CN106199115A - 一种数字示波器的基线零偏自校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字示波器的基线零偏自校正方法设置基线零点电平在显示屏幕中间对应的数字示波器ADC模块采集量化值作为校正目标值Y，从0开始调整DAC模块的控制编码，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y，当y＜Y时，大幅度增加调节步进，使其快速逼近校正目标值Y，当y第一次超过校正目标值Y，反向逐步缩小调节步进，如果调节到y＜Y，则再次反转调节方向，设置调节步进为1；在此调节过程中，如果y＝Y或者当步进为1且y第二次刚好超过校正目标值Y，则记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码。本发明采用“大步向前，小步后退”的原理调整控制编码的调节步进，实现高效率、高精度的基线零偏校正。

Description

一种数字示波器的基线零偏自校正方法
技术领域
本发明属于数字示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种数字示波器的基线零偏自校正方法。
背景技术
自校正是示波器必不可少的功能之一。示波器在初次使用时，使用一定时间后器件老化时，环境温度改变导致温漂时，必须对示波器进行校正。一台没有经过校正的示波器，无论其设计指标多高，也无法保证测量结果的正确性。自校正功能中需要校正的参数比较多，其中包括对基线零偏(零点偏移)的校正。
基线零偏的校正，是为了使在未输入信号时，基线处于屏幕中间。在目前的数字示波器中，基线零点电平是为了保证输入信号是以零电平为基准，交流信号以它为中心上下对称，直流信号以它为基准偏移。基线零点电平校正通常是由控制器向DAC(Digital toAnalog Converter，数字模拟转换器)模块输入控制编码，转换得到模拟信号，经过后续的信号调理电路处理和ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)模块采集量化，判断信号是否处于屏幕中间。DAC模块的控制编码值D和输出模拟信号电压值VOFF的转换关系公式为：VOFF＝D*Vref/2Q，其中Q表示DAC模块的分辨率，Vref是DAC模块的基准电压源电压值。可见，基线零偏的校正是指通过调整DAC的输出控制信号调理电路使其回到屏幕中间。
零偏校正需要在每个幅度档位下进行校正，而且精度要求也较高。现有的校正算法均是以固定的步进进行调节，效率慢。如何快速、准确地完成数字示波器的零偏校正，是数字示波器自校正领域的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字示波器的基线零偏自校正方法，实现高效率、高精度的基线零偏校正。
为实现上述发明目的，本发明数字示波器的基线零偏自校正方法包括以下步骤：
S1：初始化示波器，设置基线居中，通道耦合方式为直流，关闭偏置电压，选择需要校正的幅度档位；设置DAC模块的基线零点电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，校正标志Flag＝0，设置基线零点电平在显示屏幕中间对应的数字示波器ADC模块采集的量化值作为校正目标值Y；
S2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝1，否则令调节步进Δu＝K1Δu，其中K1表示步进增大系数，K1＞1；
S3：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y；
S4：如果y＝Y，记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码，自校正结束；否则判断是否y＜Y，如果是返回步骤S2，否则进入步骤S5；
S5：判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S6，否则记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码，自校正结束；
S6：令Δu＝Δu/K2，其中K2表示步进减小系数，K2＞1，控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y；
S7：如果y＝Y，记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码，自校正结束；否则判断是否y＞Y，如果是，返回步骤S6，否则设置校正标志Flag＝1，返回步骤S2。
本发明数字示波器的基线零偏自校正方法设置基线零点电平在显示屏幕中间对应的数字示波器ADC模块采集量化值作为校正目标值Y，从0开始调整DAC模块的控制编码，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y，当y＜Y时，大幅度增加调节步进，使其快速逼近校正目标值Y，当y第一次超过校正目标值Y，反向逐步缩小调节步进，如果调节到y＜Y，则再次反转调节方向，设置调节步进为1；在此调节过程中，如果y＝Y或者当步进为1且y第二次刚好超过校正目标值Y，则记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码，自校正结束。
本方法采用“大步向前，小步后退”的原理调整控制编码的调节步进，从而快速得到目标值对应的控制编码，使自校正功能的实现效率更高，并使误差范围在±1个DAC值。采用本方法可以使数字示波器的操作者快捷地完成每个幅度档位下的基线零偏校正，提高了产品使用精度，进而提高了产品的性能。
附图说明
图1是本发明数字示波器的基线零偏自校正方法的流程图。
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1是本发明数字示波器的基线零偏自校正方法的具体实施方式流程图。如图1所示，本发明数字示波器的基线零偏自校正方法包括以下步骤：
S101：初始化：
初始化示波器，设置基线居中，通道耦合方式为直流，关闭偏置电压，选择需要校正的幅度档位。
设置DAC模块的基线零点电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，校正标志Flag＝0，设置基线零点电平在显示屏幕中间对应的数字示波器ADC模块采集量化值作为校正目标值Y。
在数字示波器中，记ADC模块对应的有效位数为N，其量化值范围从0至2N-1，以ADC模块的量化值2N-1对应显示屏幕中间值为例。则基线零偏就是调节DAC模块的输入控制编码，从而调节DAC模块的模拟输出，使其采集量化值为2N-1。以8bit的ADC为例，基线零偏的校正目标值是Y＝128。
S102：判断是否Flag＝1，如果是，进入步骤S103，否则进入步骤S104。
S103：最小化调节步进：
令调节步进Δu＝1，进入步骤S105。
S104：增大调节步进：
令调节步进Δu＝K1Δu，其中K1表示步进增大系数，用于控制调节步进增大的幅度，显然K1＞1，根据实验统计得到K1较优的取值范围为2≤K1≤4。进入步骤S105。
S105：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块。由于DAC模块输出是一个模拟信号，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y。
S106：判断是否y＝Y，即判断当前的采集量化值的平均值y是否等于校正目标值Y，如果是，则说明达到校正目标，进入步骤S111，否则进入步骤S107。
S107：判断是否y＜Y，即判断当前的采集量化值的平均值y是否小于校正目标值Y，如果是，表示搜索方向正确，返回步骤S102，否则进说明当前的采集量化值的平均值y超过了校正目标值Y，入步骤S108。
S108：判断是否Flag＝1，如果不是，则说明当前的采集量化值的平均值y第一次超过了校正目标值Y，进入步骤S109，否则说明当前的采集量化值的平均值y第二次超过了校正目标值Y，此时虽然采集量化值的平均值y未完全等于校正目标值Y，但是由于此时调节步进为1，因此当前采集量化值的平均值y与校正目标值Y的误差已经小于等于1个DAC值，也可以视为达到校正目标，进入步骤S111。
S109：当采集量化值的平均值y已经超过了校正目标值Y时，显然继续增大控制编码会使采集量化值的平均值y离校正目标值Y越来越远，因此需要将搜索方向反转，并减小步进，使采集量化值的平均值y逼近校正目标值Y。即令控制编码x＝x-Δu，K2表示步进减小系数，用于控制反向搜索的步进减小幅度，其取值范围为K2＞1，根据实验统计得到K2较优的取值范围为2≤K2≤4，本实施例中令K2＝4，表示向上取整，也就是说减小步进过程中Δu的最小值为1。将控制编码输入DAC模块，经过信号调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y，进入步骤S110。
S110：判断是否y＝Y，即判断当前的采集量化值的平均值y是否等于校正目标值Y，如果是，则说明达到校正目标，进入步骤S111，否则进入步骤S112。
S111：记录当前控制编码：
记录当前控制编码作为基线零点电平的控制编码，自校正结束。
S112：判断是否y＞Y，即判断当前的采集量化值的平均值y是否超过校正目标值Y，如果是，表示需要继续减小搜索步进，返回步骤S109，否则进入步骤S113。
S113：设置校正标志Flag＝1。当采集量化值的平均值y超过校正目标值Y之后反向搜索又小于了校正目标值Y，说明此时采集量化值的平均值y已经在校正目标值Y附近了，需要再次反转搜索方向，然后以最小调节步进调节控制编码。即返回步骤S102。
以上步骤是单个幅度档位下的基线零偏自校正方法，当需要校正所有幅度档位时，只需要依次设置幅度档位，对每个幅度档位进行一次自校正即可。
根据以上步骤可知，本发明中所采用的自校正方法，根据校正目标值的判断，使调节步进大幅度增加，使其快速逼近校正目标值，当其跨越了校正目标值时，则减小步进且反向搜索，当判断值在校正目标值左右振荡时，以最小步进1来继续搜索目标值，最终以±1个DAC值为误差逼近目标值。本发明的自校正方法利用“大步向前，小步后退”的原理，实现快速的校正流程，减少自校正时间，提高基线零偏自校正功能的效率，并使误差范围在±1个DAC值。
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 (3)

1.一种数字示波器的基线零偏自校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：初始化示波器，设置基线居中，通道耦合方式为直流，关闭偏置电压，选择需要校正的幅度档位；设置DAC模块的基线电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，校正标志Flag＝0，设置基线零电平在显示屏幕中间对应的数字示波器ADC模块采集量化值作为校正目标值Y；
S2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝1，否则令调节步进Δu＝K1Δu；
S3：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y；
S4：如果y＝Y，记录当前控制编码作为基线零电平的控制编码，自校正结束；否则判断是否y＜Y，如果是返回步骤S2，否则进入步骤S5；
S5：判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S6，否则记录当前控制编码作为基线零电平的控制编码，自校正结束；
S6：令Δu＝Δu/K2，控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，经过信号调理模块调理后，获取由数字示波器的ADC模块的采集量化值的平均值y；
S7：如果y＝Y，记录当前控制编码作为基线零电平的控制编码，自校正结束；否则判断是否y＞Y，如果是，返回步骤S6，否则设置校正标志Flag＝1，返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的基线零偏自校正方法，其特征在于，所述参数K1的取值范围为2≤K1≤4。
3.根据权利要求2所述的基线零偏自校正方法，其特征在于，所述参数K2的取值范围2≤K2≤4。
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