CN108107394A - 多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统，其包括以下步骤：S1，示波器标准仪输出高低电平至每个通道；S2，示波器标准仪连续输出1Hz至最高带宽的标准正弦波；S3，示波器扫描每个通道上的标准正弦波；S4，示波器校准仪输出结束标识至每个通道；S5，检测程序提取示波器每个通道采集的密集波形数据；S6，密集波形的数据平分为若干份并进行波形截取；S7，计算每份波形数据的幅度值；S8，将计算出的每个通道的各个频率点的幅值分别进行连线，得到对应的频率响应曲线；S9，在同一张图上比较各个通道的一致性，记录差异最大的频率点及其对应的通道作为示波器通道一致性参数。本发明加快电路带宽调试的进度，缩短产品研发的时间。

Description

多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统

技术领域

本发明涉及检测设备领域，尤其涉及多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统。

背景技术

作为数字示波器的关键性指标，频率响应曲线的平坦度和各个通道间曲线的一致性，是判断一个示波器优劣的直接技术指标。具有良好的带宽平坦度可以保证被测信号尽可能不失真的还原出来。各个通道在采集不同频率的同一信号时，显示的波形是否一致，是对示波器品质的一种很直观的体现。传统的对数字示波器频率响应曲线的测试方法有，（1）输入一个阶跃信号，得到数字示波器阶跃响应，并进行求导等一系列算法计算出示波器的频率响应曲线。这种方法看上去效率很高，但是这种方法得到的频率响应曲线误差很大。首先，阶跃信号是一个理想信号，实际生活中并不存在这种信号，输入一个准阶跃信号经过一系列的算法计算，误差因子会被放大。再次，数字示波器是一种离散系统，进行差分和离散傅立叶变换参数n都没有办法取到无穷大。进而这种近似计算对最后得到的示波器频率响应影响很大。（2）使用一台扫频信号发生器，通过不断的改变扫频信号发射器输出的频率，在示波器上通过计算终端或是人工记录各个频点的数值，通过记录的表格数据，进而绘制得到频率响应曲线。这种方法比较耗时，而且在实际的工业生产中往往一天几百台的仪器需要检测，使用这种方法肯定是行不通的。随着电子技术和大规模集成芯片的不断发展，可以扫频到上GHz的信号发生器的价格也是越来越便宜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统。本发明所要解决的技术问题是，（1）应对实际的生产需要，高精度的检测出数字示波器带宽平坦度和多通道带宽一致性这两个指标。（2）快速、高效的检测出这两项指标。

本发明采用的技术方案是：

多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法，其包括以下步骤：

S1，示波器标准仪输出高低电平作为同步头至示波器的每个通道上；

S2，示波器标准仪按设定间隔频率连续输出1Hz至当前示波器的最高带宽的标准正弦波；

S3，控制示波器进慢扫状态并扫描每个通道上的标准正弦波，同时保证示波器采样率大于被采集信号最高频率的2倍；

S4，示波器扫描结束后，示波器校准仪输出高低电平作为一帧的结束标识至示波器的每个通道上；

S5，计算终端上的检测程序分别识别并提取示波器每个通道采集的同步头与结束标识之间的密集波形；

S6，根据最高带宽将提取的每个通道的密集波形的数据平分为若干份并分别进行波形截取；

S7，计算截取的每份波形数据的幅度值得到对应频率点的幅值；

S8，将计算出的每个通道的各个频率点的幅值分别进行连线，得到每个通道对应的频率响应曲线；每个通道频率响应曲线中变化最剧烈的地方记录下来，作为表征这个通道的带宽平坦度的参数；

S9，每个通道的频率响应曲线画在同一张图上比较各个通道的一致性，并把差异最大的频率点及其对应的通道记录下来，作为表征示波器通道一致性的参数。

进一步地，步骤S2中设定间隔频率根据示波器的最高带宽的不同设置。

进一步地，步骤S3中保证示波器采样率大于被采集信号最高频率的2倍。

进一步地，步骤S6中每个通道的密集波形的数据平分为10份或者20份。

多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测系统，其包括示波器、示波器校准仪、计算终端；计算终端上配置有检测程序，检测程序包括仪器驱动模块、算法模块、数据处理模块；仪器驱动模块使用标准I/O函数库及其相关的规范执行仪器总线的功能，仪器驱动模块通过一个标准的接口实现对物理资源的访问及资源的管理，有效地屏蔽了不同总线间的差别，使上层的接口不会对总线产生影响；算法模块测试并获取示波器各个频率点的波形数据；数据处理基于波形数据生成各个通道的频率响应曲线，进而得到示波器的一致性参数。

进一步地，所述计算终端为PC电脑或者平板。

本发明采用以上技术方案，提出的针对数字示波器多通道带宽平坦度及多通道一致性的全自动化检测系统，在产品研发环节，硬件调试人员不必像以前一样一个频点一个频点的记录，然后再绘制成曲线，时常改一个电容就要绘制一次十分的麻烦和耗时。通过本发明可以加快电路带宽调试的进度，进而缩短产品研发的时间。在生产及出货环节，只需要将信号线和通信线连接上，在很短的时间就可以对当前示波器多个通道的频率响应曲线，带宽平坦度和各个通道之前一致性问题有一个定性的结论。这就极大的提高了生产效率，以及极大的提高了产品出厂的合格率。对竞争日益激烈的示波器行业，产品的合格率问题是至关重要的。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法的流程示意图；

图2为本发明多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1或2所示，本发明公开了一种多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法，其包括以下步骤：

S1，示波器标准仪输出高低电平作为同步头至示波器的每个通道上；

S2，示波器标准仪按设定间隔频率连续输出1Hz至当前示波器的最高带宽的标准正弦波；

S3，控制示波器进慢扫状态并扫描每个通道上的标准正弦波，

S4，示波器扫描结束后，示波器校准仪输出高低电平作为一帧的结束标识至示波器的每个通道上；

S5，计算终端上的检测程序分别识别并提取示波器每个通道采集的同步头与结束标识之间的密集波形；

S6，根据最高带宽将提取的每个通道的密集波形的数据平分为若干份并分别进行波形截取；

S7，计算截取的每份波形数据的幅度值得到对应频率点的幅值；

S8，将计算出的每个通道的各个频率点的幅值分别进行连线，得到每个通道对应的频率响应曲线；每个通道频率响应曲线中变化最剧烈的地方记录下来，作为表征这个通道的带宽平坦度的参数；

S9，每个通道的频率响应曲线画在同一张图上比较各个通道的一致性，并把差异最大的频率点及其对应的通道记录下来，作为表征示波器通道一致性的参数。

进一步地，步骤S2中设定间隔频率根据示波器的最高带宽的不同设置，一般设定为10Hz。

进一步地，步骤S3中保证示波器采样率大于被采集信号最高频率的2倍。

进一步地，步骤S6中每个通道的密集波形的数据平分为10份或者20份。

本发明还公开了多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测系统，其包括示波器、示波器校准仪、计算终端；计算终端上配置有检测程序，检测程序包括仪器驱动模块、算法模块、数据处理模块；

仪器驱动模块使用标准I/O函数库及其相关的规范执行仪器总线的功能，仪器驱动模块通过一个标准的接口实现对物理资源的访问及资源的管理，有效地屏蔽了不同总线间的差别，使上层的接口不会对总线产生影响；

算法模块，首先，自动化程序控制示波器校准仪输出高低电平作为同步头，之后按一定的频率间隔连续输出1Hz到当前示波器指标的最高带宽的标准正弦波，同时控制示波器进慢扫状态，但是必须保证这时的示波器采样率远远高于被采集信号最高频率的2倍以上。最后自动化程序控制示波器校准仪再次输出高低电平作为一帧的结束标识。这样在示波器的屏幕上就会显示出前面和后面是一个高低电平，中间是一个信号越来越密集的波形。程序将示波器采集到的这一帧波形，传输到计算终端上进行处理，程序通过波形识别将这一帧中间越来越密的信号提取出来。根据最高带宽将这一串的数据按长度平均分成10份，或者20分，进行波形截取。将截取出来的每一份的波形数据计算它的幅度值，这样就可以得到对应频率点上的幅值。对多个通道同时进行这样的操作，就可以同时得到多个通道每个对应频率点上的幅值。由于扫频信号是连续输出的，示波器也是实时采集的，扫频信号从1Hz到示波器指标的最高带宽往往只需要几秒钟时间，所以获得多个通道其对应频率的幅值也只需要几秒钟时间，而且结果精度非常高。基本和一个频点、一个频点测试出来的幅值相差无几。

数据处理，将上面计算出来的各个频率点的幅值进行连线，这样就可以得到这个通道的频率响应曲线了，并把曲线中变化最剧烈的地方记录下来看其是否满足指标，这个指标就可以表征这个通道的带宽平坦度了，对多个通道进行相同的处理，就可以得到各个通道的频率响应曲线了，程序中将这些曲线都画在同一张图上就可以很直观的看到各个通道之间的一致性了。并把相互之间差异最大的点及其对应的通道记录下来，作为表征这台示波器通道一致性的参数。

进一步地，所述计算终端为PC电脑或者平板。

下面对本发明作进一步详细的描述：

实施例1

在图1所示的流程图中，由程序控制示波器校准仪输出一个高低电平作为开始标志，然后连续输出由低频到高频的一连串标准正弦信号，最后再输出一个高低电平作为结束标志，程序通过波形识别算法，将从示波器采集上来的的波形数据，截去表示起始位置的高低电平，和表示结束位置的高低电平。通过截取操作，采集上来的原始信号被处理成了一段由疏变密的信号。示波器在采集这一段波形的时候要设置在慢扫状态，并且要确保这时候示波器的采样率远远高于示波器校准仪输出信号最高频率的2倍以上。这一段由疏变密的信号包含了示波器对每个频率点的响应信息。接下来要做的就是将各个频率点上的信息提取出来，首先将这段信号按照长度平均拆分成10份，或者20份。这样被拆分下来的等长度的每一小段波形的幅值，就可以对应相应频率点的频率响应，这样将各个频率点频率响应的各个点连线起来，这样就得到了对应通道从低频到高频的频率响应曲线，在这条曲线上计算出相邻两个频点对应值变化最剧烈的地方，这个值就可以表征出这条的平坦度了。在生产和硬件调试的环节，操作人员只需要将信号线与通信线连接好，运行程序几秒钟的时间，当前通道、当前档位的频率响应曲线就可以画出来了，可以很直观的观测这条曲线的平坦度如何以及计算出了变化最为激烈的频率点，十分的高效和便捷，最重要的是精确度非常的高，和一个频点一个频点的信号记录相差无几。

实施例2

由于生产的示波器大多数不仅仅只有一个通道，而是有两个或者四个，或者更多。这样就要求我们的检测系统能够同时检测多个通道的带宽平坦度，进而计算出各个通道间的一致性如何。这样检查多个通道和检测一个通道所耗费的时间一样，这样就大大的提高了生产的效率，极大的缩短了时间成本。而且又给出了十分直观和精确的结果。和实施例1的流程步骤差不多，只不过这时，要将示波器的所有通道和示波器校准仪输出通道都连接上，设置示波器校准仪同时输出多路相同的信号，将多个通道的数据都采集进计算终端进行处理，得到多个通道的频率响应曲线，通过将这些曲线画在一起，可以十分方便的观测到各个通道的带宽一致性如何，通过计算各个曲线中差异最大的频率点，用来表征当前仪器带宽一致性。这样测试人员就可以非常高效测试出当前示波器各个通道在频率响应曲线上一致性的信息。也节省了以往硬件调试人员，常常改动一个器件就要测试一上午甚至一天的时间。让他们能更好的专注于电子线路的设计上来。

本发明采用以上技术方案，提出的针对数字示波器多通道带宽平坦度及多通道一致性的全自动化检测系统，在产品研发环节，硬件调试人员不必像以前一样一个频点一个频点的记录，然后再绘制成曲线，时常改一个电容就要绘制一次十分的麻烦和耗时。通过本发明可以加快电路带宽调试的进度，进而缩短产品研发的时间。在生产及出货环节，只需要将信号线和通信线连接上，在很短的时间就可以对当前示波器多个通道的频率响应曲线，带宽平坦度和各个通道之前一致性问题有一个定性的结论。这就极大的提高了生产效率，以及极大的提高了产品出厂的合格率。对竞争日益激烈的示波器行业，产品的合格率问题是至关重要的。

Claims (6)

1.多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1，示波器标准仪输出高低电平作为同步头至示波器的每个通道上；

S2，示波器标准仪按设定间隔频率连续输出1Hz至当前示波器的最高带宽的标准正弦波；

S3，控制示波器进慢扫状态并扫描每个通道上的标准正弦波，同时保证示波器采样率大于被采集信号最高频率的2倍；

S4，示波器扫描结束后，示波器校准仪输出高低电平作为一帧的结束标识至示波器的每个通道上；

S5，计算终端上的检测程序分别识别并提取示波器每个通道采集的同步头与结束标识之间的密集波形；

S6，根据最高带宽将提取的每个通道的密集波形的数据平分为若干份并分别进行波形截取；

S7，计算截取的每份波形数据的幅度值得到对应频率点的幅值；

S8，将计算出的每个通道的各个频率点的幅值分别进行连线，得到每个通道对应的频率响应曲线；每个通道频率响应曲线中变化最剧烈的地方记录下来，作为表征这个通道的带宽平坦度的参数；

S9，每个通道的频率响应曲线画在同一张图上比较各个通道的一致性，并把差异最大的频率点及其对应的通道记录下来，作为表征示波器通道一致性的参数。

2.根据权利要求1所述的多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统，其特征在于：步骤S2中设定间隔频率根据示波器的最高带宽的不同设置。

3.根据权利要求1所述的多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统，其特征在于：步骤S3中保证示波器采样率大于被采集信号最高频率的2倍。

4.根据权利要求1所述的多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统，其特征在于：步骤S6中每个通道的密集波形的数据平分为10份或者20份。

5.多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测系统，其特征在于：其包括示波器、示波器校准仪、计算终端；示波器和示波器校准仪分别连接计算终端，示波器校准仪与示波器连接；示波器标准仪根据检测需要输出对应波形至示波器，示波器进行对应的波形数据的采集并传输至计算终端，计算终端上配置有检测程序，检测程序包括仪器驱动模块、算法模块、数据处理模块；仪器驱动模块使用标准I/O函数库及其相关的规范执行仪器总线的功能，仪器驱动模块通过一个标准的接口实现对物理资源的访问及资源的管理，算法模块通过控制示波器和示波器校准仪测试并获取示波器各个频率点的波形数据；数据处理基于波形数据计算生成各个通道的频率响应曲线，得到示波器的一致性参数。

6.根据权利要求5所述的多通道数字示波器带宽平坦度和一致性检测方法及其系统，其特征在于：所述计算终端为PC电脑或者平板。