CN101068264A - Usb测试中的信号采集装置和usb信号测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种USB测试中的信号采集装置和USB信号测试方法。所述装置用于接入到USB信号输出设备和USB信号接收设备之间的USB信号传输通路中，包括触发电路和示波器，触发电路接收USB信号输出设备输出的包含触发信号的待测信号，并自待测信号中检测到所述触发信号后，向示波器输出触发脉冲，示波器在触发脉冲的触发下，对USB信号输出设备输出的待测信号进行采集。相对于现有技术，本发明提出的方案可以实现对USB信号中各种待测信号的采集和电气特性分析。同时本发明通过延时电路对触发电路输出的脉冲进行延时，可以使示波器的采样时刻更加精准。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种USB测试中的信号采集装置；
本发明还涉及一种USB测试中采用信号采集装置的USB信号测试方法。
背景技术
在USB设备的调试和兼容性测试中，可能会遇到由USB信号电气特性不规范引起的数据出错的情形，因此需要对USB设备的输出信号进行电气特性分析。目前主流USB信号采集分析仪器是USB CATC，CATC能把USB串行信号转成并行数据进行分析，它能够指出数据的错误类型，如包格式错误、EOP错误等，但是由于它无法进行数据采样，不能用于观察实际的数据波形，不能作电气特性分析。目前还没有较好的方法对USB信号进行电气特性分析。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明第一目的是提供一种USB测试中的信号采集装置：一种USB测试中的信号采集装置，用于接入到USB信号输出设备和USB信号接收设备之间的USB信号传输通路中，所述USB测试中的信号采集装置包括接入在所述USB信号传输通路中的触发电路和示波器，所述触发电路接收所述USB信号输出设备输出的包含触发信号的待测信号，并自所述待测信号中检测到所述触发信号后，向所述示波器输出触发脉冲，所述示波器在触发脉冲的触发下，对所述USB信号输出设备输出的待测信号进行采集和电气特性分析。
所述触发电路包括串并转换器、比较值预设单元、比较电路和延时电路，
所述串并转换器用于接收所述USB信号输出设备输出的待测信号，并进行串并转换后输出至所述比较电路；
所述比较值预设单元用于存储根据触发信号预先配置的比较值，并将该比较值输出至所述比较电路；
所述比较电路将串并转换后的待测信号与所述比较值进行比较，在比较结果相同时认为检测到触发信号，并在检测到触发信号后产生脉冲信号；
所述延时电路用于根据预设的延时时长将所述脉冲信号进行延时处理，并输出触发脉冲。
所述触发信号的长度为1个字节，所述比较值预设单元为8位拨码开关，所述串并转换器为8位串并转换器；
所述8位串并转换器由非门和8位移位寄存器构成，所述非门用于将输入的待测信号转换成标准的逻辑电平，所述8位移位寄存器用于将所述逻辑电平并行输出为8位二进制数据。
所述触发电路还包括通信接口和处理器，所述处理器用于将用户配置的比较值通过所述通信接口输出到所述比较值预设单元存储，所述处理器还用于将用户配置的延时时长通过所述通信接口输出到所述延时电路，所述延时电路根据该延时时长将接收到脉冲信号后进行延时处理并输出延时触发脉冲。
所述比较值预设单元采用现场可编程门阵列(FPGA)。
本发明的第二目的是提供一种USB信号测试方法：所述USB测试中的信号采集装置的USB信号测试方法，实现该方法包括如下步骤：
步骤一，预先在待测信号中设定触发信号，并预先设定示波器的信号采集方式；
步骤二，USB信号输出设备输出包含触发信号的待测信号；
步骤三，触发电路接收所述待测信号，检测其中的触发信号，并在检测到触发信号后，输出触发脉冲；
步骤四，示波器在触发脉冲的触发下，对USB信号输出设备输出的待测信号进行信号采集和电气特性分析。
所述步骤一中，将待测信号之前的具有标志性的、且较少重复的数据信号作为触发信号，或者在待测信号之前增加预定的数据作为触发信号；所述触发信号的长度为1个字节；
并且，所述步骤一中也预先根据触发信号，为触发电路配置比较值，所述比较值与触发信号相同。
所述步骤一中预先设定示波器的信号采集方式为将示波器设定为电平触发，单序列采集方式。
所述步骤三中，所述触发电路根据比较值，检测所接收到的待测信号中是否有与比较值相同的数据，如果相同，则表明已检测到触发信号，则产生相应的脉冲信号，并将该脉冲信号根据预设的延时时长进行延时处理后，作为延时触发脉冲输出。
所述延时时长等于触发信号与待测信号的时间间隔减去触发电路造成的延时的差值。
本发明的有益效果：
在上述技术方案中，本发明通过在待测信号中设定触发信号，并通过触发电路获取该触发信号，从而产生触发脉冲，使示波器可以准确的开始采集待测信号，实现了利用示波器对USB信号进行电气特性分析的功能。另外，由于触发信号是根据待测信号而设定的，因此本发明的方案可以实现对USB信号中各种待测信号的采集和电气特性分析。进一步的，本发明通过延时电路对触发电路输出的脉冲进行延时，可以使示波器的采样时刻更加精准。
附图说明
图1为本发明USB测试中的信号采集装置的第一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例1中触发信号经过延时得到需要采集的数据的示意图；
图3为本发明USB测试中的信号采集装置的第二较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明的试图解决的技术问题是，希望实现建立在USB协议基础上的USB信号电气特性分析。
但是显然现有的支持USB协议的USB信号分析设备都不能够实现这个目的。
经过对多种信号测试分析仪器的分析，发明人发现示波器能够用于显示信号的数据波形，可以进行信号的电气特性分析。但是由于示波器的触发方式比较单一，往往使用边沿触发。而USB信号本身是串行信号，对它的分析实际建立在将这些串行信号转成并行数据之后，且不同的数据表示不同的意义，示波器因为不支持USB协议而难以分辨这些数据的不同意义，也即难以获得准确的触发脉冲。这样就使得很难直接使用普通的示波器去采样USB信号，并做对USB信号的电气特性分析。
基于上述示波器进行信号采集和分析原理的解析，本发明的实质是，为示波器提供准确的触发脉冲，使之能够在触发脉冲的触发下，对USB信号进行采集，而实现对USB信号的电气特性分析。
下面结合附图，对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下面的实施例。
实施例1：
参考图1，本实施例提供一种USB测试中的信号采集装置，该信号采集装置接入到USB信号输出设备和USB信号接收设备之间的USB信号传输通路中。本实施例中，所述USB信号输出设备可以为任意可以输出符合USB协议的数据信号的设备，如U盘、具有USB接口的MP3播放器等。所述USB信号接收设备为可根据USB协议接收USB数据信号的设备，如具有USB接口的主机等。
所述信号采集装置由触发电路和示波器构成。
其中，所述触发电路包括串并转换器、比较值预设单元、比较电路和延时电路，
所述串并转换器用于接收所述USB信号输出设备输出的包含触发信号的待测信号，并进行串并转换后输出至所述比较电路；
所述比较值预设单元用于存储预先根据所述触发信号配置的比较值，并将比较值提供给所述比较电路；
所述比较电路用于根据所述比较值，从串并转换后的待测信号中检测所述触发信号，并在检测到触发信号后产生触发脉冲信号；
所述延时电路用于根据预设的延时时长将所述脉冲信号进行延时处理，并输出延时触发脉冲。
作为一种较佳的实施方式，所述触发信号可以采用8位二进制数据，即1个字节。则将所述串并转换器也采用8位串并转换器。
所述8位串并转换器可以由非门和8位移位寄存器构成，所述待测信号串行输入时，首先通过非门转换成标准的逻辑电平，然后通过移位寄存器并行输出8位二进制数据。并且可以使移位寄存器输出的每组数据保持一个USB比特周期，全速信号为83ns，高速信号为2ns。
作为一种较佳的实施方式，所述比较值预设单元可以采用8位拨码开关，预先根据设定的触发信号，将8位拨码开关设置成与触发信号相等的8位二进制数据，从而获得比较值。
本实施例同时提供一种采用所述信号采集装置进行USB信号测试的方法，包括如下步骤：
步骤A、系统预先配置。
所述系统预先配置的过程包括预先设定触发信号，根据触发信号为触发电路设定比较值，为延时电路设定延时时长，设置示波器的信号采集方式等。
下面予以分别说明：
1)预先在待测信号中设定触发信号；
在本实施例中，可以预先选定USB信号中待测信号之前的具有标志性的、且较少重复的数据信号作为触发信号。如当需要对EOP信号(包结束信号)进行检测时，则将EOP信号作为待测信号，在USB设备输出端选择待发送的USB信号中，EOP信号前的一些具有标志性的且较少重复的数据信号，如可以采用PID信号(包标识信号)等，作为触发信号。
本实施例中，也可以在USB信号中，EOP信号之前增加预先设置的某个特定数据，如“11110000”等二进制数，作为触发信号。
所述触发信号的长度可以根据需要设定。但是本实施例中，考虑到USB系统不断传输大量的数据，若触发信号长度太小，误触发率将会增加；反之，则会增加电路实现的困难。因此设定触发信号为8位二进制码，也就是1个字节。
2)根据所述触发信号预先为触发电路配置比较值；
本实施例中，是将8位拨码开关设置成与触发信号相等的8位二进制数据，从而获得比较值。
3)预先设定示波器的信号采集方式；
本实施例中，将示波器设定为电平触发，单序列采集方式，并调整时基(秒/格)。
4)预先为所述延时电路设定延时时长；
本实施例中，所述延时时长等于触发信号与待测信号的时间间隔减去触发电路造成的延时所得的差值。通过延时可以使示波器的采样时刻更准确。
在多数情况下，由于触发电路造成的延时比较小，因此计算时可以忽略不计。
步骤B，USB信号输出设备输出包含触发信号的待测信号；
步骤C，触发电路接收所述待测信号，检测其中的触发信号，并在检测到触发信号后，输出触发脉冲；
本实施例中，所述触发电路通过8位串并转换器将接收到的待测信号转换成并行输出至比较电路的8位二进制数据，所述比较电路根据来自8位拨码开关的比较值，将当前接收到的每个8位二进制数据与比较值相比较，当比较结果为相同时，比较电路认为已检测到待测信号中所包含的触发信号，因此输出一个脉冲信号。所述延时电路接收该脉冲信号，并根据所述延时时长，将该脉冲信号作延时处理，然后输出延时后的触发脉冲。
步骤D，示波器在触发脉冲的触发下，对USB信号输出设备输出的待测信号进行信号采集。
下面以USB信号中的EOP信号(包结束信号)为例，详细说明上述USB测试中的信号采集过程。
EOP信号的质量对USB数据的正常传送有很大影响。在USB1.1协议中，EOP信号特征是两个比特周期的单端0状态之后跟一个比特周期的空闲状态，假设要测量EOP信号是否满足电气特性规范，就可以使USB信号输出设备给USB信号接收设备发送的USB数据中，在待测信号(即EOP信号)之前包含1个字节的“00010100”触发信号。并且用拨码开关设定8位二进制数据“00010100”。在将触发信号插入到待测信号之前时，可以根据需要，使触发信号与待测信号之间保持一定的时间间隔。因为可以使每个字节保持1个USB比特周期，因此可以使触发信号与待测信号之间保持3个字节的时间间隔，假定当前的USB信号为全速信号，1个USB比特周期为83ns，则3个字节的时间间隔为：0.083*3*8＝2μs，并且忽略触发电路造成的延时，则设定延时时长为2μs，即认为触发信号出现2μs后EOP信号出现。那么比较电路在检测到触发信号出现后，延时电路将延时2μs，输出触发脉冲。示波器接收到该触发脉冲则被触发，其以单序列采集方式可以准确采集到EOP信号，然后利用示波器的测量功能，可以测出信号的幅度和时间长度，进而判断EOP信号是否规范。图2中，左边的信号即为8位触发信号的波形，右边的信号即为延时后触发示波器，示波器所采集到的数据波形。
本领域内技术人员应当能够得知，本实施例还可以更改为使触发信号包含多个8位二进制数据，如在EOP信号之前插入5个字节的“00010100”，可预先设定第二个字节的数据引起触发，则从第三个字节开始为延时，则延时电路在第5个字节出现后触发示波器开始采集EOP信号。这种实施方式可以降低误触发率，使比较的结果更准确。
实施例2：
参考图3，本实施例与实施例1所不同的是，所述信号采集装置的触发电路还包括通信接口和处理器。处理器和通信接口连接，通信接口分别和比较值预设单元、延时电路连接。所述处理器用于将用户配置的比较值通过所述通信接口输出到所述比较值预设单元存储，所述处理器还用于将用户配置的延时时长通过所述通信接口输出到所述延时电路，所述延时电路根据该延时时长将接收到的脉冲信号进行延时处理。
作为一种较佳实施方式，所述比较值预设单元可以采用现场可编程门阵列(FPGA)实现。
本实施例相对实施例1，由于采用处理器和通信接口，可以使用于通过通信接口控制信号采集装置的工作方式，并对信号采集装置进行更灵活的配置。
以上对本发明所提供的一种USB测试中的信号采集方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，由上述实施例可以看出，本发明根据示波器的特性以及USB信号的特性，采用触发电路以及触发信号，准确确定示波器被触发的时刻，从而使示波器能够精确采集到USB信号中的待测信号，而进行USB信号的电气特性分析。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1、一种USB测试中的信号采集装置，用于接入到USB信号输出设备和USB信号接收设备之间的USB信号传输通路中，其特征在于：包括接入在所述USB信号传输通路中的触发电路和示波器，所述触发电路接收所述USB信号输出设备输出的包含触发信号的待测信号，并自所述待测信号中检测到所述触发信号后，向所述示波器输出触发脉冲，所述示波器在触发脉冲的触发下，对所述USB信号输出设备输出的待测信号进行采集和电气特性分析。
2、如权利要求1所述装置，其特征在于：所述触发电路包括串并转换器、比较值预设单元、比较电路和延时电路，
所述串并转换器用于接收所述USB信号输出设备输出的待测信号，并进行串并转换后输出至所述比较电路；
所述比较值预设单元用于存储根据触发信号预先配置的比较值，并将该比较值输出至所述比较电路；
所述比较电路将串并转换后的待测信号与所述比较值进行比较，在比较结果相同时认为检测到触发信号，并在检测到触发信号后产生脉冲信号；
所述延时电路用于根据预设的延时时长将所述脉冲信号进行延时处理，并输出触发脉冲。
3、如权利要求2所述装置，其特征在于：所述触发信号的长度为1个字节，所述比较值预设单元为8位拨码开关，所述串并转换器为8位串并转换器；
所述8位串并转换器由非门和8位移位寄存器构成，所述非门用于将输入的待测信号转换成标准的逻辑电平，所述8位移位寄存器用于将所述逻辑电平并行输出为8位二进制数据。
4、如权利要求2所述装置，其特征在于：所述触发电路还包括通信接口和处理器，所述处理器用于将用户配置的比较值通过所述通信接口输出到所述比较值预设单元存储，所述处理器还用于将用户配置的延时时长通过所述通信接口输出到所述延时电路，所述延时电路根据该延时时长将接收到的脉冲信号进行延时处理。
5、如权利要求4所述装置，其特征在于：所述比较值预设单元采用现场可编程逻辑门阵列FPGA。
6、一种采用如权利要求1所述USB测试中的信号采集装置的USB信号测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，预先在待测信号中设定触发信号，并预先设定示波器的信号采集方式；
步骤二，USB信号输出设备输出包含触发信号的待测信号；
步骤三，触发电路接收所述待测信号，检测其中的触发信号，并在检测到触发信号后，输出触发脉冲；
步骤四，示波器在触发脉冲的触发下，对USB信号输出设备输出的待测信号进行信号采集和电气特性分析。
7、如权利要求6所述方法，其特征在于：所述步骤一中，将待测信号之前的预先选定的数据信号作为触发信号，或者将在待测信号之前增加预先设置的数据作为触发信号；所述触发信号的长度为1个字节；
并且，所述步骤一中也预先根据触发信号，为触发电路配置比较值，所述比较值与触发信号相同。
8、如权利要求6所述方法，其特征在于：所述步骤一中预先设定示波器的信号采集方式为电平触发，单序列采集方式。
9、如权利要求6、7或8所述方法，其特征在于：所述步骤三中，所述触发电路根据所述比较值，检测所接收到的待测信号中是否有与比较值相同的数据，如果相同，则表明已检测到触发信号，则产生相应的脉冲信号，并将该脉冲信号根据预设的延时时长进行延时处理后，作为触发脉冲输出。
10、如权利要求9所述方法，其特征在于：所述延时时长等于触发信号与待测信号的时间间隔减去触发电路造成的延时的差值。
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