CN104849684B - 一种示波器、校正装置及其自动校正水平中心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种示波器、校正装置及其自动校正水平中心的方法。示波器包括用于输入信号的输入模块、用于显示信号波形的显示模块、用于处理波形的控制处理模块，控制处理模块还用于自动校正波形的水平中心。自动校正水平中心的方法包括如下过程：等效采样模式处理：设置0.1ns时基并等效采样，将当前时基与2.5us进行比较，根据比较结果结束该过程或者进行差值计算；实时采样模式处理：设置0.1ns时基并实时采样，将当前时基与2.5us进行比较，根据比较结果结束该过程或者进行差值计算；保存校正数据。与采用人工校正水平中心偏移的方式相比，本发明的方法避免了人为因素引起的误差，进而能够节省人力成本，提高工作效率。

Description

一种示波器、校正装置及其自动校正水平中心的方法

技术领域

本发明涉及信号检测领域，具体涉及一种示波器、校正装置及其自动校正水平中心的方法。

背景技术

传统的校正示波器水平中心的方法是通过外接信号，人工校出水平中心的偏移，这样，由于存在人为因素造成的误差，会导致波形水平中心出现偏差；同时，现有技术的校正方法增加了人力成本以及校准设备的设备成本，工作效率低下。另外，还有一个弊端就是用户所使用的示波器不能够更新FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)版本，如果示波器校正过程中出现的是FPGA的bug(程序中的漏洞)，就不能够得到解决。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种示波器自动校正水平中心的方法，包括等效采样模式处理过程、实时采样模式处理过程、保存校正数据过程。

等效采样模式处理过程包括：

设置第一初始时基并等效采样；

将当前时基与第一参考时基进行比较；

若当前时基大于第一参考时基，则结束等效采样模式处理过程；

若当前时基小于第一参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回将当前时基与第一参考时基进行比较步骤。

实时采样模式处理过程包括：

设置第二初始时基并实时采样；

将当前时基与第二参考时基进行比较；

若当前时基大于第二参考时基，则结束实时采样模式处理过程；

若当前时基小于第二参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回将当前时基与第二参考时基进行比较步骤。

保存校正数据过程包括：保存等效采样模式处理过程所得的差值和实时采样模式处理过程所得的差值。

等效采样模式处理过程中，进行当前时基档位下的差值计算过程包括：

存储当前设置，配置校正环境；

将当前时基与等效采样模式的阈值时基进行比较；

若当前时基大于等效采样模式的阈值时基，则清除波形数据，采集并处理波形；若当前时基小于等效采样模式的阈值时基，则对波形进行TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)校正，采集波形，对波形进行线性补值并处理波形；

根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

实时采样模式处理过程中，进行当前时基档位下的差值计算过程包括：

存储当前设置，配置校正环境；

清除波形数据，采集并处理波形；

根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

保存校正数据过程还包括：清除波形数据。

第一初始时基为1ns，第二初始时基为1ns；第一参考时基为2.5us，第二参考时基为2.5us；等效采样模式的阈值时基为50ns。

时基档位自增为：在当前时基档位的基础上自增一个时基档位。

根据处理后的波形的显示数据计算差值包括：在处理后的波形的显示数据中遍历，寻找波形在横坐标上的中点，计算该中点与预设中线的差值。

线性补值的计算过程为：遍历查找波形缺口，记录波形缺口的长度L，取波形缺口前的最后一点的值为Val1，取波形缺口后的第一个点的值为Val2，计算步进值Step＝(Val2-Val1)/L，并确定波形缺口中的第N点的值为Val1+Step*N，其中，N为大于等于1的整数。

根据本发明的第二方面，提供一种校正装置，包括等效采样模式处理单元、实时采样模式处理单元和校正数据存储单元。

等效采样模式处理单元用于设置第一初始时基并等效采样；将当前时基与第一参考时基进行比较；若当前时基大于第一参考时基，则结束等效采样模式处理过程；若当前时基小于第一参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回将当前时基与第一参考时基进行比较步骤。

实时采样模式处理单元用于设置第二初始时基并实时采样；将当前时基与第二参考时基进行比较；若当前时基大于第二参考时基，则结束实时采样模式处理过程；若当前时基小于第二参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回将当前时基与第二参考时基进行比较步骤。

校正数据存储单元用于保存等效采样模式处理过程所得的差值和实时采样模式处理过程所得的差值。

等效采样模式处理单元进行当前时基档位下的差值计算包括：存储当前设置，配置校正环境；将当前时基与等效采样模式的阈值时基进行比较；若当前时基大于等效采样模式的阈值时基，则清除波形数据，采集并处理波形；若当前时基小于等效采样模式的阈值时基，则对波形进行TDC校正，采集波形，对波形进行线性补值并处理波形，根据处理后的波形的显示数据，计算差值；

实时采样模式处理单元进行当前时基档位下的差值计算包括：存储当前设置，配置校正环境；清除波形数据，采集并处理波形；根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

根据本发明的第三方面，提供一种示波器，包括输入模块、显示模块、控制处理模块，其特征在于，还包括校正模块。

输入模块连接至控制处理模块，用于获取输入信号；设置模块连接至显示模块和控制处理模块，用于设置时基档位等参数；显示模块连接至控制处理模块，用于显示信号波形；控制用于处理并检测输入信号；校正模块为上述的校正装置，连接至控制处理模块和显示模块，用于校正示波器的水平中心。

本发明的有益效果是，本发明的示波器采用的是自动校正水平中心的方法，与现有技术中采用人工校正水平中心偏移的方式相比，避免了人为因素引起的误差，进而能够节省人力成本，提高工作效率。

附图说明

图1为实施例一的示波器的结构示意图；

图2为实施例一的自动校正水平中心的方法流程图；

图3为实施例一的线性补值前的原始波形效果图；

图4为实施例一的线性补值后的波形效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的示波器具备常规示波器的几个基本组成部分，包括输入模块001、处理模块002、设置模块003、显示模块004和校正模块005。

输入模块001连接至处理模块002，用于获取外部输入的信号；设置模块003连接至处理模块002和显示模块004，用于对时基档位等参数进行设置；显示模块004即示波器的屏幕，连接至处理模块002，用于显示信号波形即信号检测结果；校正模块005连接至处理模块002和显示模块004，用于完成示波器的自动校正水平中心的处理过程；处理模块002完成对信号的处理即检测过程，以及对输入模块001、设置模块003、显示模块004和校正模块005的运行进行整体控制。

具体地，校正模块包括等效采样模式处理单元、实时采样模式处理单元和校正数据存储单元。如图2所述为本实施例的示波器的自动校正水平中心的方法流程图，包括等效采样模式处理过程、实时采样模式处理过程、保存校正数据过程。结合图2，校正模块的等效采样模式处理单元用于实现等效采样模式处理过程，实时采样模式处理单元用于实现实时采样模式处理过程，校正数据存储单元对应于保存校正数据过程，用于保存等效采样模式处理过程所得的差值和实时采样模式处理过程所得的差值。

本实施例中，方法开始后，首先要进行等效采样模式处理过程，再进行实时采样模式处理过程。在其他的实施例中，也可以先进行实时采样模式处理过程，再进行等效采样模式处理过程。

方法开始后，进入等效采样模式处理过程，等效采样模式处理过程包括如下步骤：

S1、设置1ns时基并等效采样。

S2、将当前时基与2.5us进行比较。

若当前时基大于2.5us，则结束等效采样模式处理过程，从而进入实时采样模式处理过程；

若当前时基小于2.5us，则进行当前时基档位下的差值计算过程。

在S2步骤中，由于设置的初始时基为1ns，第一次比较时，当前时基即1ns必然小于2.5us，经过若干次循环后，当前时基才会大于2.5us。如果当前时基大于2.5us，则波形可以达到很好的显示效果，不会影响用户的观察，故对于时基大于2.5us的情况不需要校正；如果当前时基小于2.5us，则波形的显示不利于用户清楚地观察，故需要校正。

S3、差值计算过程，/3过程包括S301、S302、S303、S304几个步骤，具体流程如下：

S301、存储当前设置，配置校正环境；

S302、将当前时基与50ns进行比较；

若当前时基大于50ns，则(a1)清除波形数据、(a2)采集波形从而使波形能别进一步处理；

若当前时基小于50ns，则(b1)对波形进行TDC校正、(b2)采集波形、(b3)对波形进行线性补值从而使波形能被进一步处理；

50ns以上只有实时采样，50ns以下才会有等效采样，因此，如果当前时基小于50ns，则按照等效采样模式处理；如果当前时基大于50ns，则不会按照等效采样模式处理，随着时基档位的自增，最终当前时基会大于205us。

S303、处理波形，从而使得波形更好地显示；

S304、根据处理后的波形的显示数据，计算差值；

计算差值的具体方式为，令FPGA输出1KHz方波(即FPGA产生快沿信号，从而免去了使用校准设备)，在处理后的波形的显示数据中遍历，确定初始电平，继而开始寻找坐标落在128的点(波形坐标落在128的点即波形在横坐标上的中点，完整的波形通常在横坐标上具备255个点)，并将波形的通道记录为pos1，将另一通道pos2设置为屏幕横坐标中点，从而确定出屏幕纵向中线，计算pos1与屏幕纵向中线的差值。

S4、进行时基档位自增后返回S2步骤；

若当前时基小于2.5us，则再次进行当前时基档位下的差值计算过程，直到当前时基大于2.5us为止；

若当前时基大于2.5us，则结束等效采样模式处理过程，从而进入实时采样模式处理过程。

S4步骤可以是在当前时基档位的基础上自增一个时基档位，或者时基档位每一次自增的值可以是2.5ns，也可以是别的时基值。

完成等效采样模式处理过程后，进入实时采样模式处理过程，实时采样模式处理过程包括如下步骤：

St1、设置1ns时基并实时采样。

St2、将当前时基与2.5us进行比较；

若当前时基大于2.5us，则结束实时采样模式处理过程；

若当前时基小于2.5，则进行当前时基档位下的差值计算过程。

在St2步骤中，由于设置的初始时基为1ns，第一次比较时，当前时基即1ns必然小于2.5us，经过若干次循环后，当前时基才会大于2.5us。如果当前时基大于2.5us，则波形可以达到很好的显示效果，不会影响用户的观察，故不需要校正；如果当前时基小于2.5us，则波形的显示不利于用户清楚地观察，故需要校正。

St3、差值计算过程，St3过程包括St301、St302、St303、St304、St305几个步骤，具体流程如下：

St301、存储当前设置，配置校正环境；

St302、清除采集波形数据；

St303、采集波形，从而使波形能被进一步处理；

St304、处理波形，从而使得波形更好地显示；

St305、根据处理后的波形的显示数据，计算差值；

计算差值的具体方式为，令FPGA输出1KHz方波，在处理后的波形的显示数据中遍历，确定初始电平，继而开始寻找坐标落在128的点，并将波形的通道记录为pos1，将另一通道pos2设置为屏幕横坐标中点，从而确定出屏幕纵向中线，计算pos1与屏幕纵向中线的差值。

St4、进行时基档位自增后返回St2步骤；

若当前时基小于2.5us，则再次进行当前时基档位下的差值计算过程，直到当前时基大于2.5us为止；

若当前时基大于2.5us，则结束实时采样模式处理过程，从而进入保存校正数据过程。

St4步骤可以是在当前时基档位的基础上自增一个时基档位，或者时基档位每一次自增的值可以是2.5ns，也可以是别的时基值。

完成等效采样模式处理过程和实时采样模式处理过程后，进入保存校正数据过程，保存校正数据过程包括：

S5、清除波形数据；

S6、保存校正数据，即保存等效采样模式处理过程所得的差值和实时采样模式处理过程所得的差值。

在等效采样模式处理过程中，要进行采集遍历，为了排除TDC校正的影响，添加了线性补值算法。在自动校正模式下遍历到比预设值少100个点时即会启动该算法。

线性补值的具体过程为：先开始遍历查找毛刺或者未取到的点(例如取值为0的点)，查找到这样的点后继续向前查找，再次查找到这样的点后，即可确定这两点之间为波形缺口，即两个毛刺之间为缺口，或者两个取值为0的点之间为缺口，或者毛刺和取值为0的点之间为缺口；记录波形缺口的长度L，取缺口前的最后一点的值Val1，取缺口后的第一个点的值Val2，步进值为Step，则步进值的计算式为Step＝(Val2-Val1)/L，则缺口中第N点的值为Val1+Step*N，其中，N为大于等于1的整数。通过上述算法，可以达到线性补值的目的。最大缺口长度可以设置为20。

由于TDC校正的影响，线性补值前的原始波形如图3所示，由于未经处理，所以屏幕中整个波形区域都被填充，既不利于用户查看，也不利于示波器的自动校正；经过线性补值后，波形的显示效果如图4所示，波形呈现出十分清晰分明的线条形式，有利于后续的处理以及计算差值步骤。

图2中，等效采样模式处理过程中，由于存在多个时基档位，因此最终计算并储存的差值有多组，同理，实时采样模式处理过程也会得到多组差值，因此，在保存校正数据过程中，所保持的校正数据是多组等效采样模式下得到的差值和多组实时采样模式下得到的差值。

本发明的示波器采用的是自动校正水平中心的方法，与现有技术中采用人工校正水平中心偏移的方式相比，避免了人为因素引起的误差，进而能够节省人力成本，提高工作效率。并且，在FPGA出现bug从而需要更新时，用户能够正常升级FPGA。在自动校正过程中，通过FPGA产生快沿信号，从而免去了校准设备。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种示波器自动校正水平中心的方法，其特征在于，包括等效采样模式处理过程、实时采样模式处理过程、保存校正数据过程；

所述等效采样模式处理过程包括：

设置第一初始时基并等效采样；

将当前时基与第一参考时基进行比较；

若当前时基大于所述第一参考时基，则结束等效采样模式处理过程；

若当前时基小于所述第一参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回所述将当前时基与第一参考时基进行比较步骤；

所述实时采样模式处理过程包括：

设置第二初始时基并实时采样；

将当前时基与第二参考时基进行比较；

若当前时基大于所述第二参考时基，则结束实时采样模式处理过程；

若当前时基小于所述第二参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回所述将当前时基与第二参考时基进行比较步骤；

所述保存校正数据过程包括：

保存所述等效采样模式处理过程所得的差值和所述实时采样模式处理过程所得的差值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效采样模式处理过程中，所述进行当前时基档位下的差值计算过程包括：

存储当前设置，配置校正环境；

将当前时基与等效采样模式的阈值时基进行比较；

若当前时基大于所述等效采样模式的阈值时基，则清除波形数据，采集并处理波形；若当前时基小于所述等效采样模式的阈值时基，则对波形进行时间数字转换校正，采集波形，对波形进行线性补值并处理波形；

根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时采样模式处理过程中，所述进行当前时基档位下的差值计算过程包括：

存储当前设置，配置校正环境；

清除波形数据，采集并处理波形；

根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述第一初始时基为1ns，所述第二初始时基为1ns；所述第一参考时基为2.5us，所述第二参考时基为2.5us；所述等效采样模式的阈值时基为50ns。

5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述时基档位自增为：在当前时基档位的基础上自增一个时基档位。

6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据处理后的波形的显示数据计算差值包括：在处理后的波形的显示数据中遍历，寻找波形在横坐标上的中点，计算该中点与预设中线的差值。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述线性补值的计算过程为：遍历查找波形缺口，记录波形缺口的长度L，取波形缺口前的最后一点的值为Val1，取波形缺口后的第一个点的值为Val2，计算步进值Step＝(Val2-Val1)/L，并确定波形缺口中的第N点的值为Val1+Step*N，其中，N为大于等于1的整数。

8.一种校正装置，其特征在于，包括等效采样模式处理单元、实时采样模式处理单元和校正数据存储单元；

所述等效采样模式处理单元用于设置第一初始时基并等效采样；将当前时基与第一参考时基进行比较；若当前时基大于所述第一参考时基，则结束等效采样模式处理过程；若当前时基小于所述第一参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回所述将当前时基与第一参考时基进行比较步骤；

所述实时采样模式处理单元用于设置第二初始时基并实时采样；将当前时基与第二参考时基进行比较；若当前时基大于所述第二参考时基，则结束实时采样模式处理过程；若当前时基小于所述第二参考时基，则进行当前时基档位下的差值计算过程，进行时基档位自增后返回所述将当前时基与第二参考时基进行比较步骤；

所述校正数据存储单元用于保存所述等效采样模式处理过程所得的差值和所述实时采样模式处理过程所得的差值。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述等效采样模式处理单元进行当前时基档位下的差值计算包括：存储当前设置，配置校正环境；将当前时基与等效采样模式的阈值时基进行比较；若当前时基大于所述等效采样模式的阈值时基，则清除波形数据，采集并处理波形；若当前时基小于所述等效采样模式的阈值时基，则对波形进行TDC校正，采集波形，对波形进行线性补值并处理波形，根据处理后的波形的显示数据，计算差值；

所述实时采样模式处理单元进行当前时基档位下的差值计算包括：存储当前设置，配置校正环境；清除波形数据，采集并处理波形；根据处理后的波形的显示数据，计算差值。

10.一种示波器，包括输入模块、设置模块、显示模块、控制处理模块，其特征在于，还包括校正模块；

所述输入模块连接至所述控制处理模块，用于获取输入信号；

所述设置模块连接至所述显示模块和所述控制处理模块，用于设置时基档位；

所述显示模块连接至所述控制处理模块，用于显示信号波形；

所述控制处理模块用于处理并检测输入信号；

所述校正模块为权利要求8或9所述的校正装置，连接至所述控制处理模块和所述显示模块，用于校正示波器的水平中心。