CN102565484B - 具有精细触发功能的数字示波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有精细触发功能的数字示波器，包括采样存储模块(11)，内插器(12)，显示模块(13)，还包括：计数器(14)，用于对两个采样点数据之间插入的内插数据进行计数，粘滞比较器(15)，用于将采样点数据之间插入的内插数据与一个触发电平信号进行比较，并依据比较结果产生一个触发信号，精细触发控制模块(16)，用于依据触发信号和产生该触发信号时，计数器(14)的计数结果，产生一个精确触发信号，中央控制单元(17)，用于依据精确触发信号，控制显示模块(13)以波形方式显示所述显示数据。本发明在对采样点进行内插处理的同时，即可完成对数字示波器的精细触发控制，能够达到明显降低触发抖动的效果。

Description

具有精细触发功能的数字示波器

技术领域

本发明涉及电变量测试领域，尤其涉及数字示波器领域。

背景技术

数字示波器是一种常用的测量装置，与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器把被测量转换为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后，数字示波器重构波形。数字示波器的最大优点之一是它能够存储波形，随后再做观察。数字示波器分为数字存储示波器、数字荧光示波器和采样示波器。

采样在数字示波器中是非常重要的，采样是为了方便存储、处理或显示，把部分输入信号转变为许多离散电信号的过程。采样与抓拍类似，每一个瞬间图像代表波形上某一时刻的特定点，这些瞬间图像按照时间顺序排列起来，就能够重构输入信号。现在的数字示波器采用两种基本的采样方式：实时采样和等效采样。对于频率范围在示波器最大采样频率一半以下的信号，实时采样是理想的方式，此时，通过一次“扫描”波形，示波器就能获得足够多的点，重构精确的图像。当信号频率超过示波器采样频率的一半时，等效采样可以精确捕获这些信号。为构建重复信号的图像，在每一个重复期内，等效采样只采集少量的信息，波形逐渐累积而成，等效采样通过如此多次采样，把在信号的不同周期中采样得到的数据进行重组，从而重建原始的信号波形。

示波器的触发功能可以在信号的正确点处同步水平扫描，这对表现清晰的信号特性非常重要。触发使重复波形能够在示波器屏幕上稳定显示，实现方法是不断地显示输入信号的相同部分。

因为触发系统和采样系统完全是异步的系统，所以如果不对触发进行专门处理，那么在小时基下就会发现波形在2个采样周期内跳动。为了消除这个情况，就必须获得触发时刻和采样时刻之间的时间间隔T。通常有两种方法来获得这个时间间隔T，一种是间接法，一种是直接法。直接法有两种基本途径，一中是用高速的时钟对时间间隔T进行测量，二是通过高精度和高稳定的延迟线完成对时间间隔T的测量。间接法的基本思路是将时间间隔T进行放大，放大的方法通常是将这个很短的时间间隔T先转换为一个窄脉冲形式，通过窄脉冲放大电路将这个窄脉冲进行放大，计算放大后的脉冲宽度，根据放大倍数，就可以推出原有窄脉冲的宽度，从而得到这个时间间隔T。获得了时间间隔T之后，就可以调整波形位置，将抖动限制在测量精度上，测量精度越高抖动范围越小。

现有技术虽然都可以获得时间间隔T，但是都有不足之处，使用直接法需要高精度的测量时钟或延迟线，这部分的高速电路需要额外的电路板面积和费用。使用间接法需要对时间间隔T进行放大，也就是测量时间必然也要增大，从而增大了死区时间。且触发抖动至少是2倍测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，避免使用直接法中高速时钟和高精度及高稳定的延迟线，也避免使用间接法导致增大死区时间，提供一种能够明显降低抖动的具有精细触发功能的数字示波器。

所述具有精细触发功能的数字示波器，包括一个采样存储模块，用于保存多个采样点数据、一个内插器，用于读取所述采样存储模块保存的采样点数据，并通过在所述采样点数据之间插入内插数据，产生显示数据、一个显示模块，用于依据所述显示数据显示波形，还包括：一个计数器，用于对两个所述采样点数据之间插入的内插数据进行计数，一个粘滞比较器，用于将所述采样点数据之间插入的内插数据与一个触发电平信号进行比较，并依据比较结果产生一个触发信号，一个精细触发控制模块，用于依据所述触发信号和产生该触发信号时，所述计数器的计数结果，产生一个精确触发信号，一个中央控制单元，用于依据所述精确触发信号，控制所述的显示模块以波形方式显示所述显示数据。

所述内插器在读取到一个采样点数据时，所述计数器开始计数。

所述内插器在读取到一个采样点数据时产生一个标志位信号，所述计数器依据所述标志位信号开始计数。

所述精确触发信号是产生所述触发信号时，所述计数器的计数结果。

所述内插器依照正弦函数规律在所述采样点数据之间插入内插数据。

所述中央控制单元用于依据所述精确触发信号，从所述显示数据中选取一段数据作为新的显示数据，并控制所述的显示模块以波形方式显示所述新的显示数据。

所述中央控制单元依据所述计数器的计数结果，将所述显示数据舍去与计数结果相同数量的显示数据后，控制所述显示模块以波形方式显示剩余的显示数据。

所述精细触发控制单元采用FPGA器件构成。

本发明至少具有如下有益效果：

1、避免了使用直接法中高速时钟和高精度及高稳定的延迟线，也避免了使用间接法导致增大死区时间，这就节省了外部的模拟放大电路或高精度测量电路。节省了电路板空间，节约了成本。

2、在对采样点进行内插处理的同时，即可完成对数字示波器的精细触发控制，这种精细触发控制能够明显降低触发抖动，使触发抖动降低为半个显示内插精度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的电路结构图1

图2是本发明一个实施例的内插波形示意图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

参照图1，电路结构图1包括采样存储模块11，保存数字示波器中ADC采样来的多个采样点数据；内插器12，读取采样存储模块11保存的采样点数据，并在所述采样点数据之间插入内插数据，产生显示数据；数字示波器获取被显示波形的离散样值，但是，如果信号只是由各点表示，则很难观察，特别是信号的高频部分，获取的点很少，更增加了观察的难度。为增加信号的可视性，数字示波器一般都使用插值法显示模式。简单地说，插值法“连接各采样点”，即使信号在一个周期内仅采样几次，也能有精确的显示。对于利用插值法的采样，示波器在单程内只收集很少量的采样点，在间隙处利用插值法进行填充。插值法是利用一些点推算出整个波形样子的处理方法。线性插值法在相邻样点处直接连接上直线。这种方法局限于重建直边缘的信号，比如方波。sinx/x插值法利用曲线来连接样点，通用性更强。Sinx/x插值法利用数学处理，在实际样点间隔中运算出结果。这种插值法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通形状。当采样速率是系统带宽的3到5倍时，sinx/x插值法是建议的插值法。作为举例说明，本实施例中采用sinx/x插值法。显示模块13，依据所述显示数据显示波形。

电路结构图1还包括：计数器14，对两个所述采样点数据之间插入的内插数据进行计数，计数器14在内插器12读取到一个采样点数据时，开始计数。作为举例说明，内插器12在读取到一个采样点数据时会产生一个标志位信号，计数器14依据所述标志位信号开始计数。粘滞比较器15，将所述采样点数据之间插入的内插数据与一个触发电平信号进行比较，并依据比较结果产生一个触发信号。这里的触发电平信号是经过中央控制单元17转换过的，转换过程如下：由于示波器的ADC分辨率多为8bit，那么示波器屏幕最下方对应的ADC采样结果为0，最上方对应的采样结果为255。示波器的屏幕在垂直方向上均分为8格，则每个格代表的采样数值范围为256/8＝32。某时刻示波器的垂直单位设置为200mv/格，用户将触发电平设置为400mv，考虑到触发电平的零点在屏幕垂直方向上的中心，那么可以计算得到此时触发电平寄存器的数值为：(400mv/200mv+4)*32-1＝191，400mv/200mv表示触发电平在屏幕上一共2格，+4表示零点距离屏幕最下方4格，那么400mv触发电平在屏幕上距离最下方一共为6格，对应的ADC采样数值为6*32＝192，由于屏幕最下方为0，因此计算结果需要做减一处理。还有精细触发控制模块16，依据所述触发信号和产生该触发信号时，所述计数器的计数结果，产生一个精确触发信号。精确触发信号是产生所述触发信号时，计数器14的计数结果。作为举例说明，所述精细触发控制单元16采用FPGA器件构成。

参照图2，采样时钟工作在5GHz，则采样点间隔为200ps，此时，触发的分辨率仅为采样点A与采样点B之间的采样周期，如果此刻在某时基下屏幕像素点之间的时间间隔为20ps，如果不采用本发明的精细触发方法，触发抖动会很大，而为了显示稳定的波形，相应的触发分辨率也要至少提高到20ps，因此内插器12对采样存储模块11中的采样点数据进行至少10倍内插然后，利用粘滞比较器15将两个相邻采样点例如采样点A与采样点B之间的内插点与上述触发电平信号进行比较，并最终找到击穿触发电平信号的内插点，这里的击穿触发电平信号指的是内插点第一次高于触发电平信号，或者内插点第一次低于触发电平信号，当内插点第一次高于所述触发电平信号，粘滞比较器15将输出一个上升沿，当内插点第一次低于所述触发电平信号，粘滞比较器15则输出一个下降沿；精细触发控制模块16接收到所述上升沿或下降沿，记录下计数器14此刻的计数结果，并将计数结果送给中央控制单元17。作为举例说明，如果击穿触发电平信号发生在两个相邻的内插点之间，粘滞比较器15也会发出一个上升沿或一个下降沿，精细触发控制模块16接收到所述上升沿或下降沿，记录两个相邻的内插点中的第一个内插点。作为举例说明，如果击穿触发电平信号发生在两个相邻的内插点之间，粘滞比较器15也会发出一个上升沿或一个下降沿，精细触发控制模块16接收到所述上升沿或下降沿，记录两个相邻的内插点中的第二个内插点。

图2中采样点A与采样点B之间的第七个内插点第一次高于触发电平信号，粘滞比较器15因此产生一个上升沿，精细触发控制模块16接收到上升沿，记录下计数器14的计数结果，此时的计数结果为7，精细触发控制模块16将计数结果7送给中央控制单元17。中央控制单元17根据计数结果7，将所述显示数据舍去与计数结果相同数量的显示数据后，控制所述显示模块13以波形方式显示剩余的显示数据。具体来说，此次计数结果是7，那么中央控制单元17从采样存储模块11中取数并送入显示模块13时就需要将内插器12输出的前7个数据丢弃；如果下一次精细触发得到的结果为5，那么就在显示之前将内插器12输出的前5个数据丢弃，依次类推。这样就实现了用精细触发的结果对显示数据进行偏移控制，从而使数据在起始点和触发点都精确对齐。

本发明至少具有如下有益效果：

1、避免了使用直接法中高速时钟和高精度及高稳定的延迟线，也避免了使用间接法导致增大死区时间，这就节省了外部的模拟放大电路或高精度测量电路。节省了电路板空间，节约了成本。

2、在对采样点进行内插处理的同时，即可完成对数字示波器的精细触发控制，这种精细触发控制能够明显降低触发抖动，使触发抖动降低为半个显示内插精度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。

Claims (9)

1.一种具有精细触发功能的数字示波器，包括

一个采样存储模块，用于保存多个采样点数据，

一个内插器，用于读取所述采样存储模块保存的采样点数据，并通过在所述采样点数据之间插入内插数据，产生显示数据，

一个显示模块，用于依据所述显示数据显示波形，

其特征在于，

还包括：

一个计数器，用于对两个所述采样点数据之间插入的内插数据进行计数，

一个粘滞比较器，用于将所述两个所述采样点数据之间插入的内插数据与一个触发电平信号进行比较，并依据比较结果产生一个触发信号，

一个精细触发控制模块，用于依据所述触发信号和产生该触发信号时，所述计数器的计数结果，产生一个精确触发信号，

一个中央控制单元，用于依据所述精确触发信号，控制所述的显示模块以波形方式显示所述显示数据。

2.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述内插器在读取到一个采样点数据时，所述计数器开始计数。

3.根据权利要求2所述的示波器，其特征在于，所述内插器在读取到一个采样点数据时产生一个标志位信号，所述计数器依据所述标志位信号开始计数。

4.根据权利要求3所述的示波器，其特征在于，所述精确触发信号是产生所述触发信号时，所述计数器的计数结果。

5.根据权利要求4所述的示波器，其特征在于，所述内插器依照正弦函数规律在所述采样点数据之间插入内插数据。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的示波器，其特征在于，所述中央控制单元用于依据所述精确触发信号，从所述显示数据中选取一段数据作为新的显示数据，并控制所述的显示模块以波形方式显示所述新的显示数据。

7.根据权利要求6所述的示波器，其特征在于，所述中央控制单元依据所述计数器的计数结果，将所述显示数据舍去与计数结果相同数量的显示数据后，控制所述显示模块以波形方式显示剩余的显示数据。

8.根据权利要求6所述的示波器，其特征在于，所述精细触发控制模块采用FPGA器件构成。

9.根据权利要求7所述的示波器，其特征在于，所述精细触发控制模块采用FPGA器件构成。