CN103076588B - 一种示波器闭环校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种示波器闭环校正方法，所述方法包括：S11，将设置信号的字符命令发送给信号发生器使之产生相应的标准信号，将此标准信号发送给示波器前端；S12：控制器根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量与标准值的差值调整参数值；S13：对调整后的参数值做驱动；S14：对调整后的参数值进行粗检查和细检查，当调整后的参数值达到标准值的次数满足检查设定值时，则结束闭环校正；否则返回执行步骤S12，继续闭环校正循环。本发明闭环校正过程中对K 值进行动态调节，提高校正速度；对调整后的参数进行粗检查和细检查，直到调整后的参数达到设定的标准值的次数后结束校正，提高了校正的精度。

Description

一种示波器闭环校正方法

技术领域

本发明涉及数字存储示波器技术领域 ,尤其涉及一种示波器闭环校正方法。

 背景技术

由于不同示波器间或者同一示波器不同通道的硬件不一致引起程序内部参数值（送给DAC芯片的数值，控制零点位置、增益大小等，以下简称参数值）的差异，所以示波器出厂前需对各项参数进行校正，使示波器得到符合出厂参数的参数值。示波器可加入闭环校正的功能来自动校正参数，闭环校正算法是闭环校正中的重要环节，算法中校正和检查尤为重要。对于校正，目前示波器用的DAC芯片的精度各异，小的电压档位干扰较大，多样参数（零点位置、增益大小、触发零点等）等校正需求，在保证闭环校正算法执行的速度和校正的精度同时，这些无疑是加大了闭环校正算法的难度；对于检查，一般的检查方法是检查模拟量AD的值是否达到标准值的误差范围内，即对检测到的模拟量AD的值进行多次统计求取平均值，判断平均值是否接近标准值。由于示波器前端信号的不稳定性和信号存在尖峰脉冲的现象，目前传统的多次平均接近标准值判断方法，不能很精准的校正示波器各项参数。为此，有必要提出一种速度较快和精度较高的闭环校正方法。

发明内容

本发明提供一种速度快、精度高的示波器闭环校正方法。

本发明如下技术方案：一种示波器闭环校正方法，该方法由示波器控制信号发生器将标准信号发送至示波器前端，根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转换后的数字量与标准值的差值乘以K值去调整参数，将所述调整后的参数的值送给控制前端的DAC芯片，由DAC芯片根据调整后的参数的值对示波器前端进行调整，示波器前端送给ADC的实时模拟量也随之改变，并对改变后前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，判断前端的模拟量AD转化后的数字量是否达到标准值的次数或校正的数字量是否稳定，决定是否需要再次调整参数，如此闭环反馈校正和检查，直到前端的模拟量AD转化后的数字量达到设定标准值的次数或校正的数字量稳定时，将达到标准值次数与设定的次数相等或是最多的参数的值存储到存储器中，结束闭环校正；

上述方法具体如下步骤：

S11：将设置信号的字符命令发送给信号发生器使之产生相应的标准信号，将此标准信号发送给示波器前端；

S12：控制器根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量与标准值的差值调整参数；

S13：对调整后的参数值做驱动；

S14：对调整后的参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，当参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量达到标准值的次数满足检查设定值时，则结束闭环校正；否则返回执行步骤S12，继续闭环校正循环。

所述的步骤S12 中差值调整参数值遵循校正公式为：

D_target = D_now +（或 - ） k *（A_now - A_reference） 此公式中

要校正的给DAC芯片的数值，定义为D_target；

目前的给DA C的数值，定义为D_now;

目前的前端实时检查到的模拟量AD后的值，定义为A_now;

要达到的标准的模拟量AD后的值，定义为A_reference；

K 为动态调节的正值，初始值1；

+（或-）的符号是根据实际情况设定，D_target > D_now时，A_now增大的情况下取符号为减，A_now减小的情况下取符号为加。

所述的步骤S12差值调整参数值中调节量k *（A_now - A_reference）的值调节方法如下：

S31: 记录目前前端实时模拟量AD后的数字量与标准值的差值，

即A_now - A_reference的差值；

 S32：更新前次A_now - A_reference的差值；

S33：对S31中目前差值和S32中前次差值进行比较，若目前差值与前次差值的符号相反且差值的绝对值变小，则K值乘以2后执行步骤S34；否则，则对K值做进一步判断，若K值大于初设定的1，则K值除以2后执行步骤S34，否则，K值不做变化；

S34：对目前差值与K值相称的绝对值是否大于1进行判断，若大于则返回目前差值与K 值的乘积，否则，进一步判断目前差值是否大于0，若大于0则返回1，否则返回-1；

所述的步骤S14中，对调整后的参数值进行粗检查和细检查具体步骤如下：

S41，对调整后的参数值进行粗检查，即检测调整后的参数值达到标准值的次数是否满足粗检查设定值，满足则执行步骤S42进行细检查，否则返回步骤S12;

 S42，一方面检查满足粗检查的参数值达到标准值的次数是否满足细检查设定值，满足则结束闭环校正，否则返回步骤S12；另一方面对满足粗检查的参数值进行统计检查，即对每一次进入细检查的D_target值对应的A_now值进行比对筛选，筛选出达到标准值最多的D_target值赋值给要校正的参数，完成统计检查后结束闭环校正，否则返回步骤S12。

所述的步骤S11中字符命令通过串口或USB发送给信号发生器，产生的标准信号通过信号线发送至示波器前端。

本发明采用以上技术方案，将标准信号发送至示波器前端，根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转换后的数字量与示波器接收到的标准值的差值乘以K值去调整参数，进行闭环校正，闭环校正过程中对K 值进行动态调节，提高校正速度；对调整后的参数进行粗检查和细检查，直到调整后的参数达到设定的标准值的次数后结束校正，提高了校正的精度。

附图说明

现结合附图对本发明作详述：

图1是本发明闭环校正硬件结构示意图；

图2是本发明闭环校正流程图；

图3是本发明闭环校正之差值调整流程图；

图4是本发明闭环校正检查流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种示波器闭环校正方法，该方法由示波器控制信号发生器将标准信号发送至示波器前端，根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转换后的数字量与标准值的差值乘以K值去调整参数，将所述调整后的参数的值送给控制前端的DAC芯片，由DAC芯片根据调整后的参数的值对示波器前端进行调整，示波器前端送给ADC的实时模拟量也随之改变，并对改变后前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，判断前端的模拟量AD转化后的数字量是否达到标准值的次数或校正的数字量是否稳定，决定是否需要再次调整参数，如此闭环反馈校正和检查，直到前端的模拟量AD转化后的数字量达到设定标准值的次数或校正的数字量稳定时，将达到标准值次数与设定的次数相等或是最多的参数的值存储到存储器中，结束闭环校正。本发明实施例中达到标准值次数与设定的次数相等或是最多的参数的值存储到存储介质Nand Flash中。

本发明中的参数即由于不同示波器间或者同一示波器不同通道的硬件不一致引起的程序内部参数值的差异，示波器需校正的参数是多样的，如控制前端各电压档位零点位置的参数、各电压档位增益大小的参数等。

如图1中，示波器在校正参数时，先将设置信号的字符命令发经过串口或USB送给信号发生器使之产生相应的标准信号，将此标准信号通过信号线送给示波器DAC控制的前端，示波器根据此标准信号执行闭环校正算法，校正参数，使示波器得出符合出厂参数的参数值，CPU送给DAC芯片的数值控制前端或触发电路，FPGA的作用是模拟各类通信协议如SPI将CPU的数据转送给DAC芯片。

本实施例中提供的示波器闭环校正方法具体如下步骤：

S11：将设置信号的字符命令发送给信号发生器使之产生相应的标准信号，将此标准信号发送给示波器前端；比如校正10V电压档的零点位置的参数，先控制信号发生器输出标准信号60V电压和1KHz方波，示波器零点对中，电压档调到10V，做好调整参数前的初始化准备；

S12：控制器根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量与标准值的差值调整参数；

此步骤中差值调整参数值遵循校正公式为：

D_target = D_now +（或 - ） k *（A_now - A_reference） 此公式中

要校正的给DAC芯片的数值，定义为D_target；

目前的给DA C的数值，定义为D_now;

目前的前端实时检查到的模拟量AD后的值，定义为A_now;

要达到的标准的模拟量AD后的值，定义为A_reference；

K 为动态调节的正值，初始值设为1。

+（或-）的符号是根据实际情况设定，D_target > D_now时，A_now增大的情况下取符号为减，A_now减小的情况下取符号为加。

此步骤中差值调整参数值中调节量k *（A_now - A_reference）的值调节方法如下：

S31: 记录目前前端实时模拟量AD后的数字量与标准值的差值，

即A_now - A_reference的差值；

S32：更新前次A_now - A_reference的差值；

S33：对S31中目前差值和S32中前次差值进行比较，若目前差值与前次差值的符号相反且差值的绝对值变小，则K值乘以2后执行步骤S34；否则，则对K值做进一步判断，若K值大于初设定的1，则K值除以2后执行步骤S34，否则，K值不做变化；

S34：对目前差值与K值相称的绝对值是否大于1进行判断，若大于则返回目前差值与K 值的乘积，否则，进一步判断目前差值是否大于0，若大于0则返回1，否则返回-1；

本值调节方法中，假设K值为一个固定的正数，由于（A_now - A_reference）绝对值较大时，k * （A_now - A_reference）的绝对值也较大，D_now相比于D_now变化较大，从而加快校正的速度；反之，（A_now - A_reference）绝对值较小时，D_now调整的值也较小，但此时已经接近预期的目标，调整的值较小有利于检查时的稳定性。

K值为正数，目的在于平衡调节速度。由于各类型的示波器的DAC的精度不一样或者同一DAC但校正的参数（比如校正零点位置和校正幅度）类型不同，所以此K值需要在循环校正中动态调节，K值初始一般设为1；

S13：对调整后的参数值做驱动；

S14：对调整后的参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，当参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量达到标准值的次数满足检查设定值时，则结束闭环校正；否则返回执行步骤S12，继续闭环校正循环。

“检查调整后的参数值达到标准值的次数满足检查设定值”步骤是一个间接影响校正速度和直接影响校正结果精确度的步骤。检查的方法可以严格和宽松直接影响精度，严格时校正和检查的速度次数加多，所以间接影响校正速度。

针对示波器的ADC高速采样的特性和前端信号的不稳定性和信号存在尖峰脉冲的现象，本方案的检查方法分解成粗检查和细检查，细检查又包括理想检查和统计检查，这里的检查将传统的多次平均接近标准值判断改变为达到标准值次数的数字量对比判断。

所述的步骤S14中，对调整后的参数值进行粗检查和细检查具体步骤如下：

S41，对调整后的参数值进行粗检查，即检测调整后的参数值达到标准值的次数是否满足粗检查设定值，满足则执行步骤S42进行细检查，否则返回步骤S12;

 S42，一方面检查满足粗检查的参数值达到标准值的次数是否满足细检查设定值，满足则结束闭环校正，否则返回步骤S12；另一方面对满足粗检查的参数值进行统计检查，即对每一次进入细检查的D_target值对应的A_now值进行比对筛选，筛选出达到标准值最多的D_target值赋值给要校正的参数，完成统计检查后结束闭环校正，否则返回步骤S12。

如图4所示，校正参数后先进行粗检查，通过后进行细检查的理想和统计检查，完成其中一项即闭环校正通过。

以下针对控制某个电压档位的示波器峰峰值参数闭环校正说明本方案的检查方法。

信号经过多次AD后可取出多个峰峰值，假定取400个峰峰值，理想情况是达到标准值的个数为400，即为达到标准值次数的数字量对比判断。

检查400个峰峰值中达到标准模拟量AD后的个数为是否大于50，即粗检查。粗检查的闭环校正中可适当加快“根据实时模拟量与标准模拟量的差值调参数值”步骤的速度（如设定示波器中的一些能快速判断的条件或者适当增加校正公式的“K值”），粗检查通过后便可进入细检查。

细检查中的理想检查：即检查400个峰峰值中达到标准值的个数是否为400，达到400则细检查通过，直接退出闭环校正。理想检查，要求信号发生器的信号稳定，且示波器前端处理信号稳定，或者示波器采集用平均值采集的方式等。

细检查中的统计检查，即假定刚进入细检查的D_target为78，细检查的经校正过程中D_target的值会出现78、79、80、81、82，这里将对这些D_target的值对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数做多次统计，选择统计后的最大个数对应的D_target。如：做多次统计后，D_target=78对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数为569；D_target=79对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数为1055；，D_target=80对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数为1011；D_target=81对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数为1011，D_target=82对应的前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量达到标准值的个数为381，经过对比即可筛选出D_target=79为最后的结果，将此值赋值给参数。统计检查完成后也直接退出闭环校正。

由以上实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征，倘若本领域的技术人员对本发明进行各种改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围的，则本发明也包括这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种示波器闭环校正方法，其特征在于：该方法由示波器控制信号发生器将标准信号发送至示波器前端，根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转换后的数字量与标准值的差值乘以K值去调整参数，将所述调整后的参数的值送给控制前端的DAC芯片，由DAC芯片根据调整后的参数的值对示波器前端进行调整，示波器前端送给ADC的实时模拟量也随之改变，并对改变后前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，判断前端的模拟量AD转化后的数字量是否达到标准值的次数或校正的数字量是否稳定，决定是否需要再次调整参数，如此闭环反馈校正和检查，直到前端的模拟量AD转化后的数字量达到设定标准值的次数或校正的数字量稳定时，将达到标准值次数与设定的次数相等或是最多的参数的值存储到存储器中，结束闭环校正；

上述方法具体如下步骤：

S11：将设置信号的字符命令发送给信号发生器使之产生相应的标准信号，将此标准信号发送给示波器前端；

S12：控制器根据示波器前端的实时模拟量经ADC芯片AD转化后的数字量与标准值的差值调整参数；

S13：对调整后的参数值做驱动；

S14：对调整后的参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量进行粗检查和细检查，当参数值对应的前端的实时模拟量AD转化后的数字量达到标准值的次数满足检查设定值时，则结束闭环校正；否则返回执行步骤S12，继续闭环校正循环;

所述的步骤S12 中差值调整参数值遵循校正公式为：

D_target = D_now + k *（A_now - A_reference）或  D_target = D_now  -  k *（A_now - A_reference） 此公式中

要校正的给DAC芯片的数值，定义为D_target；

目前的给DA C的数值，定义为D_now；

目前的前端实时检查到的模拟量AD后的值，定义为A_now；

要达到的标准的模拟量AD后的值，定义为A_reference；

K 为动态调节的正值，初始值1；

+或-的符号是根据实际情况设定，D_target > D_now时，A_now增大的情况下取符号为减，A_now减小的情况下取符号为加。

2.根据权利要求1所述的一种示波器闭环校正方法，其特征在于：所述的步骤S12差值调整参数值中调节量k *（A_now - A_reference）的值调节方法如下：

S31: 记录目前前端实时模拟量AD后的数字量与标准值的差值，

即A_now - A_reference的差值；

S32：更新前次A_now - A_reference的差值；

S33：对S31中目前差值和S32中前次差值进行比较，若目前差值与前次差值的符号相反且差值的绝对值变小，则K值乘以2后执行步骤S34；否则，则对K值做进一步判断，若K值大于初设定的1，则K值除以2后执行步骤S34，否则，K值不做变化；

S34：对目前差值与K值相称的绝对值是否大于1进行判断，若大于则返回目前差值与K 值的乘积，否则，进一步判断目前差值是否大于0，若大于0则返回1，否则返回-1。

3.根据权利要求1所述的一种示波器闭环校正方法，其特征在于：所述的步骤S14中，对调整后的参数值进行粗检查和细检查具体步骤如下：

 S41，对调整后的参数值进行粗检查，即检测调整后的参数值达到标准值的次数是否满足粗检查设定值，满足则执行步骤S42进行细检查，否则返回步骤S12；

 S42，一方面检查满足粗检查的参数值达到标准值的次数是否满足细检查设定值，满足则结束闭环校正，否则返回步骤S12；另一方面对满足粗检查的参数值进行统计检查，即对每一次进入细检查的D_target值对应的A_now值进行比对筛选，筛选出达到标准值最多的D_target值赋值给要校正的参数，完成统计检查后结束闭环校正，否则返回步骤S12。

4.根据权利要求1所述的一种示波器闭环校正方法，其特征在于：所述的步骤S11中字符命令通过串口或USB发送给信号发生器，产生的标准信号通过信号线发送至示波器前端。