CN101526559A - 用于无死区时间采集系统的预触发和后触发采集 - Google Patents

Abstract

无死区时间采集系统的预触发和后触发采集，其中被显示的数据不包括相关的触发事件，具有可变记录长度缓冲器且所述缓冲器具有等于最大期望预触发间隔的最大记录长度，还具有用于延迟相关触发事件的触发FIFO和计时器。缓冲器的记录长度由所期望的预触发间隔确定，并且快速光栅化器存取包括所期望的预触发数据的最旧数据。在快速光栅化器绘制包括所期望的后触发数据的波形数据之前，触发信号中的第一个触发事件可被延迟所期望的后触发间隔。

Description

用于无死区时间采集系统的预触发和后触发采集

技术领域

本发明涉及一种用于数字示波器的采集系统(acquisition system)，并且特别涉及一种无死区时间(dead time)的采集系统。

背景技术

测量仪器(例如示波器)的“死区时间”，是指这样的时间段，在该时间段内由于示波器忙于执行其它任务而不能处理可能发生(occur)的触发事件，导致数据采集电路不能响应于有效触发事件。因此，由于错过有效触发事件，表示被监控的电信号(electrical signal)的波形将不会被显示。例如在模拟示波器中，死区时间发生在阴极射线管上的电子束回扫时间内。在数字示波器中，死区时间经常发生在仪器忙于从与在先采集相关联的采集存储器中读取数据时，或者在忙于绘制采集的处理的数据以产生用于显示的波形图时。

被测电路往往以比标准数字示波器能显示相应波形要远为快速的速率来运行(operate)。事实上，典型的数字示波器“忽略(ignore)”大多数的触发事件，这是因为响应于前面的触发事件，它正忙于处理和绘制与采集的数据相关的波形。不幸的事实是，这种被测的电子电路偶尔会以一种预料不到的方式工作。被测电路不正确运行的发生很罕见，也许在数千次正确的运行周期内才发生一次。从而，因为示波器可能在异常发生时刻处于忙的状态，所以示波器将不能获得表示这样的波形的数据，该波形显示被测电路的不正确运行(即，异常)。示波器用户可能需要等待很长时间以查看不正确运行。由于在示波器显示器上仅仅绘制出小片断的波形，所以没有观察到不正确运行并不能让用户确信被测电路在适当地工作。

基本的数字示波器具有接收数据并将数据储存到采集存储器中的体系结构，并且随后在定义的后触发间隔(post-trigger interval)后由触发事件停止采集。接着在再次启用采集系统以响应于新的触发事件之前，采集到的数据被从采集存储器中读出以进行处理和在显示器上绘制波形。

共同未决的申请序号为No.11/388,428的、由Steven Sullivan等在2006年3月24日提交的标题为“无死区时间数据采集(No Dead Time Data Acquisition)”的美国专利申请(此处引入合并作为参考)，其试图启用该采集以便对表示所有触发事件的数据进行显示。测量仪器接收表示被监控电信号的数字化信号，并且使用快速数字触发电路来产生触发信号，其中触发信号包括数字化信号中的所有触发事件。数字化信号被按照期望压缩并由先进先出(FIFO)缓冲器延迟一段时间(预触发延迟(pre-trigger delay))以确保在触发信号中的第一触发事件之前有预定量的数据。第一触发事件发生时，来自FIFO的被延迟的数字化信号被输送给快速光栅化器(fast rasterizer)或绘图引擎(drawing engine)以产生波形图。接着波形图被供给显示缓冲器以和在先的波形图和/或来自其它绘图引擎的其他图形输入相组合(combination)。显示缓冲器中的内容被按照显示刷新速率(display update rate)提供在屏幕上，以显示表示电信号的所有波形图的复合(composite)。

对于测量仪器的每个输入通道来说，可能会用到两个或者更多的绘图引擎以产生两个或更多的波形图，在显示窗口中的指定触发位置，每个波形图拥有触发事件中的一个。为了与显示缓冲器中在先的波形图或者来自其他绘图引擎中的图形相组合，组合波形图以形成包含所有触发事件的复合波形图。对于在显示窗口中的特定触发位置来说，指示器(indicator)被提供以显示可能已错失(missed)的触发事件。同样，当没有触发事件时，信号内容的图形仍然被提供用于显示。

上述“无死区时间采集系统”在某些情况用处有限。例如，当缩放(zoom)开启时，缩放窗口可能被移动到不包括缩放窗口中的触发事件的预触发位置，即所期望的显示用数据发生得显著地(appreciably)在触发事件之前，并且从而当触发事件发生以启动快速光栅化器的波形绘制时不在FIFO中。在这种情况下，可能没有任何数据被包含在缩放窗口中用于显示，因为FIFO中的数据已经被重写了。这是因为无死区时间采集系统仅仅采集和处理FIFO中的数字化信号用于显示，这仅仅在触发事件附近发生。

类似地，缩放窗口可移动到同样不包含缩放窗口中的触发事件的后触发位置。也就是说，含有触发事件的绘制波形在所期望的后触发位置发生在输入信号中之前完成，或者波形图的水平位置可能被延迟使得采集被从触发点延迟。在这后两种情况下，由于波形显示是响应于触发事件而产生自FIFO的并且受限制于显示屏大小，所以无死区时间采集系统可能没有数据以产生用于显示的波形。

图1中的显示图100展示了预触发问题的例子。现有技术的图1上部分中，所示波形110表示长记录(record)长度采集的数据信号，在波形110中，触发点通过点指示并且缩放窗口位置被括号(bracket)围住。缩放窗口的内容被显示在显示图100下部分的波形120中。采用如图所示的普通长记录长度采集系统，这种行为(behavior)不会是问题，因为仪器浏览采集后(post-acquisition)波形存储器以提取在缩放窗口中绘制所显示内容所需的数据点。但是，由于使无死区时间采集系统工作与当前技术一起工作的基本折衷(tradeoff)之一是每个采集周期期间采集到的数据被高度压缩，这就限制了需要通过无死区时间采集系统的专用绘图硬件(drawing hardware)来实时处理的数据量。如果由FIFO限定的该非常短的纪录被直接用于仅使用FIFO内的数据来绘制缩放窗口，那么结果将非常令人不满意。例如对于长度在450对点的记录，如果以倍数10,000来对显示进行缩放(the display is zoomed by a factor of 10,000)(这对于现代的长记录长度仪器来说并非不常见)，那么在缩放窗口中可获得的数据点将缺少于1对。无疑，这种情况下没有意义的信息被绘制，因此无死区时间采集系统不能产生显示。

在无死区时间采集系统中不能以全分辨率(full resolution)采集预触发缩放纪录，因为没有方法知道什么时候停止特定的采集周期，即，在触发事件变得可见之前采集系统不会知道去停止采集。换句话说，无死区时间采集系统的预触发期(pre-trigger period)由FIFO的长度限定。

当缩放窗口移动到后触发位置，如图2所示，传统的长记录长度采集系统在停止前简单计数(count off)触发后的更长延迟期(delay period)。但是，这种简单的方法在无死区时间采集系统中是不可行的。图2中的箭头标示出输入信号中的单个触发事件。当第一个触发事件发生时，和该触发相关联的数据是不可获得的，直到由靠近屏幕右边缘的括号指示的时间。采集系统延迟处理该数据直到合适的时间，但是在该延迟期间有5个更多的触发事件被探测到。接着，在处理被延迟的数据期间另外两个触发事件被探测到。如果采集要维持其“无死区时间”的状态，那么这七个触发事件中的每个都有相应的数据需要被识别和处理。

发明内容

据此，本发明提供一种无死区时间采集系统，其允许对输入电信号的预触发和后触发二者进行显示，它的显示还不必包含触发事件。无死区时间采集系统的改进在于采用可变记录长度采集缓冲器替代短长度数据FIFO，可变记录长度采集缓冲器的最大记录长度可等于常规长记录长度采集缓冲器的长度。所期望的预触发间隔确定采集缓冲器的记录长度，使得当第一个触发事件发生时，快速光栅化器存取采集缓冲器中最旧(oldest)的数据，该旧数据包括了所希望的预触发数据而不需要包括所显示的波形中的第一触发事件。另外的改进包括在触发快速光栅化器从而开始用来自于采集缓冲器中的数据绘制波形之前，以所期望的后触发间隔延迟第一个触发事件，产生的后触发数据的显示不必包括第一触发事件。

结合所附权利要求和附图阅读，通过下文的详细描述，本发明的目的、优点和其它新颖性特征显而易见。

附图说明

图1是依据现有技术的屏幕视图的平面图，其显示了采集数据的长数据长度纪录和不包含触发事件的预触发缩放窗口。

图2是依据现有技术的屏幕视图的平面图，其显示了采集数据的长数据长度纪录和不包含感兴趣的触发事件的后触发缩放窗口。

图3是根据本发明的无死区时间采集系统的框图，所述系统允许用于显示的输入信号的预触发和后触发采集二者。

具体实施方式

现在参照图3，被监控的电信号被模数转换器(A/D)12以采样率f_s采样。来自A/D 12的数字化取样输入到数据压缩电路14和快速数字触发电路16。快速数字触发电路16响应于从数字化取样中探测到的触发事件输出触发信号，触发事件由用户通过与控制器20通信的用户接口(U/I)18定义。来自数据压缩电路的压缩后的数字化取样被输入到缓冲器/采集存储器22，缓冲器/采集存储器22比上述共同未决的序号为11/388,428的美国专利申请中提到的FIFO要大。缓冲器22拥有充足的容量来容纳足够的数字化取样以包含相当大数目的预触发和后触发的数字化取样，并且可与常规的长记录长度采集存储器一样大。缓冲器22的输出被输入到一个或多个快速光栅化器24，所述快速光栅化器根据缓冲器输出绘制波形，以用于实时存储在显示缓冲器26中，而不是根据存储的信号记录来后处理(post-process)数据。也就是说，基本上一从压缩电路14获得所期望的数据，快速光栅化器24就对数据进行操作，这受到了通过缓冲存储器22的过程所需要的延迟的影响。来自快速光栅化器24的波形在写入显示缓冲器26前可能被组合(例如通过或门(OR gate)28)。来自其它绘图引擎30中的附加信息(例如图形和字母数字数据)也可在显示缓冲器26中与来自快速光栅化器24的波形相组合以形成复合图。将显示缓冲器26中的复合图按照刷新显示速率被提供给作为屏幕显示器的显示设备32。

来自快速数字触发电路16的触发信号被输入到计时器(timer)34中，所述计时器为触发信号中的每个触发事件提供触发事件时间。触发事件时间被存储在触发先进先出(FIFO)存储器36中。来自触发FIFO 36的触发时间被输入到求和(summing)电路38中，所述求和电路38中还被输入恒定时间增量K(表示所期望的后触发间隔)。触发时间加上FIFO的每个触发事件时间的后触发时间后输入到比较器40，所述比较器40将其与来自计时器34的时间值相比较以产生延迟的触发信号。触发信号和延迟的触发信号都被输入到控制器20中，所述控制器20又控制对缓冲器22和触发FIFO 36以及快速光栅化器24的存取。

正常，显示波形的无死区时间采集系统包括启动触发事件，控制器20控制缓冲存储器22作为短长度FIFO并且如上述‘428申请中描述的那样工作。换句话说，控制器20将输入到缓冲存储器22的最近数据转发给快速光栅化器24，使得所产生的绘制的波形包括屏幕显示器内的触发事件。对于表示预触发数据的绘制波形(其不包括在屏幕显示器内的触发事件)，控制器20响应于触发信号，从缓冲存储器中相当于所期望的预触发间隔的点开始，从缓冲存储器22转发数据到快速光栅化器24。对于表示后触发数据的绘制波形(其不包括在屏幕显示器内的触发事件)，控制器20响应于延迟的触发信号，将输入到缓冲存储器22的最近数据转发到快速光栅化器24。预触发和后触发的间隔二者都由用户通过用户接口18指定。基本上，控制器20依据所期望的预触发延迟设置缓冲器22的记录长度，并且快速光栅化器24针对以下三种情形中的每一种情形来存取相同量的数据以提供表示输入信号的绘制波形，所述三种情形为正常(触发事件在屏内显示器上)、预触发和后触发。仅对于预触发情形而言，缓冲器22的记录长度有必要设置为大于正常无死区时间采集系统FIFO，而其长度是所期望的预触发间隔的函数，多达缓冲器最大记录长度(Only for the pre-triggersituation is the record length of the buffer 22necessarily set to be greater than thenormal no dead time acquisition system FIFO，which length is a function ofthe desiredpre-trigger interval up to the maximum record length ofthe buffer)。无死区时间采集系统的FIFO也可划分自常规长记录长度采集存储器的一部分。

尽管图3中触发FIFO 36和计时器34被显示为无死区时间采集系统中的后触发采集的一实施方式，但是，只要通过快速光栅化器24对用于输入信号的波形的绘制延迟了所期望的后触发间隔，其他具体实施方式形式也是可以的。

因此，通过将FIFO的长度扩展为可变记录长度采集缓冲器并且使能从缓冲器内任何点读出，而同时该缓冲器仍然为预触发采集接收数据以便由快速光栅化器绘制，并且更进一步通过为后触发采集增加触发FIFO和计时器用于延迟触发信号，本发明以一种无死区时间采集系统提供了预触发和后触发数据采集。由于以所期望的分辨率采集预触发和后触发数据，所以与仅仅显示触发信号中的指定触发事件周围的数据相关联的缩放问题得以避免。

Claims (8)

1、一种无死区时间采集系统包括：

用于识别被监控的电信号中所有触发事件以产生触发信号的装置；

用于延迟表示电信号的数字化信号的装置，延迟装置包括具有可变记录长度的缓冲器，用于将所述数字化信号延迟等于所期望的预触发间隔的量，所述所期望的预触发间隔限定该可变记录长度；以及

用于响应于触发信号实时为来自延迟装置的数字化信号绘制波形的装置，使得该波形表示在触发信号中的第一个触发事件之前处于所期望的预触发间隔的电信号。

2、如权利要求1所述的无死区时间采集系统，更进一步包括：

用于将触发信号延迟所期望的后触发间隔以产生延迟的触发信号的装置，使得绘图装置响应于该延迟的触发信号产生表示在触发信号中的第一触发事件后处于所期望的后触发间隔的电信号的波形。

3、一种无死区时间采集系统包括：

用于识别被监控的电信号中所有触发事件以产生触发信号的装置；

用于延迟表示该电信号的数字化信号的装置；

用于响应于触发信号实时为来自延迟装置的数字化信号绘制波形的装置；

用于将触发信号延迟所期望的后触发间隔以产生延迟的触发信号的装置，使得绘图装置响应于延迟的触发信号产生表示在触发信号中的第一触发事件后处于期望的后触发间隔的电信号的波形。

4、如权利要求3所述的无死区时间采集系统，其中

数字化信号延迟装置包括具有可变记录长度的缓冲器，用于将所述数字化信号延迟等于所期望的预触发间隔的量，所述期望的预触发间隔限定可变记录长度，使得所述波形表示在触发信号中的第一个触发事件前处于所期望的预触发间隔的电信号。

5、一种无死区时间采集系统，包括：

触发识别器，用于识别输入信号中的所有触发事件，所述触发识别器将表示输入信号的数字化数据作为输入并且将表示所有触发事件的触发信号作为输出；

缓冲器，用于临时存储一部分数字化数据，所述缓冲器将数字化数据作为输入并具有输出，更进一步具有由所期望的预触发间隔确定的可变记录长度；

快速光栅化器，用于绘制波形图，当由包含在触发信号中的触发事件之一启用时，所述快速光栅化器将来自可变记录长度缓冲器的输出的所述一部分数字化数据作为输入，还将表示包含在缓冲器中的所述一部分数字化数据的波形图作为输出。

6、如权利要求5所述的系统，更进一步包括：

触发延迟电路，用于延迟触发信号，所述触发延迟电路将触发信号作为输入并将延迟的触发信号作为输出，并进一步使延迟间隔等于所期望的后触发延迟，其中通过包含在延迟的触发信号中的触发事件之一来启用快速光栅化器以绘制波形图。

7、一种在无死区时间的情况下采集被监控输入信号的方法，包括以下步骤：

识别输入信号中的所有触发事件以产生触发信号；

延迟表示输入信号的数字化信号，延迟步骤使缓冲器具有由所期望的预触发间隔确定的可变记录长度；以及

响应于触发信号实时为来自延迟步骤的数字化信号绘制波形，使得该波形表示在触发信号中的第一个触发事件前处于所期望的预触发间隔的输入信号。

8、如权利要求7所述的方法，更进一步包括以下步骤：

将触发信号延迟所期望的后触发间隔，以产生延迟的触发信号，使得绘制步骤响应于延迟的触发信号产生表示在触发信号中的第一个触发事件后处于所期望的后触发间隔的输入信号的波形。

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