CN104076179A - 用于显示波形的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于显示波形的设备和方法。设备能够包括：被配置成将输入数据数字化成多个数字化信号的数字化器；被配置成从多个数字化信号生成多个光栅图像的光栅化器，该光栅化器包括被配置成将像素强度计数器递减的减法器；被配置成基于像素强度计数器来操纵光栅图像的处理器；以及被配置成显示光栅图像的显示设备。

Description

用于显示波形的设备和方法

技术领域

本公开一般地涉及诸如示波器这样的测试和测量设备。特别地，描述能够用经修改的余辉衰减（persistence decay）算法来显示数字化波形的示波器。

背景技术

公知的示波器并不完全适合于其中它们被采用的应用范围。例如，现有的示波器不能以足够的强度（intensity）且在足够的时间段内显示异常或罕见的波形，因此不允许用户在波形消散而不被显示之前充分地观察波形的能力。另外，具有可修改余辉衰减算法的常规示波器未能允许将异常波形显示达到如用户所定义的预定时间段。

与解决这些问题有关的参考的示例能从以下美国专利参考文献中找到：4,504,827；5,283,596；以及6,333,732。然而，这些参考文献中的每一个都遭受以下缺点中的一个或多个：异常波形过于快速地衰减和未以用户察觉到它们的可辨别方式显示。

在图1A和1B中能够看到现有的示波器如何显示波形的一个示例。在图1A中，示出在光栅化（rasterization）的非常早的阶段中的频繁地发生的波形102和显著不同于频繁发生（frequently-occurring）波形的波形104。具体而言，两个波形的像素103和105的像素强度106和107分别地被示为在初始光栅化时具有低或最小强度。应注意的是，像素“块”103和105表示沿着每个波形102和104的单个像素，而每个波形实际上包含在屏幕上用32位值表示的许多像素。

将注意力转到图1B，在初始光栅化发生之后的某个时间点，将用具有按存储在像素强度计数器中的最大值106所证明的大得多的强度的像素103来画出（drawn）频繁发生波形102。相反，显著不同于频繁发生波形102的波形104将被暗淡地照亮（dimly lit），因为其像素强度值107将由于其中波形被光栅化且然后被显示的罕见性而处于最小值。

如以上所描述的常规示波器不允许显著不同于频繁发生波形102的波形104以更大的强度和更长的持续时间出现。事实上，图1B的“罕见（rare）”波形104与波形102相比将看起来暗淡且具有更快的衰减速率。该更快的衰减速率阻止用户能够观察“罕见”波形104达更长的时间段。

如读者能够领会到的，存在对公知的示波器的设计加以改进和提升的示波器的需要。下面论述与本领域中存在的需要有关的新颖且有用的示波器的示例。

发明内容

本公开技术的实施例包括用于显示波形的示波器，该示波器包括：用来将输入数据数字化成多个数字化信号的数字化器；被配置成从数字化信号生成多个光栅（raster）图像的光栅化器（rasterizer），该光栅化器还具有被配置成使像素强度计数器递减的减法器；被配置成基于像素强度计数器来操纵光栅图像的处理器；以及被配置成显示光栅图像的显示设备。

本公开技术的另一实施例包括在示波器中显示波形的方法。该方法包括：获取与波形相对应的输入数据；基于第一衰减速率使多个像素强度中的每一个递减；以及基于所述多个像素强度计数器来显示波形。

本公开技术的又一实施例包括在示波器中显示多个波形的方法。该方法包括：获取与第一波形和第二波形相对应的输入数据，其中第一波形是频繁发生波形且第二波形显著不同于第一波形；基于与第一波形相对应的第一衰减速率或与第二波形相对应的第二衰减速率来使多个像素强度计数器中的每一个递减；以及至少部分地基于所述多个像素强度计数器的值来显示第一和第二波形。

附图说明

图1A是示出其中两个波形具有相同像素强度的现有技术波形的图。

图1B是示出其中一个波形具有比另一波形更明亮的像素强度的现有技术波形的图。

图2A是正在示波器上显示且具有相同像素强度的多个波形的第一示例的信号图。

图2B是正在示波器上显示且具有不同像素强度的多个波形的信号图。

图3是用于显示图2A和2B中所示的波形的示波器的框图。

图4是图3中所示的示波器的光栅化器的第一实施例的框图。

图5是图3中所示的示波器的光栅化器的第二实施例的框图。

图6是根据本公开技术的实施例的显示多个波形的方法的流程图。

具体实施方式

通过结合附图来回顾以下详细描述，将更好地理解本公开的示波器。该详细描述和附图提供本文所描述的各种发明的示例。本领域技术人员将理解的是，在不脱离本文所描述的发明的范围的情况下可改变、修改以及变更本公开的示例。针对不同的应用和设计考虑可预期许多变型；然而，为了简洁起见，在以下详细描述中并未单独地描述每个和每一预期变型。

贯穿以下详细描述，提供多种示波器的示例。示例中的相关特征在不同示例中可以是相同、类似或不同的。为了简洁起见，在每个示例中将不会过多地解释相关特征。而是，相关特征名称的使用将提示读者具有相关特征名称的特征可类似于在先前解释的示例中的相关特征。对给定示例特定的特征将在该特定示例中被描述。读者应理解的是，给定特征不需要与在任何给定图或示例中的相关特征的特定描绘相同或类似。

参考图3，现在将描述示波器300的第一示例。示波器300包括数字化器302、存储器304、光栅化器306、处理器312和显示设备314。光栅化器306还包括减法器单元310。示波器300用于通过修改余辉衰减算法来以增加的明亮度和余辉显示不那么频繁发生的波形。另外，示波器300能够用来根据用户的选择修改多个波形的衰减速率。

继续参考图3，数字化器302获取输入数据并将该数据变换成数字表示。例如，数字化器302可包括操作在实时采样模式下尽可能多地采样的逐次逼近式（successive approximation）模数转换器（ADC）。 备选地，数字化器302可包括操作在等效时间采样模式下在触发事件之后的确定时间段进行采样的直接转换ADC。

在图3中将存储器304示出为位于数字化器302与光栅化器306之间；然而，这样的存储器存储装置并不是必需的。例如，数字化器302可直接地向光栅化器306发送数字化信号而不是通过存储器304。

处理器312可直接地或间接地与光栅化器306通信。例如，数据总线（未示出）可链接处理器312和光栅化器306。另外，处理器312可通过公用存储器（未示出）与光栅化器306进行通信。然而，公用存储器可以是存储器304本身或与存储器304分离的另一存储器。

在通常操作期间，数字化信号在光栅化器306中被光栅化成将作为二维（m×n）像素阵列显示在显示器314上的光栅图像（未示出）。光栅图像（未示出）由多个像素（未示出）形成。可以行和列的m×n阵列来布置每个像素。例如，光栅化平面（rasterizer plane）（未示出）通常是512×1024字节，其中，每个像素由总共32位构成，6位用于像素信息且26位用于计数器。

光栅化器306还包括减法器310，减法器310用来使对于“罕见”波形的光栅平面中的每个像素的26位计数器递减。一般而言，26位像素强度计数器将在2^N-1的计数处开始，并基于像素命中（hit）的频率而逐渐地从该初始值做减法。例如，相比于接收更多像素命中的频繁发生波形而言，“罕见”波形通常接收较少的像素命中。然而，与频繁发生波形显著不同的“罕见”事件或波形将具有比频繁发生波形更大的像素强度值，因此增加其像素明亮度并且由于要从如此大的2^N-1数字递减将花费的额外时间而允许“罕见”波形更长时间地停留在显示器314上。

相反地，频繁发生波形将具有低得多的像素强度值，并且将以快得多的速率从其相应的2^N-1计数器衰减，因此使其在与“罕见”波形相比较时被暗淡地照亮。

另外，光栅化器306能够修改余辉衰减算法以便对所显示波形应用不同的衰减速率。光栅化器306记录整个光栅化图像中的最小像素计数和最大像素计数。然后，当像素强度计数被转换成数字化显示信号时，这些计数被拷贝并衰减，使得光栅化过程能够与显示强度正在进行的转换并行地继续。

光栅化器306还采用这样的衰减过程：使用从最小计数（非零）至最大计数的范围，并将此范围划分成连续子范围的集合且对每个子范围中的像素计数应用不同的衰减算法。因此，光栅化器306可对大和小像素强度计数应用不同的余辉衰减算法。

将注意力转到图2A和2B，这些图示出已被数字化器302数字化、被光栅化器306光栅化且在显示设备314上显示的两个数据输入。图2A具体地示出频繁发生波形202和显著不同于波形202的波形204或“罕见”波形处于最大强度，因为它们各自的像素强度计数器206和207都具有初始最大像素强度值。因此，波形202和204的所有像素在该初始阶段都是最明亮的。如较早所提及的，读者能够领会到的是，像素203和205仅仅表示波形202和204中的每个中的成千上万个像素中的一个。

图2B示出已经历一定时间之后的图2A的两个波形。频繁发生波形202对于其像素203中的每一个将具有最小像素强度值206。然而，“罕见”波形204对于其像素205中的每一个将具有最大像素强度值207，从而使得波形在显示设备314上更明亮。此外，将修改余辉衰减算法以使得波形204的衰减速率将比波形202更长，因此显示波形204达更长时间段。

将注意力转到图4，现在将描述示波器400的第二示例。示波器400包括与示波器300的许多类似或相同的特征。因此，为了简洁起见，将不会过多地解释示波器400的每个特征。而是，将详细地描述示波器400与示波器300之间的主要区别，并且读者应参考以上针对在这两个示波器之间基本上类似的特征的论述。

如在图4中能够看到的，示波器400包数字化器402（未示出）、存储器404（未示出）、光栅化器406、处理器412（未示出）以及显示设备414（未示出）。在该示例中，示波器400还包括加法器408和切换模块412，其两者都位于光栅化器406内部，而示波器300的光栅化器306不包括那些元件中的任一个。

加法器408用来与常规示波器的加法器相同地操作。加法器408的像素强度计数器将具有初始值零，并将针对落入该像素位置内的每次获取以固定值增加。切换模块412用于允许示波器400采用加法器408或减法器410。

将注意力转到图5，现在将描述示波器500的第三示例。示波器500包括与示波器400的许多类似或相同特征。因此，为了简洁起见，将不过多地解释示波器400的每个特征。而是，将详细地描述示波器500与示波器400之间的主要区别，并且读者应参考以上针对在这两个示波器之间基本上类似的特征的论述。

如在图5中能够看到的，示波器500包括数字化器502（未示出）、存储器504（未示出）、光栅化器506、处理器512（未示出）以及显示设备514（未示出）。在该示例中，示波器500还包括寄存器513，而示波器400的光栅化器406不包括该元件。寄存器513用于存储光栅化图像的像素强度值。

将注意力转到图6，现在将描述显示波形的方法600。方法600包括获取与波形相对应的输入数据602、将每个像素强度计数器设置成初始值604、基于衰减速率将像素强度计数器递减606以及基于像素强度计数器来显示波形608。

继续参考图6，方框602示出获取被数字化以供稍后被光栅化器使用的输入信号的步骤。另外，可将数字化输入存储到存储器中以供由光栅化器或处理器稍后操纵。

接下来，方框604示出将每个像素强度计数器设置成2^N-1的初始值的步骤。当获取关于波形的像素信息时设定此初始值。在该示例中，并且如先前在以上所描述的，对于频繁发生波形202和“罕见”波形204的初始像素强度值（参见图2A）将处于最大值。然而，在短暂的时间段之后，对于频繁发生波形202的像素强度值将是最小值，而“罕见”波形204将处于最大值（参见图2B）。

在方框606，示出将像素强度计数器递减的步骤。“罕见”波形204的像素强度计数器（参见图2B）将具有2^N-1的初始最大值。对于在此波形中获取的每个后续像素，将以比频繁发生波形202慢得多的衰减速率来将26位计数器递减。该较慢衰减速率将允许“罕见”波形204保持被显示达到比频繁发生波形202更长的时间段。一旦计数器已递减至零，则其将在已获取波形的下一像素时自动地重置回到2^N-1值的最大值，并且递减过程再次开始。

关于频繁发生波形202，其26位计数器也将在每次像素获取之后递减；然而，衰减速率将大得多。换言之，这些波形将非常快速地衰减，使得其像素远不如“罕见”波形204的像素突出。

额外地或备选地，可将频繁发生波形202和“罕见”波形204两者都设置成数个不同的衰减速率。例如，如先前在上文所述，“罕见”波形的衰减速率将较低，使得这些波形在从视野衰减掉之前被显示达较长时间段。相反，频繁发生波形202的衰减速率通常将比“罕见”波形的衰减速率大得多，因为目标是通过促使频繁发生波形202非常快速地衰减来使得“罕见”波形204更加突出。

仍参考图6，方框608示出在显示设备上显示频繁发生波形202和“罕见”波形204的步骤。这通常一旦光栅化器306已将图像光栅化且其准备好被画出时就完成。

以上公开涵盖具有独立实用性的多个不同发明。虽然已以特定形式公开了这些发明中的每一个，但不应以限制性意义来考虑上文公开和例示的特定实施例，因为可以有许多变型。本发明的主题包括在上文公开和对于与这样的发明有关的领域的技术人员所固有的各种要素、特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。在本公开或随后提交的权利要求记载“一”要素、“第一”要素或任何此类等同术语时，应将本公开或权利要求理解为结合一个或多个此类要素，既不必需也不排除两个或更多个此类要素。

申请人保留提交针对被认为是新颖和非显而易见的本公开发明的组合和子组合的权利要求的权利。可通过在本申请中或在相关申请中对那些权利要求的修改或对新权利要求的呈现来请求保护在特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合中实施的发明。此类修改或新的权利要求，无论它们是针对相同发明还是不同发明，以及无论其在范围方面与原始权利要求相比是不同、更宽泛、更窄还是相等，都被认为是处于本文所描述的本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种示波器，包括： 

数字化器，所述数字化器被配置成将输入数据数字化成多个数字化信号； 

光栅化器，所述光栅化器被配置成从所述多个数字化信号生成多个光栅图像，所述光栅化器具有被配置成将像素强度计数器递减的减法器； 

处理器，所述处理器被配置成基于像素强度计数器来操纵光栅图像；以及 

显示设备，所述显示设备被配置成显示光栅图像。

2.根据权利要求1所述的示波器，还包括：被配置成存储数字化信号的存储器模块。

3.根据权利要求1所述的示波器，所述光栅化器还包括：被配置成增加像素强度计数器的加法器。

4.根据权利要求3所述的示波器，还包括：切换模块，所述切换模块被配置成允许光栅化器在使用减法器的第一模式与使用加法器的第二模式之间来回切换。

5.根据权利要求4所述的示波器，其中，所述切换模块包括寄存器。

6.根据权利要求4所述的示波器，其中，所述切换模块存在于光栅化器内部。

7.一种用于在示波器中显示波形的方法，所述方法包括： 

获取与波形相对应的输入数据； 

基于第一衰减速率将多个像素强度计数器中的每一个递减；以及 

基于所述多个像素强度计数器来显示波形。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将每个像素强度计数器设置成初始像素强度值，该初始像素强度值大于零且由2^N-1确定，其中N表示每个像素强度计数器中的位的数目。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，N的值是26。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：响应于像素强度计数器达到零值而将每个像素强度计数器重置成初始值2^N-1。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括：基于波形的至少一个图像中的最小像素计数和最大像素计数来确定第一衰减速率。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述波形显著不同于频繁发生波形。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述波形是频繁发生波形。

14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述示波器是数字磷示波器。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，将每个像素强度计数器递减是基于第二衰减速率或第三衰减速率。

16.一种用于在示波器中显示多个波形的方法，所述方法包括： 

获取与第一波形和第二波形相对应的输入数据，其中，第一波形是频繁发生波形，并且第二波形显著不同于第一波形； 

基于与第一波形相对应的第一衰减速率或与第二波形相对应的第二衰减速率来将多个像素强度计数器中的每一个递减；以及 

至少部分地基于所述多个像素强度计数器的值来显示第一和第二波形。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：将像素强度计数器设置成初始像素强度值，该初始像素强度值大于零且由2^N-1确定，其中N表示每个像素强度计数器中的位的数目。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：响应于像素强度计数器达到零值而将每个像素强度计数器重置成初始值2^N-1。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，N的值是26。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括：基于分别在与第一波形相对应的第一图像中和与第二波形相对应的第二图像中的最小像素计数和最大像素计数来确定与第一波形相对应的第一衰减速率和与第二波形相对应的第二衰减速率。