CN104977556A - 基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法，首先生成斜坡信号或对称三角波信号作为测试基础信号，并生成触发频率超过被测示波器标称的最大波形捕获率的触发信号，根据测试基础信号和触发信号对数字三维示波器进行设置，按照不同的延迟时间对测试基础信号进行延时得到测试信号，数字三维示波器在触发信号作用下以最高捕获率对测试信号进行采集，测量每个捕获波形的垂直起始电压，计算两个相邻捕获波形的死区时间，将所有测试信号得到的所有死区时间进行平均，得到平均死区时间，最后根据平均死区时间计算得到平均波形捕获率。本发明的技术方案简单易行，得到的平均波形捕获率能有效反映系统的总体捕获性能。

Description

基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法

技术领域

本发明属于数字示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法。

背景技术

在时域测试领域中，数字存储示波器的应用越来越广泛。其中，波形捕获率是衡量其数据采集性能的一个重要指标。在国家标准GB/T 15289-2009《数字存储示波器通用规范》中将波形捕获率定义为“单位时间内示波器所能捕获并显示的波形幅数(wfms/s)”，它表达了单位时间内采集系统所获取并显示的信息量的大小。波形捕获率越高，表示示波器对偶发事件的捕获能力越强。

图1是数字示波器波形采集与处理示意图。如图1所示，由于系统微处理器参与了上一次采集波形数据的处理，在两次采集之间形成了一段时间的采集死区，这段时间被称为死区时间，它是数据采集系统从一次采集结束到下一次采集开始之前的时间间隔。死区时间内采集系统将丢失波形的信息。

数字三维示波器与一般的数字存储示波器的区别在于它显示的是波形的三维信息：时间、幅度以及随时间变化的幅值分布情况。虽然减小了示波器的死区时间，但是不管死区有多短，对于数字三维示波器来说它的存在是必然的。而对于强调捕获细节的数字三维示波器来说，最大波形捕获率也是一项重要的指标，波形捕获率的高低决定这个示波器对信号信息捕捉的程度。因此，对数字示波器的波形捕获率进行测试时十分必要的。

目前已有外特性测试数字存储示波器波形捕获率的方法，即2011年06月01日授权公告的、公告号为CN 101281224B、名称为“数字示波器波形捕获率的测试方法”，改方法也称为“双脉冲测试法”，填补了波形捕获率测试方法的空白。但是这种方法仅能够测量出数字存储示波器的瞬态波形捕获率，测量结果反映的是被测时间点波形捕获率的实际情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法，通过测量平均的波形死区时间，从而得到数字三维示波器的平均波形捕获率。

为实现上述发明目的，本发明基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法，包括以下步骤：

S1：生成斜坡信号或对称三角波信号作为测试基础信号，测试基础信号的持续时间为T，测试基础信号的最大幅值与最小幅值的差值记为S；

S2：生成触发信号，其频率g超过被测数字三维示波器标称的最大波形捕获率；

S3：根据测试基础信号和触发信号对数字三维示波器进行触发参数设置：边沿触发类型、正常触发方式、触发源为触发信号的输入通道；并设置数字三维示波器的水平刻度到最快实时采样档或给定的最高波形捕获率状态，其对应的捕获时间记为h；显示方式为点显示、无限余辉；存储深度为最小值；

S4：分别采用延迟时间τ_k对测试基础信号进行延时，得到K个测试信号，其中，k的取值范围为1≤k≤K，K表示测试信号的数量。并且τ_k+1＞τ_k，对于每个测试信号，分别按照以下步骤得到对应的若干个死区时间：

向数字三维示波器同时输入触发信号和测试信号，数字三维示波器在触发信号的作用下，以最高波形捕获率对测试信号进行采集；经过预设的测试时间τ_k+T后，触发信号关闭，测量数字三维示波器显示的每个捕获波形的垂直起始电压，将相同斜率的波形作为一组，按照垂直方向的顺序将各个波形的垂直起始电压记为其中i表示测试信号的分段序号，i取值范围为1≤i≤M，M表示捕获波形的分组数，j表示第i段捕获的第j个波形；计算两个相邻捕获波形的死区时间

$d_i^{j,j+1}=\frac{(v_i^{j+1}-v_i^j)T}{MS}-h$

S5：汇总记录所有测试信号得到的死区时间，得到死区时间集合D＝{D₁,D₂,…,D_Q}，Q表示死区时间的数量；然后计算所有捕获波形的平均死区时间D，计算公式为：

$\stackrel{\‾}{D}=\frac{1}{Q}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{D}_q$

S6：计算数字示波器的平均捕获率W，计算公式为：

$W=\frac{1}{\stackrel{\‾}{D}+h}.$

本发明基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法，首先生成斜坡信号或对称三角波信号作为测试基础信号的触发信号，并生成触发频率超过被测示波器标称的最大波形捕获率，根据测试基础信号和触发信号对数字三维示波器进行设置，分别按照不同的延迟时间对测试信号进行延时得到测试信号，将每个测试信号和触发信号输入数字三维示波器，数字三维示波器在触发信号作用下，以最高波形捕获率对测试信号进行采集，测量每个捕获波形的垂直起始电压，计算两个相邻捕获波形的死区时间，将所有测试信号得到的所有死区时间进行平均，得到平均死区时间，最后根据平均死区时间计算得到平均波形捕获率。

本发明在系统波形捕获率与“死区时间”的关系的基础上，提出了平均波形捕获率的测试方法，本发明采用斜坡信号或对称三角波信号，通过测量平均的波形死区时间来计算数字示波器的平均波形捕获率，本发明的方案简单易行，得到的平均波形捕获率能有效反映系统的总体捕获性能，也更能说明采集系统捕获波形的能力。

附图说明

图1是数字示波器波形采集与处理示意图；

图2是本发明基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法的流程图；

图3是斜坡信号示例图；

图4是对称三角波信号示例图；

图5是测试信号的采集示意图；

图6是斜坡信号的捕获波形示例图；

图7是对称三角波信号的捕获波形示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图2是本发明基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法的流程图。如图2所示，本发明基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法包括以下步骤：

S201：生成测试基础信号：

本发明采用的测试基础信号为电压幅值线性变化的信号，也就是斜坡信号，例如幅值线性上升或者幅值线性下降，或是电压幅值分两段线性变化的信号，例如幅值先线性上升、再线性下降，并且两段信号的斜率大小相等，符号相反，也就是对称三角波信号。测试基础信号的持续时间为T，测试基础信号的最大幅值与最小幅值的差值记为S。图3是斜坡信号示例图。图4是对称三角波信号示例图。

S202：生成触发信号：

生成触发信号，触发信号的频率g需要超过被测示波器标称的最大波形捕获率。

S203：设置数字三维示波器：

根据测试基础信号和触发信号设置数字三维示波器的触发参数，即边沿触发类型、正常触发方式、触发源为触发信号的输入通道。设置数字三维示波器的水平刻度到最快实时采样档或给定的最高波形捕获率状态，即标称的最大波形捕获率，其对应的捕获时间记为h；显示方式为点显示、无限余辉；存储深度为最小值。此外，可以根据测试信号的幅值调整被测数字三维示波器的垂直刻度到合适的档位，以能够方便观察到测试信号为准。

S204：令测试信号序号k＝1；

S205：设置延时，生成测试信号：

设置第k个测试信号的延时时间τ_k，τ_k＞τ_k-1，τ₀＝0。由于延时时间决定测量的有效时间范围，因此在实际应用中各个延时时间是根据实际测量需要来设置的。采用延迟时间τ_k对测试基础信号进行延时，得到对应的第k个测试信号。

S206：输入测试信号和触发信号：

同时向数字三维示波器输入触发信号和测试信号，测试信号和触发信号的输入通道根据数字三维示波器的实际情况进行选择。数字三维示波器在触发信号作用下，以最高波形捕获率对测试信号进行采集。图5是测试信号的采集示意图。如图5所示，数字三维示波器在采集时间区间内对测试信号进行采集，由于测试信号的电压幅度值是线性增长的，那么数字三维示波器捕获到的每幅波形在起始点的电压都不相同，因此可以通过起始电压来计算得到死区时间。

S207：得到捕获波形的垂直起始电压：

从触发信号、测试信号输入开始计时，经过测试时间τ_k+T后，触发信号关闭，测量数字示波器显示的每个波形的垂直起始电压，也就是每个波形在起始点处的电压值；将相同斜率的波形作为一组，每组波形数量大于1，按照垂直方向的顺序将每个波形的垂直起始电压记为v_i ^j，其中i表示测试信号的分段序号，i取值范围为1≤i≤M，M表示捕获波形的分组数。j表示第i段中捕获的第j个波形。

图6是斜坡信号的捕获波形示例图。图7是对称三角波信号的捕获波形示例图。如图6和图7所示，由于测试信号的电压幅值是线性变化的，因此捕获到的波形在屏幕上呈现一系列的平行线。斜坡信号是一段线性变化的信号，因此其捕获波形是一组平行线，而对称三角波信号是由两段线性变化的信号组成，因此其捕获波形是两组平行线，因此本发明中M＝1或M＝2。在测试基础信号为对称三角波信号时，有可能在捕获波形中会出现一个小的三角波，但是由于该小三角波只会出现一次，因此不会影响到死区时间的计算。

S208：计算相邻捕获波形的死区时间：

根据两个相邻捕获波形的垂直起始电压，计算这两个捕获波形间的死区时间。第j个捕获波形对应的捕获周期的计算公式为：

$t_i^j=d_i^{j,j+1}+h=\frac{v_i^{j+1}-v_i^j}{S/(T/M)}=\frac{(v_i^{j+1}-v_i^j)T}{MS}$

根据以上公式推导可知两个相邻捕获波形的死区时间的计算公式为：

$d_i^{j,j+1}=\frac{(v_i^{j+1}-v_i^j)T}{MS}-h$

S209：判断是否k＜K，K表示测试次数，也就是测试信号的数量，如果是，进入步骤S210，否则进入步骤S211。

S210：令k＝k+1，返回步骤S205。

S211：记录全部死区时间：

对于每个测试信号，都会得到一系列的死区时间不同测试信号得到的死区时间数量可能不相同。将所有K个测试信号得到的死区时间进行汇总记录，得到死区时间集合D＝{D₁,D₂,…,D_q，…,D_Q}，Q表示死区时间的总数，D_q表示第q个死区时间，q的取值范围为1≤q≤Q。也就是说，集合D包含了所有测试信号对应的死区时间

S212：计算平均死区时间：

计算所有捕获波形的平均死区时间计算公式为：

$\stackrel{\‾}{D}=\frac{1}{Q}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{D}_q$

S213：计算平均波形捕获率：

根据步骤S212计算得到的平均死区时间计算数字示波器的平均捕获率W，计算公式为：

$W=\frac{1}{\stackrel{\‾}{D}+h}$

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种基于死区时间测量的平均波形捕获率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：生成斜坡信号或对称三角波信号作为测试基础信号，测试基础信号的持续时间为T，测试基础信号的最大幅值与最小幅值的差值记为S；

S2：生成触发信号，其频率g超过被测数字三维示波器标称的最大波形捕获率；

S3：根据测试基础信号和触发信号对数字三维示波器进行触发参数设置，并设置数字三维示波器的水平刻度到最快实时采样档或给定的最高波形捕获率状态，其对应的捕获时间记为h；显示方式为点显示、无限余辉；存储深度为最小值；

S4：分别采用延迟时间τ_k对测试基础信号进行延时，得到K个测试信号，其中，k的取值范围为1≤k≤K，K表示测试信号的数量。并且τ_k+1＞τ_k，对于每个测试信号，分别按照以下步骤得到对应的死区时间：

向数字三维示波器同时输入触发信号和测试信号，数字三维示波器在触发信号的作用下，以最高波形捕获率对测试信号进行采集；经过预设的测试时间τ_k+T后，触发信号关闭，测量数字三维示波器显示的每个捕获波形的垂直起始电压，将相同斜率的波形作为一组，按照垂直方向的顺序记各个波形的垂直起始电压为其中i表示测试信号的分段序号，i取值范围为1≤i≤M，M表示捕获波形的分组数，j表示第i段捕获的第j个波形；计算两个相邻捕获波形的死区时间

$d_i^{j,j+1}=\frac{\left(v_i^{j+1}-v_i^j\right)T}{MS}-h$

S5：汇总记录所有测试信号得到的死区时间，得到死区时间集合D＝{D₁,D₂,…,D_Q}，Q表示死区时间的数量；然后计算所有捕获波形的平均死区时间计算公式为：

$\stackrel{\‾}{D}=\frac{1}{Q}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{D}_q$

S6：计算数字示波器的平均捕获波形捕获率W，计算公式为：

$W=\frac{1}{\stackrel{\‾}{D}+h}.$