CN103018513A - 一种具有视频触发功能的示波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有视频触发功能的示波器，包括：数据采样单元，用于依据采样时钟对被测信号进行数字采样，获得采样数据；内触发单元，用于对采样数据进行预处理，产生内触发信号；触发控制单元，用于依据内触发信号，产生触发控制信号；采样存储单元，用于依据触发控制信号对采样数据进行存储，产生波形显示数据；视频解码单元，用于对内触发信号进行视频解码，产生视频触发信号；触发控制单元还用于对视频触发信号执行数字化采样操作，并依据该数字化采样的结果产生触发控制信号。本发明通过对视频触发信号执行数字化采样操作实现了视频触发功能，且视频触发由数字部分完成，实现了全数字视频触发功能。

Description

一种具有视频触发功能的示波器

技术领域

本发明涉及测试测量技术领域，特别是涉及一种具有视频触发功能的示波器。

背景技术

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把人眼看不见的电信号转换成人眼可见的波形图像，便于人们研究各种电信号的变化过程。传统的模拟示波器采用模拟电路(示波管)，其电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束，并打到内表面涂有荧光物质的屏幕上，这样电子束打中的点就会发出光，从而描绘出波形曲线。数字存储示波器(Digital Storageoscilloscopes，DSO)，简称数字示波器，是通过模数转换器把被测量信号转换为数字信息并进行存储，并利用存储的数据重建波形信号并在示波器的屏幕上进行显示。

触发是示波器的核心功能之一，目前的数字示波器大多采用数字触发，触发信号的处理以及触发方式的扩展可以由数字部分完成。在现有技术中，已经公开的具有数字触发功能的示波器有多种。

例如，中国专利CN200780010628.8“无死区时间数据获取”，公开了一种具有数字触发功能的数字示波器。参照图1(a)，数字示波器100的数据采样单元101对被测信号a进行数据采样，获得数字化的采样数据b；数字触发单元102依据采样数据b产生一个触发控制信号f；采样存储单元103依据触发控制信号f对采样数据b进行存储，产生波形显示数据g，以供波形显示单元104进行波形显示。

通常的，获得采样数据之后、产生触发控制信号之前，还会对采样数据进行预处理操作。例如，美国专利US7072804“Digital trigger filter for a real timedigital oscilloscope(用于数字示波器的数字触发滤波器)”，公开了一种具有数字触发功能的数字示波器，参考图1(b)，该示波器100除了具有数据采样单元101、触发控制单元102、采样存储单元103和波形显示单元104之外，还具有一个内触发单元105，即数字滤波器，连接在数据采样单元101和触发控制单元102之间，用于对采样数据b进行滤波操作，该滤波操即属于预处理操作中的一种，它产生一个内触发信号c；触发控制单元102依据内触发信号c产生触发控制信号f。所述滤波操作可以包括AC、DC、HF-R(高频抑制)和LF-R(低频抑制)等，用以去除采样数据b中的某些频率成分，从而使触发控制单元102的触发功能更加稳定，以保证在波形显示单元104得到稳定触发的波形。

现有技术公开的依据内触发信号c产生触发控制信号f的触发类型为通道触发，当被测信号a为视频信号时，还对应有一种触发类型，称之为视频触发，例如，中国专利CN200920109870.7，公开了一种具有视频触发功能的数字示波器。参照图2，数字示波器200的数据采样单元201对被测信号a进行采样，获得采样数据b；触发单元202包括一个模拟比较器，用于对被测信号a进行电平比较处理，产生比较结果d；当用户选择非视频触发时，控制单元203依据比较结果d产生一个触发控制信号f，用于对采样数据b的存储控制；当用户选择视频触发时，视频信号分离器204对比较结果d进行分离操作，产生视频触发信号e，视频触发信号e包括行同步信号、场同步信号和奇偶场同步信号，之后，触发控制单元203依据视频触发信号e产生一个触发控制信号f，用于对采样数据b的存储控制。

现有的视频触发功能需要由模拟比较器实现，由于模拟器件具有一定的离散性，因此会给触发系统带来随机的精度误差，需要在数字部分增加校准进行调整和平衡，无形之中降低了触发的工作效率，更加剧了数字部分的设计和调试复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有视频触发功能的示波器，能够实现全数字触发功能。

为了解决上述问题，本发明公开了一种具有视频触发功能的示波器，包括：

一个数据采样单元，用于依据一个采样时钟对被测信号进行数字采样，获得采样数据；

一个内触发单元，用于对所述采样数据进行预处理，产生内触发信号；

一个触发控制单元，用于依据所述内触发信号，产生一个触发控制信号；

一个采样存储单元，用于依据所述触发控制信号对所述采样数据进行存储，产生用于波形显示的波形显示数据；

一个视频解码单元，用于对所述内触发信号进行视频解码，产生视频触发信号；

所述触发控制单元还用于对所述视频触发信号执行数字化采样操作，并依据该数字化采样的结果，产生所述触发控制信号。

本发明通过对视频触发信号执行数字化采样操作实现了视频触发功能，并且，视频触发功能由数字部分实现，由于不使用模拟器件，消除了因模拟器件的离散性、不可控延时等带来随机的精度误差，无需在数字部分做进一步的误差校准，提高了触发的工作效率，实现了全数字视频触发功能。

作为一种举例说明，本发明所述的触发控制单元由一个可编程逻辑器件构成。该可编程逻辑器件集成了数字化采样、触发判断、解码、以及对数据采样、采样存储、预处理、波形显示等操作的控制功能，将各种功能集成于一体，既减小了数字示波器的体积，又节约了成本。

作为一种举例说明，本发明所述的触发控制单元包括：

一个时钟分配子单元，用于依据一个主时钟，产生N个频率相同、相位不同的过采样时钟，所述N大于或等于4；

一个过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号进行数字化采样，产生数字化的视频触发信号；

一个触发逻辑子单元，用于依据所述数字化的视频触发信号，产生所述触发控制信号。

作为一种示例，在本举例说明中，所述N个过采样时钟之间具有相同的相位差。作为一种变形，本示例所述N个过采样时钟的相位在半个过采样时钟周期内均匀分布。

作为另一种示例，在本举例说明中，一个所述过采样时钟与所述主时钟具有相同的相位；所述主时钟与所述采样时钟具有相同的相位。

作为又一种示例，在本举例说明中，所述视频解码单元对所述内触发信号进行视频解码，产生包括场同步信号、行同步信号和奇偶场同步信号的视频触发信号；所述过采样子单元包括：

一个第一过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的行同步信号进行数字化采样，产生数字化的行同步视频触发信号；

一个第二过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的场同步信号进行数字化采样，产生数字化的场同步视频触发信号；

一个第三过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的奇偶场同步信号进行数字化采样，产生数字化的奇偶场同步视频触发信号。

所述触发逻辑子单元用于依据所述数字化的场同步、行同步和奇偶场同步视频触发信号中的至少一个获得视频触发时刻，并在所述视频触发时刻产生所述触发控制信号。

作为一种变形，本示例所述的第一过采样子单元、第二过采样子单元和第三过采样子单元中的每一个均包括：

一个串并转换模块，用于响应于所述N个过采样时钟，对相应的视频触发信号进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据；

一个数据重排模块，用于按照并行数字化采样的时间顺序，对所述N路过采样触发数据进行交叉排列组合，获得相应的数字化的视频触发信号。

作为一种实例，在本变形中，所述串并转换模块包括N个串行采样模块，所述时钟分配子单元将所述N个过采样时钟一对一的分配到N个串行采样模块，每一个所述串行采样模块包括：

一个延时线子模块，用于对相应的视频触发信号进行时间延迟，产生延时后的视频触发信号；

一个高速串行采样子模块，用于依据所述时钟分配子单元分配的过采样时钟，对所述延时后的视频触发信号进行数字化采样，产生相对应的一路过采样触发数据。

受FPGA数据处理速度的限制，第一过采样子单元、第二过采样子单元和第三过采样子单元的过采样率有限，不能实现较大的触发分辨率。而本优选实例利用多个并行的串行采样模块，分别对视频触发信号中的行同步信号和场同步信号和奇偶场同步信号进行多次重复的并行采样(即过采样)，从而获得较大的过采样率。相比于没有进行过采样处理的视频触发信号，减小了视频触发信号中相邻两个采样点之间的时间间隔，提高了触发分辨率，能够得到稳定显示的波形，缓解了显示波形的抖动。相应的，触发逻辑子单元能够在具有较大过采样率的过采样信号中，更精确的定位触发时刻，提高了触发的可靠性。

此外，通过延时线子模块，可以使视频触发信号经过不同的传输路径后同步到达各个高速串行采样子模块，保证了并行采样的同步性。

作为一种优选实例，在本变形中，所述串并转换模块包括4个串行采样模块，所述时钟分配子单元产生相邻相位差为π/4的4个过采样时钟。

作为一种举例说明，本发明所述的内触发单元包括：

数字滤波子单元，用于对所述采样数据进行滤波，获得滤波数据；

粘滞比较子单元，用于通过将所述滤波数据与预置比较电平进行比较，获得内触发信号。

附图说明

图1是现有技术公开的具有通道触发功能的数字示波器的结构示意图；

图2是现有技术公开的具有视频触发功能的数字示波器的结构示意图；

图3是本发明一种具有视频触发功能的数字示波器实施例的结构示意图；

图4是视频解码输出的信号示意图；

图5是本发明示波器实施例所述的视频触发的原理示意图；

图6是本发明示波器实施例的一种举例说明的结构示意图；

图7是第一过采样子单元、第二过采样子单元和第三过采样子单元的内部示意图；

图8是过采样的原理示意图；

图9是本发明示波器实施例的另一种举例说明的结构示意图；

图10是本发明示波器实施例的又一种举例说明的结构示意图。

具体实施方式

为了说明本发明的一种具有视频触发功能的示波器，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图3，示出了一种具有视频触发功能的示波器的实施例的结构示意图，本实施例提出的示波器300，包括：

一个数据采样单元301，其依据一个采样时钟对被测信号a进行数字采样，获得采样数据b；

一个内触发单元302，其对采样数据b进行预处理，产生内触发信号c；

一个触发控制单元303，其依据内触发信号c，产生一个触发控制信号f；

一个采样存储单元304，其依据触发控制信号f对采样数据b进行存储，产生用于波形显示的波形显示数据g；

一个波形显示单元306，其依据波形显示数据g进行波形显示。

还包括一个视频解码单元305，其对内触发信号c进行视频解码，产生视频触发信号e；则，

触发控制单元303还对视频触发信号e执行数字化采样操作，并依据该数字化采样的结果，产生触发控制信号f。

本实施例所述的被测信号a由示波器的通道输入至数据采样单元301中，数据采样单元301相当于一个模数转换器ADC，其依据一个采样时钟对被测信号a进行模拟到数字的转换，实现数据采样；之后，将得到的采样数据b传送至采样存储单元305中。一般的，在数据采样单元301之前还会有一个模拟前端电路，用于实现对被测信号a的缓冲、衰减、带宽限制等等一系列的功能。模拟前端电路的具体实现可以采用多种设计方案，此处不在赘述。

在本实施例中，当用户选择通道触发(触发信源为通道)时，内触发单元302对采样数据a进行预处理，并将获得的内触发信号c传送至触发控制单元303。触发控制单元303依据内触发信号c获得触发控制信号f。具体的，触发控制单元303根据设置的触发条件执行触发判断、解码等，例如，执行脉宽计算、边沿判决、或者各种协议解码(如RS232、SPI、CAN解码)等，当判断满足触发条件时，获得一触发时刻，并在该触发时刻下产生触发控制信号f，用于采样存储单元304对采样数据b进行存储。

在本实施例中，一方面，示波器300可以实现通道触发；另一方面，当输入至数据采样单元301的被测信号a为视频信号时，所述示波器300还可以实现视频触发。当用户选择视频触发(触发信源为外触发源)时，所述内触发信号c不是直接输入至触发控制单303中，而是输入至视频解码单元306，进行信号的行场分离等解码操作，得到包括行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT和奇偶场同步信号OEOUT的视频触发信号。如图4所示，为视频解码后输出的信号示意图，其中V_IN为输入至视频解码单元306中的信号，在本实施例中，为内触发信号c。之后，触发控制单元303对视频解码单元306产生的视频触发信号e进行采样处理。由于视频解码单元306的解码操作可获得三路信号，则触发控制单元303需要分别对这三路信号进行采样处理，对采样结果进行视频触发的逻辑判断，获得视频触发时刻，并在所述视频触发时刻产生触发控制信号f。具体的，根据用户选择的视频触发条件，在该视频触发信号的行脉冲的边沿处进行触发，所述视频触发条件可以是所有行触发\指定行触发、奇数场触发或者偶数场触发等等。

作为一种举例说明，如图所示5，为本发明实施例所述的一种视频触发的原理示意图。在本举例说明中，用户设置的视频触发条件为所有行触发，即，在行同步信号HSOUT的所有行同步脉冲的上升沿触发。图5所示的A～P点均为经数字化采样后、行同步信号HSOUT的采样点，触发控制单元303判断C点的电平由之前的0跳变到了1，因此，将C点定为触发时刻，同时产生触发控制信号f，用以控制采样存储单元305对采样数据b进行存储；类似的，触发控制单元303判断O点的电平由之前的0跳变到了1，同样在触发时刻O点处产生触发控制信号f，以此类推，完成所有行的触发。

本实施例所述的示波器不仅具有视频触发功能，而且，视频触发功能由数字部分实现，由于不使用模拟器件，消除了因模拟器件的离散性、不可控延时等带来随机的精度误差，无需在数字部分做进一步误差校准，提高了触发的工作效率，实现了数字视频触发功能。

作为一个举例说明，本实施例所述的触发控制单元303可以包括一个ADC采样芯片，用于执行数字化采样操作；作为另一个举例说明，本实施例所述的触发控制单元303可以由一个可编程逻辑器件构成，如，由FPGA或CPLD等器件构成，其集成了数字化采样、触发判断、解码、以及对数据采样、采样存储、预处理、波形显示等操作的控制功能，各种功能集成于一体，既减小了数字示波器的体积，又节约了成本。

作为一个举例说明，参照图6，本实施例所述的内触发单元302可以包括数字滤波子单元601，也称为触发耦合滤波器，用于对采样数据b进行滤波，获得滤波数据j，它决定信号中的哪种分量被传送到触发控制单元303中。触发耦合方式可以包括AC(直流)、DC(交流)、HF-R(高频抑制)和LF-R(低频抑制)等。数字滤波子单元601本质上是一个固定带宽的高通或低通滤波器，通过去除采样数据b中的某些频率成分，去除部分干扰，从而实现稳定触发，保证波形显示单元305能够显示稳定触发的波形。

在本举例说明中，内触发单元302还可以包括粘滞比较子单元602，其通过将滤波数据j与预置比较电平进行比较，获得内触发信号c。粘滞比较子单元602由一系列粘滞比较器构成，每一个粘滞比较器可以是8bit比较精度，其预置比较电平及粘滞范围均自由可调，但不能超出可视范围(即屏幕范围)。粘滞比较器的数量由数据采样单元301的输出速率以及工作时钟决定，一般为8的整数倍。预置比较电平和粘滞范围组合后可以得到两个物理比较电平，称为上电平和下电平。如果粘滞比较器输入的滤波数据(8bit)大于上电平，则粘滞比较器输出逻辑‘1’(1bit)；如果输入的滤波数据小于下电平，则粘滞比较器输出逻辑‘0’(1bit)。粘滞比较子单元602输出的数据量相比于输入的数据量压缩了8倍，大大降低了对后级各个单元处理带宽的要求。

需要说明的是，由于视频信号是一个标准信号，当被测信号a为视频信号时，则在视频触发下，数字滤波子单元601可以设置为Bypass，无需进行AC、DC、HF-R和LF-R滤波；粘滞比较子单元602的预置比较电平可以设置在视频信号的行同步的中间，经过电平比较处理输出内触发信号c。

作为一个举例说明，如图6所示，本实施例所述的触发控制单元303可以包括：

一个时钟分配子单元603，其依据一个主时钟k，产生N个频率相同、相位不同的过采样时钟L，所述N大于或等于4；

一个过采样子单元604，其响应于N个过采样时钟L，对视频触发信号e进行数字化采样操作，产生数字化的视频触发信号m；

一个触发逻辑子单元605，其依据数字化的视频触发信号m，产生触发控制信号f。

在本举例说明中，时钟分配子单元603相当于一个锁相环，其可以通过对一个主时钟k(即参考时钟)进行倍频和相移，得到具有多个相位的N个过采样时钟L。过采样子单元604响应于N个过采样时钟L，对视频触发信号e进行数字化采样操作。触发逻辑子单元605依据数字化的视频触发信号m获得视频触发时刻，并在所述视频触发时刻产生触发控制信号f。N个过采样时钟L之间具有相同的相位差。在本举例说明中，作为一种示例，N个过采样时钟L的相位在半个过采样时钟周期内均匀分布，过采样子单元604进行DDR采样，即在过采样时钟的上升沿和下降沿均进行采样；作为另一种示例，N个过采样时钟L的相位在一个过采样时钟周期内均匀分布，过采样子单元604进行SDR采样，即仅在过采样时钟的上升沿或下降沿进行采样。

作为一种示例，如图7所示，本举例说明所述的过采样子单元604包括：

一个第一过采样子单元701，其响应于所述N个过采样时钟L，对所述视频触发信号e中的行同步信号HSOUT进行数字化采样，产生数字化的行同步视频触发信号m1；

一个第二过采样子单元702，其响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号e中的场同步信号VSOUT进行数字化采样，产生数字化的场同步视频触发信号m2；

一个第三过采样子单元703，其响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号e中的奇偶场同步信号OEOUT进行数字化采样，产生数字化的奇偶场同步视频触发信号m3。

结合图6，依据用户设置的视频触发条件，触发逻辑子单元605依据数字化的行同步视频触发信号m1、数字化的场同步视频触发信号m2和数字化的奇偶场同步视频触发信号m3，这三个信号中的至少一个，获得视频触发时刻，并在所述视频触发时刻产生一个跳变信号作为触发控制信号f。具体的，当用户设置的视频触发条件为所有行触发时，触发逻辑子单元605依据数字化的行同步视频触发信号m1这一路信号，获得所有行同步脉冲的上升沿，将其作为触发时刻触发。当用户设置的视频触发条件为指定行触发时，触发逻辑子单元605依据数字化的场同步视频触发信号m2和数字化的奇偶场同步视频触发信号m3确定行的起始位置，并根据行的起始位置，从数字化的行同步视频触发信号m1获取指定行的触发位置(上升沿)，将其作为触发时刻。当用户设置的视频触发条件为奇偶场触发时，触发逻辑子单元605依据数字化的场同步视频触发信号m2和数字化的奇偶场同步视频触发信号m3确定奇数场或偶数场的起始位置，并进一步从数字化的行同步视频触发信号m1中，获取与奇数场或偶数场的起始位置所对应的行的触发位置，将其作为触发时刻。

作为一种变形，本示例所述的第一过采样子单元701、第二过采样子单元702和第三过采样子单元703中的每一个均包括：

一个串并转换模块，其响应于N个过采样时钟L，对相应的视频触发信号e进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据p；

一个数据重排模块，其按照并行数字化采样的时间顺序，对N路过采样触发数据p进行交叉排列组合，获得相应的数字化的视频触发信号m。

如图7所示，第一过采样子单元701的串并转换模块7011，响应于N个过采样时钟L，对视频触发信号e中的行同步信号HSOUT进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据p1；数据重排模块7012按照并行数字化采样的时间顺序，对N路过采样触发数据p1进行交叉排列组合，获得数字化的行同步视频触发信号m1。

第二过采样子单元702的串并转换模块7021，响应于N个过采样时钟L，对视频触发信号e中的场同步信号VSOUT进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据p2；数据重排模块7022按照并行数字化采样的时间顺序，对N路过采样触发数据p2进行交叉排列组合，获得数字化的场同步视频触发信号m2。

第三过采样子单元703的串并转换模块7031，响应于N个过采样时钟L，对视频触发信号e中的奇偶场同步信号OEOUT进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据p3；数据重排模块7032按照并行数字化采样的时间顺序，对N路过采样触发数据p3进行交叉排列组合，获得数字化的奇偶场同步视频触发信号m3。

并行数字化采样也就是过采样，串并转换模块7011、7021、7031的作用就是实现信号的串并转换，即，通过并行数字化采样，分别将行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT、奇偶场同步信号OEOUT转化为多路并行的过采样触发数据p1、p2、p3；之后，数据重排模块7012、7022、7032分别按照并行数字化采样的时间顺序完成信号并行到串行的转化。通过串并转换模块7011、7012、7013和数据重排模块7012、7022、7032，最终可获得具有较大过采样率的数字化的行同步视频触发信号m1、场同步视频触发信号m2和奇偶场同步视频触发信号m3。需要说明的是，为了区别被测信号a的采样率，本发明实施例中，将视频触发的采样率称之为过采样率。

作为一种实例，在本变形中，每一个串并转换模块均可以包括N个串行采样模块，所述时钟分配子单元603将所述N个过采样时钟一对一的分配到N个串行采样模块，如图7所示，串并转换模块7011包括串行采样模块704A、串行采样模块704B、串行采样模块704C……共N个串行采样模块；串并转换模块7021包括串行采样模块705A、串行采样模块705B、串行采样模块705C……共N个串行采样模块；串并转换模块7031包括串行采样模块706A、串行采样模块706B、串行采样模块706C……共N个串行采样模块。

每一个所述串行采样模块包括：

一个延时线子模块，用于对相应的视频触发信号进行时间延迟，产生延时后的视频触发信号；

一个高速串行采样子模块，用于依据所述时钟分配子单元603分配的过采样时钟，对所述延时后的视频触发信号进行数字化采样，产生相对应的一路过采样触发数据p。

由于视频触发信号e中的行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT、奇偶场同步信号OEOUT要分别分为N路同时输入至N个串行采样模块中，不同的串行采样模块的传输路径不同，为了实现同步并行采样，所述延时线子模块按照一定的精度，对输入至各个串行采样模块的行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT或奇偶场同步信号OEOUT进行时间上的延时，使行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT或奇偶场同步信号OEOUT经过不同的传输路径后同步到达各个相对应的高速串行采样子模块。高速串行采样子模块的本质是一个寄存器，而且这个寄存器可以在时钟的上升沿和下降沿分别对输入信号进行一次寄存操作，实现对延时后的行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT或奇偶场同步信号OEOUT进行采样。作为一个举例，高速串行采样子模块可以由FPGA的通用原语单元SERDES构成的，该通用原语单元可以对输入的延时后的行同步信号HSOUT、场同步信号VSOUT或奇偶场同步信号OEOUT进行高速DDR采样或SDR采样。

作为一种优选实例，在本实例中，所述N取值为4，也即，串并转换模块7011、7021、7031中的每一个均包括4个串行采样模块，时钟分配子单元603产生相邻相位差为π/4的4个过采样时钟。

作为另一种优选实例，在本实例中，所述N取值为5，也即，串并转换模块7011、7021、7031中的每一个均包括5个串行采样模块，时钟分配子单元603产生相邻相位差为π/5的5个过采样时钟。

下面，结合图6、图7和图8，以第一过采样子单元701对行场同步信号HSOUT的数字化采样处理为例，对本优选实例做详细说明，其中，图8为过采样的原理示意图。在本优选实例中，图7所示的串并转换模块7011包括：串行采样模块704A、串行采样模块704B、串行采样模块704C、串行采样模块704D和串行采样模块704E共5个串行采样模块。假设图6所示的时钟分配子单元603产生5个过采样时钟clk_a、clk_b、clk_c、clk_d和clk_e，其频率均为500MHz，过采样时钟周期为2ns。时钟分配子单元603以过采样时钟clk_a为基准，对其余4个过采样时钟clk_b～clk_e依次增加180°/5＝36°的相移，使5个过采样时钟在每半个过采样时钟周期内均匀分布。5个串行采样模块704分别依据对应的5个过采样时钟，进行并行DDR采样，获得N路过采样触发数据p3，其中：过采样时钟clk_a驱动串行采样模块704A，得到一路过采样触发数据data_a；过采样时钟clk_b驱动串行采样模块704B，得到另一路过采样触发数据data_b......依此类推，可获得5路过采样触发数据，分别对应为data_a、data_b、data_c、data_d和data_e，每一路过采样触发数据均为1GSa/s的采样率。

之后，数据重排模块7012针对各个过采样触发数据，按照数字化采样的时间先后顺序进行交叉排列、重新组合，如图8所示，data_a至data_e中标注了数据重新排列的先后关系，依次为：data_a(n)、data_b(n+1)、data_c(n+2)、data_d(n+3)、data_e(n+4)、data_a(n+5)、data_b(n+6)、data_c(n+7)、data_d(n+8)、data_e(n+9)......依此类推。

对于串行采样模块704A，由于过采样时钟clk_a的时钟频率为500MHz，因此，串行采样模块704A的采样率为1GSa/s，即采样周期为1ns。如果串并转换模块7011只由一个串行采样模块704A组成，那么第一过采样子单元701的采样周期也就只有1ns，相应的，行场同步信号HSOUT的触发精度也就只有1ns。对于在等效周期小于1ns的时基档位情况下，视频触发只能得到宽度至少为1ns的“粗”波形，所述等效周期为屏幕上每两个像素之间的时间间隔。如果第一过采样子单元701包括5个相同的串行采样模块，且5个过采样时钟的相位在半个周期内均匀分布，那么综合考虑5个串行采样模块输出的数据并且对它们按相位(采样时间先后)顺序重新排列(如图8中，过采样触发数据按n、n+1、n+2......的顺序排列)，则排序后产生的数字化的行同步视频触发信号m1中采样点之间的时间间隔为2ns/10＝200ps，即采样周期为200ps，采样率为5GSa/s，触发精度为200ps。由此可知，使用N个串行采样模块并行采样，可以有效提高行同步信号HSOUT的采样率。此外，结合图5和图8，可以看出，触发逻辑子单元605能够在具有较大过采样率的行同步信号HSOUT中，更精确的定位触发时刻，即，将图8中的X点确定为触发时刻。

类似的，对于场同步信号VSOUT和奇偶场同步信号OEOUT，利用多个串行采样模块并行采样，同样可以提高信号的采样率，且与行同步信号HSOUT的采样率相同，因而从整体上提高了视频触发的分辨率，降低显示波形的抖动。

从上述可以看出，如果触发控制单元303集成在可编程逻辑器件上，受FPGA数据处理速度的限制，第一过采样子单元701、第二过采样子单元702和第三过采样子单元703的过采样率有限，不能实现较大的触发分辨率。而本优选实例利用多个并行的串行采样模块，分别对视频触发信号e中的行同步信号HSOUT和场同步信号VSOUT和奇偶场同步信号OEOUT进行多次重复的并行采样(即过采样)，从而获得较大的过采样率。相比于没有进行过采样处理的视频触发信号e，减小了视频触发信号e中相邻两个采样点之间的时间间隔，提高了触发分辨率，能够得到稳定显示的波形，缓解了显示波形的抖动。相应的，触发逻辑子单元605能够在具有较大过采样率的过采样信号中，更精确的定位触发时刻，提高了触发的可靠性。

作为一个举例说明，示波器300可以包括两个测量通道，数据采样单元301由一个具有双A/D转换电路的ADC构成，一个A/D转换电路对应一个通道，对相应通道接入的被测信号a进行采样。作为另一个举例说明，示波器300还可以包括4个测量通道，相应的，数据采样单元301由两个具有双A/D转换电路的ADC构成。

作为另一个举例说明，如图9所示，本实施例所述的示波器300还可以包括：交织控制单元901、内插器902和中央控制单元903。交织控制单元901，其根据每个通道的开通情况，对数据采样单元301输出的采样数据b进行相应的组合排列操作，生成交织后的采集数据q，并分别输入至数字滤波子单元601和采样存储单元304中。通过交织控制单元901可以实现被测信号a的高速采样率。内插器902，其对采样存储单元304中的波形显示数据g进行数据内插处理，并将内插后的波形显示数据r输入至波形显示单元305中进行显示，通过内插处理可以实现波形在时间轴上的放大。在本举例说明中，将触发功能和控制功能分两个器件独立处理，触发控制单元303专门用于产生触发控制信号f，实现触发功能；中央控制单元903，其依据触发控制单元303产生的触发控制信号f生成控制信号s，实现对采样存储操作的控制，以及内插操作、波形显示操作等的控制。

作为又一个举例说明，如图10所示，本实施例所述的示波器300还可以包括：触发缓存单元1001和精细触发单元1002。触发缓存单元1001响应于触发控制信号f，对数字滤波子单元601产生的滤波数据j进行缓存，获得缓存数据v；内插器902还对触发缓存单元1001保存的缓存数据v执行数据内插处理，产生精细触发数据t；精细触发单元1002依据精细触发数据t产生精细触发控制信号u，并输入至中央控制单元903。中央控制单元903向波形显示单元305输出控制信号s，依据精细触发数据t或者触发控制信号f对波形显示单元305进行控制。波形显示单元305将根据用户设定的时基情况和采样率情况，决定是否采用精细触发，当采用精细触发时，波形显示单元305依据用户设定的触发偏移和控制信号s，调整被显示波形所对应的触发位置。本举例说明所述的示波器使得触发功能更加稳定、可靠。关于精细触发的功能此处仅作简略说明，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种具有视频触发功能的示波器，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，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 (12)

1.一种具有视频触发功能的示波器，包括：

一个数据采样单元，用于依据一个采样时钟对被测信号进行数字采样，获得采样数据；

一个内触发单元，用于对所述采样数据进行预处理，产生内触发信号；

一个触发控制单元，用于依据所述内触发信号，产生一个触发控制信号；

一个采样存储单元，用于依据所述触发控制信号对所述采样数据进行存储，产生用于波形显示的波形显示数据；

其特征在于，还包括：

一个视频解码单元，用于对所述内触发信号进行视频解码，产生视频触发信号；

所述触发控制单元还用于对所述视频触发信号执行数字化采样操作，并依据该数字化采样的结果，产生所述触发控制信号。

2.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，

所述触发控制单元由一个可编程逻辑器件构成。

3.如权利要求1或2所述的示波器，其特征在于，

所述触发控制单元，包括：

一个时钟分配子单元，用于依据一个主时钟，产生N个频率相同、相位不同的过采样时钟，所述N大于或等于4；

一个过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号进行数字化采样，产生数字化的视频触发信号；

一个触发逻辑子单元，用于依据所述数字化的视频触发信号，产生所述触发控制信号。

4.如权利要求3所述的示波器，其特征在于，

所述视频解码单元对所述内触发信号进行视频解码，产生包括场同步信号、行同步信号和奇偶场同步信号的视频触发信号；

所述过采样子单元包括：

一个第一过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的行同步信号进行数字化采样，产生数字化的行同步视频触发信号；

一个第二过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的场同步信号进行数字化采样，产生数字化的场同步视频触发信号；

一个第三过采样子单元，用于响应于所述N个过采样时钟，对所述视频触发信号中的奇偶场同步信号进行数字化采样，产生数字化的奇偶场同步视频触发信号。

5.如权利要求4所述的示波器，其特征在于，

所述触发逻辑子单元用于依据所述数字化的场同步、行同步和奇偶场同步视频触发信号中的至少一个获得视频触发时刻，并在所述视频触发时刻产生所述触发控制信号。

6.如权利要求4所述的示波器，其特征在于，

所述第一过采样子单元、第二过采样子单元和第三过采样子单元中的每一个均包括：

一个串并转换模块，用于响应于所述N个过采样时钟，对相应的视频触发信号进行并行数字化采样，获得N路过采样触发数据；

一个数据重排模块，用于按照并行数字化采样的时间顺序，对所述N路过采样触发数据进行交叉排列组合，获得相应的数字化的视频触发信号。

7.如权利要求6所述的示波器，其特征在于，

所述串并转换模块包括N个串行采样模块，所述时钟分配子单元将所述N个过采样时钟一对一的分配到N个串行采样模块，每一个所述串行采样模块包括：

一个延时线子模块，用于对相应的视频触发信号进行时间延迟，产生延时后的视频触发信号；

一个高速串行采样子模块，用于依据所述时钟分配子单元分配的过采样时钟，对所述延时后的视频触发信号进行数字化采样，产生相对应的一路过采样触发数据。

8.如权利要求3所述的示波器，其特征在于，

所述N个过采样时钟之间具有相同的相位差。

9.如权利要求8所述的示波器，其特征在于，

所述N个过采样时钟的相位在半个过采样时钟周期内均匀分布。

10.如权利要求7所述的示波器，其特征在于，

所述串并转换模块包括4个串行采样模块，所述时钟分配子单元产生相邻相位差为π/4的4个过采样时钟。

11.如权利要求3所述的示波器，其特征在于，

一个所述过采样时钟与所述主时钟具有相同的相位；

所述主时钟与所述采样时钟具有相同的相位。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述内触发单元包括：

数字滤波子单元，用于对所述采样数据进行滤波，获得滤波数据；

粘滞比较子单元，用于通过将所述滤波数据与预置比较电平进行比较，获得内触发信号。

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