CN112858749B - 用于数字示波器的温漂补偿方法、电路和数字示波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于数字示波器的温漂补偿电路，包括温漂补偿控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器。其中，温度传感器用于监测示波器的温度，并将获取的温度值发送给温漂补偿控制器。温漂补偿控制器用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。数模转换器用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器显示的波形进行温漂补偿。由于依据获取的示波器实时温度值，进行温漂补偿，衰减示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂现象。

Description

用于数字示波器的温漂补偿方法、电路和数字示波器

技术领域

本发明涉及数字示波器技术领域，具体涉及一种用于数字示波器的温漂补偿方法、电路和数字示波器。

背景技术

数字示波器是设计、制造和维修电子设备不可或缺的工具，现在的示波器多以数字示波器为主，因具有波形触发、存储、显示、测量、分析等功能而日益普及，随着科技及市场需求的快速发展，数字示波器被认为是工程师们的眼睛，其将作为一种必要的工具而用来应对工程师们的测量挑战。尤其在电子电路开发过程中，需经常使用示波器调试和测量，测量精度越来越高，对示波器的性能要求也越来越高。现有示波器通过存储器、中央处理器（CPU）、可编程逻辑器件以及其外部器件来实现信号数据的采样、映射和显示，包括采样模块、数据预处理模块、采集控制模块和数据处理单元、数据映射单元、波形图形产生单元和显示屏；采样模块对信号数据进行采样，并将采样后的数据输入数据预处理模块中进行模拟信号数据和数字信号数据之间的延迟调整，再通过采集控制模块对信号数据进行采集和存储，数据处理单元对采集到的各通道信号数据进行处理，然后由数据映射单元将处理后的数据信号映射为二维波形数据并存入外部存储器(QDR)中，颜色转换单元将外部存储器(QDR)中的数据转换为RGB图形数据，接着显示单元再将波形数据与CPU生成的屏幕网格、菜单等数据进行合并处理，最后送给显示屏进行显示。示波器的前端模拟器件的参数容易受温度影响，在示波器上的表现是小电压档位显示波形漂移，当模拟器件周围的温度发生变化时，小电压的显示漂移现象更明显，进而影响用户测试。而且显示波形漂移程度与模拟器件的个体相关，最后表现出来的是不同的机器有不同波形漂移。因此需要设计一种温漂补偿方法来解决示波器的显示波形温漂的技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是减少示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂的技术问题。

根据第一方面，本发明提供了一种数字示波器，包括：

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于对所述数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的所述数字波形信号得到第一波形，再通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；所述中央处理单元依次设置所述第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用所述第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码；所述中央处理单元还用于判断当前设置的所述第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的所述偏置编码；

数模转换器，用于将改变后的所述偏置编码转化为模拟信号；

偏置调节电路，用于接收模拟信号的所述偏置编码，并依据所述偏置编码输出模拟偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形；

温度传感器，用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元；所述中央处理单元还用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

所述数模转换器用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

所述偏置调节电路响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在所述数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的所述第二波形进行温漂补偿。

根据第二方面，本发明提供了一种数字示波器，包括:

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于依据所述数字波形信号获取第一波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；

温度传感器，用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元；所述中央处理单元用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

数模转换器,用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

偏置调节电路，用于响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述温漂偏移调理电信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器还用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出温漂偏移偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据温漂偏移偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形。

根据第三方面，本发明提供了一种用于数字示波器的温漂补偿电路，包括温漂补偿控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器；

所述温度传感器用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所述温漂补偿控制器；

所述温漂补偿控制器用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

所述数模转换器用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

所述偏置调节电路响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在所述数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的波形进行温漂补偿。

根据第四方面，分发明提供了一种用于数字示波器的温漂补偿方法，包括：

获取所述数字示波器的温度值；

依据所述温度值获取所述温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

依据所述温漂偏移偏置编码更新发送给所述数字示波器的数模转换器的偏置编码；

数模转换器将更新后的所述偏置编码转化为模拟信号的偏移调节电信号，并将所述偏移调节电信号发送给所述数字示波器的偏置调节电路；

所述偏置调节电路响应所述偏移调节电信号产生偏置调节电压信号叠加在所述示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的波形进行温漂补偿。

一实施例中，所述依据所述温度值获取所述温漂偏移偏置编码，包括：

在预设时间段按预设单位时间间隔获取所述数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下所述数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；所述Vmean₀为所述数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，所述温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差；

所述温度漂移值与所述数字示波器显示的波形电压平均值的函数关系公式包括：

DAC_Code=f(Vmean)；

其中，DAC_Code是温度漂移值；Vmean是数字示波器显示的波形电压平均值；所述温漂偏移值的获取公式包括：

△DAC_Code= f(△Vmean+ Vmean₀)-f (Vmean₀)；

其中，所述△DAC_Code是温漂偏移值，Vmean₀是温度为T₀时数字示波器显示的波形电压平均值；

将所述温漂偏移值转换为用于发送给所述数模转换器的所述温漂偏移偏置编码。

上述实施例提供的一种用于数字示波器的温漂补偿方法，由于依据获取的示波器实时温度值，进行温漂补偿，减少示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂现象。

附图说明

图1为一种数字示波器的结构示意图；

图2为数字示波器无输入信号时显示波形未发生温漂的波形示意图；

图3为数字示波器无输入信号时显示波形发生温漂的波形示意图；

图4为一种实施例中数模转换器和偏置调节电路的电路连接示意图；

图5为一种实施例中数字示波器的结构示意图；

图6为另一种实施例中温漂补偿电路的结构示意图；

图7为一种实施例中用于数字示波器的温漂补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，为一种数字示波器的结构示意图，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14、显示器15、数模转换器16、偏置调节电路17和阻抗变换网络18。其中，衰减网络11用于对输入示波器1的待处理信号进行衰减调节，来调整电路中信号的大小，最终输出第一调节信号。这里输入的信号可以是模拟信号，那么输出的第一调节信号同样是模拟信号。衰减网络11可以有一倍衰减、十倍衰减、几十倍衰减到一百倍衰减，这里不做限制。由于衰减网络11是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。这里的可调增益放大器12又称可变增益放大器（VGA），其主要作用是调节信号的放大倍数，例如对于电压为1mV的第一调节信号，若可调增益放大器的增益是1000，则输出的第二调节信号的电压为1V。可调增益放大器12起到一个细调作用，其放大倍数可为零点几倍、几十倍、几百倍、几千倍不等，这里不做限制。由于可调增益放大器12是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。模数转换器13又称ADC，用于对第二调节信号进行模数转换，以输出信号的数字波形数据。由于模数转换器13是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。控制器14与模数转换器13连接，控制器14包括波形处理单元141和中央处理单元142，波形处理单元141用于对数字波形信号进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一波形。显示器15与控制器14连接，用于显示第一波形。中央处理单元142可以是CPU等运算处理器件，中央处理单元142通过模数转换器16与偏置调节电路17连接，中央处理单元142依次设置信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个第一配置值改变信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，将改变后的偏置编码通过数模转换器16发送给偏置调节电路，以使得偏置调节电路16根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将第二配置值复位。示波器的前端电路都是模拟信号，数模转换器16用于将数字信号偏置编码转换为模拟信号后输出给偏置调节电路17。偏置调节电路17用于响应于第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号。由于偏置调节电路17是数字示波器中常用的数字信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。阻抗变换网络18与衰减网络11、可调增益放大器12和偏置调节电路17连接，用于利用偏置调节电路17产生的多个模拟偏置电压信号对衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至可调增益放大器12，以使得可调增益放大器12对新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得模数转换器13对新的第二调节信号进行模数转换后输出信号的新的数字波形数据。波形处理单元141可以是FPGA等可编程逻辑处理器件。中央处理单元142还与可调增益放大器12连接，用于对可调增益放大器的增益进行配置。该中央处理单元142还用于生成信号的波形的配置菜单（这里的配置菜单可以包括状态栏、网络等项目），且将该配置菜单发送至波形处理单元141，以使得波形处理单元141将配置菜单与信号的波形进行显示叠加，得到显示叠加数据。那么，中央处理单元141还用于将显示叠加数据发送至显示器以进行显示。

请参考图2和图3，分别是示波器无输入信号时显示波形未发生温漂和发生温漂的波形示意图，示波器的模拟前端大部分由模拟器件组成，模拟器件的参数容易受温度影响。其中在示波器上的表现是小电压档位显示波形漂移，当模拟器件周围的温度发生变化时，小电压的显示波形将发生变化，这种现象影响用户测试。而且变化程度与模拟器件个体相关，最后表现出来的是不同的机器有不同波形漂移方式。需要从两个角度来消除波形显示温漂的技术问题，一个是示波器的生产过程中（即示波器出厂前），另一个是示波器实际使用过程中(客户使用过程中）。由于显示波形温漂的主要是因为示波器的模拟前端器件的温漂参数产生，要想降低温漂，在示波器的生产过程中只能选择低温漂的器件。如低温漂的DAC、放大器、电阻等，但低温漂的器件往往成本非常高。在示波器实际使用过程中，为了消除波形显示温漂，用户在机器内部温度稳定后，对机器做自校准。主要原理是，通过配置DAC码字，输出合适的偏移电压，从而使显示波形处于屏幕中间，但这个方法在每次温度发生变化都要进行，校准时间过长，降低示波器使用效率，影响用户的使用体验。

示波器在出厂之前会经过多道校准工序，其中一项是偏移校准，校准后显示波形应该在屏幕中间，如图2所示。如果示波器采用8位模数转换器（后面称为ADC），偏移校准后波形被ADC采样到平均码字应该是在128附近。由图1可知，当无信号输入时，阻抗变换网络18（后面称为加法器）的输出等于偏移调理电路17输出。要使显示波形处于屏幕中间，即要求可调增益放大器12（后面称为VGA）输出等于ADC输入端的共模电压，也即要求加法器的输出等于VGA的输入端的共模电压，继而要求DAC输出一个满足上面要求的电压。这个满足要求的电压因为器件之间的差异在每台机器之间都不一样，所以每台机器都需要单独校准。在温度不变的情况下，通过校准可以使波形处于屏幕中间的。显示波形中心校准只会消除器件与温度无关的差异，如运算放大器的输入失调电流、输入失调电压，电阻的精度，DAC的参考电压差异等。随着温度的变化，器件的一些参数也会发生的变化，如运算放大器的输入失调电流的温度系数，输入失调电压的温度系数，电阻阻值的温度系数，DAC的参考电压的温度系数等。这个变化会使校准后显示波形发生漂移，在业界一般称为显示波形温漂。请参考图4，为一种实施例中数模转换电路和偏置调节电路的电路连接示意图，DAC和偏置调节电路的组合电路的理想的输出电压V_OFFSET如下：

V_OFFSET=[V_{DA_OUT}×(R3/R1+1)- V_{DA_REF}×(R3/R1)] ×[R5/(R4+ R5) ] ……（1）

V_{DA_REF}= [V_{DA_REF}×(CODE_DAC/CODE_DAC_MAX)] ……（2）

其中，CODE_DAC是DAC的控制编码值，CODE_DAC_MAX是最大码字，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5是偏置调节电路的偏置电阻。实际上，当温度发生变化时，在CODE_DAC保持不变的情况，V_OFFSET也会发生变化。导致示波器的显示波形发生漂移，而且这种漂移不同的机器个体差异大，有漂移很大的，有漂移很小的，有往上漂移的，有往下漂移的。

基于上述显示波形发生温漂的原因，本申请实施例中，公开了一种用于数字示波器的温漂补偿电路，包括控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器。其中，温度传感器用于监测示波器的温度，并将获取的温度值发送给控制器。控制器用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。数模转换器用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器显示的波形进行温漂补偿。由于依据获取的示波器实时温度值，进行温漂补偿，衰减示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂现象。本申请实施例中请求保护的数字示波器充分利用了现有示波器的硬件构架，通过控制器依据获取的示波器显示温度值向偏置调节电路发送温漂偏移调理电信号，使得示波器因温度变换产生的显示波形温漂现象得到衰弱，从而增强波形显示的视觉效果，提高了技术人员的观测体验。

下面将结合实施例对本申请的技术方案做具体说明。

实施例一

请参考图5，为一种实施例中数字示波器的结构示意图，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14、显示器15、数模转换器13、偏置调节电路17、阻抗变换网络18和温度传感器19。衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。模数转换器13用于对第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号。控制器14包括波形处理单元141和中央处理单元142。波形处理单元141用于对数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的数字波形信号得到第一波形，再通过数字示波器1的显示器15显示第一波形。中央处理单元141依次设置第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的偏置编码。数模转换器16将改变后的偏置编码转化为模拟信号。偏置调节电路17用于接收模拟信号的偏置编码，并依据偏置编码输出模拟偏置电压信号。阻抗变换网络18将第一调节信号和模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号。可调增益放大器12对第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号。模数转换器13用于对第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的数字波形信号。波形处理单元141还用于依据偏置调节后的数字波形信号获取第二波形，并通过数字示波器的显示器显示第二波形。温度传感器19用于监测数字示波器1的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元141。中央处理单元141还用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。其中，温度值与温漂偏移偏置编码是一一对应的关系。数模转换器13用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路17响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器1的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器1显示的第二波形进行温漂补偿。

一实施例中，温漂偏移偏置编码的获取方法包括：

当数字示波器1未有输入信号时，中央处理单元142获取数字示波器1在不同温度值下的温漂偏移值，并依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的温漂偏移偏置编码。其中，中央处理单元142获取数字示波器1在不同温度值下的温漂偏移值，包括：

中央处理单元142在预设时间段按预设单位时间间隔获取数字示波器1的温度值Tn和该温度值Tn下数字示波器1的显示器15显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean。Vmean₀为数字示波器1的温度值为T₀时的波形电压平均值。

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差。

温度漂移值与数字示波器1显示的波形电压平均值的函数关系公式包括：

DAC_Code=f(Vmean)；

其中，DAC_Code是温度漂移值；Vmean是数字示波器显示的波形电压平均值。

所述温漂偏移值的获取公式包括：

△DAC_Code= f(△Vmean+ Vmean₀)-f (Vmean₀)；

其中，△DAC_Code是温漂偏移值，Vmean₀是温度为T₀时数字示波器显示的波形电压平均值。

一实施例中，依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的温漂偏移偏置编码，还包括：

中央处理单元将温漂偏移值转换为用于发送给数模转换器的温漂偏移偏置编码。

本申请实施例中，本申请实施例中请求保护的数字示波器充分利用了现有示波器的硬件构架，通过控制器依据获取的示波器显示温度值向偏置调节电路发送温漂偏移调理电信号，使得示波器因温度变换产生的显示波形温漂现象得到衰弱，从而增强波形显示的视觉效果，提高了技术人员的观测体验。

实施例二

如图5所示，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14、显示器15、数模转换器16、偏置调节电路17、阻抗变换网络18和温度传感器19。衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。模数转换器13用于对第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号。控制器14包括波形处理单元141和中央处理单元142。波形处理单元141用于依据数字波形信号获取第一波形，并通过数字示波器1的显示器15显示第一波形。温度传感器19用于监测数字示波器1的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元141。中央处理单元141用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。其中，温度值与温漂偏移偏置编码是一一对应的关系。数模转换器16用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路17响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号。阻抗变换网络18用于将第一调节信号和温漂偏移调理电信号进行信号叠加，以获取第三调节信号。可调增益放大器12对第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号。模数转换器13还用于对第四调节信号进行模数转换，以输出温漂偏移偏置调节后的数字波形信号。波形处理单元141还用于依据温漂偏移偏置调节后的数字波形信号获取第二波形，并通过数字示波器1的显示器15显示第二波形。

实施例三

请参考图6，为另一种实施例中温漂补偿电路的结构示意图，温漂补偿电路包括温漂补偿控制器20、数模转换器21、偏置调节电路22、温度传感器23和数字示波器1。温度传感器23用于监测数字示波器1的温度，并将获取的温度值发送给温漂补偿控制器20。温漂补偿控制器20用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。温度值与温漂偏移偏置编码是一一对应的关系。数模转换器用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路22响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器1的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器1显示的波形进行温漂补偿。请参考图4，为一种实施例中数模转换器和偏置调节电路的电路连接示意图。数模转换器包括芯片AD5660，偏置调节电路包括运算放大器芯片的型号为TLC272CPW。

本申请还公开了一种数字示波器，包括如上所述的温漂补偿电路。

在本申请实施例中公开了一种用于数字示波器的温漂补偿电路，包括温漂补偿控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器。其中，温度传感器用于监测示波器的温度，并将获取的温度值发送给温漂补偿控制器。温漂补偿控制器用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。数模转换器用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器显示的波形进行温漂补偿。由于依据获取的示波器实时温度值，进行温漂补偿，衰减数字示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂现象。

请参考图7，为一种实施例中用于数字示波器的温漂补偿方法的流程示意图，本申请还公开了一种用于示波器的温漂补偿方法，包括：

步骤100，获取数字示波器的温度值。

监测数字示波器的温度，以获取数字示波器的温度值。该温度值可以是数字示波器机器内部空气的温度值和/或数字示波器的电路板的温度值。

步骤200，获取温漂偏移偏置编码。

依据温度值输出温漂偏移偏置编码。温度值与温漂偏移偏置编码是一一对应的关系。依据温度值获取温漂偏移偏置编码，包括：

在预设时间段按预设单位时间间隔获取数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；Vmean₀为数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)， ……（3）

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差。

温度漂移值与数字示波器显示的波形电压平均值的函数关系公式包括：

DAC_Code=f(Vmean)； ……（4）

其中，DAC_Code是温度漂移值；Vmean是数字示波器显示的波形电压平均值。

温漂偏移值的获取公式包括：

△DAC_Code= f(△Vmean+ Vmean₀)-f (Vmean₀)； ……（5）

其中，△DAC_Code是温漂偏移值，Vmean₀是温度为T₀时数字示波器显示的波形电压平均值。Vmean₀为数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值，对应的数模转换器的码字DAC_Code₀。

步骤300，获取偏移调理电信号。

依据温漂偏移偏置编码更新发送给数字示波器的数模转换器的偏置编码，数模转换器将更新后的偏置编码转化为模拟信号的偏移调理电信号。

步骤400，输出温漂偏置电压信号。

偏置调节电路响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器因温度变化产生的显示波形进行温漂补偿。

上述温漂补偿方法是面向数字示波器生产过程的，在实际生产应用中，只需要在出厂之前实施一次就行。首先对数字示波器进行偏移校准：在数字示波器机器内部温度稳定后开始记录偏移校准的数据，即记录此时的温度传感器的温度值T₀，波形的平均值Vmean₀和DAC的码字DAC_Code₀。其中，DAC_Code和Vmean有公式（4）的关系。因为校准的目的是使波形平均值等于0或者无限接近0，正常校准后Vmean₀也应该是等于0或者无限接近0，为了方便计算，Vmean₀取0。公式（4）的函数和偏移调理电路、所处电压档位、DAC型号等相关。开始数据采集：数字示波器充分冷机后开机，保持无信号输入，在固定时间间隔记录温度值Tn，同时记录波形平均Vmean_n，把所有数据存储到flash中。在冷机情况下开机，随着时间推移，机器内部空气温度会发生变化，变化程度可到15℃。在温度稳定后，数据采集完成。为了采集更大范围的温度波形平均值的变化，可以把机器放置到高低温箱里。

然后数据拟合：从flash中获取上述步骤采集的数据，把所有温度数据减去T₀，得到△Tn，所有波形平均值减去Vmean₀得到△Vmeann。用最小二乘法得到△Vmean关于△Tn的函数式，把函数式储存到flash中，关于△Vmean关于△Tn的函数式为：

△Vmean_n= Vmean_i- Vmean₀， ……（6）

△Vmean=△f₁(△T) ……（7）

开始波形显示温漂的修正：当温度发生变化时，需要修改DAC_Code的值去修正漂移的波形，通俗来说，就是把波形拉回到屏幕中间。用△T根据公式（3）（5）算出需要修正△DAC_Code，然后把DAC_Code₀和△DAC_Code做减法运算得到新的DAC_Code。重新用DAC_Code去配置DAC，即可把波形重新拉回屏幕中间。

在本申请实施例中，在数字示波器内部增加一个温度传感器收集内部空气温度，空气温度和波形平均值对应并储存到flash中，把数据温度和波形漂移的数据拟合，在不需用户不干预的前提下修正温度带来的波形漂移。由于不选用更低温度漂移参数的器件，不增加硬件成本的前提下改善示波器波形漂移的问题，且不在用户干预的前提下修正波形显示温漂，提高测试测量效率，提高用户仪器的用户体验。

在本申请实施例中公开了一种用于数字示波器的温漂补偿电路，包括温漂补偿控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器。其中，温度传感器用于监测示波器的温度，并将获取的温度值发送给温漂补偿控制器。温漂补偿控制器用于依据温度值输出温漂偏移偏置编码。数模转换器用于将温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号。偏置调节电路响应温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对数字示波器显示的波形进行温漂补偿。由于依据获取的示波器实时温度值，进行温漂补偿，衰减数字示波器在使用过程中因温度变化产生的显示波形温漂现象。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种数字示波器，其特征在于，包括：

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于对所述数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的所述数字波形信号得到第一波形，再通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；所述中央处理单元依次设置所述第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用所述第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码；所述中央处理单元还用于判断当前设置的所述第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的所述偏置编码；

数模转换器，用于将改变后的所述偏置编码转化为模拟信号；

偏置调节电路，用于接收模拟信号的所述偏置编码，并依据所述偏置编码输出模拟偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形；

温度传感器，用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元；所述中央处理单元还用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

所述数模转换器用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

所述偏置调节电路响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在所述数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的所述第二波形进行温漂补偿;

所述温漂偏移偏置编码的获取方法包括：

当所述数字示波器未有输入信号时，所述中央处理单元获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，并依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的所述温漂偏移偏置编码;

所述中央处理单元获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，包括：

所述中央处理单元在预设时间段按预设单位时间间隔获取所述数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下所述数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；所述Vmean₀为所述数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，所述温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差。

2.一种数字示波器，其特征在于，包括:

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于依据所述数字波形信号获取第一波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；

温度传感器，用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所的中央处理单元；所述中央处理单元用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

数模转换器,用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

偏置调节电路，用于响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述温漂偏移调理电信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器还用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出温漂偏移偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据温漂偏移偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形;所述温漂偏移偏置编码的获取方法包括：

当所述数字示波器未有输入信号时，所述中央处理单元获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，并依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的所述温漂偏移偏置编码;所述中央处理单元获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，包括：

所述中央处理单元在预设时间段按预设单位时间间隔获取所述数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下所述数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；所述Vmean₀为所述数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，所述温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差。

3.如权利要求1或2任一项所述的数字示波器，其特征在于，所述依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的所述温漂偏移偏置编码，包括：

所述温度漂移值与所述数字示波器显示的波形电压平均值的函数关系公式包括：

DAC_Code=f(Vmean)；

其中，DAC_Code是温度漂移值；Vmean是数字示波器显示的波形电压平均值；所述温漂偏移值的获取公式包括：

△DAC_Code= f(△Vmean+ Vmean₀)-f (Vmean₀)；

其中，所述△DAC_Code是温漂偏移值，Vmean₀是温度为T₀时数字示波器显示的波形电压平均值。

4.如权利要求3所述的数字示波器，其特征在于，所述依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的所述温漂偏移偏置编码，还包括：

所述中央处理单元将所述温漂偏移值转换为用于发送给所述数模转换器的所述温漂偏移偏置编码。

5.一种用于数字示波器的温漂补偿电路，其特征在于，包括温漂补偿控制器、数模转换器、偏置调节电路和温度传感器；

所述温度传感器用于监测所述数字示波器的温度，并将获取的温度值发送给所述温漂补偿控制器；

所述温漂补偿控制器用于依据所述温度值输出温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

所述数模转换器用于将所述温漂偏移偏置编码转化为模拟信号，以获取温漂偏移调理电信号；

所述偏置调节电路响应所述温漂偏移调理电信号产生温漂偏置电压信号叠加在所述数字示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的波形进行温漂补偿；

所述温漂偏移偏置编码的获取方法包括：

当所述数字示波器未有输入信号时，所述温漂补偿控制器获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，并依据不同温度下的温漂偏移值获取不同温度值对应的所述温漂偏移偏置编码;

所述温漂补偿控制器获取所述数字示波器在不同温度值下的温漂偏移值，包括：

所述温漂补偿控制器在预设时间段按预设单位时间间隔获取所述数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下所述数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；所述Vmean₀为所述数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，所述温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差。

6.一种数字示波器，其特征在于，包括如权利要求5所述的温漂补偿电路。

7.一种用于数字示波器的温漂补偿方法，其特征在于，包括：

获取所述数字示波器的温度值；

依据所述温度值获取所述温漂偏移偏置编码；所述温度值与所述温漂偏移偏置编码是一一对应的关系；

依据所述温漂偏移偏置编码更新发送给所述数字示波器的数模转换器的偏置编码；

数模转换器将更新后的所述偏置编码转化为模拟信号的偏移调节电信号，并将所述偏移调节电信号发送给所述数字示波器的偏置调节电路；

所述偏置调节电路响应所述偏移调节电信号产生偏置调节电压信号叠加在所述示波器的衰减网络的输出信号中，以对所述数字示波器显示的波形进行温漂补偿；所述依据所述温度值获取所述温漂偏移偏置编码，包括：

在预设时间段按预设单位时间间隔获取所述数字示波器的温度值Tn和该温度值Tn下所述数字示波器显示的波形电压平均值Vmean_n；

将获取的每个温度值Tn和对应的波形电压平均值Vmean_n分别与预设值T₀和Vmean₀求差，以获取温度差值△T和电压差值△Vmean；所述Vmean₀为所述数字示波器的温度值为T₀时的波形电压平均值；

应用统计学方法获取温度差值△T和电压差值△Vmean的温漂拟合方程，所述温漂拟合方程包括：

△Vmean=F(△T)，

其中，△Vmean是电压差值，△T是温度差值；所述温度差值是获取的数字示波器的温度值与一预设值T₀的差；

所述温度漂移值与所述数字示波器显示的波形电压平均值的函数关系公式包括：

DAC_Code=f(Vmean)；

其中，DAC_Code是温度漂移值；Vmean是数字示波器显示的波形电压平均值；所述温漂偏移值的获取公式包括：

△DAC_Code= f(△Vmean+ Vmean₀)-f (Vmean₀)；

其中，所述△DAC_Code是温漂偏移值，Vmean₀是温度为T₀时数字示波器显示的波形电压平均值；

将所述温漂偏移值转换为用于发送给所述数模转换器的所述温漂偏移偏置编码。

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