JPS5920105B2 - 波形記憶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は波形記憶装置、特に所望入力信号の波形をデジ
タル化し、所望期間中記憶装置に記憶蓄積する装置に関
する。

一般に、オシロスコープは時間変化する、即ちアナログ
信号を受けてその瞬時振幅を内蔵する時間軸掃引信号に
より図形として表示する。

こρ図形表示は時間をＸ即ち水平軸に振幅をＹ即ち垂直
軸にプロットしたものであり、波形と呼ばれている。オ
シロスコープの垂直軸の感度及び水平軸の掃引速度選択
スイッチにより波形表示の適当な縮少、拡大が可能であ
り、広範囲の入力信号振幅及び周波数を表示観測するこ
とができる。これら波形は何らかの電気的或は物理的事
象の表示であつて、反復信号の場合も単現象（一回のみ
生起する現象で反復性のないもの）の場合もあり得る。
波形デジタル化オシロスコープ（以下波形記憶装置とい
う）は、入力アナログ信号をデジタル化し、波形をデジ
タル回路で処理し、後で読み出せるように蓄積したり、
離れた場所へ伝送したり、或は数学的演算を行なうこと
ができるようにする。この波形の取込みは、一般に波形
に沿つて所定位置で入力信号の瞬時値をサンプリングし
、この瞬時値に対応するデジタル符号信号、即ちデータ
語を得るアナログ・デジタル変換器（以下ＡＤＣという
）を使用する。完全な波形を取込むに番Ａ単位時間窓（
時間々隔）内に所定数のサンプリングデータを得る必要
がある。この窓は時間軸掃引長により定義でき、よつて
時間窓の幅は掃引速度によつて決まる。広範囲に掃引速
度が選択できる現存するオシロスコープには２種類の波
形取込み技法がある。

その１つは実時間取込み技法と呼ばれており、単一掃引
期間中に波形のすべての点を取込む方式である。他方は
等価時間取込みと呼ばれ、順次の掃引毎に１点のデータ
を取る方式である。一般に実時間取込み方式は掃引速度
が遅い場合に使用され、総ての点はＡＤＣの変換速度能
力内で得ることができる。他方等価時間取込みは１掃引
毎に１回がＡＤＣの変換能力内である如き高速掃引の場
合に使用される。実時間及び等価時間取込みにはそれぞ
れ違つたメカニズムがあるので、２種の独立した動作モ
ードが必要である。そこで、ＡＤＣの変換速度内で実時
間取込みの可能な最高掃引速度迄の低速掃引速度の場合
には第１動作モードが使用され、それ以上の高速掃引速
度になると第２動作モードに切換えられ各掃引毎に１回
ＡＤＣが動作するように装置を設計していた。従来装置
にあつては、これら両掃引速度にわたつてレンジを切換
えたとき実時間取込みから等価時間取込みへの変換がス
ムーズに行なえなかつた。更に、等価時間取込みの場合
の最低掃引速度のときは、各掃引毎に１回のサンプリン
グが行なわれるのみであるので、所定数のデータ点を総
てサンプリングするには極めて長時間を要するという欠
点があつた。従つて、本発明の目的は、新規な波形記憶
装置を提供することである。本発明の他の目的は、デー
タ点のインクレメント（ステツプ）を変化することによ
り１掃引当りのサンプル点の数を全数から１個まで変化
できる波形記憶装置用波形取込み回路を提供することで
ある。

本発明の更に他の目的は、ＡＤＣの最大変換速度を有効
に利用することのできる波形記憶装置用デシダース回路
を提供することである。

本発明の別の目的は、サンプリング・ステツプが変化し
、一定サイクル中に同一データ点のサンプリングを２度
行なうことのない新規な波形記憶装置を提供することで
ある。

本発明の種々の目的及び作用効果について＆丸添付図面
に基いて行なう後述の説明から当業者にフッ は容易に理解できよう。

本発明の波形記憶装置によると、単一装置により実時間
及び等価時間のデータ取込みモード間の切換えが極めて
円滑に行なえる。

即ち、１掃引当りのサンプリングされるデータ点の数＆
ζデータ点のステツプを変化することにより全数から１
個迄変化することができる。１つの装置にあつては、表
示画面の時間軸に沿つて所定数の略等間隔のデータ点が
確立できる。

ＡＤＣはデータ点に対して正確なタイミングの変換パル
スを受けて、その点における波形のアナログ値をサンプ
リングさせデジタル信号に変換する。制御回路を設けて
各掃引の波形に沿つて変換パルスが発生されるデータ点
インクレメントを確立する。このインクレメントは今回
サンプリングされたデータ点を表わす数に加算される。
掃引速度が充分に遅くデータ点の総てが１掃引期間中に
サンプリングできる場合には、このインクレメントは１
に設定することも可能である。然し、掃引速度が増加す
るに応じてインクレメントは２（２データ点毎）、３（
３データ点毎）、・・・・・・のように必要に応じて変
化して、いずれの場合にもＡＤＣの変換能力内にとどめ
ＡＤＣの変換速度を最大限有効に利用する。更に、この
インクレメントがデータ点の数に対して奇数の場合には
、所定のデータ取込みサイクル内で、いずれの点も重な
ることなく総ての点がサンプリングできる。また、制御
回路で発生されたデータ点の数をメモリ番地（アドレス
）として使用し、隣接データ点は異なる掃引期間中にサ
ンプリングされるも蓄積に際しては所定順序で行なえる
ようになすこともできる。次に、図を参照して説明する
に、第１図は本発明による波形記憶装置の要部のプロツ
ク図である。

第１図に示す波形取込み回路はオシロスコープ等の一部
分であつてもよく、その為に波形図との関連を示すべく
垂直軸及び時間軸を示しているが、残りのオシロスコー
プの回路部分は従来回路構成でよいので特に図示しない
。何らかの物理現象に対応する電気信号が入力端子１０
を介して垂直増幅器１２に印加される。この信号の一部
分は時間軸回路１４に印加され、この入力信号の任意の
選択点上で掃引を起動できるようになす。垂直増幅器の
出力は図中時間的に変化する波形１６として示しており
、オシロスコープの垂直偏向の目的にも使用される。時
間軸回路の出力は線形の鋸歯状波電圧１８として図示さ
れており、オシロスコープ表示装置の水平偏向に用いて
電子ビーム輝点をある一定速度で表示スクリーン上で移
動させる為にも使用される。この時間軸回路１４は好ま
しくは掃引速度切換スィツチと複数個のタイミング素子
とを有し、掃引速度を典型的には１目盛当り１μＳから
５Ｓに階段的に切換選択できる。尚、掃引信号である鋸
歯状波電圧１８の最大振幅は常に例えば等しい１０目盛
から成る表示スクリーンの幅に対応する一定値であるこ
とに留意されたい。掃引速度は鋸歯状波の傾斜を切換え
ることにより選択する。即ち鋸歯状波１８の傾斜が急峻
であれば掃引期間は短かく、掃引速度は早くなる。波形
１６はＡＤＣ２Ｏに印加される。このＡＤＣは変換（命
令）パルスを受けた時点の波形の瞬時値をサンプリング
し、一度サンプルが取られると、内蔵する論理符号回路
によりデジタル信号に変換される型式のものである。

ＡＤＣ２Ｏの変換パルスは変換パルス発生器２２により
発生され、この発生器２２は鋸歯状電圧信号１８を電圧
発生器２４で発生した複数個の個別の電圧レベルと比較
して鋸歯状電圧がこの電圧レベルを超す毎に変換パルス
を発生する。電圧発生器２４は、鋸歯状波１８の略々最
小電圧から最大電圧に亘る振幅を有する所定数のプログ
ラマブル電圧レベルを夫々等しいインクレメントで発生
する。

その結果、時間軸掃引の全長に亘り所定数の等間隔の波
形取込み用データ点が決定できる。電圧発生器２４は種
々の手法により構成できる。最も初歩的なものは多数の
等しい抵抗器を直列接続して構成したマルチタツプ形の
分圧器であるが、本発明による好適実施例にあつてはテ
ジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用している。ど
の電圧レベルをどの順序で発生するかの決定は、コｌト
ローラ２６及びインクレメント制御回路２８により行な
う。インクレメントＴｂｌ脚回路２８は本質的に計数信
号である符号化信号を発生し、各計数はサンプリングさ
れる特定のデータ点に対応する。

この計数はコントローラ２６により決まる予定のインク
レメント値で進行し、このコントローラ２６はまた波形
取込み回路の動作の開始及び停止信号も発生する。この
コントローラ２６は論理回路であるのが好ましく、時間
軸回路１４から掃引速度情報を受け、インクレメント値
が掃引速度と適合するようになすと共に掃引速度を切換
えると、この値も自動的に変化する。例えば、インクレ
メントは、掃引が充分に遅く総てのデータ点が１掃引期
間中にサンプリングできるときは、１に設定してもよい
。掃引速度が増加すると、この値は２（２データ点毎）
、３（３データ点毎）・・・・・・のように、いずれも
ＡＤＣ２Ｏの最大変換速度内になるよう増加することが
できる。或はコントローラ２６としてコンピユータ又は
マイクロプロセツサを用い、時間軸回路１４の掃引速度
及びインクレメント制御回路２８のインクレメント値の
双方を制御するようにしてもよい。インクレメント匍脚
回路２８の計数出力は、データ点をサンプリングする毎
にこのインクレメント値を現在の計数値に加算すること
により歩進する。

変換パルス発生器２２からの変換パルス＆叡データ点を
サンプリｌグすることに加えて、コントローラ２６及び
インクレメント制御回路２８をアツプデート（更新）す
るのに使用される。更に、インクレメント制御回路２８
の計数出力は特定のデータ点に対して特定の値であるの
で、この計数出力を用いてメモリ３０の番地決めを行な
うことができる。このメモリ３０にＡＤＣ２Ｏからの波
形データを蓄積する。この目的の為に、このデータをメ
モリ３０内に、サンプリングされたデータ点の順序とは
無関係に所定順序で蓄積することができる。データ点の
数に対してインクレメントの数が奇数であれば、総ての
ゼータ点が所定の取込みサイクル中に重複することなく
サンプリングされることに留意されたい。

このことは第２Ａ図乃至２Ｃ図に理想化して示した波形
図を参照することにより充分理解できよう。第２Ａ図は
掃引鋸歯状波の３サイクルを示している。勿論この鋸歯
状波は従来のトリガ起動式オシロスコープの原理に基い
て第２Ｂ図に示す反復波形により始動することができる
。簡単の為にデータ点はＯ乃至９の１０個であるとする
。そこで第２Ａ図中にはＯ乃至９の１０個の異なる電圧
レベルを示している。この例ではインクレメントが３で
あると仮定する。第２Ａ図中の破線は電圧発生器２４の
出力電圧であり、本質的には第２Ａ図は鋸歯状波電圧と
電圧レベルとの比較による変換パルスにより第２Ｂ図の
波形に沿つてデータ点をサンプリングする図を示してい
る。取込みサイクルの初めに、電圧発生器２４の出力は
０であり、鋸歯状波電圧は０より僅かに低い。鋸歯状波
がこのＯレベルを超すと、最初の変換パルスが発生し、
ＡＤＣ２Ｏは第２Ｂ図の波形上のデータ点０のサンプリ
ングを行ない、そのアナログ値を第２Ｃ図に示す。イン
クレメント制御回路２８は電圧発生器２４の出力を３レ
ベル分増加させるので、鋸歯状波電圧が３レベルを超す
データ点３上の第２Ｂ図のアナログ電圧波形をサンプリ
ングする。同様にして第１掃引サイクル中、データ点６
及び９でアナログ電圧波形のサンプリングを行なう。第
２掃引サイクル中には、データ点２，５及び８のサンプ
リングが行なわれ、第３掃引サイクル中に＆ζデータ点
１，４及び７のサンプリングが行なわれる。蓄積された
これらデータ点０−９の総てのアナログ電圧を第２Ｃ図
に示す。この簡単な例においては僅か１０個のデータ点
を示すが、更に多くのデータ点をサンプリングすること
により波形忠実度が更に増加できることが理解できよう
。

即ちサンプリングされるデータ数が多ければ多い程、入
力信号はますます正確に表示できる。更に、波形はデジ
タル信号に変換されたので、変換されたアナログデータ
点の分解能は取込まれた波形の精度を決める。従つて、
８ビツトのデジタル装置では、２８＝２５６であるので
各データ点の分解能は１／２５６であり、波形に沿つて
２５６個のデータ点がある。９ビツトのデジタル装置で
工 ５１２個のデータ点があり、各サンプルにつき分解
能は１／５１２となる。

デジタル装置は代表的にはＮ個のデータラインを使用す
るので、Ｎビツト系と呼ばれ、サンプリングされるデー
タ線の数及び取込まれた各サンプルの振幅の分解能の双
方に２Ｎを使用するのが便利である。然し、データ点の
数と分解能とは違うことがあり得ることに注意されたい
。事実、ある条件の下では、例えばトリガ起動型の単掃
引現象の場合には選択的に少ないデータ点をサンプリン
グする方が好ましいことがある。掃引速度に応じて、１
個おきのデータ点をサンプリングしたり、３個おき、４
個おき、・・・・・・の如く動作させ単掃引現象でも効
果的に捕えたい場合もある。従つて、本装置は敢えて精
度を下げて高速の単現象信号の捕捉を行なうことができ
る。第３図は本発明の好適な一実施例の詳細な回路図を
示す。

取込まれるべき波形は線５０を介してＡＤＣ５２に印加
される。掃引鋸歯状波信号が線５４から比較器５６の一
方の入力に印加される。ＤＡＣ５８を用いてデジタル信
号を電圧レベルに変換して比較器５６の他の入力端に印
加する。比較器５６の変換パルス出力をＡＤＣ５２のク
ロツク入力に印加し、アナログ波形の瞬時振幅をサンプ
リングするようになす。このサンブルはＮビツトのデジ
タル数に変換されてメモリ６０内に蓄積される。インク
レメント制御回路はイｌクレメント●レジスタ６２、加
算器６４及びラツチ６６より成る。

ロード命令線６８を介してクロツク・エツジを受けると
、線７０上のインクレメント・データがインクレメント
・レジスタ６２にロードされ、インクレメントΔｔを発
生する。このインクレメントΔｔは加算器６４により前
回のデータ点を表わすデジタル数に加算され、新らしい
データ点を表わす（ｔ＋Δｔ）のデジタル数を発生する
。（ｔ＋Δｔ）は比較器５６から変換パルス・エツジを
受けるとラツチ６６内にロードされる。サンプリングさ
れるべきデータ点を表わす新らしいデジタル数ｔはＤＡ
Ｃ５８に印加され電圧レベルに変換され、更にメモリ６
０のメモリ番地としても利用される。カウンタ７２は変
換パルス、よつてサンプリングされたデータ点の数を計
数する。

予定データ点の総てがサンプリングされると、カウンタ
７２はオーバーフローし、その信号を線７４に出力して
外部コントローラに対して波形の取込みが完了したこと
を通知する。外部コントローラは第２図につき前述した
通り論理回路又はコンピユータのいずれであつてもよい
。りセツト線７６を介してりセツト信号をラツチ６６及
びカウンタ７２に印加しこれら装置を新らしい取込みサ
イクルが開始する前に例えばＯの初期状態にりセツトす
る。更にラツチ６６及び７２は波形取込みサイクルが完
了すると、りセツト状態となし、プログラム・コントロ
ール又はこの取込み回路を使用している装置の操作者の
いずれかにより命令が与えられる迄更に次のサンプリン
グが行なわれないようにする。本発明の波形記憶装置に
よれば、掃引速度に応じてインクレメント値を変えるだ
けで１掃引期間に取込まれるサンプル点数を変えること
ができる。即ち、インクレメント値を掃引速度に応じて
順次異なる値に設定することにより実時間取込みから等
価時間取込への変化がスムーズに行なえる。これにより
ＡＤＣの最大変換速度を常に有効に利用することが可能
となる。またインクレメント制御回路のデジタル出力の
インクレメント値づつの増分は変換パルスによりその発
生後直ちに行なわせるので階段波の傾きは鋸歯状波の傾
きに自動的に−致する。インクレメント制御回路はレジ
スタ、加算器及びラツチという極めて簡単な回路要素の
組合せで構成できる。更に、インクレメントＴＯＩ脚回
路のデジタル出力はサンプル点の時間軸方向の変位に対
応するので、このデジタル出力を記憶手段のアドレス信
号として使用すれば記憶データをアドレス順に読出すこ
とにより波形が再生され制御が簡単になる等種々の顕著
な効果が得られる。尚、上述の説明及び添付図は本発明
の好適実施例について行つたものであり、本発明は何ら
斯る実施例のみに限定すべきでない。当業者には必要に
応じて特定の用途に最適な種々の変更変形が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による波形記憶装置の要部を示すプロツ
ク図、第２Ａ乃至２Ｃ図は完全な波形取込みサイクルを
示す簡略図、第３図は第１図の好適実施例の回路図であ
る。 図中、２４及び５８は夫々デジタル・アナログ変換器、
２６は制御手段、２８はインクレメント制御回路、６２
，６４及び６６は夫々インクレメント制御回路を構成す
るレジスタ、加算器及びラツチである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切換可能な掃引速度に応じた傾きを有する鋸歯状波
   をアナログ入力信号に同期して発生させると共に、階段
   波発生手段により複数の電圧レベルを有する階段波を発
   生させ、上記鋸歯状波と上記階段波とを比較し、上記鋸
   歯状波が上記階段波を超える毎に変換パルスを発生し、
   該変換パルスに従つて上記アナログ入力信号の瞬時値を
   デジタル信号に変換し、該デジタル信号を順次記憶手段
   に記憶させるようにした波形記憶装置において、上記階
   段波発生手段は、インクレメント値ずつ増分するデジタ
   ル出力を発生するインクレメント制御回路と、該インク
   レメント制御回路のデジタル出力をアナログ信号に変換
   するデジタル・アナログ変換器と、上記掃引速度に応じ
   て上記インクレメント値を異なる値に設定する制御手段
   とにより構成し、上記変換パルスによりその発生後直ち
   に上記インクレメント制御回路の増分を行なわせるよう
   にしたことを特徴とする波形記憶装置。 ２ 上記インクレメント制御回路のデジタル出力を上記
   記憶手段のアドレス信号として使用することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の波形記憶装置。