CN113740345B - 一种高速采样速率下的毛刺检测方法及系统 - Google Patents

一种高速采样速率下的毛刺检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速采样速率下的毛刺检测方法，包括以下步骤：S1：采集待识别数据；S2：对待识别数据进行处理得到正常采样数据；S3：对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。本发明还公开了实现一种高速采样速率下的毛刺检测方法的一种高速采样速率下的毛刺检测系统，包括采集单元以及毛刺识别单元，所述采集单元采集待识别数据并对待识别数据进行处理得到正常采样数据；所述毛刺识别单元对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。本发明可实现高速采样速率下准确的毛刺检测。

Description

一种高速采样速率下的毛刺检测方法及系统
技术领域
本发明涉及数据域测试领域，特别是一种高速采样速率下的毛刺检测方法及系统。
背景技术
随着半导体技术的高速发展，现代数字系统工作频率也越来越高，信号的建立/保持时间也越来越短，信号上的毛刺可能导致系统的其他单元做出错误的响应。因此，对于准确而快速实现毛刺检测的需求越来越迫切，这对数据测试领域提出了更高的要求。
为了更好的对数字电路进行测试分析，作为数据域测试仪器，逻辑分析仪的毛刺检测能力迫切需要大幅提升。根据毛刺信号的定义可知，宽度小于当前取样间隔的脉冲即为毛刺。用户根据实际需要设置系统采样率，系统内部识别该采样率下的正常采样数据和毛刺位置并显示在界面上。
目前，逻辑分析仪毛刺检测的设计原理一般是：触发器在高速定时时钟下对信号进行采集，同时对脉冲进行计数，当脉冲个数小于一定值，将该信号标识为毛刺，并显示在界面上。
但是，随着数字系统工作频率越来越快，毛刺脉冲脉宽越来越窄，由于触发器工作时钟的限制，无法实现ps级脉宽的检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速采样速率下的毛刺检测方法及系统，实现高速采样速率下准确的毛刺检测。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高速采样速率下的毛刺检测方法，包括以下步骤：
S1：采集待识别数据；
S2：对待识别数据进行处理得到正常采样数据；
S3：对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。
进一步，步骤S2是根据定时分析速率对待识别数据进行等间隔抽取得到正常采样数据。
进一步，步骤S3包括以下子步骤：
S301：对当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据、当前采样时刻下的待识别数据以及当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据进行首尾拼接得到拼接数据；
S302：根据拼接数据以及等间隔抽取的间隔数提取跳变沿位置数据并根据跳变沿位置数据识别毛刺。
进一步，进行步骤S301时，对于当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据只取最后一位，对于当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据取前[等间隔抽取的间隔数-1]位。
进一步，所述步骤S302包括以下子步骤：
(1)根据拼接数据进行计算提取跳变沿位置数据；
(2)根据跳变沿位置数据判断两个相邻跳变沿之间的位置差是否小于等间隔抽取的间隔数；若两个相邻跳变沿之间的位置差小于等间隔抽取的间隔数，则相应位置的正常采样数据出现毛刺(以毛刺脉冲的第一个跳变沿位置为准)；否则相应位置的正常采样数据未出现毛刺。
进一步，步骤(1)是对拼接数据的相邻位进行下式所示的两两异或运算得到跳变沿位置数据：
式中，Edge[i]表示跳变沿位置数据；Edge[i]为1表示正常采样数据的相应位置出现跳变沿，Edge[i]为0表示正常采样数据的相应位置未出现跳变沿。
进一步，步骤(2)中，判断两个相邻跳变沿之间的位置差小于等间隔抽取的间隔数是以Edge[0+k*m+m-1：0+k*m]、Edge[1+k*m+m-1：1+k*m]、Edge[2+k*m+m-1：2+k*m]...Edge[m-1+k*m+m-1：m-1+k*m]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1为判断准的，其中，m为等间隔抽取的间隔数，k为0、1、2...。
进一步，步骤S1包括以下子步骤：
S101：通过两个采集单元对待识别数据的数据通道进行时间交替采样得到两组待检测数据；
S102：对两组待检测数据进行交替拼接得到待识别数据；
进一步，采集单元包括第一采集单元和第二采集单元，所述第二采集单元的参考时钟的QUAD相位比第一采集单元的参考时钟的QUAD相位大180°。
实现一种高速采样速率下的毛刺检测方法的一种高速采样速率下的毛刺检测系统，包括采集单元以及毛刺识别单元，所述采集单元采集待识别数据并对待识别数据进行处理得到正常采样数据；所述毛刺识别单元对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。
本发明的有益效果是：
实现高速采样速率下准确的毛刺检测。
附图说明
图1是毛刺检测实现框图；
图2是交替拼接示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
如图1至图2所示，一种高速采样速率下的毛刺检测方法，包括以下步骤：
S1：采集待识别数据；
S101：通过两个采集单元对待识别数据的数据通道进行时间交替采样得到两组待检测数据；
本实施例中采用FPGA内部的高速收发器作为采集单元。其中，GTY收发器可将高速串行信号转换为低速并行信号，实现25Gbps的采样速率，此时数据位宽为128位。
采集单元包括第一采集单元和第二采集单元，所述第二采集单元的参考时钟的QUAD相位比第一采集单元的参考时钟的QUAD相位大180°。
第一采集单元的参考时钟的QUAD相位为0°，第二采集单元的参考时钟的QUAD相位为180°。
通过给两个采集单元，即两个高速收发器，不同QUAD相位相差180°的参考时钟，可实现两路相位相差180°的25GSPS采样速率，即实现时间交替采样。
第一采集单元采集到的一组待检测数据表示为Data1[127:0]，采集速率为25GSPS，数据位宽为128位；第二采集单元采集到的一组待检测数据表示为Data2[127:0]，采集速率为25GSPS，数据位宽为128位。
S102：对两组待检测数据进行交替拼接得到待识别数据；
通过交替拼接可实现50GSPS采样率，此时数据位宽为256位。
依次从第一采集单元采集的待检测数据Data1[127:0]以及第二采集单元采集的待检测数据Data2[127:0]中交替提取数据得到待识别数据Data[255:0]。
Data[255:0]是指交替拼接而成的50GSPS采样率的数据，此时数据位宽为256位，连续两位数据的时间间隔是20ps。
使用两个高速收发器对待识别数据的一个数据通道进行时间交替采样及交替拼接，可得50GSPS采样率的待识别数据。在50GSPS的采样速率下，每两个采样点之间的时间间隔为20ps。高速收发器将高速串行数据转换为低速并行数据，在50GSPS采样速率下，位宽为256位。
通过对数据通道时间交替采样及交替拼接，利用两个25GSPS的高速收发口实现了50GSPS的采样率。
S2：对待识别数据进行处理得到正常采样数据，并对应正常采样数据设置毛刺标志位数据；
S201：根据定时分析速率对待识别数据进行等间隔抽取得到正常采样数据。
此时设置的定时分析速率为3.125GSPS，故应对50GSPS速率采集的256位宽数据(即待识别数据)做等间隔16倍抽取，将抽取后的数据作为正常采样数据存储。正常采样数据表示为acq_data[15:0]，由Data[240]、Data[224]...Data[32]、Data[16]、Data[0]构成。
S202：对应正常采样数据acq_data[15:0]设置毛刺标志位数据glitch[15:0]。
毛刺标志位数据glitch[0]对应正常采样数据acq_data[0]，以此类推，直至毛刺标志位数据glitch[15]对应正常采样数据acq_data[15]。
S3：毛刺识别；
S301：对当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据、当前采样时刻下的待识别数据以及当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据进行首尾拼接得到拼接数据；
由于毛刺脉冲的两个跳变沿有可能分布在两个不同的采样时刻，故需要上一采样时刻的高位待识别数据、当前采样时刻的待识别数据、下一采样时刻的低位待识别数据(默认低位数据先采集到)进行首尾拼接，以防由于毛刺信号的两个跳变沿分布在两个时刻而识别不到。
进行步骤S301时，对于当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据只取最后一位，对于当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据取前[等间隔抽取的间隔数-1]位。
本实施例中，上一时刻的待识别数据为Data_n[255:0]，本时刻的待识别数据为Data_n1[255:0]，下一时刻的待识别数据为Data_n2[255:0]，拼接数据为Data_com[271:0]。则Data_n[255]作为Data_com[0]，Data_n1[255:0]作为Data_com[256:1]，Data_n2[14:0]作为Data_com[271:257]，这样得到拼接数据Data_com[271:0]。
对于当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据只取最后一位，对于当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据取前[等间隔抽取的间隔数-1]位，其原因为：
以本实施例为例，结合S302进行分析，Data_n1[15:0]中，Data_n1[0]是否是跳变沿位置取决于Data_n[255]。若Data_n[255]为1，Data_n1[0]为0，则Data_n1[0]处为下降沿位置；若Data_n[255]为0，Data_n1[0]为1，则Data_n1[0]处为上升沿位置。故需要上一时刻的最高位数据Data_n[255]，才可生成本时刻的跳变沿位置数据。(默认最高位为最后采集到的数据)因此，上一时刻的采样数据只取一位，即对于当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据只取最后一位。
在判断Data_n1[255:240]中是否有毛刺信号时，首先将其转换为跳变沿数据Edge_n1[255:240]，然后判断该跳变沿数据中连续的16位数据中是否出现了两个跳变沿。判断是否出现两个跳变沿的方法是：判断以Edge_n1[240]为首的16位数据中是否有两个跳变沿、判断以Edge_n1[241]为首的16位数据中是否有两个跳变沿...判断以Edge_n1[255]为首的16位数据中是否有两个跳变沿。而Edge_n1[255]已经是本时刻的最高位数据了，故在判断以Edge_n1[255]为首的16位数据中是否有两个跳变沿位置时需要下一时刻的15位数据。
S302：根据拼接数据以及等间隔抽取的间隔数提取跳变沿位置数据并根据跳变沿位置数据识别毛刺；
(1)根据拼接数据进行计算提取跳变沿位置数据；
对拼接数据的相邻位进行下式所示的两两异或运算得到跳变沿位置数据：
式中，Edge[i]表示跳变沿位置数据。
Edge[i]为1表示相应位置出现跳变沿，Edge[i]为0表示相应位置未出现跳变沿。
跳变沿位置数据为Edge[270：0]。
(2)根据跳变沿位置数据判断两个相邻跳变沿之间的位置差是否小于等间隔抽取的间隔数(即当前设置的取样间隔)；若两个相邻跳变沿之间的位置差小于等间隔抽取的间隔数，则相应位置的正常采样数据出现毛刺，将相应位置的毛刺标志位数据置1(以毛刺脉冲的第一个跳变沿位置为准)；否则相应位置的正常采样数据未出现毛刺，将相应位置的毛刺标志位数据置0。
m为等间隔抽取的间隔数，k为0、1、2...
若Edge[0+k*m+m-1：0+k*m]、Edge[1+k*m+m-1：1+k*m]、Edge[2+k*m+m-1：2+k*m]...Edge[m-1+k*m+m-1：m-1+k*m]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1，则表示在连续的m位数据中出现了两个跳变沿，则本时刻的待识别数据Data_n1[0+k*m+m-1：0+k*m]中有毛刺脉冲，则将acq_data[k]对应的毛刺标志位数据glitch[k]置1，否则将acq_data[k]对应的毛刺标志位数据glitch[k]置0。
本实施例中，m＝16，k最大为15，则：
若Edge[15：0]、Edge[16：1]、Edge[17：2]...Edge[30：15]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1，则glitch[0]置1，否则glitch[0]置0。
由于acq_data[0]是从本时刻的待识别数据Data_n1[255:0]中等间隔抽取出来的，则当Data_n1[15:0]中有毛刺数据时，应将acq_data[0]对应的毛刺标志位数据glitch[0]置1。若Data_n1[15:0]中没有毛刺数据时，应将acq_data[0]对应的毛刺标志位数据glitch[0]置0。
若Edge[31：16]、Edge[32：17]、Edge[33：18]...Edge[46：31]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1，则glitch[1]置1，否则glitch[1]置0。
以此类推，若Edge[255：240]、Edge[256：241]、Edge[257：242]...Edge[270：257]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1，则glitch[15]置1，否则glitch[15]置0。
这样可得毛刺标志位数据glitch[15:0]。
对于3.125GSPS定时分析速率而言，脉宽小于320ps即为毛刺脉冲。连续两位数据的时间间隔为20ps，则连续的16位数据共有15个时间间隔，总时长为300ps。所以，若连续的16位数据中有两个跳变沿位置，则代表采集到了脉宽不大于300ps的信号。
在对拼接数据判断毛刺之前，首先提取跳变沿位置数据。对拼接数据的相邻位进行异或运算提取跳变沿位置数据，判断两个跳变沿之间的时间是否小于当前设置的取样间隔；若小于，则将对应正常采样数据位置的毛刺标志位数据置1(以毛刺脉冲的第一个跳变沿位置为准)；若大于，则将对应正常采样数据位置的毛刺标志位数据置0。
S4：将正常采样数据与毛刺标志位数据存储。
在毛刺检测过程中，通道存储深度减半，一半存储空间用于存储正常采样数据，另一半存储空间用于存储对应的毛刺标志位数据。上位机从存储空间读取数据，将正常采样数据以波形方式显示，同时在毛刺标志位数据对应的正常采样数据处标识毛刺。
在本实例中，以3.125GSPS定时分析速率来讲，320ps以下宽度的窄脉冲就可以认为是毛刺，并且最小可以实现20ps宽度毛刺的检测。
数据通道经采集单元采样并处理后得到待识别数据，将待识别数据进行抽取后作为正常采样数据进行存储。同时，对应正常采样数据设置毛刺标志位数据，根据待识别数据判断毛刺位置。将正常采样数据和毛刺标志位数据同时存储下来，上位机对正常采样数据和毛刺标志位数据进行读取并在正常采样数据波形上标识毛刺。
实现一种高速采样速率下的毛刺检测方法的一种高速采样速率下的毛刺检测系统，包括采集单元以及毛刺识别单元，所述采集单元采集待识别数据并对待识别数据进行处理得到正常采样数据；所述毛刺识别单元对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。
一种高速采样速率下的毛刺检测系统还包括存储与显示单元，所述存储与显示单元将正常采样数据与毛刺标志位数据存储，所述存储与显示系统还将正常采样数据以波形方式显示并在毛刺标志位数据对应的正常采样数据处标识毛刺。
提供了一种利用FPGA内部高速收发器资源，基于50GSPS采样速率实现ps级毛刺检测的方法。以3.125GSPS定时分析速率来讲，320ps以下宽度的窄脉冲就可以认为是毛刺，并且最小可以实现20ps宽度毛刺的检测，实现高速采样速率下准确的毛刺检测。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速采样速率下的毛刺检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：采集待识别数据；
S2：对待识别数据进行处理得到正常采样数据；
S3：对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置；
步骤S2是根据定时分析速率对待识别数据进行等间隔抽取得到正常采样数据；
步骤S3包括以下子步骤：
S301：对当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据、当前采样时刻下的待识别数据以及当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据进行首尾拼接得到拼接数据；
S302：根据拼接数据以及等间隔抽取的间隔数提取跳变沿位置数据并根据跳变沿位置数据识别毛刺；
所述步骤S302包括以下子步骤：
(1)根据拼接数据进行计算提取跳变沿位置数据；
(2)根据跳变沿位置数据判断两个相邻跳变沿之间的位置差是否小于等间隔抽取的间隔数；若两个相邻跳变沿之间的位置差小于等间隔抽取的间隔数，则相应位置的正常采样数据出现毛刺，以毛刺脉冲的第一个跳变沿位置为准；否则相应位置的正常采样数据未出现毛刺；
步骤(1)是对拼接数据的相邻位进行下式所示的两两异或运算得到跳变沿位置数据：
Edge[i]＝Data_com[i]⊕Data_com[i+1]
式中，Edge[i]表示跳变沿位置数据；Edge[i]为1表示正常采样数据的相应位置出现跳变沿，Edge[i]为0表示正常采样数据的相应位置未出现跳变沿；Data_com[i]与Data_com[i+1]表示拼接数据；
步骤(2)中，判断两个相邻跳变沿之间的位置差小于等间隔抽取的间隔数是以跳变沿位置数据Edge[i]中Edge[0+k*m+m-1：0+k*m]、Edge[1+k*m+m-1：1+k*m]、Edge[2+k*m+m-1：2+k*m]...Edge[m-1+k*m+m-1：m-1+k*m]中任意一组数据中有两个1且该组数据最低位为1为判断标准的，其中，m为等间隔抽取的间隔数，k为0、1、2...。
2.根据权利要求1所述的一种高速采样速率下的毛刺检测方法，其特征在于：进行步骤S301时，对于当前采样时刻的上一采样时刻下的待识别数据只取最后一位，对于当前采样时刻的下一采样时刻下的待识别数据取前[等间隔抽取的间隔数-1]位。
3.根据权利要求1所述的一种高速采样速率下的毛刺检测方法，其特征在于：步骤S1包括以下子步骤：
S101：通过两个采集单元对待识别数据的数据通道进行时间交替采样得到两组待检测数据；
S102：对两组待检测数据进行交替拼接得到待识别数据。
4.根据权利要求3所述的一种高速采样速率下的毛刺检测方法，其特征在于：采集单元包括第一采集单元和第二采集单元，所述第二采集单元的参考时钟的QUAD相位比第一采集单元的参考时钟的QUAD相位大180°。
5.实现权利要求1所述的一种高速采样速率下的毛刺检测方法的一种高速采样速率下的毛刺检测系统，其特征在于：包括采集单元以及毛刺识别单元，所述采集单元采集待识别数据并对待识别数据进行处理得到正常采样数据；所述毛刺识别单元对待识别数据进行毛刺识别获得正常采样数据的毛刺位置。
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