CN114839414B - 一种用于示波器的采样时间间隔监测装置、方法和示波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用示波器的采样时间间隔监测装置、方法和示波器，采样时间间隔监测装置包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块。首先依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号，再将间隔参考信号转换为互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并当第一方波信号为高电位时对储能电路进行放电，反之对储能电路进行充电；然后依据充电时间输出蓄能方波信号，最后对蓄能方波信号进行幅值放大后获取的间隔放大方波信号的脉宽进行计数，以获取采样时间间隔值。由于通过硬件电路对触发信号TRI和采样时钟CLK的差值信号进行放大后计数，使得采样时间间隔值的可靠性更高，进而改善数字示波器随机采样时采样波形失真的现象。

Description

一种用于示波器的采样时间间隔监测装置、方法和示波器

技术领域

本发明属于数字示波器技术领域，具体涉及一种用示波器的采样时间间隔监测装置、方法和示波器。

背景技术

随着现代测试测量领域的发展，为了应对电子产品设计的日益复杂，就要求监测设备向着高带宽、高采样率以及高存储深度发展，而数字示波器作为一种使用广泛的通用电子测量仪器，是针对各种电信号的幅值、周期、脉宽、占空比等进行测量，具有测量精准、维护简便、使用灵活、可靠性高、稳定性好等多种的优点，被广泛的应用于多个行业当中。现阶段使用数字示波器测量一个高频周期信号时，为了提高采样率，会采用随机采样的技术。随机采样是进行多次随机采样得到多组采样数据，然后根据多组采样重建波形数据，因为其中每组采样之间的时间是随机的，为了还原波形，需要把这个随机时间测量出来。现有技术一般使用脉冲展宽的方法进行测量，但测量精度不高，导致随机时间测量不准，进而使还原波形失真，影响使用效果。因此本申请提出一种新的随机时间测量电路和方法，减小被测量波形的失真。

发明内容

本申请预解决的技术问题是示波器在进行随机采样时，采样时间间隔测量不准的技术问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于示波器的采样时间间隔监测装置，包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块；

所述监测脉冲转换模块用于同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号；所述间隔参考信号为触发信号TRI和采样时钟CLK的差信号；

所述间隔参考信号获取模块包括RTC电路，所述RTC电路分别与所述监测脉冲转换模块和所述时间参数获取模块连接；所述RTC电路用于对所述间隔参考信号进行放大，并将放大获取的间隔放大方波信号发送给所述时间参数获取模块；所述间隔放大方波信号的脉宽与所述间隔参考信号的脉宽相关；

所述时间参数获取模块用于对所述间隔放大方波信号的脉宽持续时间进行计数，以获取采样时间间隔值；

所述RTC电路包括单端转差分电路、放电控制电路、储能电路、充电控制电路和脉冲幅值放大电路；

所述单端转差分电路分别与所述监测脉冲转换模块和所述放电控制电路连接；所述单端转差分电路用于依据所述间隔参考信号获取互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并将所述第一方波信号和所述第二方波信号同步发送给所述放电控制电路；所述第一方波信号和所述第二方波信号的脉宽与所述间隔参考信号的脉宽相同；

所述放电控制电路与所述储能电路和所述充电控制电路连接；所述放电控制电路用于当所述第一方波信号为高电位时对所述储能电路进行放电；

所述充电控制电路与所述储能电路和所述脉冲幅值放大电路连接；所述充电控制电路用于当所述第一方波信号为低电位时对所述储能电路进行充电，并依据充电时间输出蓄能方波信号；所述蓄能方波信号的脉宽与所述充电时间相关；

所述脉冲幅值放大电路与所述时间参数获取模块连接；所述脉冲幅值放大电路用于对所述蓄能方波信号的幅值进行放大以获取所述间隔放大方波信号，并将所述间隔放大方波信号发送给所述时间参数获取模块。

根据第二方面，一种实施例中提供一种示波器，包括第一方面所述的采样时间间隔监测装置。

根据第三方面，一种实施例中提供一种用于示波器的采样时间间隔监测方法，应用于第一发面所述的采样时间间隔监测装置，包括：

对所述采样时间间隔监测装置进行校准，以设定所述RTC电路对所述间隔参考信号的放大倍数；

同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据所述触发信号TRI和所述采样时钟CLK获取间隔参考信号；

对所述间隔参考信号进行放以获取间隔放大方波信号；

依据所述间隔放大方波信号获取采样时间间隔值。

依据上述实施例的采样时间间隔监测装置，包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块，其中，间隔参考信号获取模块包括RTC电路，RTC电路包括单端转差分电路、放电控制电路、储能电路、充电控制电路电路和脉冲幅值放大电路。首先依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号，再将间隔参考信号转换为互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并当第一方波信号为高电位时对储能电路进行放电，反之对储能电路进行充电；然后依据充电时间输出蓄能方波信号，最后对蓄能方波信号进行幅值放大后获取的间隔放大方波信号的脉宽进行计数，以获取采样时间间隔值。由于通过硬件电路对触发信号TRI和采样时钟CLK的差值信号进行放大后计数，使得采样时间间隔值的可靠性更高，进而改善数字示波器随机采样时采样波形失真的现象。

附图说明

图1为数字示波器随机采样原理示意图；

图2为一种实施例中采样时间间隔监测电路的电路示意图；

图3为一种实施例中采样时间间隔监测电路的脉冲信号时序图；

图4为一种实施例中双斜率积分放大电路的时间间隔放大原理示意图；

图5为一种实施例中采样时间间隔获取电路的电路示意图；

图6为一种实施例中恒流源电路的电路示意图；

图7为一种实施例中脉冲信号波形示意图；

图8为一种实施例中采样时间间隔监测装置的结构连接示意图；

图9为一种实施例中RTC电路的电路结构示意图；

图10为一种实施例中充电控制电路的电路连接示意图；

图11为一种实施例中储能电路的电路示意图；

图12为一种实施例中放电控制电路的电路连接示意图；

图13为一种实施例中脉冲幅值放大电路的电路连接示意图；

图14为一种实施例中RTC电路的输入输出的波形关系图；

图15为另一种实施例中采样时间间隔监测方法的流程示意图；

图16为另一种实施例中第一校准信号和第二校准信号的波形示意图。

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，为数字示波器随机采样原理示意图，数字示波器随机采样的原理包括：

首先，设定一个触发电平，当被测信号达到触发电平时，系统可以采样一组采样，这组采样有m个采样数据；

然后，第二次达到触发电平，继续第二组采样，同样是m个采样点。以此类推，得到n组采样数据。

数字示波器每次都会在周期信号的同一个点触发，但高频采样时钟（存在频率和相位抖动）与触发信号并不相关，触发点和每组的第一个采样点的时间间隔T是随机的。得到n组采样数据后，根据时间间隔T的时间从小到大交错排列，就可以得到非实时的采样序列，最后可以根据这个序列还原波形。

因为时间间隔T的非常小。小于采样时钟周期。例如1GSa/s采样率的示波器，采样时钟周期为1ns，但水平时基的分辨率为10ps。测量这么小的时间，需要把放大之后再测量。

请参考图2和图3，分别为一种实施例中采样时间间隔监测电路的电路示意图和采样时间间隔监测电路的脉冲信号时序图，数字示波器为了测量时间间隔T，必须先把时间提取出来，触发信号TRI输入到两个D触发器。采样时钟CLK为D触发器提供时钟，第二D触发器的输出和触发信号做一个与逻辑，输出信号INPFT就是时间间隔T。

请参考图4，为一种实施例中双斜率积分放大电路的时间间隔放大原理示意图，提取到时间间隔T后，一般采用双斜率积分放大电路进行时间放大，具体包括：

根据电容充放电的原理有：

（U-U₀）*C=I*t；

其中，U₀为电容的初始电压，C为电容值，I为充放电电流，初始电容的电压U₀一定时，电容上的电压与充放电时间成正比。

以一个比较大的电流I₁对电容进行充电，充电时间为系统触发和第二个采样时钟边沿的时间间隔T₁，则充电完毕后电容上的电压U为：

U=（I₁*T₁+U₀*C）/C；

然后用较小的电流I₂经过时间T₂放电到U₀，则放电完毕后电容上的电压U为：

U=（I₂*T₂+U₀*C）/C；

依据充电和放电完毕时电容上的电压U获取公式可以得到：

T₁=T₂/（I₁/I₂）；

其中，I₁/I₂是放大倍数，为一固定值，因此获取T₂后就可以通过计算获取时间间隔T₁。

请参考图5，为一种实施例中采样时间间隔获取电路的电路示意图，其中，电容C115是充放电电容。在INPFI为低电平时，电子开关S1接通，此时D2上电压反偏，D2截止。恒流源输出电流I1电流经过电子开关入地，放电恒流源I2经R88使C115放电。当C115上的电压接近0V时，D3导通，C115的电压钳位。当INPFI为高时，电子开关S1断开，D2导通，充电电流I1经过D2向C115充电，因为放电电流I2随时存在，且此时D3截止，电流I2由C115提供，故充电电流为I1-I2。比较器 U6 的正相输入端电位高于反相输入端，U6 输出由“0”变为“1”。当INPFI 由高电平向低电平转变时，C115停止充电，C115上电荷以电流I2放电，当C115上电压经T₂时间减小到 D3阈值电压时（此电压即为充电电容C115上电容初始值），D3重新导通，U6的正相输入端电位下降，U6输出由“1”变为“0”，如此即得到放电时间T₂。最后，把放电时间T2脉冲作为计数器选通信号，例如用 500M 采样时钟对其计数，计数值和计数时钟的周期（2ns）的乘积即为T₂的测定值。然后依据公式T₁=T₂/（I₁/I₂）就可以获取采样时间间隔T₁。

请参考图6，为一种实施例中恒流源电路的电路示意图，其中，D1是一个齐纳二极管，起到稳压左右，只需要控制R1的大小就可以控制电流，由此可通过设定I1和I2的时间就可以设定放大倍数。但实际上因为模拟器件的个体差异，I1和I2的设定与理论值存在差异。这个会导致计算出来的时间间隔T与实际有出入。另外，因为脉冲波形INPFT的宽度非常窄，上升时间和下降时间不能忽略。

请参考图7，为一种实施例中脉冲信号波形示意图，脉冲波形包括上升时间、有效时间和下降时间。一般上升时间和下降时间为纳秒级别，假设都是2纳秒，脉冲电平1的宽度是10纳秒，脉冲2的宽度是20纳秒，脉冲2宽度是脉冲电平1的两倍，那么脉冲电平1的有效时间是6纳秒，脉冲电平2的有效时间为16纳秒，有效时间是指可以放大的时间，那么不同的宽度脉冲放大的比例就不一样了。我们需要求出的是脉冲的宽度，但因为上升时间和下降时间的存在，影响我们的计算结果。一实施例中，脉冲电平1是t₁，放大后是T₁。脉冲电平2是t₂，放大后是T₂。当2*t₁=t₂，但2*T₁并不等于T₂，实际是2*T₁<T₂。

综上所述，由于器件的个体差异，导致每块电路板的电流源参数都不一样，实际放大倍数与理论放大倍数存在差异。另外，在校准过程中不能忽略上升时间和下降时间的存在。上述问题会导致降低示波器的水平测量精度，使还原后的波形失真。

在本申请实施例中公开的采样时间间隔监测装置包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块。首先依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号，再将间隔参考信号转换为互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并当第一方波信号为高电位时对储能电路进行放电，反之对储能电路进行充电；然后依据充电时间输出蓄能方波信号，最后对蓄能方波信号进行幅值放大后获取的间隔放大方波信号的脉宽进行计数，以获取采样时间间隔值。由于通过硬件电路对触发信号TRI和采样时钟CLK的差值信号进行放大后计数，使得采样时间间隔值的可靠性更高，进而改善数字示波器随机采样时采样波形失真的现象。

实施例一

请参考图8，为一种实施例中采样时间间隔监测装置的结构连接示意图，采样时间间隔监测装置包括监测脉冲转换模块1、间隔参考信号获取模块2和时间参数获取模块3。监测脉冲转换模块1用于同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号PULSE，其中，间隔参考信号PULSE为触发信号TRI和采样时钟CLK的差信号。间隔参考信号获取模块2包括RTC电路21，RTC电路21分别与监测脉冲转换模块1和时间参数获取模块3连接。RTC电路21用于对间隔参考信号PULSE进行放大，并将放大获取的间隔放大方波信号EXP_OUT发送给时间参数获取模块3。间隔放大方波信号EXP_OUT的脉宽与间隔参考信号PULSE的脉宽相关。时间参数获取模块3用于对间隔放大方波信号EXP_OUT的脉宽持续时间进行计数，以获取采样时间间隔值。

请参考图9，为一种实施例中RTC电路的电路结构示意图，RTC电路21包括单端转差分电路211、放电控制电路212、储能电路213、充电控制电路电路214和脉冲幅值放大电路215。单端转差分电路211分别与监测脉冲转换模块1和放电控制电路212连接，单端转差分电路211用于依据间隔参考信号PULSE获取互为反相的第一方波信号TIGOUT1和第二方波信号TIGOUT2，并将第一方波信号TIGOUT1和第二方波信号TIGOUT2同步发送给放电控制电路212。第一方波信号TIGOUT1和第二方波信号TIGOUT2的脉宽与间隔参考信号PULSE的脉宽相同。放电控制电路212与储能电路213和充电控制电路214连接，放电控制电路212用于当第一方波信号TIGOUT1为高电位或第一方波信号TIGOUT1为低电位时对储能电路213进行放电。充电控制电路214与储能电路213和脉冲幅值放大电路215连接。充电控制电路214用于当第一方波信号TIGOUT1为低电位时对储能电路213进行充电，并依据充电时间输出蓄能方波信号，该蓄能方波信号的脉宽与充电时间相关。脉冲幅值放大电路215与时间参数获取模块3连接。脉冲幅值放大电路215用于对蓄能方波信号的幅值进行放大以获取间隔放大方波信号EXP_OUT，并将间隔放大方波信号EXP_OUT发送给时间参数获取模块3。

一实施例中，监测脉冲转换模块1包括监测脉冲生成模块11、信号切换电路12和标准脉冲生成电路13。监测脉冲生成电路11与信号切换电路12连接，用于依据同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号PULSE，并将间隔参考信号PULSE发送给信号切换电路12。标准脉冲生成电路13与信号切换电路12连接，标准脉冲生成电路13用于生成预设参数的间隔测试信号，并将间隔测试信号发送给信号切换电路12。信号切换电路12与单端转差分电路211连接，信号切换电路12用于将获取的间隔测试信号或间隔参考信号PULSE发送给单端转差分电路211。其中，间隔测试信号用于对RTC电路21进行校准。

一实施例中，时间参数获取模块3包括驱动电路31和计数器32。驱动电路31与脉冲幅值放大电路215和计数器32连接，驱动电路31用于依据间隔放大方波信号EXP_OUT驱动计数器32计数，计数器32的计数值用于作为采样时间间隔值。

一实施例中，间隔参考信号获取模块2还包括参数设定电路22，参数设定电路22用于输出一预设的调压电信号V_ADJUST给充电控制电路214，以通过改变充电时间对采样时间间隔值进行修订。

请参考图10，为一种实施例中充电控制电路的电路连接示意图，一实施例中，充电控制电路212包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、MOS开关管Q51、MOS开关管Q52、MOS开关管Q53、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、二极管D51和电容C51。充电控制电路214的第一连接端与参数设定电路22连接，充电控制电路214的第二连接端与放电控制电路212连接，充电控制电路214的第三连接端与储能电路213连接，充电控制电路214的第四连接端与脉冲幅值放大电路215连接。电容C51的一端接地，另一端与充电控制电路214的第一连接端连接。电阻R51的一端与充电控制电路214的第一连接端连接，另一端与充电控制电路214的第二连接端连接。电阻R55的一端与MOS开关管Q52的基极连接，另一端用于预设的第一电压信号VCC1的输入。MOS开关管Q52的集电极接地，MOS开关管Q52的发射极与充电控制电路214的第四连接端连接。二极管D51的负极与充电控制电路214的第四连接端连接，二极管D51的正极与充电控制电路214的第三连接端连接。电阻R53的一端与预设的第二电压信号VCC2连接，另一端与MOS开关管Q53的基极连接。电阻R54的一端与第二电压信号VCC2连接，另一端与MOS开关管Q53的发射极连接。MOS开关管Q53的集电极与充电控制电路214的第三连接端连接。MOS开关管Q51的发射极与充电控制电路214的第二连接端连接，MOS开关管Q51的基极与充电控制电路214的第四连接端连接，MOS开关管Q51的集电极与MOS开关管Q53的基极连接。电阻R52的一端用于第二电压信号VCC2的输入，另一端与充电控制电路214的第四连接端连接。一实施例中，MOS开关管Q51为NPN管，MOS开关管Q52和MOS开关管Q53为PNP管。一实施例中，第一电压信号VCC1和第二电压信号VCC2的电压值分别为5V和15V。一实施例中，电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54和电阻R55的电阻值依次为4.64K、20K、1K、13K和2K欧姆。一实施例中，电容C51的值为100nF。

请参考图11，为一种实施例中储能电路的电路示意图，储能电路包括储能连接端Vcap和电容C41，储能连接端Vcap分别与放电控制电路212、充电控制电路电路214和脉冲幅值放大电路215连接，电容C41的一端与储能连接端Vcap连接，另一端接地。

请参考图12，为一种实施例中放电控制电路的电路连接示意图，放电控制电路212包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、MOS开关管Q41、MOS开关管Q42和MOS开关管Q43。放电控制电路212的第一连接端和第二连接端与单端转差分电路211连接，用于第一方波信号TIGOUT1和第二方波信号TIGOUT2的同步输入，放电控制电路212的第三连接端与储能电路213连接，放电控制电路212的第四连接端与充电控制电路214连接。电阻R41的一端用于第一电压信号VCC1的输入，另一端与MOS开关管Q42的基极连接。电阻R42的一端与放电控制电路212的第二连接端连接，另一端与MOS开关管Q42的基极连接。电阻R43的一端接地，另一端与MOS开关管Q42的基极连接。电阻R44的一端与第一电压信号VCC1连接，另一端与MOS开关管Q41的基极连接。电阻R45的一端与放电控制电路212的第一连接端连接，另一端与MOS开关管Q41的基极连接。电阻R46的一端接地，另一端与MOS开关管Q41的基极连接。MOS开关管Q41的集电极与第一电压信号VCC1连接，MOS开关管Q41的发射极与MOS开关管Q43的集电极连接。MOS开关管Q42的集电极与放电控制电路的第三连接端连接，MOS开关管Q42的发射极与MOS开关管Q43的集电极连接。电阻R47的一端接地，另一端与MOS开关管Q43的发射极连接。电阻R48的一端接地，另一端与MOS开关管Q43的基极连接。电阻R49的一端与MOS开关管Q43的基极连接,另一端与放电控制电路212的第四连接端连接。MOS开关管Q41、MOS开关管Q42和MOS开关管Q43为NPN管。一实施例中，电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49的阻值依次为100、75、100、100、75、100、56.2、3.32K和3.92K欧姆。

请参考图13，为一种实施例中脉冲幅值放大电路的电路连接示意图，一实施例中，幅值放大电路215包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、MOS开关管Q61、MOS开关管Q62、电阻R61、电阻R62和电阻R63。幅值放大电路215的第一连接端与脉冲输出电路214连接，幅值放大电路215的第二连接端与驱动电路31连接，幅值放大电路215的第三连接端与储能电路213连接。MOS开关管Q61的基极与幅值放大电路215的第一连接端连接，MOS开关管Q61的极电极与幅值放大电路215的第二连接端连接，MOS开关管Q62的基极与幅值放大电路215的第三连接端连接。电阻R61的一端用于第二电压信号VCC2的输入，另一端与MOS开关管Q61的集电极连接。电阻R62的一端用于第二电压信号VCC2的输入，另一端与MOS开关管Q62的集电极连接。电阻R63的一端接地，另一端与MOS开关管Q61和MOS开关管Q62的发射极连接。一实施例中，电阻R61、电阻R62和电阻R63的阻值依次为1K、1K和1.5K欧姆。

在如上所述的RTC电路中，MOS开关管Q62的BE结处于导通状态时，因为MOS开关管Q52的引脚1电压是5V，V_{Q52_1}=5V（V_{Q52_1}代表Q52引脚1的电压），所以加上Q52的BE结压降后，V_{Q52_2}=5.6V。Q52引脚2的电压是一个大约数，器件个体之间会有差异，会影响放大倍数，但后面会校准，所以这个问题不大。那么Q51也处于导通状态，V_{Q51_1}=5.6V，进而算出V_{Q51_2}=5V。电阻R49和电阻R48分压后电压作用在Q43引脚1上，V_{Q43_1}电压约是2.1V，那么Q43引脚2的电压V_{Q43_2}是1.4V，那么流过电阻R47的电流为1.4V/R16，统一称为V_{Q43_2}/R47，这个是电容C41的放电电流。当脉冲信号INPFT信号（TIGOUT2）送来时，Q3导通，就给电容C1放电，放电路径是C1-Q3-Q6-R16-GND。TIGOUT1是TIGOUT2的反向信号，在Q62截止时，C41停止放电，Q41导通，放电路径是VCC1-Q41-Q43-R47-GND。这里得到C41的放电电流V_{Q43_2}/R47，因为V_{Q43_2}和R47在每块电路中都有误差，所以放电电流也是有误差的。下面解释，充电电流是怎么来的。流过电阻R51的电流I1约为（V_{Q51_2}-V_ADJUST）/R51，流过Q51集电极的电流为I1+ V_{Q51_2}/（R49+R48）。进而可以算出R53上面的压降，算出V_{Q53_1}电压为：

VCC2-R53*[I1+ V_{Q53_2}/（R48+R49）]；

进而算出V_{Q53_2}电压，进而算出R54电流为：

（VCC2-V_{Q53_2}）/R54；

此电流为电容的充电电流。只要调整V_ADJUST的电压就可以调整充电电流的大小，也就是可以是可以调整充电电流和放电电流的倍数大小。

一实施例中，参数设定电路22输出的V_ADJUST可以由一个数模转换器产生的电压，通过调节模数转换器的输出电压就可以调节输入脉冲INPFT的时间放大倍数，即参数设定电路22为模数转换器。

下面再说明间隔放大方波信号EXP_OUT是怎么输出的：

V_{Q61_1}=V_{Q52_2}=5.6V；

当V_{Q62_1}小于5.6V时，Q61导通，V_{Q61_2}=5V，所以V_{Q61_3}=15-5/R63*R61≈12V，而V_{Q62_3}=15V；

当V_{Q62_1}大于5.6V，Q62导通，Q61截止，V_{Q62_3}=15-5/R63*R62≈12V，而V_{Q61_3}=15V。

请参考图14，为一种实施例中RTC电路的输入输出的波形关系图，其中，短脉冲PLUS是放电时间，脉冲EXT_OUT是充电时间。

在本申请一实施例中还公开了一种示波器，包括如上所述的采样时间间隔监测装置。

本申请还公开了一种应用于如上所述采样时间间隔监测装置的采样时间间隔监测方法，请参考图15，为另一种实施例中采样时间间隔监测方法的流程示意图，包括：

步骤101，进行校准。

对采样时间间隔监测装置进行校准，以设定RTC电路对间隔参考信号的放大倍数，校准过程包括：

首先获取已知参数的第一电平脉冲信号和第二电平脉冲信号，然后将第一电平脉冲信号和第二电平脉冲信号作为间隔测试信号分别发送给RTC电路，最后依据RTC电路预设的放大倍数设定所述参数设定电路输出的所述调压电信号的值。其中，依据时间校准公式获取调压电信号的值，时间校准公式包括：

t=t1/(T2-T1)*T+[t1-t1/(T2-T1)]；

其中，t是触发信号TRI和采样时钟CLK边沿的时间间隔，即间隔参考信号，t1是已知常数，T1和T2是分别依据第一电平脉冲信号和第二电平脉冲信号进行校准获得的常数，T是获取采样时间间隔值。

下面对校准过程进行原理说明。如图8所示，信号切换电路12选择将标准脉冲生成电路13生成的间隔测试信号SOURCE输出给RTC电路。一实施例中，间隔测试信号SOURCE包括第一校准信号和第二校准信号，第一校准信号和第二校准信号的关系如图7中的脉冲电平1和脉冲电平2所示，第一校准信号和第二校准信号分别都包括上升时间和下降时间。一实施例中，第一校准信号和第二校准信号分时依次作为间隔测试信号SOURCE输出给RTC电路。实际上第一校准信号是1个采样时钟CLK周期，脉宽设为t1，第二校准信号是2个采样时钟CLK周期，脉宽设为t2，那么有2*t1=t2。因为短信号PLUS的时间小于2个采样时钟CLK，大于1个采样时钟CLK，所以用这两个校准源信号校准可以覆盖所有被测的时间间隔。控制标准脉冲生成电路输出第一校准信号，得到第一校准信号的放大时间T1。继续控制输出第二校准信号，得到第二校准信号的放大时间T2。依据公式T2>2*T1。如图7所示，从数学上计算，两个校准信号的脉冲波形相减，将会约去上升时间和下降时间，得到的是理想矩形波，都是由可以放大的有效时间组成。请参考图16，为另一种实施例中第一校准信号和第二校准信号的波形示意图，设矩形波宽度为t3，有t3=t2-t1。t3放大时间为T3，那么有T3=T2-T1。设放大倍数为：

G3=T3/t3=(T2-T1)/t3；

设定G0为我们预设定的放大倍数，校准过程就是使G3逼近G0的，一实施例中，校准过程为：

首先，信号切换电路连接标准脉冲生成电路和RTC电路；然后标准脉冲生成电路依次将第一校准信号t1和第二校准信号t2分时依次输入RTC电路；再依据公式G3=T3/t3=(T2-T1)/t3，将G3等于或接近G0，其中，t2-t1是已知常数。如果G3不等于或不接近G0，重复上述步骤。当G3等于或者接近G0时，获取T1、T2的值，进而获取参数设定电路的设定值。并把T1和T2代入公式t=t1/(T2-T1)*T+[t1-t1/(T2-T1)]。最后保存公式及放大倍数的设定模块的设定值，校准完成。

下面介绍G0是如何确定的。如果等效采样的采样率是50GSa/s，ADC的采样时钟是100MSa/s，那么G0就会设定为500（50G/100M）。

下面介绍时间校准公式的推导过程。

t=t1/(T2-T1)*T+[t1-t1/(T2-T1)]； （1）

因为脉冲不能忽略的上升时间和下降时间，t和放大后的T组成的函数不可能通过直角坐标的零点。那么设一次函数t=a*T+b。校准后得到公式（2）（3）

t1=a*T1+b； (2)

t2=a*T2+b； (3)

因为t2=2*t1，所以：

2*t1=a*T2+b； (4)

由（2）（4）求得a= t1/(T2-T1);b= (t1-t1/(T2-T1))；

其中，t1是已知第一校准信号的脉宽时间、T1、T2是校准获得值。

校准完成后，放大倍数按校准后的设定值设定。

步骤102，获取间隔放大方波信号。

同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号，再对间隔参考信号进行放以获取间隔放大方波信号。

其中，信号切换电路连接监测脉冲生成电路和RTC电路，将PULSE经过RTC放大、计时得到时间T后，代入公式（1）得到INPFT信号的时间宽度t，这个就是需要测量的时间间隔。

步骤103，获取采样时间间隔值。

依据间隔放大方波信号获取采样时间间隔值。

在本申请实施例中，公开了一种采样时间间隔监测装置包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块，其中，间隔参考信号获取模块包括RTC电路，RTC电路包括单端转差分电路、放电控制电路、储能电路、充电控制电路电路和脉冲幅值放大电路。首先依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号，再将间隔参考信号转换为互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并当第一方波信号为高电位时对储能电路进行放电，反之对储能电路进行充电；然后依据充电时间输出蓄能方波信号，最后对蓄能方波信号进行幅值放大后获取的间隔放大方波信号的脉宽进行计数，以获取采样时间间隔值。由于通过硬件电路对触发信号TRI和采样时钟CLK的差值信号进行放大后计数，使得采样时间间隔值的可靠性更高，进而改善数字示波器随机采样时采样波形失真的现象。

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 (10)

1.一种用于示波器的采样时间间隔监测装置，其特征在于，包括监测脉冲转换模块、间隔参考信号获取模块和时间参数获取模块；

所述监测脉冲转换模块用于同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据触发信号TRI和采样时钟CLK获取间隔参考信号；所述间隔参考信号为触发信号TRI和采样时钟CLK的差信号；

所述间隔参考信号获取模块包括RTC电路，所述RTC电路分别与所述监测脉冲转换模块和所述时间参数获取模块连接；所述RTC电路用于对所述间隔参考信号进行放大，并将放大获取的间隔放大方波信号发送给所述时间参数获取模块；所述间隔放大方波信号的脉宽与所述间隔参考信号的脉宽相关；

所述时间参数获取模块用于对所述间隔放大方波信号的脉宽持续时间进行计数，以获取采样时间间隔值；

所述RTC电路包括单端转差分电路、放电控制电路、储能电路、充电控制电路和脉冲幅值放大电路；

所述单端转差分电路分别与所述监测脉冲转换模块和所述放电控制电路连接；所述单端转差分电路用于依据所述间隔参考信号获取互为反相的第一方波信号和第二方波信号，并将所述第一方波信号和所述第二方波信号同步发送给所述放电控制电路；所述第一方波信号和所述第二方波信号的脉宽与所述间隔参考信号的脉宽相同；

所述放电控制电路与所述储能电路和所述充电控制电路连接；所述放电控制电路用于当所述第一方波信号为高电位时对所述储能电路进行放电；

所述充电控制电路与所述储能电路和所述脉冲幅值放大电路连接；所述充电控制电路用于当所述第一方波信号为低电位时对所述储能电路进行充电，并依据充电时间输出蓄能方波信号；所述蓄能方波信号的脉宽与所述充电时间相关；

所述脉冲幅值放大电路与所述时间参数获取模块连接；所述脉冲幅值放大电路用于对所述蓄能方波信号的幅值进行放大以获取所述间隔放大方波信号，并将所述间隔放大方波信号发送给所述时间参数获取模块。

2.如权利要求1所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，所述监测脉冲转换模块包括监测脉冲生成模块、信号切换电路和标准脉冲生成电路；

所述监测脉冲生成电路与所述信号切换电路连接，用于依据同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK获取所述间隔参考信号，并将所述间隔参考信号发送给所述信号切换电路；

所述标准脉冲生成电路与所述信号切换电路连接；所述标准脉冲生成电路用于生成预设参数的间隔测试信号，并将所述间隔测试信号发送给所述信号切换电路；

所述信号切换电路与所述单端转差分电路连接；所述信号切换电路用于将获取的所述间隔测试信号或所述间隔参考信号发送给所述单端转差分电路；所述间隔测试信号用于对所述RTC电路进行校准。

3.如权利要求1所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，所述时间参数获取模块包括驱动电路和计数器；

所述驱动电路与所述脉冲幅值放大电路和所述计数器连接，所述驱动电路用于依据所述间隔放大方波信号驱动所述计数器计数，所述计数器的计数值用于作为所述采样时间间隔值。

4.如权利要求1所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，所述间隔参考信号获取模块还包括参数设定电路，所述参数设定电路用于输出一预设的调压电信号给所述充电控制电路，以通过改变所述充电时间对所述采样时间间隔值进行修订。

5.如权利要求4所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，所述充电控制电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、MOS开关管Q51、MOS开关管Q52、MOS开关管Q53、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、二极管D51和电容C51；

所述充电控制电路的第一连接端与所述参数设定电路连接；所述充电控制电路的第二连接端与所述放电控制电路连接；所述充电控制电路的第三连接端与所述储能电路连接；所述充电控制电路的第四连接端与所述脉冲幅值放大电路连接；

电容C51的一端接地，另一端与所述充电控制电路的第一连接端连接；

电阻R51的一端与所述充电控制电路的第一连接端连接，另一端与所述充电控制电路的第二连接端连接；

电阻R55的一端与MOS开关管Q52的基极连接，另一端用于预设的第一电压信号VCC1的输入；MOS开关管Q52的集电极接地，MOS开关管Q52的发射极与所述充电控制电路的第四连接端连接；二极管D51的负极与所述充电控制电路的第四连接端连接，二极管D51的正极与所述充电控制电路的第三连接端连接；

电阻R53的一端与预设的第二电压信号VCC2连接，另一端与MOS开关管Q53的基极连接；

电阻R54的一端与所述第二电压信号VCC2连接，另一端与MOS开关管Q53的发射极连接；

MOS开关管Q53的集电极与所述充电控制电路的第三连接端连接；

MOS开关管Q51的发射极与所述充电控制电路的第二连接端连接，MOS开关管Q51的基极与所述充电控制电路的第四连接端连接，MOS开关管Q51的集电极与MOS开关管Q53的基极连接；

电阻R52的一端用于所述第二电压信号VCC2的输入，另一端与所述充电控制电路的第四连接端连接；

MOS开关管Q51为NPN管，MOS开关管Q52和MOS开关管Q53为PNP管。

6.如权利要求5所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，所述放电控制电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、MOS开关管Q41、MOS开关管Q42和MOS开关管Q43；

所述放电控制电路的第一连接端和第二连接端与所述单端转差分电路连接，用于所述第一方波信号和所述第二方波信号的同步输入；所述放电控制电路的第三连接端与所述储能电路连接；所述放电控制电路的第四连接端与所述充电控制电路连接；

电阻R41的一端用于所述第一电压信号VCC1的输入，另一端与MOS开关管Q42的基极连接；

电阻R42的一端与所述放电控制电路的第二连接端连接，另一端与MOS开关管Q42的基极连接；

电阻R43的一端接地，另一端与MOS开关管Q42的基极连接；

电阻R44的一端与所述第一电压信号VCC1连接，另一端与MOS开关管Q41的基极连接；

电阻R45的一端与所述放电控制电路的第一连接端连接，另一端与MOS开关管Q41的基极连接；

电阻R46的一端接地，另一端与MOS开关管Q41的基极连接；

MOS开关管Q41的集电极与所述第一电压信号VCC1连接，MOS开关管Q41的发射极与MOS开关管Q43的集电极连接；

MOS开关管Q42的集电极与所述放电控制电路的第三连接端连接，MOS开关管Q42的发射极与MOS开关管Q43的集电极连接；

电阻R47的一端接地，另一端与MOS开关管Q43的发射极连接；

电阻R48的一端接地，另一端与MOS开关管Q43的基极连接；

电阻R49的一端与MOS开关管Q43的基极连接,另一端与所述放电控制电路的第四连接端连接；

MOS开关管Q41、MOS开关管Q42和MOS开关管Q43为NPN管。

7.一种示波器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的采样时间间隔监测装置。

8.一种用于示波器的采样时间间隔监测方法，应用于如权利要求4至6任一项所述的采样时间间隔监测装置，其特征在于，包括：

对所述采样时间间隔监测装置进行校准，以设定所述RTC电路对所述间隔参考信号的放大倍数；

同步接收触发信号TRI和采样时钟CLK，并依据所述触发信号TRI和所述采样时钟CLK获取间隔参考信号；

对所述间隔参考信号进行放以获取间隔放大方波信号；

依据所述间隔放大方波信号获取采样时间间隔值。

9.如权利要求8所述的采样时间间隔监测方法，其特征在于，所述对所述采样时间间隔监测装置进行校准包括：

获取已知参数的第一电平脉冲信号和第二电平脉冲信号；

将所述第一电平脉冲信号和所述第二电平脉冲信号作为间隔测试信号分别发送给所述RTC电路；

依据所述RTC电路预设的放大倍数设定所述参数设定电路输出的所述调压电信号的值。

10.如权利要求9所述的采样时间间隔监测方法，其特征在于，所述依据所述RTC电路预设的放大倍数设定所述参数设定电路输出的所述调压电信号的值，包括：

依据时间校准公式获取所述调压电信号的值，所述时间校准公式包括：

t=t1/(T2-T1)*T+[t1-t1/(T2-T1)]；

其中，t是触发信号TRI和采样时钟CLK边沿的时间间隔，即所述间隔参考信号，t1是已知常数，T1和T2是分别依据所述第一电平脉冲信号和所述第二电平脉冲信号进行校准获得的常数，T是所述获取采样时间间隔值。

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