CN103513078A - 多重交错采样式示波器 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种多重交错采样式示波器，其包含有一处理暨采样转换模块、一数字信号处理单元、一操作模块及一显示器，其中该处理暨采样转换模块包含有四个信号处理单元、一切换单元及二交错采样式模拟数字转换器，该四个信号处理单元是由该切换单元选择式切换其中二个信号处理单元与交错采样式模拟数字转换器的其中一模拟输入端连接，而选择式切换另二个信号处理单元与另外二个模拟输入端连接，各交错采样式模拟数字转换器连接至该数字信号处理单元，并将交错采样式模拟数字转换器处理为波形数据输出与显示器显示；由此，可切换二个交错采样式模拟数字转换器对同一个信号处理单元或分别对多个信号处理单元接收的显示信号采样，提升采样频率及提高运算效能。

Description

多重交错采样式示波器

技术领域

本发明是关于一种示波器，尤指一种多重交错采样式示波器。

背景技术

示波器是现有一种相当常见的模拟信息撷取仪器，其用途主要是用来撷取模拟信号，并将撷取到的模拟信号对应的波形显示于荧幕上。

现有的示波器常常会用来比较二至四个输入波形，因此现有的示波器通常具有显示多的信号的功能，而为达到此功能，现有示波器是采用多通道采样的电路，以下谨进一步说明，请参阅图6，现有示波器包含有：

一处理暨采样转换模块50，其包含有四个信号处理单元51及四个模拟数字转换器，各信号处理单元51具有一信号输入端511，并用以接收外部待显示信号，该四个信号处理单元51是分别连接至该四个模拟数字转换器52，以将待显示信号输入模拟数字转换器52，各模拟数字转换器52则将待显示信号处理为对应的一组数字数据后输出；

一数字信号处理单元60，其与该四个模拟数字转换器52连接，且接收该四个模拟数字转换器52输出的数字数据后，选择式将各模拟数字转换器52的数字数据处理为对应波形数据后输出；

一操作模块70，其与该数字信号处理单元60连接，并供使用者操作，而设定数字信号处理单元60输出该四个信号处理单元51对应的波形数据与否；

一显示器80，是与该数字信号处理单元60连接，并接收波形数据而显示对应波形。

上述示波器是以操作模块供使用者操作，以决定四个信号处理单元接收的待显示是否显示于显示器上；然而，当使用者仅显示单一输入端的待显示信号时，仅有一个模拟数字转换器用来对待显示信号进行采样，其余三个模拟数字转换器闲置，因此，此待显示信号的采样频率完全取决于其对应模拟数字转换器的采样频率，例如模拟数字转换器采样频率皆为1GHz，则无论操作模块设定要显示多少个待显示信号，其最高采样频率皆为1GHz，若要提升采样频率，则必须一次更换四个采样频率高的模拟数字转换器，将大幅提高成本，且即使采用采样频率高的模拟数字转换器，上述示波器于显示单一待显示信号时，剩余三个模拟数字转换器闲置，运算效能低，故现有一种交错采样式模拟数字转换器，其主要整合了二个模拟数字转换器，并分时多工对一至二个待显示信号进行采样并数字化。

上述交错采样式模拟数字转换器具有二个模拟输入端，且具有分别会二个模拟信号采样或对同一模拟信号采样的功能；当只对同一模拟信号采样时，二个模拟数字转换器会以相异时序对同一个输入信号进行采样并数字化；当要分别对二个模拟信号采样时，二个模拟数字转换器则分别对二个输入信号采样并数字化；如此，当交错采样式模拟数字转换器内建的二个模拟数字转换器采样频率皆为1GHz，即可以2GHz的采样频率对单一输入信号采样，而以1GHz的采样频率对二个输入信号采样，有助于提高运算效能；但此种交错采样式模拟数字转换器有整合数量的限制，其整合的模拟数字转换器数量越多，则相位偏差、匹配性的问题越严重，故单有交错采样式模拟数字转换器仍不足以提供四个数字信号处理单元皆能交错采样的功能，其提升采样频率及提高运算效能的效果仍有限，需进一步配合改良方案。

发明内容

鉴于上述示波器无法提供四个信号处理单元皆能交错采样的技术缺陷，本发明的主要目的为提出一种多重交错采样式示波器。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是多重交错采样式示波器包含有：

一处理暨采样转换模块，其包含有四个信号处理单元、一切换单元及二交错采样式模拟数字转换器，各信号处理单元具有一信号输入端，并接收外部待显示信号，该四个信号处理单元是分别连接至该切换单元，各交错采样式模拟数字转换器具有二模拟输入端，并将自该二模拟输入端输入的待显示信号处理为对应的数字数据后输出，该二模拟输入端与该切换单元连接，且各交错采样式模拟数字转换器的其中一模拟输入端是通过切换单元选择式连接至其中二个信号处理单元，另一模拟输入端则通过该切换单元选择式连接至另二个信号处理单元，又，该切换单元具有切换控制端；

一数字信号处理单元，其与该处理暨采样转换模块的切换单元的切换控制端及该二交错采样式模拟数字转换器连接，并切换该切换单元及设定该二交错采样式模拟数字转换器的采样时序，且接收该二交错采样式模拟数字转换器输出的数字数据后，选择式将四个信号处理单元对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出；

一操作模块，其与该数字信号处理单元连接，并设定数字信号处理单元输出四个信号处理单元对应的波形数据与否；

一显示器，是与该数字信号处理单元连接，并接收波形数据而显示对应波形。

实施时，所述切换单元包含有四个切换开关，各切换开关具有一共同端、一常开端及一常闭端，该四个切换开关的共同端分别连接至该二交错采样式模拟数字转换器的二模拟输入端，且连接至同一交错采样式模拟数字转换器的二个切换开关中，其中一切换开关的常开端及常闭端分别连接至其中二信号处理单元，另一个切换开关的常开端及常闭端分别连接至另二个信号处理单元。

实施时，所述信号处理单元包含有：

一电压叠加器，其连接至该双输出放大器，并叠加直流电压于待显示信号上；及

一双输出放大器，其具有二输出端，该二输出端分别连接至双输出放大器对应的二个切换开关，并将待显示信号放大后，由该二输出端输出相同的放大后待显示信号。

实施时，各双输出放大器为差动放大器，且二输出端为差动输出端，而输出差动的待显示信号。

实施时，各差动的双输出放大器与该二交错采样式模拟数字转换器连接至一补偿电压设定器，该补偿电压设定器设定有二相异的共模电压，并分别提供该二交错采样式模拟数字转换器二相异的共模电压，而提供差动的双输出放大器与对应的交错采样式模拟数字转换器相同的共模电压。

实施时，所述数字信号处理单元包含有：

一采样频率产生器，其与该二交错采样式模拟数字转换器连接，并输出采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器，以设定交错采样式模拟数字转换器的采样时序；

一采样存储器；及

一采样控制模块，其与该切换单元的切换控制端、该二交错采样式模拟数字转换器、该采样频率产生器、该采样存储器、该操作模块及该显示器连接，以切换该切换单元，且设定该采样频率产生器输出的采样脉冲信号，并接收该二交错采样式模拟数字转换器输出的数字数据后，先储存于该采样存储器，再依据操作模块的设定，而选择式将四个信号处理单元对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出予显示器显示。

实施时，当操作模块设定显示单一信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该单一个信号处理单元与二个交错采样式模拟数字转换器连接，并使该采样频率产生器输出对应二相异脉冲的采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器，并于各二交错采样式模拟数字转换器输出的一组数字数据后，依照采样时序将二组数字数据储存为一完整对应该单一个信号处理单元接收待显示波形的波形数据，并输出该完整的波形数据。

实施时，当操作模块设定显示二个信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该二个信号处理单元分别与二个交错采样式模拟数字转换器连接，并于接收各交错采样式模拟数字转换器输出的一组数字数据后，分别储存二组数字数据为二个波形数据，并输出该二个波形数据。

实施时，当操作模块设定显示三个以上的信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该四个信号处理单元分别与二个交错采样式模拟数字转换器的二模拟输入端连接，并于接收该二交错采样式模拟数字转换器分别输出的至少三组数字数据后，分别储存该至少组数字数据为至少三个波形数据，并输出该至少三个波形数据。

由此于操作模块设定显示单一信号处理单元对应的波形数据时，该数字信号处理单元便可切换该切换单元使对应该信号处理单元连接至该二交错采样式模拟数字转换器，并设定该二交错采样式模拟数字转换器以相异的采样时序对同一待显示信号采样，而最后由数字信号处理单元依据采样时序将二个交错采样式模拟数字转换器输出的数字数据处理为完整的波形数据，以提高采样频率；如此，即可用二模拟输入端的交错采样式模拟数字转换器提供四个处理单元皆能交错采样的功能，提高单一显示波形时的采样频率，也提升运算效能，且切换显示任意一个或任意二个待显示信号时，该二个交错采样式模拟数字转换器皆以最高效能对该一个或二个待显示信号采样，不会有闲置的状况，提升模拟数字转换器的运用效能。

附图说明

图1：为本发明的电路方块图。

图2：为图1处理暨采样转换模块的详细电路方块图。

图3：为本发明显示单一显示波形的采样示意图。

图4：为本发明显示二显示波形的采样示意图。

图5：为本发明显示四显示波形的采样示意图。

图6：为现有示波器的电路方块图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明之较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1，本发明多重交错采样式示波器包含有：

一处理暨采样转换模块10，其包含有四个信号处理单元11、一切换单元12及二交错采样式模拟数字转换器13，各信号处理单元具有一信号输入端111，并接收外部待显示信号，该四个信号处理单元11是分别连接至该切换单元12，各交错采样式模拟数字转换器13具有二模拟输入端131，并将自该二模拟输入端131输入的待显示信号处理为对应的数字数据后输出，该二模拟输入端131与该切换单元12连接，且各交错采样式模拟数字转换器13的其中一模拟输入端131是通过切换单元12选择式连接至其中二个信号处理单元11，另一模拟输入端131则通过该切换单元12选择式连接至另二个信号处理单元11，又，该切换单元12具有切换控制端121；

一数字信号处理单元20，其与该处理暨采样转换模块10切换单元12的切换控制端121及该二交错采样式模拟数字转换器13连接，并切换该切换单元12及设定该二交错采样式模拟数字转换器13的采样时序，且接收该二交错采样式模拟数字转换器13输出的数字数据后，选择式将四个信号处理单元11对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出；

一操作模块30，其与该数字信号处理单元20连接，并设定数字信号处理单元20输出四个信号处理单元11对应的波形数据与否；

一显示器40，是与该数字信号处理单元20连接，并接收波形数据而显示对应波形。

请进一步参阅图2，所述切换单元12包含有四个切换开关122，各切换开关122具有一共同端CM、一常开端NO及一常闭端NC，该四个切换开关122的共同端CM分别连接至该二交错采样式模拟数字转换器13的二模拟输入端131，且连接至同一交错采样式模拟数字转换器13的二个切换开关122中，其中一切换开关122的常开端NO及常闭端NC分别连接至其中二信号处理单元11，另一个切换开关122的常开端NO及常闭端NC分别连接至另二个信号处理单元11。

所述信号处理单元11包含有一电压叠加器112及一双输出放大器113，该电压叠加器112是连接至该双输出放大器113，并叠加直流电压于待显示信号上，该双输出放大器113具有二输出端114，该二输出端114是分别连接至双输出放大器113对应的二个切换开关122并将待显示信号放大后，由该二输出端114输出相同的放大后待显示信号；通过双输出放大器113二输出端114分别与二个切换开关连接，可避免其中一切换开关112断开时造成的信号反射影像另一个输出端114的待显示信号；又，各双输出放大器113可为差动放大器，且二输出端114为差动输出端，以输出差动的待显示信号，如此可进一步提升避免反射信号相互影响的效果；除此之外，各差动的双输出放大器113与该二交错采样式模拟数字转换器13可连接至一补偿电压（Offset）设定器14，该补偿电压设定器14设定有二相异的共模电压，并分别提供该二交错采样式模拟数字转换器13二相异的共模电压，而提供差动的双输出放大器113与对应的交错采样式模拟数字转换器13相同的共模电压；如此可提高单一个差动的双输出放大器113分别与二个交错采样式模拟数字转换器13共模的一致性。

又诚如图1所示，所述数字信号处理单元20包含有一采样频率产生器21、一采样控制模块22及一采样存储器23，该采样频率产生器21是与该二交错采样式模拟数字转换器13连接，并输出采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器13，以设定交错采样式模拟数字转换器13的采样时序，该采样控制模块22是与该切换单元的切换控制端121、该二交错采样式模拟数字转换器13、该采样频率产生器21、该采样存储器23、该操作模块30及该显示器40连接，以切换该切换单元12，且设定该采样频率产生器22输出的采样脉冲信号，并接收该二交错采样式模拟数字转换器13输出的数字数据后，先储存于该采样存储器23，再依据操作模块30的设定，而选择式将四个信号处理单元11对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出予显示器40显示：

当操作模块30设定显示单一信号处理单元11接收的待显示信号时，该采样控制模块22切换该单一个信号处理单元11与二个交错采样式模拟数字转换器13连接，并使该采样频率产生器21输出对应二相异脉冲的采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器13，如图3所示，并于各二交错采样式模拟数字转换器13输出的一组数字数据D1、D2后，依照采样时序将二组数字数据D1、D2储存为一完整对应该单一个信号处理单元11接收待显示波形的波形数据L，并输出该完整的波形数据L；

当操作模块30设定显示二个信号处理单元11接收的待显示信号时，该采样控制模块22切换该二个信号处理单元11分别与二个交错采样式模拟数字转换器13连接，并如图4所示，于接收各交错采样式模拟数字转换器13输出的一组数字数据D1、D2后，分别储存二组数字数据D1、D2为二个波形数据L1、L2，并输出该二个波形数据L1、L2；

当操作模块30设定显示三个以上的信号处理单元11接收的待显示信号时，该采样控制模块22切换该四个信号处理单元11分别与二个交错采样式模拟数字转换器13的二模拟输入端131连接，并如图5所示，于接收该二交错采样式模拟数字转换器13分别输出的至少三组数字数据D1、D2、D3、D4后（图中表示四组），分别储存该至少组数字数据为至少三个波形数据L1、L2、L3、L4（图中表示四组），并输出该至少三个波形数据L1、L2、L3、L4。

依据以上说明，若以每个模拟数字转换器最高采样频率为2GHz举例，本发明的示波器可显示单一波形时可达到4GHz的采样频率，高于单一个模拟数字转换器的采样频率，相较于不具有交错采样功能的传统示波器，传统的示波器最高只能到达2GHz的采样频率；且本发明的示波器，不管使用者切换显示任意一个、任意二个或任意三个待显示信号，该二个交错采样式模拟数字转换器13皆以最高采样频率对待显示信号采样，不会有模拟数字转换器闲置的状况，传统的示波器则会令数字转换器闲置，故本发明的示波器亦具有较高的运算效能。

综上所述，若以每个交错采样式模拟数字转换器最高采样频率为2GHz，本发明示波器显示单一波形时可达到4GHz的采样频率，具有高采样频率，提升精确度，显示二波形时可达到2GHz的采样频率，显示三个以上的波形则有1GHz的采样频率，如此本发明得以二模拟输入端的交错采样式模拟数字转换器提供四个处理单元皆能多重交错采样的功能，提高单一显示波形时的采样频率，并使交错采样式模拟数字转换器不闲置，也提升运算效能。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多重交错采样式示波器，其特征在于，包含有：

一处理暨采样转换模块，其包含有四个信号处理单元、一切换单元及二交错采样式模拟数字转换器，各信号处理单元具有一信号输入端，并接收外部待显示信号，该四个信号处理单元是分别连接至该切换单元，各交错采样式模拟数字转换器具有二模拟输入端，并将自该二模拟输入端输入的待显示信号处理为对应的数字数据后输出，该二模拟输入端与该切换单元连接，且各交错采样式模拟数字转换器的其中一模拟输入端是通过切换单元选择式连接至其中二个信号处理单元，另一模拟输入端则通过该切换单元选择式连接至另二个信号处理单元，又，该切换单元具有切换控制端；

一数字信号处理单元，其与该处理暨采样转换模块的切换单元的切换控制端及该二交错采样式模拟数字转换器连接，并切换该切换单元及设定该二交错采样式模拟数字转换器的采样时序，且接收该二交错采样式模拟数字转换器输出的数字数据后，选择式将四个信号处理单元对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出；

一操作模块，其与该数字信号处理单元连接，并设定数字信号处理单元输出四个信号处理单元对应的波形数据与否；

一显示器，是与该数字信号处理单元连接，并接收波形数据而显示对应波形。

2.根据权利要求1所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，所述切换单元包含有四个切换开关，各切换开关具有一共同端、一常开端及一常闭端，该四个切换开关的共同端分别连接至该二交错采样式模拟数字转换器的二模拟输入端，且连接至同一交错采样式模拟数字转换器的二个切换开关中，其中一切换开关的常开端及常闭端分别连接至其中二信号处理单元，另一个切换开关的常开端及常闭端分别连接至另二个信号处理单元。

3.根据权利要求1或2所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，所述信号处理单元包含有：

一电压叠加器，其连接至该双输出放大器，并叠加直流电压于待显示信号上；及

一双输出放大器，其具有二输出端，该二输出端分别连接至双输出放大器对应的二个切换开关，并将待显示信号放大后，由该二输出端输出相同的放大后待显示信号。

4.根据权利要求3所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，各双输出放大器为差动放大器，且二输出端为差动输出端，而输出差动的待显示信号。

5.根据权利要求4所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，各差动的双输出放大器与该二交错采样式模拟数字转换器连接至一补偿电压设定器，该补偿电压设定器设定有二相异的共模电压，并分别提供该二交错采样式模拟数字转换器二相异的共模电压，而提供差动的双输出放大器与对应的交错采样式模拟数字转换器相同的共模电压。

6.根据权利要求5所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，所述数字信号处理单元包含有：

一采样频率产生器，其与该二交错采样式模拟数字转换器连接，并输出采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器，以设定交错采样式模拟数字转换器的采样时序；

一采样存储器；及

一采样控制模块，其与该切换单元的切换控制端、该二交错采样式模拟数字转换器、该采样频率产生器、该采样存储器、该操作模块及该显示器连接，以切换该切换单元，且设定该采样频率产生器输出的采样脉冲信号，并接收该二交错采样式模拟数字转换器输出的数字数据后，先储存于该采样存储器，再依据操作模块的设定，而选择式将四个信号处理单元对应的数字数据依据其采样时序处理为对应波形数据并输出予显示器显示。

7.根据权利要求6所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，当操作模块设定显示单一信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该单一个信号处理单元与二个交错采样式模拟数字转换器连接，并使该采样频率产生器输出对应二相异脉冲的采样脉冲信号予该二交错采样式模拟数字转换器，并于各二交错采样式模拟数字转换器输出的一组数字数据后，依照采样时序将二组数字数据储存为一完整对应该单一个信号处理单元接收待显示波形的波形数据，并输出该完整的波形数据。

8.根据权利要求7所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，当操作模块设定显示二个信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该二个信号处理单元分别与二个交错采样式模拟数字转换器连接，并于接收各交错采样式模拟数字转换器输出的一组数字数据后，分别储存二组数字数据为二个波形数据，并输出该二个波形数据。

9.根据权利要求8所述的多重交错采样式示波器，其特征在于，当操作模块设定显示三个以上的信号处理单元接收的待显示信号时，该采样控制模块切换该四个信号处理单元分别与二个交错采样式模拟数字转换器的二模拟输入端连接，并于接收该二交错采样式模拟数字转换器分别输出的至少三组数字数据后，分别储存该至少组数字数据为至少三个波形数据，并输出该至少三个波形数据。

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