CN105656487A - 具有触发间隔的数字化仪自动光圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有触发间隔的数字化仪自动光圈。一种用于产生采样数据的方法(其是随着所请求的采样周期增大)，每一个样本是数量不断增加的ADC样本的平均，以使得最大数量的ADC样本跨采样周期而均匀间隔开。该方法可以包括依据不同的速度对分辨率能力选择多个ADC之一，以随着采样周期增大而进一步提高采样数据的质量。

Description

具有触发间隔的数字化仪自动光圈
相关申请的交叉参考
本申请要求于2014年11月14日提交的美国临时专利申请号为62/079,754、题为“DIGITIZERAUTOAPERTUREWITHTRIGGERINGSPACING”的优先权。
技术领域
本公开内容大体上涉及数字化仪、逻辑分析器及其他电子采集系统。
背景技术
逻辑分析器通常允许用户将采样率指定为硬件可以实现的整数倍。
数字化仪类似于逻辑分析器，并且通常允许用产以指定间隔执行测量。
许多产品当前提供测量结果(measurement)的过滤，其中用户可以指定过滤器尺寸或者其中在后台过滤测量数据。
诸如KeithleyInstruments的2001DMM之类的某些数字万用表(DMM)提供“自动光圈”特性，但这样的特性仅包括将光圈编程为获得请求的分辨率。
以前的DMM及其他测试设备可以允许用户针对模拟到数字转换器(ADC)指定固定光圈，以测量输入来产生测量结果，但不超出这样的功能。
数字化仪及其他采集系统通常允许用户设定采样率，其可以按照指定的那样实现。这可以通过定义来进行(即用户可以要求采样率)。该方案简化了实现，因为系统不需要处理可实现的采样率与所请求的采样率之间的任何不匹配。如果系统可以以1ns速率采集数据，则用户可以以1ns增量指定采样率，并且可以如此实现采样率。
考虑其中逻辑分析器允许用户指定采样率(例如以1ns增量的1ns)的示例。在此，仪器确切地实现由用户所指定的内容。在高速系统中通常存在太多的数据，而要利用其来做许多其他事。
考虑其中ADC芯片进行测量并如其被触发那样快速地返回结果的另一个示例。在此，芯片不尝试在后台引入任何可变延迟，因为其优先任务是尽快输出测量结果。
附图说明
图1示出了根据公开的技术的某些实现的固件寄存器的示例。
图2示出了根据公开的技术的某些实现的现场可编程门阵列(FPGA)状态机的示例。
图3示出了固定光圈固件计算的示例。
具体实施方式
公开的技术的某些实施例包括取得指定采样率并以该采样率(例如向终端用户)产生数据，同时以另一速率在后台触发测量以实现较好的精度。
在采样率比硬件可以支持的最快速率慢的情况下，系统可以过采样，并在采样周期(1/采样率)内取得尽可能多的样本。这些读数随后可以被平均以消除噪声。考虑其中硬件具有1M样本/秒ADC的示例。如果要求以500k样本/秒运行，则算法可以在后台进行2次测量，并对它们进行平均。如果要求100k样本/秒，则算法可以进行并平均10个读数，因为10个1μs读数可以适合(fit)在10μs窗口内。
在多于整数的样本适合在采样周期内的情况下，算法可以取得与能够适合的一样多的测量结果，并使它们相等地间隔开以产生一致的背景采样率。
考虑假定1μsADC转换速率(即1M样本/秒)的示例，其中用户请求的采样率为400kHz。在此，2.5μs周期仅可以容纳2个完整读数。算法可以分割多余的0.5秒，以使得每1.25μs周期性地触发测量(即完全充满2.5μs周期)，且可以对每2个测量结果进行平均以向终端用户产生1个结果。
图1图示了根据公开的技术的某些实现的固件寄存器100的示例，其中，L指代每个采样周期的时钟数，K指代要平均的子测量结果的数量，B指代子测量结果之间的时钟数，并且E指代最后的子测量结果之后的时钟数。在该示例中，子测量的数量(即K)为三。
图2是图示了根据公开的技术的某些实现的方法200的示例的流程图。
在202处的初始触发之后，将测量的数量N重置为其固件设定值，如由204所指示的。子测量的数量K随后重置为其计算的设定值，如由206所指示的。随后触发SAR，并实现M时钟暂停以允许SAR完成，如由208所指示的。
在210处，关于K是否等于一进行确定：如果否，则实现B个时钟的延迟，并使K递减(如由212所指示的)，并且随后方法返回到208；否则，则实现E个时钟的延迟(如由214所指示的)。
在216处，关于N是否等于一进行确定：如果否，则实现B个时钟的延迟，并使K递减(如由218所指示的)，并且随后方法返回到206；否则，过程200完成，如由220所指示的。
公开的技术的某些实现可以允许用户禁用“自动”光圈特性。例如，如果应用不想要监视采样点之间的输入信号，则在后台的二次采样(subsample)和平均可能是有问题的。在这样的情况下，系统可以允许用户对固定光圈进行编程，诸如由图3所图示的固定光圈固件计算300。
某些实现可以包括在给定指定的采样率的情况下，从多于一个ADC中进行选择来使用的智能(例如从逐次逼近寄存器(SAR)ADC切换为电荷平衡ADC)。利用ADC的时间/精度权衡可以虑及增加的性能，直至其达到收益递减的点，在该点处，系统可以转换为使用另一ADC技术并在适当的点处自动为用户选择其。
考虑第一示例，其中，产品具有两个ADC：SARADC，具有最大精度18比特(即在平均前)和最大速度1M读数/秒；以及电荷平衡ADC，具有最大精度约26比特和最大速度约20k读数/秒(例如具有减少开销的0.0005NPLC光圈)。如果用户选择可以支持两个ADC的采样率，则固件可以使用性能表来决定哪个将产生更好的结果。由于系统通常进行平均以扩展SARADC的精度，所以其可以实现一些重叠，其中较快的SAR在非常高的采样率(即非常小的光圈)处可能仍然胜过较慢的电荷平衡ADC。
本文所描述的“自动”光圈方案通常允许用户实现较好的结果而不必考虑其。
公开的技术的某些实现可以包括算法，其被配置为帮助桥接快但较不精确的ADC与较慢但更精确的ADC之间的差距。额外的平均有利地扩展了较快ADC的可用性，并使其有可能在ADC技术之间产生重叠，使得可以基于指定的设定为用户选择它们。
以下讨论旨在提供其中可以实现公开的技术的实施例的合适的机器的简要、概括的描述。如本文使用的，术语“机器”旨在广泛包含单个机器或一起操作的可通信地耦合的机器或设备的系统。示例性机器可以包括计算设备，诸如个人计算机、工作站、服务器、便携式计算机、手持设备、平板设备等。
典型地，机器包括系统总线，处理器、存储器(诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及其他状态保持介质)、储存设备、视频接口和输入/输出接口端口可以附接到所述系统总线。机器还可以包括嵌入式控制器，诸如可编程或不可编程逻辑设备或阵列、专用集成电路(ASIC)、嵌入式计算机、智能卡等。机器可以至少部分地由来自常规的输入设备(诸如键盘和鼠标)的输入所控制，以及由从另一机器接收的指示、与虚拟现实(VR)环境的交互、生物计量反馈或其他相关输入所控制。
机器可以利用到一个或多个远程机器的一个或多个连接，诸如通过网络接口、调制解调器或其他可通信耦合。机器可以经由物理和/或逻辑网络而互连，诸如内联网、互联网、局域网、广域网等。本领域普通技术人员将意识到，网络通信可以利用各种有线和/或无线近距离或远距离载波和协议，包括射频(RF)、卫星、微波、电气与电子工程师协会(IEEE)545.11、蓝牙、光学、红外、电缆、激光等。
参考所说明的实施例描述并说明了本发明的原理，将认识到，所说明的实施例可以在不脱离这样的原理的情况下在布置和细节方面进行修改，并可以以任何期望的方式进行组合。并且尽管前述的讨论聚焦于特定实施例，但可以想到其他配置。
具体而言，即使本文中使用了诸如“根据本发明的实施例”等之类的表述，但这些短语意图一般地涉及实施例可能性，并非旨在将本发明限于特定实施例配置。如本文使用的，这些术语可以涉及相同或不同的实施例，它们可组合到其他实施例中。
因此，鉴于本文中所描述的实施例的多种置换，本具体实施方式和所附材料旨在仅是说明性的，并且不应视为限制本发明的范围。因此，如本发明所要求保护的是如可以落入以下权利要求书及其等价物的范围和精神内的全部这样的修改。

Claims (3)

1.一种用于在预定采样周期处产生多个数据样本的方法，其中，每一个数据样本表示与在预定采样周期内可取得的模拟到数字转换器(ADC)样本K同样数量的平均，所述方法包括：
确定被平均的ADC样本的数量(K)，其中，K表示预定采样周期与最小ADC样本周期之比的整数截断；
通过将预定采样周期除以被平均的ADC样本的数量来确定ADC样本周期；
以预定采样周期间隔开K个ADC样本的每一组起始点；以及
输出每一组K个ADC样本的平均作为多个数据样本之一。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少存在两个具有速度对分辨率能力的范围(span)的ADC。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括选择至少两个ADC中的哪个来使用。
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