JPH05119064A - 波形測定装置 - Google Patents

波形測定装置

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JPH05119064A
JPH05119064A JP2354491A JP2354491A JPH05119064A JP H05119064 A JPH05119064 A JP H05119064A JP 2354491 A JP2354491 A JP 2354491A JP 2354491 A JP2354491 A JP 2354491A JP H05119064 A JPH05119064 A JP H05119064A
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薫 君塚
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Abstract

(57)【要約】 【目的】繰り返し信号に対して電圧レンジを分割してデ
ジタル化し、そのデータを表示装置上に重ね書きするこ
とにより、使用するAD変換器の分解能以上の測定分解
能を実現する。 【構成】AD変換器と、AD変換器に与えるリファレン
ス電圧を発生する発生器と、リファレンス電圧にかける
オフセット量をランダムに発生する乱数発生器と、AD
変換器の出力と乱数発生器の出力とを演算しデータのビ
ット数を増やす加算器と、この加算器の出力と時間デー
タとを蓄積するメモリと、トリガ信号入力によりサンプ
リングクロックを発生すると共に、トリガ入力時点とA
D変換器での変換時点との時間関係に対応したデータを
時間データとしてメモリに与える時間測定器と、メモリ
に蓄積されたデータを読み出し、対応する時間データに
応じて時間軸方向に位置補正して波形表示する表示装置
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ・デジタル変
換器(以下AD変換器という)を用いた波形測定装置に
関し、詳しくは、使用しているAD変換器の分解能以上
の高い分解能で波形測定を行うための測定分解能の改善
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より波形測定装置があり、そこに用
いられるAD変換器としては直並列AD変換器(サブレ
ンジングAD変換器)やパラレルサブレンジングAD変
換器がある。
【0003】サブレンジングAD変換器は、例えば「ト
ランジスタ技術SPECIAL 」(CQ出版社 1989/7/1発行
No.16 )の「特集 AD/DA変換回路技術のすべ
て」に記載されたような、nビットAD変換動作を数ス
テップに分けて行うものである。すなわち、まず上位の
エンコーダにより入力信号の上位ビットのAD変換を行
って記憶しておく。他方、そのAD変換出力をデジタル
・アナログ変換し、前記入力信号との差分をとり、この
差分を適宜に増幅して下位のエンコーダでAD変換す
る。この場合の下位のエンコーダは上位のエンコーダに
オーバラップする入力振幅レンジの幅を持っている。例
えば、上位エンコーダを6ビット、下位エンコーダを7
ビットとし、12ビットのAD変換出力が得られるよう
にする。
【0004】他方、パラレルサブレンジングAD変換器
は、実願昭60-217247 号に記載されたようなAD変換器
である。図9はその構成図である。レベルシフト増幅器
101 〜104 は、それぞれ電圧の異なるオフセット電
源111 〜114 によりレベルシフトされ、アナログ入
力信号Vinを反転増幅する。これら増幅器の出力は4つ
のAD変換器121 〜124 にそれぞれ入力される。オ
フセット電源電圧を適当に設定することにより入力電圧
レンジを4分割してAD変換することができる。なお、
AD変換する入力信号の幅を決めるリファレンス電圧V
R+,VR-は各AD変換器に共通に供給されている。各A
D変換器は共通に供給されるクロックにより同時にデジ
タル変換動作を行う。これにより、AD変換器121
らは最上位の電圧レベルのAD変換値、AD変換器12
4 からは最下位の電圧レベルのAD変換値がそれぞれ得
られ、またAD変換器122 ,123 ,124 からはそ
れぞれオーバーフロー信号の出力が可能となっている。
このオーバーフロー信号(データ)は上位電圧レベル用
のAD変換器出力に加算される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サブレ
ンジングAD変換器では、エンコーダやデジタル・アナ
ログ変換品、トラックホルダーなどの高価な部品が必要
である欠点があり、パラレルサブレンジングAD変換器
では分解能をnビット増やすのに2n 個のAD変換器が
必要になり、高価になるという問題があった。また、繰
り返し現象に対して分解能を向上させる手段として、従
来よりアベレージ処理がある。これはAD変換器の基準
電圧を微小量変化させるか、または入力信号に微小なデ
ィザー(擾乱信号)を加えてディジタイズを行い、これ
を平均処理することにより分解能の向上を計るものであ
る。しかしながら、このようなアベレージ処理を行うA
D変換器では、アイパターン測定やノイズ測定には適用
できない(測定不可能)という問題があった。
【0006】本発明の目的は、このような点に鑑みてな
されたもので、繰り返し信号に対して電圧レンジを分割
し、分割された各電圧レンジで入力信号をデジタル化
し、数値化されたデータを表示装置上に重ね書きするこ
とにより、使用するAD変換器の分解能以上の測定分解
能を容易に実現できる安価な波形測定装置を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、リファレンス電圧で決まるリファ
レンスレベルのアナログ入力信号をサンプリングクロッ
クに基づくタイミングでデジタル変換するアナログ・デ
ジタル変換器と、オフセット量を加えて前記リファレン
ス電圧を生成するリファレンス電圧発生器と、前記オフ
セット量をランダムに発生する乱数発生器と、前記アナ
ログ・デジタル変換器の出力と前記乱数発生器の出力と
を演算しデータのビット数を増やす加算器と、この加算
器の出力と時間データとを蓄積するデジタルメモリと、
外部からのトリガ信号入力により前記サンプリングクロ
ックを発生すると共に、トリガ入力時点と前記アナログ
・デジタル変換器での変換時点との時間関係に対応した
データを前記時間データとして前記デジタルメモリに与
える時間測定器と、 前記デジタルメモリに蓄積された
データを読み出し、対応する時間データに応じて時間軸
方向に位置補正して波形表示する表示装置を具備したこ
とを特徴とする。
【0008】
【作用】AD変換器でのデジタル変換の際は、アナログ
入力信号(繰り返し信号)に対して電圧レンジを分割し
てデジタル変換が行われる。電圧レンジの分割は乱数発
生器の出力に基づきランダムである。AD変換器の出力
は、電圧レンジ分割時のオフセットが加算されてメモリ
に蓄積される。他方、時間測定器で測定された、トリガ
入力時点とAD変換時点との時間差に応じた時間データ
も前記AD変換データと対になってメモリに蓄積され
る。表示装置での表示の際には、メモリから読み出した
AD変換データを重ね書き方式で表示すると共に、時間
データに基づきAD変換データの時間軸方向の表示位置
を補正する。
【0009】
【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図1は本発明に係る波形測定装置の一実施例を示す
構成図である。図において、1はアナログ入力信号をデ
ジタル変換するAD変換器、2はデジタル加算器、3は
デジタルメモリ、4は表示装置、5は乱数発生器、6は
デジタル・アナログ変換器(以下DA変換器という)、
7はリファレンス電圧発生器、8は時間測定器である。
AD変換器1は時間測定器8より入力されるサンプリン
グクロックに同期して入力信号Ainをデジタル変換す
る。変換はリファレンス電圧で決まるレンジ幅にある入
力がAD変換される。リファレンス電圧発生器7は、D
A変換器6の出力を基にリファレンス電圧VR+,V
R-(一定幅のリファレンスレベル)に対してオフセット
を加えて出力する。乱数発生器5のは前記オフセットと
してランダムなデジタルパターンを発生するものであ
り、時間測定器8からの制御により所定の間隔でランダ
ムデータを出力する。この出力データはDA変換器6と
デジタル加算器2にそれぞれ与えられる。
【0010】デジタル加算器2はAD変換器1の出力に
乱数発生器5からの出力値を加算し、その加算データは
時間測定器8からの時間データと対になってデジタルメ
モリ3に蓄積される。表示装置4は、デジタルメモリ3
に記憶されたデータを読み出し、時間データに応じて時
間軸方向に位置補正して表示することにより、元のアナ
ログ波形(入力信号Ainの波形)を再生表示する機能を
持っている。時間測定器8は、外部からトリガ信号が入
力されるとサンプリングクロックの発生を開始すると共
に、元の入力波形を再構成するためにトリガ入力時点と
AD変換器でのサンプリングタイミングとの時間の差に
対応した前記時間データを出力する。
【0011】このような構成における動作を次に説明す
る。ここでは、6ビットのAD変換器を使用して8ビッ
トの分解能を得る場合を例にとって説明する。また、A
D変換器1のリファレンス電圧VR+,VR-の幅(VR+
R-)は定数であり、ここではその値をアナログ入力信
号のフルレンジに対して1/4とする。トリガ信号が入
力されると時間測定器8から一定周期のサンプリングク
ロックの送出が始まり、AD変換器1はこのサンプリン
グクロックに同期してアナログ入力信号Ainをデジタル
変換する。ただし、AD変換器1に与えられるリファレ
ンス電圧VR+,VR-には、乱数発生器5により発生した
ランダムなオフセットが重畳されているが、AD変換器
1の6ビット構成の出力値はこのオフセット分を含んで
いない。そこで、加算器2において、6ビット構成のA
D変換器出力に8ビット構成のオフセット量を加算し
て、8ビットの加算結果を得る。この加算結果の分解能
(これを測定分解能という)はAD変換器1が本来有す
る分解能よりも高い分解能となっている。このようにし
て得られたデータは、時間測定器8から出力される時間
データ(トリガ入力時点からAD変換器でサンプリング
した時点までの時間)と対になってデジタルメモリ3に
蓄積される。
【0012】時間測定器8からサンプリングクロックが
出力されるたびに上記動作を繰り返し、アナログ入力信
号Ainのサンプリング波形がメモリ3に格納される。表
示装置4ではメモリ3のデータを読出して画面に表示す
る。図2はメモリ3に蓄積した波形データB1 〜B
表示画面に表示された波形の関係を示す図である。波形
データB1 〜Bは、複数サンプルごとにリファレンス
レベルに加えるオフセットを切り替えてデジタル変換し
た場合の波形データであり、点線内がAD変換のフルレ
ンジである。オフセットについてはB1 が大きく、B
が小さい。なお、オフセットはAD変換ごとに切り替え
るようにしてもよい。
【0013】表示装置4でこれらの波形データを画面表
示する場合には、まずこれら波形データB1 〜Bを重
ね書きする。なお、重ね書きに際しては、時間測定器8
で求めた時間データに応じて、波形データの時間軸方向
の位置を補正して表示する。他方、オーバーレンジした
もの(点線上に位置するデータ)は表示しないようにす
る。図3は重ね書きの様子を説明するための図である。
最初にB1 ,B2 ,B 3 の3つの波形を表示した段階で
は同図(a)に示すように各波形がばらばらに表示され
分断された波形である。更にB4 ,B5 およびB6 ,B
7 ,B8 が順次表示されて行くと同図(b)に示すよう
に(図は重ね書き表示であることが分かるような表わし
方で示してある)波形は連続的に示されるようになり、
まで表示すると同図cのように元のアナログ入力信
号波形を画面上に再現することができる。
【0014】なお、実施例では乱数発生器を用いてオフ
セットデータをランダムに発生しているが、これに限ら
ず、オフセット値を予めROM(リード・オンリー・メ
モリ)にテーブル化して用意しておき、これを呼び出し
て使用するようにしてもよい。 また、リファレンスレ
ベルの値(VR+,VR-)は、アナログ入力のフルレンジ
に対して4分割した値に限定されるものではない。
【0015】図4および図5は波形の再現についての説
明図である。図4は入力が矩形波状の信号の場合であ
る。同図(a)に示すような入力信号に対し、電圧レン
ジ1,2,3,4の順に、点線枠で示す範囲でAD変換
していった場合(ただし、サンプリングレートに対して
パルスの立ち上がりが十分速いものとする)には、同図
(b)に示すように表示画面には全く波形が描かれな
い。しかし、本発明のように電圧レンジをランダムに分
割すれば、同図(c)に示すように入力波形によく対応
した波形を再現することができる(サンプリングレート
に対してパルスの立ち上がりが十分速い場合は点線で示
した縦の線は表示されない)。図5は入力が、同図
(a)に示すように、ある周期でパルス数が1個から4
個まで増加すると共に、さらにこれが繰り返されるよう
な入力に対して、図示のように電圧レンジを1,2,
3,4と順次切り換えてAD変換した場合には、同図
(b)に示すような再現性の悪い波形しか得られない
か、本発明によれば同図(c)に示すような再現性の良
い波形が得られる。また、本発明は波形同士で演算し分
解能を高くしているのではないので、図6に示すように
アイパターン表示が可能である。従来のようなアベレー
ジング処理の場合には意味のない測定結果(信号がなく
なる。図6の破線A)が出ることがある。
【0016】また、本発明の方式によれば、入力信号A
inがまったくランダムであるか、あるいはトリガのため
の安定な同期信号が得られない場合でも、高分解能測定
が可能である。例えばランダムノイズや変調信号のエン
ベロープ測定などがそれである。図7はランダムノイズ
測定の場合の表示画面、図8は変調波でトリガをかけた
時のエンベロープ測定の場合の表示画面である。
【0017】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば次のような効果がある。 AD変換器は低分解能でよく、またDA変換器はシス
テムとして必要な速度さえあればAD変換器よりも低速
でよいため、安価な部品で高分解能な波形測定器を実現
できる。 レンジをランダムに分割するため、レンジのつなぎ目
における非定常信号やノイズの不自然な表示が回避でき
る。 波形同士で演算して分解能を高くしているのではない
ため、アイパターン表示が可能である。 測定する信号がまったくランダムか、トリガのための
安定な同期信号が得られない場合でも、その信号の平均
電圧やエンベロープ等を高分解能で測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る波形観測装置の一実施例を示す構
成図である。
【図2】図1の動作を説明するための波形図である。
【図3】波形表示の様子を説明するための説明図であ
る。
【図4】矩形状波形の場合の波形表示について説明する
ための説明図である。
【図5】パルス波の場合の波形表示について説明するた
めの説明図である。
【図6】アイパターン表示の一例を示す図である。
【図7】ランダムノイズ測定の場合の表示波形の一例を
示す図である。
【図8】変調波でトリガをかけた時のエンベロープ測定
の場合の表示波形の一例を示す図である。
【図9】従来のパラレルサブレンジングAD変換器の構
成図である。
【符号の説明】
1 AD変換器 2 加算器 3 デジタルメモリ 4 表示装置 5 乱数発生器 6 DA変換器 7 リファレンス電圧発生器 8 時間測定器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リファレンス電圧で決まるリファレンスレ
    ベルのアナログ入力信号をサンプリングクロックに基づ
    くタイミングでデジタル変換するアナログ・デジタル変
    換器と、 オフセット量を加えて前記リファレンス電圧を生成する
    リファレンス電圧発生器と、 前記オフセット量をランダムに発生する乱数発生器と、 前記アナログ・デジタル変換器の出力と前記乱数発生器
    の出力とを演算しデータのビット数を増やす加算器と、 この加算器の出力と時間データとを蓄積するデジタルメ
    モリと、 外部からのトリガ信号入力により前記サンプリングクロ
    ックを発生すると共に、トリガ入力時点と前記アナログ
    ・デジタル変換器での変換時点との時間関係に対応した
    データを前記時間データとして前記デジタルメモリに与
    える時間測定器と、 前記デジタルメモリに蓄積された
    データを読み出し、対応する時間データに応じて時間軸
    方向に位置補正して波形表示する表示装置を具備し、ア
    ナログ・デジタル変換器の分解能以上の測定分解能でア
    ナログ入力信号のデジタル変換を可能にすると共に、重
    ね書き方式で表示装置上に前記アナログ入力信号波形を
    再構成できるようにしたことを特徴とする波形測定装
    置。
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