JPS63132173A

JPS63132173A - 表示装置

Info

Publication number: JPS63132173A
Application number: JP28292487A
Authority: JP
Inventors: Eru Jiyonson Dana; ダナ・エル・ジヨンソン
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1987-11-09
Publication date: 1988-06-04
Also published as: EP0267722A3; EP0267722A2

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】〔発明の技術分野〕本発明は、デジタル・オシロスコープに関し、特に波形
の時間領域表示と波形の確率領域表示とを同時に行う表
示装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

デジタル・オシロスコープは、電子信号波形を捕捉し、
解析し、表示するのに用いられる。デジタル・オシロス
コープは、入力信号の電圧振幅をサンプルして、得られ
たサンプルの電圧値のアナログ・デジタル変換（ＡＤＣ
）を行う。デジタル化情報はメモリに格納されてから、
ブラウン管（ＣＲＴ）表示画面に入力信号波形表示を作
り出すのに用いられる。従来オシロスコープの表示は、
縦軸に電圧振幅の単位をとり、横軸に時間単位をとった
、電圧対時間式のものであった。通常、電圧と時間目盛
は、ユーザーが広い範囲の中から選べる。従来の電圧対
時間座標は、入力信号波形の時間領域表示と見なされる
。時間領域表示はユーザーに、所定の入力信号について
重要な位相と周波数情報を与える。

しかしながら、時間領域表示は、波形を完全には表示し
ない。特に、波形電圧振幅レベル生起のヤ丁相Ｊ頷度は時間領域では区別できない。振幅レベルの生
起頻度はいくつかの理由により重要である。

たとえば、パルス波形解析では、ベースとトップの大き
さ、すなわちパルスの振幅レベルを定めることが必要で
ある。パルスのベースとトップの大きさにより、遠位線
、中位線、近位線を設定するのに用いられる振幅消和が
得られる。これらの線は普通、パルス振幅の９０パーセ
ント、５０パーセント、１０パーセント値をそれぞれ示
す。これらの値はタイミング解析では広く用いられる。

たとえば、パルスの立上り時間は、パルスがその最終振
幅値の１０パーセントから９０パーセントへ立上るのに
要する時間として定義される。

パルス波形のベースとトップの大きさを決定するための
標準化された技術は、パルス・データの確率密度の計算
と解析を要する。（この標準化された技術は、［客観的
技術によるパルスの測定と解析（Ｐｕｌｓｅ　Ｍｅａｓ
ｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂｙ　０
ｂｊｅｃｔｉｖｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）　Ｊとの標
題で、［電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）標準１８１−
１９７７の４．３節に記載されている。）確率密度ヒス
トグラムは、基本的には、振幅レベル生起頻度を表わす
解析棒グラフである。

確率密度ヒストグラムは、従来のオシロスコープの電圧
対時間式時間領域表示と異なり、波形の確率領域解析と
みなすことが出来る。従来は、確率領域解析は、行われ
てもオシロスコープ・ユーザーの眼には見えなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、確率密度ヒストグラム表示により、デジタル
・オシロスコープのユーザーに時間領域表示と同時に確
率領域ヒストグラム解析が見えるようにすることである
。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例では確率密度ヒストグラム表示は、所
定の人力信号波形の電圧振幅レベル生起頻度を示す棒グ
ラフである。視覚表示であるため、ヒストグラムにより
観察者は、所定の電圧振幅レベルを波形が占める相対確
率をひと目で定めることが出来る。本発明は、ユーザー
が波形を時間領域と確率領域とで同時に見られるように
するものである。時間領域表示は従来の電圧（振幅）対
時間表示である。確率領域表示は、電圧（振幅）対確率
表示であって、確率の軸は単にゼロと１の間の数値目盛
りである。従って、ヒストグラムは、電圧（振幅）軸に
沿って測られた電圧（振幅）レベルを波形が占める確率
を示す。本発明の一実施例において、確率領域表示は時
間領域表示に隣接しており、時間領域の電圧（振幅）軸
が、確率領域の電圧（振幅）軸に平行かつ同一となるよ
う構成されている。さらに遠位線と近位線、すなわち９
０パーセントと１０パーセントの線が、両頭域にまたが
る横の破線として示される。

信号波形を確率領域と時間領域で同時に観察することに
は、著るしい利点がある。第一にオシロスコープのユー
ザーは、上下の振幅、従って遠位線と近位線が特定の波
形に対してどのように計算されるかについて、大切な見
通しを得ることが出な持続時間を持たない波形を除き、
一般に非常に信頼性が高い。このような例外的な波形で
は、ヒストグラム解析に依存すると測定の精度と繰り返
し性がかえって悪くなる。波形ヒストグラム、す波形に
ユーザーはすぐ気がつくだろう。その場合ユーザーは、
データをウィンドウし直すなど測定を良くするための修
正動作を行い、トップとベースをもっと正確に定めるか
または、ユーザー人力データを自動遠位線、近位線計算
に優先させることができる。第二に、確率領域では波形
のひずみがより明らかになることがある。たとえば、正
弦波、三角波、方形波等理想的な周期波は、特徴的なヒ
ストグラムをもつ。このような波形では、時間領域では
明らかでない不整が、確率領域では簡単に検知できる。

たとえば、完全な三角波の確率密度ヒストグラムは、概
して真直ぐな横線をなす。

三角波の傾斜でのわずかの非直線部は時間領域では見え
ないかも知れないが、このような非線形はヒストグラム
でははっきりした異常として現れる。

このような三角波のヒストグラムはまた、他の場合は真
直ぐなのに、時間領域での非線形の程度に直接比例して
ディップする。

したがって、確率密度同様ヒストグラムを選べば、オシ
ロスコープのユーザーにとっては、波形測定の信頼性が
向上し、普通では検出できないような微妙な波形ひずみ
も、直ちに視覚上識別することができる。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明を実施するデジタル・オシロスコープ５
の概観図である。オシロスコープ５は、メニュー・キー
ボード１５を用いてユーザーにより操作制御される。表
示用基準信号と入力信号のトリガ信号がボート２０．２
５．３０に与えられる。入力信号波形は表示画面１０に
現れる。

第３図はデジタル・オシロスコープの機能ブロック図で
ある。感知回路４０は入力信号３５を検出する。信号３
５はプリアンプ４５によりバッファされ、サンプリング
・ブリッジ６０に印加される。サンプル・クロック・パ
ルス５０は、入力信号３５の電圧値のサンプルが、それ
ぞれサンプル・クロック・パルス５０の周期でホールド
回路６５に送られるよう、サンプリング・ブリッジを駆
動する。次にポスト・アンプ７０が、ホールド回路６５
からアナログ・デジタル変換器８０　（ＡＤＣ）に電圧
値を送り出す。八〇Ｃ８０は、各信号サンプルが一つの
デジタル語で表わされるよう、サンプル電圧値をデジタ
ル語に変換する。＾ＤＣ８０により生じたデジタル化サ
ンプルはメモリ９０に格納される。デジタル化情報は確
率密度ヒストグラムの計算で解析することができる。

このデジタル化情報はメモリ９０から表示画面１０にマ
ツプされて、信号３５の確率密度ヒストグラムの表示を
生ずる。制御回路９５はＡＤＣ８０、メモリ９０と表示
画面１０の相互作用を制御する。

第４図は人力信号３５のサンプリングおよびデジタル化
情報のタイム・パケットでの格納と表示を図示する。入
力信号３５はサンプル・クロック・パルス５０の各パル
スの立上りエツジでサンプルされる。通常のサンプル点
１３０．１３２．１３４はＡＤＣ８０によりデジタル化
され、タイム・パケット１３０Ｍ、　１３２Ｍ。

１３４Ｍでそれぞれ波形バッファ１２１に格納される。

クーイム・パケット１３０Ｍ、　１３２Ｍ、　１３４Ｍ
は、波形バ・ンファ１２１でデジタル・バイトとして実
現される。

それからサンプル点データは、波形バッファ１２１のタ
イム・パケット１３０Ｍ、　１３２Ｍ、　１３４Ｍから
対応する表示画面１０のタイム・パケット１３０ＤＳ、
　１３２ＤＳ。

１３４１）Ｓにそれぞれマツプすることができる。表示
画面１０タイム・パケットはピクセル−カラムとして表
わすことができる。本発明の一実施例では、波形バッフ
ァ１２１に１００１バイト、すなわちタイム・パケット
があるので、ひとつの波形の表示に対して１００１サン
プル点をデジタル化することができる。他方、波形バッ
ファ１２１のタイム・パケット（バイト）と、表示画面
１０のタイム・パケット（ピクセル・カラム）の間に１
対１の関係がある必要はない。たとえば波形バッファ１
２１の１００１タイム・パケットは、波形バッファ１２
１の隣接するタイム・パケットを平均化することにより
表示画面１０での１００１のピクセル・カラムよりも少
なく圧縮してもよい。

第１図は本発明の一実施例における表示例を示す。本発
明の一実施例において、表示画面ｌＯは一度に４つのサ
ブ表示チャンネルを収容することができる。これにより
４個の入力信号を同時に表示することが出来る。本発明
の一実施例においては、入力信号の時間領域表示は表示
画面１０の右側に表示され、それに対応する確率領域表
示は時間領域表示のすぐ左側に表示される。正弦波は時
間領域２００に表示され、それに対応する確率領域表示
２００Ａは左側に隣接する。同様に三角波は時間領域表
示２１０に示され、それに対応する確率領域表示２１〇
八は左側に隣接する。また同様に、確率領域表示２２０
Ａは時間表示２２０内パルスに対応し、確率領域表示２
３０Ａは時間領域表示２３０の騒音パルスに対応すゐ。

本発明の一実施例においては、第１図に示すように、１
つの波形に対する確率領域表示と時間領域表示は、確率
領域表示の電圧（振幅）軸が時間領域表示での電圧（振
幅）軸と同一で平行になるよう、隣接し構成されている
。第１図に示すように、電圧（振幅）軸は、確率と時間
領域のいずれにおいても縦軸である。時間領域では横軸
は時間の尺度である。確率領域の水平軸はゼロと１の間
の数値の目盛りであり、それぞれゼロ・パーセントと１
００パーセントの間の確率の度合を表示する。時間領域
表示２００．２１０．２２０．２３０は、それぞれの波
形に対する位相と周波数情報をもたらす一方、確率領域
表示２００Ａ、　２１ＯＡ、　２２ＯＡ、　２３０八は
確率密度ヒストグラムを生ずる。これらヒストグラムは
対応する時間領域波形の電圧（振幅）レベルの生起頻度
を示す。従って、確率領域表示での所定の電圧（振幅レ
ベル）での横線の長さは、ゼロから１００パーセントの
間で、隣接する時間領域に示された波形が電圧（振幅）
レベルを占める確率を表示する。本発明の一実施例にお
いては、遠位線と近位線、すなわち振幅の９０パーセン
トと１０パーセントの線は、たとえば時間領域２００と
確率領域２００４における遠位線２０２と近位線２０４
として、確率領域表示と時間領域表示の両方で横破線と
して示されている。両頭域が同じ電圧（振幅）軸をもっ
ているので、どんな場合にも、所定の時間領域表示での
遠位線と近位線の電圧（振幅）レベルは、対応する確率
領域表示での遠位線と近位線のレベルに一敗する。さら
に、カウントしきい値は、確率領域２００Ａでのカウン
トしきい値線２０６と同様に、各確率領域表示における
縦破線として、示されている。カウントしきい値は車に
、波形バッファー１２１での全てのサンプル点の所定の
パーセンテージであり、たとえば１０パーセントである
。カウントしきい値は、電圧レベルが所定の波形のトッ
プまたはベースのマグニチュードに対する候補になるに
先立ち、これに等しいかまたはこれを越えるべき波形バ
ッファ１２１での最小ポイント数を定義する。

第５図は、確率密度ヒストグラム形成をグラフで示した
ものである。パルス波形３００はグリッドを有する時間
領域表３０５に図形的に重ねることができる。時間領域
表示３０５は、縦の電圧（振幅）軸と横の時間軸をもつ
。確率領域表示３１０は時間領域表示３０５の左に隣接
する。確率領域表示３１０は縦の電圧（振幅）軸と横の
確率軸をもつ、すなわち横軸は単にゼロと１の間の数値
の目盛りである。確率領域表示３１０の電圧（振幅）軸
は時間領域表示３０５の電圧（振幅）軸と同一である。

確率領域表示３１０での確率密度ヒストグラム３１５は
時間領域表示３０５の波形３００に対応する。ヒストグ
ラム３１５は、波形３００に対する電圧（振幅）レベル
の生起頻度を表示する。ヒストグラム３１５は次のよう
に形成される。時間領域３０５の各電圧（振幅）レベル
において、カウントは時間領域を横切って波形３００が
交差する格子の目の数から成る。

確率領域表示３１０での対応電圧（振幅）レベルにおい
て、比例する格子の目の数がマークされる。

縦の電圧（振幅）軸は同一なので、時間領域表示３０５
での格子の目のカウントと確率領域表示３１０でマーク
された目の数との間の比例関係は、格子の目で測った両
頭域表示の横の長さの比である。

第５図においてその比は、３；１であり、各電圧（振幅
）レベルで、時間領域表示３０５の３個の目が確率領域
表示３１０の１個の目に対応する状態である。たとえば
電圧（振幅）レベル１３で、波形３００は時間領域表示
３０５で１２個の目と交差し、従って、４つの四角が確
率領域表示３１０のレベルでマークされる。同様にレベ
ル６で、波形３００は時間領域表示３０５の２つの四角
だけに交差し、従って確率領域表示３１０でレベル６で
はせいぜい１個の四角がマークされるだけである。また
同様にレベル２では、波形３００は時間領域表示３０５
で９個の目に交差するので確率領域表示３１０ではレベ
ル２で３個の目がマークされる。各電圧（振幅）レベル
で同様の計算をすることにより、確率領域表示でのヒス
トグラム３１０が形成される。第５図の図形の考え方は
、「客観的技術によるパルス測定と解析（ＰｕｌｓｅＭ
ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂ
ｙ　０ｂｊｅｃｔｉｖｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）　Ｊと
題するＩＥＥＥ基準１８１−１９７７の第４．３．１節
に述べられている。

第６図は第５図の概念的教示が本発明において実現され
る態様を示すものである。波形バッファ１２１のバイト
に格納されたデジタル化サンプル値は入力信号波形のデ
ジタル表現を構成する。各バイトは単独のタイム・バケ
ットである。本発明の一実施例において、タイム・バケ
ットのデジタル値がサンプル・ポイントの振幅を表わす
。波形バンファ１２１でのタイム・パケットの順序位置
は時間領域表示での時間でのサンプル位置に対応する。

各タイム・パケットは８ビツトバイトなので、２Ｉ′＝
２５６レベルに分解できるが、本実施例では上位６ビツ
トのみ用いるのでサンプル・ポイントの振幅値は２６＝
６４レベルに分解することが出来る。したがって、確率
領域表示と時間領域表示の両方の電圧（振幅）軸は６４
のとびとびの電圧（振幅）レベルに分解することが出来
る。６４の１６ビントカウンタのバンクは、各（電圧）
振幅レベルに対する１６ビソトカウンタを構成する。ま
ず波形バッファ１２１をサンプル・ポイント・データで
一杯にする前にカウンタをクリアしておく。波形バッフ
ァ１２１にサンプル・ポイント・データを満たし、それ
から１回に１タイム・バケットを読み出す。

ｌタイム・バケットにつき可能な６４の電圧（振幅）レ
ベルのそれぞれに対して、バンク３００での対応する適
当なカウンタを増分する。たとえば第６図に示すように
、波形１２１のタイム・バケット＃０がデジタル値ゼロ
を含む場合、バンク３００のカウンタ＃０が増分される
。タイム・バケット１１が６３の値を含む場合には、カ
ウンタ＃６３が増分される。タイム・バケット＃２が値
１を含む場合には、カウンタ１１が増分される。以下同
様にして波形バッファ１２１の１００１タイム・バケッ
ト全部について行われる。波形バッファ１２１で１つの
値が１回ならず生起する場合は、その値に対応するカウ
ンタはその値が生起する度に増分される。たとえば波形
バッファ１２１の１００１のタイム・バケットのうち＃
１００がら１７００のタイム・バケットがそれぞれ４８
の値を含んでいる一方、第１図の時間領域表示２２０の
パルスと同様の、デユーティ・サイクルの長いパルスに
はあり得ることだが残りのタイム・バケットは１６の値
を含んでいると想定してみよう。このような場合には、
バンク３００のカウンタ＃４８は（７００−１００）　
＋　１　＝６０１回増分され、カウンタ＃１６は（１０
０１−６０１）　＝　４００回増分され、残りのカウン
タはゼロのままである。　（各カウンタは１６ビツトも
つので各カウンタは２　’　６＝　６５．５３６回まで
増分されうる。

しかし波形バッファ１２１には１００１のタイム・バケ
ットしかないので、いずれかのカウンタがとれる一番高
い値は本−実施例においては、１００１である。

カウンタの余分の分解能により、波形バッファの長さが
大きくすることができる。波形バッファ１２１のすべで
のタイム・バケットが読み出され、対応する１６ビント
カウンタが増分されると、その特定の波形に対するヒス
トグラムが基本的にバンク３００に含まれる。ヒストグ
ラムを表示する場合、６４のカウンタの各々の最終の増
分された値は表示上の対応する電圧（振幅）レベルでの
、ヒストグラムの線要素の横の長さに直接対応する。バ
ンク３００のデジタル情報を確率領域表示２００Ａにマ
ツピングする場合、６４の電圧振幅レベルのいずれにお
いても、６４のカウンタのそれぞれの最大カウント値が
、ヒストグラム線要素の一番長いものに対応するよう、
従来の横自動スケーリングを使用してもよい。

自動スケーリングにより、バンク３００の全ての情報が
確率領域表示にマツピングされ、正しい形態のヒストグ
ラムを形成する。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、波形の時間領域表示と確率領域表
示を並置して観測できるため、波形の観測が容易になり
、特にパルス波形のパラメータ測定が便利になる。従っ
て実用に供して至便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における表示例を示す図、第
２図はデジタル・オシロスコープの概観図、第３図は第
２図のデジタル・オシロスコープの機能プロ・ツク図、
第４図は入力信号のサンプリング及びデジタル化情報の
タイム・バケットでの格納と表示を示す図、第５図は確
率密度ヒスドグ５：デジタル・オシロスコープ；１０：
表示画面；１５：メニュー・キーボード；　２０．２５
．３０　：表示用基準信号、入力信号、トリガ信号のそ
れぞれの入力ボート；３５：入力信号；４０：感知回路
：４５：ブリ・アンプ；５０：サンプル・クロック・パ
ルス；６０：サンプリング・ブリッジ：６５：ホールド
回路；７０：ボスト・アンプ；８０；アナログ・デジタ
ル変換器（ＡＤＣ）　　；９０：メモリ；９５：制御回
路；１２１：波形バッファ；１３０．１３２．１３４　
　：サンプル点；１３０Ｍ、　１３２Ｍ、　１３４Ｍ　
：タイム・バケット；　　１３０ＤＳ。１３２０５、１３４ＤＳ：表示画面１０のタイム・バケ
ット；２００、２１０．２２０．２３０　：時間領域表
示；２００Ａ、　２１ＯＡ。２２０＾、２３〇八：確率領域表示；２０２：遠位線；
２０４：近位線？２０６：カウントしきい値線；３００
：バルス波形；３０５：時間領域表示、３１０：確率領
域表示；３１５：確率密度ヒストグラム。

Claims

【特許請求の範囲】

デジタル・オシロスコープの入力信号の時間領域の波形
を表示するための時間領域表示と該時間領域表示に対応
してそれと同時に前記波形の確率密度ヒストグラムを表
示する確率領域表示を行い、前記ヒストグラムが前記波
形の電圧振幅レベルの相対生起頻度である表示装置。