CN105629157A - 高速数字采集中数据可信度的判别方法 - Google Patents

Abstract

高速数字采集中数据可信度的判别方法，包括：1)检查相关软件及硬件组件是否与预期状态相符；2)采集数据信号，获得信号波形数据，计算其上升时间；3)外部输入传输延迟信号，计算其上升时间；4)将信号波形数据上升时间与传输延迟信号的上升时间比较，判断信号波形数据是否是高速信号；5)读取放大器的模拟带宽，计算传输延迟信号的反折频率，判断外部输入采集设备的带宽是否合适；6)当前放大器的采样率，计算采样点数量、确定每个采样区间、计算采集的信号波形在[0，Tr]区间内0与Vpp间直线的斜率Tanγ、计算[0，Tr]区间内每2个相邻采样点间的斜率Tanαn；对Tanγ与全部Tanαn求差，判断求差结果是否满足Tanγ-Tanαn≤±1。本发明可有效避免误判，增加测试结果可信度。

Description

高速数字采集中数据可信度的判别方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动测试设备/系统(ATE/ATS，AutomaticTestEquipment/System)或其它测试设备工作过程中对被测信号进行分析和对采集到的离散数据进行处理的方法，尤其涉及一种在进行高速数字电路测试时对测试数据进行预处理以提高数据的准确性的高速数字采集中数据可信度的判别方法。

背景技术

高速数字电路的测试需求在整个测试需求中所占比重越来越大，所以高速数字采集系统的设计技术是自动测试设备/系统的核心技术之一。

在高速数字采集系统设计时，由于采集系统和被测系统是异步关系，采样点有时恰好落在信号的上升沿或下降沿，这种情况是不可避免的。在实际测试中，由于高速信号是由数个不同频率的正弦信号组成，在信号沿包含了数个高频正弦信号分离，所以高速信号的上升沿或下降沿经常不是单调的，而是存在回沟等现象，这就给采集工作带来了误判结果的风险，从而对测试系统的整个数据分析工作都带来了可信度的问题。

目前通常的情况是，在高速数字采集系统设计时，对采集到的离散数据可能造成的误判问题并无有效的控制方法和解决措施。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可有效避免误判以及可增加测试结果可信度的高速数字采集中数据可信度的判别方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种高速数字采集中数据可信度的判别方法，其特殊之处在于：所述高速数字采集中数据可信度的判别方法包括以下步骤：

1)检查数据采集系统中的相关软件以及硬件组件是否与预期状态相符，若相符，则进行步骤2)；若不相符，则退出数据可信度的判别过程；

2)以当前放大器的带宽以及放大器的采样率采集数据信号，同时获得信号波形数据，并计算信号波形数据中的上升时间；

3)外部输入传输延迟信号，并计算外部输入传输延迟信号的上升时间；

4)将步骤2)所得到的信号波形数据中的上升时间与步骤3)所得到的外部输入传输延迟信号的上升时间进行大小比较，判断步骤2)所得到的信号波形数据是否是高速信号；若否，则直接数据可信度的判别过程；若是，则进行步骤5)；

5)读取外部输入采集设备所使用的放大器的模拟带宽，计算出步骤3)所输入的传输延迟信号的反折频率，根据传输延迟信号的反折频率以及放大器的带宽的大小比较结果判断当前所使用的外部输入采集设备的带宽是否合适；若带宽合适，则进行步骤6)；若带宽不合适，则判断步骤2)所得到的信号波形数据是否可信；若可信，则继续采用当前放大器的带宽以及放大器的采样率；若不可信，则需要增加采样率；

6)当前放大器的采样率，并根据采样率并计算采样点的数量、确定每个采样区间、计算采集到的信号波形在[0，Tr]区间内0与Vpp间直线的斜率Tanγ、计算[0，Tr]区间内每2个相邻采样点间的斜率Tanαn；所述Tanαn＝ΔVn/ΔTn，所述Tanγ＝Vpp/Tr；对Tanγ与全部Tanαn求差，判断求差结果是否满足Tanγ-Tanαn≤±1，若满足，则当前采样区间内的结果可信；若不满足，则当前采样区间内的结果不可信；若结果可信，则继续采用当前放大器的带宽以及放大器的采样率，若结果不可信，则需要增加采样率。

本发明的优点是：

本发明提供了一种高速数字采集中数据可信度的判别方法，该方法首先检查相关软、硬件组件是否与预期状态相符，然后以当前带宽和采样率采集信号，获得信号波形数据。外部输入信号延迟，计算信号波形数据中的上升时间，然后根据计算出传输延迟与信号上升时间的计算结果判断该被测信号是否为高速信号，是否需要做可信度判别，如果不是高速信号，则直接退出；如果是高速信号，则进一度由外部输入采集设备所使用的放大器的模拟带宽，计算出被测信号的反折频率，并根据反折频率和带宽的比较结果决定现在使用的采集设备的带宽是否合适(如果不合适，则判定测试结果不可信)。如果带宽合适，则由输入采样率，并计算采样点的数量、确定每个采样区间、计算采集到的信号波形在[0，Tr]区间内0与Vpp间直线的斜率Tanγ＝Vpp/Tr、计算[0，Tr]区间内每2个相邻采样点间的斜率Tanαn＝ΔVn/ΔTn，然后对Tanγ与全部Tanαn求差，判断结果是否满足Tanγ-Tanαn≤±1，满足则当前采样区间内的结果可信。否则不可信，需要增加采样率。本发明所提供的高速数字采集系统中对被测信号进行分析和对采集到的离散数据进行处理的方法，是用于自动测试设备/系统或其它测试设备工作过程中，在进行高速数字电路测试时，对测试数据进行预处理的一套方法，可以有效提高数据的准确性，从而达到避免误判，增加测试结果的可信度的目的。其实现方式灵活，可以由可编程逻辑器件和开关等硬件方式实现，当以硬件方式实现时，该硬件可以嵌入数字采集系统中；该方法也可以由软件实现，当以软件方式实现时，该程序是TPS的一部分，驻留在主控计算机中。

附图说明

图1是本发明所提供的方法适用所有等效模型的系统或设备的示意图；

图2是使用1G带宽、10GS/S的示波器采集同一个33MHz信号上升沿的测试结果；

图3是使用6G带宽、20GS/S的示波器采集同一个33MHz信号上升沿的测试结果；

图4是本发明高速数字采集中数据可信度的判别方法的原理示意图；

图5是本发明所提供的高速数字采集中数据可信度的判别方法的流程框图。

具体实施方式

各种数据采集系统采集到的数据是否可信通常由很多因素决定，但是由于各种数据采集方法的实现原理是相同的，所以其中最重要的是2个因素：放大器的模拟带宽(单位Hz)和采样率(单位S/s)。各种数据采集系统，无论其实现形式如何，其能否准确的测试信号，合适的带宽和采样率是其必须满足的基本条件。

如图2和图3所示，分别使用1G带宽、10GS/S的示波器和6G带宽、20GS/S的示波器，采集同一个33MHz信号上升沿的测试结果有很大不同.带宽和采样率较低的示波器没有能够准确的测试出33MHz信号上升沿的毛刺。

虽然使用带宽和采样率指标越高的数字采集系统，越可以有效的测试信号，但是通常带宽和采样率指标高的数字采集系统非常昂贵，不是所有的工程师在工作现场都可以随时使用带宽和采样率指标很高的数字采集系统。通常工程师们使用性价比较好，但是带宽和采样率指标普通的数字采集设备。这样造成了一种普遍的情况，工程师们测试出的信号结果显示没有问题，但是实际的被测件却工作不正常，他们也不知道问题出在哪里。本发明所提供的高速数字采集中数据可信度的判别方法可以以较低的成本，较灵活的实现方式解决这个问题。

本发明所提供的高速数字采集中数据可信度的判别方法的原理如图4所示。图中实线表示的是实际的被测信号。横坐标轴是时间轴，纵坐标是信号幅值电压。图4中Vpp是信号采集时实际测试到的幅值，Tr是测试到的上升时间。Tn、Tn-1和Tn+1是3个实际的采集点。图中αn是区间[Tn，Tn+1]内，直线TnTn+1与时间轴T的夹角，Tanαn＝ΔV/ΔT[Tn+1，Tn]；αn-1是区间[Tn-1，Tn]内，直线Tn-1Tn与时间轴T的夹角，Tanαn-1＝ΔV/ΔT[Tn-1，Tn]；γ是零点与峰值采样点间的直线与时间轴T的夹角，Tanγ＝Vpp/Tr。当Tanγ与Tanαn的差值在一个合理的范围内时，可以认为采集到的信号波形的斜率基本上是相符的，没有毛刺的存在。差值的范围即为采样率的阀值，如果Tanγ与任意Tanαn的差值超过这个阀值(Tanγ与Tanαn的差值在可信区间之外)，那么判定当前采集的信号可信度不足，应该提高采样率，并重新采集信号。

本发明所提供的高速数字采集中数据可信度的判别方法的处理流程如图5所示。首先检查相关软、硬件组件是否与预期状态相符，然后以当前带宽和采样率采集信号，获得信号波形数据。外部输入信号延迟，计算信号波形数据中的上升时间，然后根据计算出传输延迟与信号上升时间的计算结果判断该被测信号是否为高速信号，是否需要做可信度判别，如果不是高速信号，则直接退出；如果是高速信号，则进一度由外部输入采集设备所使用的放大器的模拟带宽，计算出被测信号的反折频率，并根据反折频率和带宽的比较结果决定现在使用的采集设备的带宽是否合适(如果不合适，则判定测试结果不可信)。如果带宽合适，则由输入采样率，并计算采样点的数量、确定每个采样区间、计算采集到的信号波形在[0，Tr]区间内0与Vpp间直线的斜率Tanγ＝Vpp/Tr、计算[0，Tr]区间内每2个相邻采样点间的斜率Tanαn＝ΔVn/ΔTn，然后对Tanγ与全部Tanαn求差，判断结果是否满足Tanγ-Tanαn≤±1，满足则当前采样区间内的结果可信。否则不可信，需要增加采样率。

本发明所提供的高速数字采集系统中对被测信号进行分析和对采集到的离散数据进行处理的方法，是用于自动测试设备/系统(或其它测试设备工作过程中，在进行高速数字电路测试时，对测试数据进行预处理的一套方法，可以有效提高数据的准确性。从而达到避免误判，增加测试结果的可信度的目的。

本发明所提供的一种高速数字采集中数据可信度的判别方法用的系统，包括信号预处理模块(包括自检、数据接口、传输延迟与上升时间计算、反折频率计算、反折频率与带宽比较等组件)、信号分析模块(包括数据接口、采样点计算、斜率计算、可信区间判断等组件)、结果指示模块(包括可信状态指示信号、可信区间报告等组件)。当进行数字信号采集工作时，无论是使用示波器，还是高速IO系统，或是某种定制的数据采集系统，其适用于所有等效模型均如图1所示的系统或设备。

上述高速数字采集中数据可信度的判别方法实现方式灵活，可以由可编程逻辑器件和开关等硬件方式实现，当以硬件方式实现时，该硬件可以嵌入数字采集系统中；该方法也可以由软件实现，当以软件方式实现时，该程序是TPS的一部分，驻留在主控计算机中。

Claims (1)

1.一种高速数字采集中数据可信度的判别方法，其特征在于：所述高速数字采集中数据可信度的判别方法包括以下步骤：

1)检查数据采集系统中的相关软件以及硬件组件是否与预期状态相符，若相符，则进行步骤2)；若不相符，则退出数据可信度的判别过程；

2)以当前放大器的带宽以及放大器的采样率采集数据信号，同时获得信号波形数据，并计算信号波形数据中的上升时间；

3)外部输入传输延迟信号，并计算外部输入传输延迟信号的上升时间；

4)将步骤2)所得到的信号波形数据中的上升时间与步骤3)所得到的外部输入传输延迟信号的上升时间进行大小比较，判断步骤2)所得到的信号波形数据是否是高速信号；若否，则直接数据可信度的判别过程；若是，则进行步骤5)；

5)读取外部输入采集设备所使用的放大器的模拟带宽，计算出步骤3)所输入的传输延迟信号的反折频率，根据传输延迟信号的反折频率以及放大器的带宽的大小比较结果判断当前所使用的外部输入采集设备的带宽是否合适；若带宽合适，则进行步骤6)；若带宽不合适，则判断步骤2)所得到的信号波形数据是否可信；若可信，则继续采用当前放大器的带宽以及放大器的采样率；若不可信，则需要增加采样率；

6)当前放大器的采样率，并根据采样率并计算采样点的数量、确定每个采样区间、计算采集到的信号波形在[0，Tr]区间内0与Vpp间直线的斜率Tanγ、计算[0，Tr]区间内每2个相邻采样点间的斜率Tanαn；所述Tanαn＝ΔVn/ΔTn，所述Tanγ＝Vpp/Tr；对Tanγ与全部Tanαn求差，判断求差结果是否满足Tanγ-Tanαn≤±1，若满足，则当前采样区间内的结果可信；若不满足，则当前采样区间内的结果不可信；若结果可信，则继续采用当前放大器的带宽以及放大器的采样率，若结果不可信，则需要增加采样率。