すれば、後は上述と同様に処理すれば良い。光電変
換装置は表示画面に装着する以外に、アナログ波形を表
す電子ビームを直接光電変換装置に照射することによっ
て、デジタルの波形データにする波形測定装置も知られ
ている。このような波形測定装置に適用しても良い。

【００１９】

【発明の効果】本発明の波形測定装置は、従来からある
構成をわずかに改良するだけであるから安価に実現で
き、疑似的ではあるが周波数帯域を広げることができ
る。また、入力信号の本当の波形がほぼその通りに表示
できるので、波形測定装置の周波数特性の知識のない者
でも、測定値の読み取り段階で大きな過ちを起こすこと
がなくなる。さらに本発明による処理を施していない波
形と比較することにより、周波数特性によってどの程度
の歪、振幅の減衰等が生じているかが、表示画面上でお
およそ確認できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波形測定装置の一好適実施例のブロッ
ク図である。

【図２】本発明の波形測定装置の動作の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図３】第１変換手段を演算装置を使わずに構成する実
施例のブロック図である。

【図４】従来の波形測定装置の一例のブロック図であ
る。

【図５】波形測定装置の周波数特性を示すグラフであ
る。

【図６】理想的な矩形波の一例を示す図である。

【図７】矩形波を周波数成分に分解して周波数軸で表し
た図である。

【図８】高調波成分が欠落した矩形波の一例を示す図で
ある。

【図９】波形測定装置の周波数特性により正弦波が実際
より減衰して表示されることを示す図である。

【符号の説明】

１０波形測定装置１７表示装置２０入力増幅回路３０デジタイザ装置３２波形メモリ３４メモリ調停器３６表示コントローラ３８表示メモリ４０表示ドライバ４４マイクロプロセッサ４５バス４６、４８記憶手段（ＲＯＭ、ＲＡＭ）５０入力／出力ポート６０デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）７０局部発振器７２ミキサ７４分解フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号を時間領域の波形データとして
記憶手段に記憶して測定を行う波形測定装置において、上記波形データを周波数領域データに変換する第１変換
手段と、上記波形測定装置の周波数特性データを記憶する記憶手
段と、上記周波数特性データを用いて上記波形測定装置の周波
数特性に応じた上記周波数領域データの減衰を演算によ
り補正した補正データを生成する演算手段と、上記補正データを時間領域データに変換する第２変換手
段とを具えることを特徴とする波形測定装置。
【請求項２】アナログの波形測定装置において、アナログ波形をデジタルの波形データに変換する光電変
換装置と、上記波形データを周波数領域データに変換する第１変換
手段と、上記波形測定装置の周波数特性データを記憶する記憶手
段と、上記周波数特性データを用いて上記波形測定装置の周波
数特性に応じた上記周波数領域データの減衰を演算によ
り補正した補正データを生成する演算手段と、上記補正データを時間領域データに変換する第２変換手
段とを具えることを特徴とする波形測定装置。
【請求項３】校正信号を発生する校正信号発生手段を
具え、値が既知の上記校正信号を測定することにより上
記周波数特性データを校正することを特徴とする請求項
１又は２記載の波形測定装置。