JPH07218550A - サンプリングオシロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、サンプリングオシロスコープの
チャネル間スキューの補正を行うことが可能なサンプリ
ングオシロスコープを実現すること。 【構成】本発明は、タイムベース回路と、固定ディレイ
回路と、スイッチと、可変ディレイ回路と、これら可変
ディレイ回路からの出力の各々に対応し、サンプリング
動作を行う複数のサンプリングヘッドと、これらサンプ
リングヘッドの入力部分をそれぞれ接続するための同軸
ケーブルと、前記複数のサンプリングヘッドにてサンプ
リングした信号をデジタル変換するためのアナログ／デ
ジタル変換器と、このアナログ／デジタル変換器からの
情報に従って前記可変ディレイ回路における可変ディレ
イの遅延時間を制御するための制御回路と、を設けチャ
ネル間スキューが補正されたことを特徴とするサンプリ
ングオシロスコープである。である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサンプリングオシロスコ
ープに関し、詳しくは複数のサンプリングヘッド間の遅
延時間の補正方法が改善されたサンプリングオシロスコ
ープに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のサンプリングオシロスコープにお
いて、複数のサンプリングヘッド間の遅延時間の違いに
関する補正を行う場合の構成を図４に示す。図におい
て、１は同軸ケーブル、２１〜２ｎはサンプリングヘッ
ドで、入力信号をサンプリングするためのものである。
サンプリングヘッド２１は、チャネル１の入力に対応
し、サンプリングヘッド２２は、チャネル２の入力に対
応する。

【０００３】同軸ケーブル１は、信号発生手段８からの
信号を、上記サンプリングヘッド２１〜２ｎに入力する
ためのものである。この場合実際の同軸ケーブル１は、
信号発生手段８からの信号を分配するための信号分配器
を備えている。３１〜３ｎは可変ディレイで、各々サン
プリングヘッド２１〜２ｎのストローブ入力端子に接続
し、タイムベース回路５から出力された信号すなわちス
トローブパルスを各チャネル毎に独立に遅延して出力す
るものである。

【０００４】５はタイムベース回路で、サンプリングヘ
ッド２１〜２ｎに可変ディレイ３１〜３ｎを介したスト
ローブパルスを出力する回路である。ストローブパルス
を出力するタイミングは下記のトリガ信号に基づくもの
である。８は信号発生回路で、サンプリングヘッド２１
〜２ｎに入力する信号を発生する。具体的には、ステッ
プジェネレータ等の信号発生用の装置を用いる。９はト
リガ回路で、信号発生回路８等から信号を入力し、トリ
ガ信号をタイムベース回路５に出力する。

【０００５】このような構成における、チャネル間スキ
ュー補正の動作を説明する。まず、信号発生回路８から
出力した信号は同軸ケーブル１にて分割されてサンプリ
ングヘッド２１〜２ｎに入力する。このとき、同一の信
号をサンプリングヘッド２１〜２ｎに入力しているが、
サンプリングヘッド２１〜２ｎ間では、サンプリングヘ
ッドの固体の特性の差およびタイムベース回路から２１
〜２ｎに至るストローブパルスの信号の経路の長さの違
い等により退遅延時間が異なるため、図５に図示するよ
うに異なる時間に入力されたように表示画面上に表示さ
れる。

【０００６】次に、可変ディレイ３１〜３ｎを調整し、
各々のサンプリングヘッド２１〜２ｎのストローブパル
スの遅延時間の誤差を吸収するようにして、図５の表示
波形の時間軸の位置を補正する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このため、このように
サンプリング回路のチャネル間スキューの補正をする際
には、上記信号発生回路８に該当する遅延時間の調整用
のステップジェネレータ（波形発生器）を準備する必要
があり、また、出力信号の立ち上がり立ち下がりが早い
ステップジェネレータを準備することは技術的にも困難
であり、またコストもかかるという問題があった。本発
明は、以上の点に鑑み、簡単な構成でかつ低コストでチ
ャネル間の遅延時間の補正を行うことが可能なスキュー
補正方式を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ストローブパ
ルスを発生するためのタイムベース回路と、このタイム
ベース回路からのストローブパルスを固定時間遅延する
ための複数の固定ディレイ回路と、前記複数の固定ディ
レイ回路のうち一の固定ディレイ回路とタイムベース回
路からの出力とのいずれかを選択して出力するスイッチ
と、このスイッチおよびスイッチに接続されなかった前
記他の複数の固定ディレイ回路の出力に各々接続され、
遅延量が可変する複数の可変ディレイ回路と、これら各
々の複数の可変ディレイ回路からの出力の各々に対応
し、サンプリング動作を行う複数のサンプリングヘッド
と、これらの複数のサンプリングヘッドの入力部分をそ
れぞれ接続するための同軸ケーブルと、前記複数のサン
プリングヘッドにてサンプリングした信号をデジタル変
換するためのアナログ／デジタル変換器と、このアナロ
グ／デジタル変換器からの情報に従って前記可変ディレ
イ回路における可変ディレイの遅延時間を制御するため
の制御回路と、を設けチャネル間スキューが補正された
ことを特徴とするサンプリングオシロスコープである。

【０００９】

【作用】チャネル間スキュー補正にあたり、サンプリン
グ回路内部で発生するキックバック信号を用いるため、
信号発生器等を用意する必要のないサンプリングオシロ
スコープを実現できる。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例の構成図を示
す。図において、図４と同様のものは同一の符号を付け
る。４はスイッチで、タイムベース回路５から出力され
たストローブパルスを直接可変ディレイ３１に出力する
か固定ディレイ４１を経由して可変ディレイ３１に出力
するかを選択する。６は制御回路、７はＡ／Ｄ変換器
で、制御回路６はＡ／Ｄ変換器７からの情報をもとに可
変ディレイ３１〜３ｎの遅延時間を制御するための信号
を出力する。この場合、同軸ケーブル１は、各々のサン
プリングヘッド２１〜２ｎを接続するためのケーブルで
ある。

【００１１】このとき、サンプリングヘッド２１〜２ｎ
は、比較的狭い（ 20ps〜100ps）パルス（例えばキック
バック信号）を検出可能な帯域を有し、また、固定ディ
レイ３１〜３ｎは可変ディレイ４１〜４ｎの各々の１／
２のディレイ量（遅延時間）を有するものとする。また
固定ディレイ４１〜４ｎによるディレイ量は同軸ケーブ
ル１のディレイ量と同じとする。

【００１２】まず、本発明の前提となるキックバック信
号について図２を用いて説明する。図２は、図１におい
て用いられるサンプリングヘッド２１（２２〜２ｎ）の
構成図である。図２において、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード
ブリッジを構成するためのダイオードである。このよう
なサンプリングヘッドにあっては、ダイオードブリッジ
は、スイッチとしての役割を担う。この回路において
は、ダイオードブリッジは入力信号を後段のアンプ等に
入力するためのもので、コンデンサＣ１はダイオードブ
リッジをオンにしたときに入力された信号を充電するた
めのものであり、コンデンサＣ２，Ｃ３はサンプリング
パルスの波形の成形に必要なものである。Ｒ１〜４は抵
抗で、各々終端抵抗としての値を定める、あるいは、時
定数の定数を定める、コンデンサ等にチャージされた電
荷の放電を行う等の役割を担うものである。また、Ａ１
はダイオードブリッジからの出力信号を増幅するアンプ
であり、Ｊ１は外部からの信号を入力するための端子で
ある。

【００１３】このようなサンプリング回路における動作
を説明する。通常の状態にあっては、ダイオードＤ１〜
Ｄ４には電源±Ｖccより抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して逆方向
バイアスがかかっており、スイッチとしてはオフの状態
となっている。このダイオードブリッジがオフの状態で
は入力コネクタＪ１の信号はコンデンサＣ１およびアン
プＡ１には伝達されず、従ってアンプＡ１の出力、すな
わちサンプリング出力（アナログ）ＯＵＴは［０Ｖ］で
ある。

【００１４】一方、図１内のタイムベース５から出力さ
れる比較的時間幅の大きい（おおよそ２〜１０_nＳ ）ス
トローブパルスから時間幅の小さい（２０〜１００_PＳ
）サンプリングパルス±Ｓ_t がサンプリングヘッド内
で生成される。このサンプリングパルス±Ｓ_t は正，負
の両極性を持ち、各々コンデンサＣ２，３を介して、ダ
イオードブリッジに加えられた時に、ダイオードＤ１〜
Ｄ４は順方向バイアスとなり、前記ダイオードブリッジ
はオンの状態になる。

【００１５】このように、ストローブパルスによりサン
プリングパルス±Ｓ_t がＤ１〜Ｄ４に加えられるとスイ
ッチがオンし、入力コネクタＪ１に加えられている信号
はコンデンサＣ１にチャージされる。この、チャージさ
れた電圧はアンプＡ１により増幅され、入力信号の電圧
等に関連する値としてサンプリング出力（アナログ）Ｏ
ＵＴに出力される。

【００１６】スイッチが再びオフになるとコンデンサＣ
１にチャージされた電荷は抵抗Ｒ４を介してゆっくり放
電し、サンプリング出力（アナログ）ＯＵＴは［０Ｖ］
に戻るようになっている。

【００１７】このように、上記のダイオードブリッジに
よるスイッチのオン，オフはサンプリングパルス±Ｓ_t
によって行われる。この信号の基になっているストロー
ブパルスを時間的に制御すれば入力コネクタＪ１に加え
られた入力信号が時間的に変化してもスイッチがオンし
た時の電圧に比例した値をサンプリング出力（アナロ
グ）ＯＵＴを得ることができる。

【００１８】なお、このストローブパルスを入力信号が
ある一定になる毎に発生されるトリガ信号に同期しつ
つ、一定時間づつずらして発生させるように制御するこ
とで、低い周波数の電圧の変化として再合成して波形表
示を行うことにより高い周波数の信号を観測できるよう
にしたものがサンプリングオシロスコープであり、その
サンプリングパルスの特性はサンプリングオシロスコー
プの特性を定める上で重要な役割をなす。

【００１９】ここで正のサンプリングパルス＋Ｓ_t と負
のサンプリングパルス−Ｓ_t がダイオードブリッジに同
じ波形でまったく同一時刻に加えられるのが理想である
が、正負のサンプリングパルスの波形の違い、信号経路
の違い等により、ダイオードＤ１，Ｄ２がオンとなる時
間と、ダイオードＤ３，Ｄ４がオンとなる時間にずれが
生じる。

【００２０】このように、正負のサンプリングパルスの
ずれの差により、ある微小な信号がサンプリングヘッド
の入力コネクタＪ１に漏れ出る。この入力コネクタＪ１
に漏れ出る信号がキックバック信号と呼ばれるものであ
る。本来ならば存在して欲しくない信号であるが、図１
に示す本発明においては、キックバック信号を利用する
ことで、チャネル間のスキューの補正を可能としたもの
である。

【００２１】このような構成のスキュー補正のための図
１の回路の動作を、図３のタイムチャートを用いて詳し
く説明する。図３において、 (a)〜 (g)は、図１の各地
点の概念的な信号を示すものであり、(h)，(i)は信号の
動作を説明するものである。(a)はタイムベース回路５
から出力されるストローブパルスである。 (b)はスイッ
チ４の出力のうち固定ディレイ４１を介さない場合の出
力でヘッド２１に入力されるものである。 (c)はストロ
ーブパルス(a) のうち固定ディレイ４２および可変ディ
レイ３２を介した出力でサンプリングヘッド２２に入力
されるものである。

【００２２】(d)はストローブパルス(a) のうち固定デ
ィレイ４３および可変ディレイ３３を介した出力でサン
プリングヘッド２３に与えられるものである。(e)はチ
ャネル１すなわちサンプリングヘッド２１に基づくキッ
クバック信号である。 (f)はチャネル２すなわちサンプ
リングヘッド２２に基づくキックバック信号である。
(g)はチャネルｎすなわちサンプリングヘッド２ｎから
出力されたキックバック信号である。

【００２３】(h)はサンプリングヘッド２１から出力さ
れたキックバック信号(e) が同軸ケーブル１を介してサ
ンプリングヘッド２１以外のサンプリングヘッドに入力
される場合のケーブルの出力端に発生する信号である。
(i)はキックバック信号(f) と、キックバック信号(h)
と両方の時間関係を表した信号である。

【００２４】まず、スイッチ４は、可変ディレイ３１が
タイムベース回路５に直接接続されるように選択する。
可変ディレイ３１〜３ｎは遅延量を１／２に設定してお
く。タイムベース回路５よりストローブパルス(a) が出
力されると、サンプリングヘッド２１にはストローブパ
ルス(b) が入力され、サンプリングヘッド２２にはスト
ローブパルス(c) が入力され、サンプリングヘッド２ｎ
にはストローブパルス(d) が入力される。

【００２５】このストローブパルス(c) は可変ディレイ
４２および固定ディレイ３２を介し、その立ち上がりは
時間Ｔ_d だけ遅れて入力される。これらのストローブパ
ルス(b)〜(d)が各々のサンプリングヘッドに入力される
ことで、サンプリングヘッド２１からはキックバック信
号(e) が、サンプリングヘッド２２からはキックバック
信号(f) が、サンプリングヘッド２ｎからはキックバッ
ク信号(g) が出力される。

【００２６】このとき、キックバック信号(e) は可変デ
ィレイ３１およびサンプリングヘッド２１自身による遅
延時間Δｔ₁ 分、ストローブパルス(b) の立ち上がりか
ら遅れて発生する。また、キックバック信号(f) は可変
ディレイ３２およびサンプリングヘッド２２自身による
遅延時間Δｔ₂ 分ストローブパルス(c) の立ち上がりか
ら遅れて発生し、キックバック信号(g) は可変ディレイ
３ｎおよびサンプリングヘッド２ｎ自身による遅延時間
Δｔ_n 分ストローブパルス(c) の立ち上がりから遅れて
発生する。

【００２７】キックバック信号(e) は、サンプリングヘ
ッド２１から出力し同軸ケーブル１によって遅延されて
キックバック信号(h) としてサンプリングヘッド２２に
入力する。例えば、このキックバック信号(h) がサンプ
リングヘッド２２に入力されるとサンプリングヘッド２
２から出力される信号は、サンプリングヘッド２２自身
のキックバック信号(f) と、キックバック信号(h) と両
方の時間関係を表した信号(i) となる。

【００２８】この信号(i) は、サンプリングヘッド２２
にてサンプリングされＡ／Ｄ変換器７でデジタル信号に
変換される。このＡ／Ｄ変換器７から出力されたデジタ
ルデータは、制御回路６に入力され、このデジタルデー
タをもとに、可変ディレイ３２のディレイ量を変化さ
せ、適切な値に補正される。

【００２９】この補正の方法について具体的に説明す
る。サンプリングヘッド２２とサンプリング２１を同軸
ケーブル１を介して接続し、信号(i) を観測する。この
ときは、サンプリングヘッド２１で発生した (e)に示す
キックバック信号は、ストローブパルスが遅延した分固
定ディレイ４２で（固定ディレイ４２の遅延量と同軸ケ
ーブル１の遅延量が同値なので）遅延するので、ストロ
ーブパルス(c) の立ち上がりからキックバック信号(f)
およびキックバック信号(h) の遅延時間Δｔ₁ およびΔ
ｔ₂ の時間の関係をそのまま表現した信号を得ることが
できる。すなわち同一時刻からΔｔ₁ およびΔｔ₂ の時
間後に各々のキックバック信号が発生したような信号
(i) を得ることができる。

【００３０】制御回路６からの制御で可変ディレイ３２
のディレイ量を変化させることで遅延時間Δｔ₂ を変化
させる。このように、可変ディレイ３２の値を微小に変
化させてゆくと、遅延時間Δｔ ₁ とΔｔ₂ が同じ値にな
り、キックバック信号(f) およびキックバック信号(h)
が重なるので信号(i) をサンプリングした結果によるサ
ンプリングヘッド２２の出力の直流レベルが最大にな
る。これにより、キックバック信号(f) およびキックバ
ック信号(h) が重なったかどうかが判別される。

【００３１】同軸ケーブル１を他のサンプリングヘッド
に接続し、同様の動作を他のチャネルに対して行うこと
で、チャネル２〜チャネルｎまでの遅延量は補正され
る。固定ディレイ４１〜４ｎの遅延量は、同軸ケーブル
１の遅延量と同じなので、最後にチャネル１のディレイ
切換回路を固定ディレイ４１側に切り換えれば全てのチ
ャネルが補正される。

【００３２】なお、他の実施例として、チャネル１に関
する固定ディレイ４１とタイムベース回路５との出力を
選択するスイッチのみならず、チャネル２〜ｎに関する
固定ディレイ４ｎとタイムベース回路５との出力を選択
するようなスイッチを取付ける構成も考えられる。

【００３３】この場合、上記の実施例による補正を行っ
た後、サンプリングヘッド２ｎから出力されるキックバ
ック信号をサンプリングヘッド２１に入力することで、
可変ディレイ２１を調整し補正をする。この方法を用い
ることで、第１の実施例と異なり、各々の固定ディレイ
のディレイ量は同軸ケーブル１のディレイ量が同値であ
る必要がなくなり、可変ディレイ量の設定可能範囲内で
は、同軸ケーブル１による遅延と固定ディレイ４１によ
る遅延の誤差が吸収されることになる。この実施例によ
る補正を行ったとしても、ソフトウエア的に動作を制御
すれば良く、外部からの人の操作性は、第１の実施例と
同等である。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、各サンプリングヘッドから漏れるキックバック信
号を用いて補正を行うから、簡単な構成で、かつ、低コ
ストでチャネル間の遅延時間の補正が可能なサンプリン
グ回路を有するサンプリングオシロスコープを実現する
ことが可能となる。

【００３５】具体的な効果を示すと、 従来例では、信号をサンプリングヘッドに入力する
ために必要であった高速のステップジェネレータ回路が
不要となること サンプリングヘッドから出力された補正用の信号を
Ａ／Ｄ変換した値は、直流の値として得られることにな
るため、ピークディテクト（入力信号の振幅の最大値を
求めること）が容易となること。

【００３６】 タイムベース回路５からストローブパ
ルスを出力するにあたり、信号を入力するためのステッ
プジェネレータが不要であるため観測にあたりステップ
ジェネレータのトリガ信号が入力されるタイミングやス
テップジェネレータのジッタの影響を考慮しなくてもよ
いという利点がある。 入力信号のステップの立ち上がりまたは立ち下がり
の波形情報に基づいて補正をするのではなく、直流的な
値に基づいて補正を行うためソフトウエアの処置が容易
であること。等が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図である。

【図２】本発明に用いられるサンプリングヘッドの回路
図である。

【図３】本発明の動作を説明するための図である。

【図４】従来例の構成図である。

【図５】従来例の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 同軸ケーブル ４ スイッチ ５ タイムベース回路 ６ 制御回路 ７ Ａ／Ｄ変換器 ２１〜２ｎ サンプリングヘッド ３１〜３ｎ 可変ディレイ ４１〜４ｎ 固定ディレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ストローブパルスを発生するためのタイム
   ベース回路と、 このタイムベース回路からのストローブパルスを固定時
   間遅延するための複数の固定ディレイ回路と、 前記複数の固定ディレイ回路のうち一の固定ディレイ回
   路とタイムベース回路からの出力とのいずれかを選択し
   て出力するスイッチと、 このスイッチおよびスイッチに接続されなかった前記他
   の複数の固定ディレイ回路の出力に各々接続され、遅延
   量が可変する複数の可変ディレイ回路と、 これら各々の複数の可変ディレイ回路からの出力の各々
   に対応し、サンプリング動作を行う複数のサンプリング
   ヘッドと、 これらの複数のサンプリングヘッドの入力部分をそれぞ
   れ接続するための同軸ケーブルと、 前記複数のサンプリングヘッドにてサンプリングした信
   号をデジタル変換するためのアナログ／デジタル変換器
   と、 このアナログ／デジタル変換器からの情報に従って前記
   可変ディレイ回路における可変ディレイの遅延時間を制
   御するための制御回路と、 を設けチャネル間スキューが補正されたことを特徴とす
   るサンプリングオシロスコープ。