CN1272628A - 交插数字峰值检测器 - Google Patents

Abstract

一种交插数字峰值检测器,该检测器有多个采集管道,每个采集管道接收一个通用采样时钟信号,并使之延迟以选择性将管道中每个模数转换器的采样时间延迟。每个管道有峰值检测器,可编程抽取器,以及采集存储器。来自每个采集管道的最大和最小峰值检测器值在程序控制下在采集段上比较用来产生每个采集管道在采集段上的最大和最小峰值检测器值。

Description

交插数字峰值检测器

本发明一般涉及数字峰值检测，更具体的，涉及能够用于测量测试仪器，如示波器中的数字峰值检测电路和目标采集模式。

高速数字测量仪器，如示波器，数字化仪等等使用交插采集管用于获得采集信道中输入信号的数字化样本。一个通用采样时钟被用于驱动每个管道中的电路，并且，每个管道的采样时钟与其它管道的采样时钟之间存在延迟。每个管道有一个跟踪并保持电路用来采样流入信号，并且有一个模数转换器用来将模拟样本数字化，还有一个解复用器以用户选出的采集频率对数字化样本进行抽取。来自每个管道的抽取后的数字化采集样本被交插在一起并存储在存储器中用于显示和/或进一步处理。交插存储的样本给出一个最大信道采集频率，该采集频率比采样时钟频率大N倍，其中N是采集管道的数目。

由Tektronix公司(Wilsonvile，Oregon)即本发明的一个受让人生产并销售的TDS700系列示波器包括一个数字峰值检测采集模式，该模式在慢速采集过程中用来检测在常规采集样本之间发生的高速事件。在数字峰值检测过程中，采集管道中的一个以管道的最大采样率来获得样本并在较慢要求的采集速率期间累积一个高速样本的最小值和最大值。在每个采集段中得到的最小和最大值存储在存储器中用于显示。该方法限于以一个大于或等于采集管道采样率的持续期来捕获事件。

所需要的是用于在数字峰值检测采集功能中获得较短持续期事件的装置和方法。

因此，本发明的目标在于交插数字峰值检测器以及一种操作方法，它们包括多个被耦合用来接收输入信号的采集管道。每个采集管道有一个用来接收输入信号和采样时钟信号的模数转换器。每个管道的采样时钟信号通过一个延迟电路耦合用来选择性地对每个采集管道的输入信号的采样进行延迟。峰值检测器从模数转换器接收输出并累积数字化输入信号的最大值和最小值。采集电路接收采集信号，该信号通过将采样时钟信号作为抽取值的函数来对采样时钟信号进行抽取而建立一个采集时钟，从而触发存储来自峰值检测器的累积最大值和最小值的锁定电路。在程序控制下运作的控制器将在一个获取时间段上来自每个获取管道的最大和最小峰值检测器值相比并在该采集段上产生所述多个获取管道的最大和最小峰值检测器值。

在本发明交插数字峰值检测器的进一步优化中，跟踪和保持电路捕获输入信号的模拟值用于输入到模数转换器。在本发明的优选实施方案中，采集电路包括一个采集存储器用来存储在采集段中锁定的最大和最小峰值检测器值。采集电路还可以包括一个解复用器作为可编程抽取器，该抽取器接收采样信号和抽取值用于通过将采样信号作为抽取值的函数而抽取来建立采集时钟信号。采集时钟触发锁定电路用于存储来自峰值检测器的累积最大值和最小值。

利用交插数字峰值检测器来检测最大和最小数字值的方法包括利用多个采集管道将输入信号数字化的步骤，其中每个管道有一个模数转换器，该转换器接收一个通用采样时钟信号，该时钟信号被每个管道中的延迟电路进行调整性地延迟。每个采集管道中数字化输入信号的最大和最小峰值在采集段上被累积并存储。在采集段上来自每个采集管道的数字化输入信号的所存储的累积最大和最小峰值被比较以便产生在采集段上的最大和最小峰值。采集段上的最大和最小峰值被显示。数字化、累积、存储和比较步骤在附加采集段上永远重复以构建所显示的采集记录。数字化步骤还包括附加的步骤：在采样时钟的瞬时捕获输入信号的模拟值用于模数转换器的数字化过程。

当结合后面的权利要求的附图阅读下面的详细描述时，本发明的目标、优越之处和新的特征都会变的明白。

本发明以附图中的例子来说明，其中类似的参考标号表示类似的元件。其中：

图1是说明根据本发明数字峰值检测器的方框图。

图2A是说明根据本发明的数字峰值检测器的模拟输入波形的波形图。

图2B是说明根据本发明利用数字峰值检测器输入波形的采样的样本点图。

图2C是说明根据本发明利用数字峰值检测器获得数字样本的数字化样本图。

图2D是根据本发明对数字峰值检测器中数字样本的累积的累积数字样本图。

图2E是说明根据本发明存储来自数字峰值检测器的数字最大和最小样本的存储样本图。

图3是说明根据本发明的数字峰值检测器的更详细的方框图。

在下面详细的描述中，首先进行一些具体细节的描述以便对本发明有一个总体的了解。然而，该领域的技术人员应该明白的是，没有这些具体细节的情况下本发明也是适用的。在其它例子中，已知的方法、过程、元件和电路没有详细描述以防止模糊了本发明。

此外，各种操作将以有助于理解本发明的方式用多个分散的步骤描述，然而，描述的顺序不应该解释为意味着这些操作是必须有一定顺序，具体地说是描述它们的顺序。

参考图1，给出了一个说明根据本发明的数字峰值检测器10的方框图。数字峰值检测器10可以引入到测量测试仪器，例如数字示波器，数字化仪或类似的设备中。这种仪器包括一个或多个采集信道14，有多个控制，如圆钮，按钮等等的前面板16，显示器18，如阳极射线管，液晶显示屏等等。

在内部，该仪器由一个或多个执行存储在ROM存储器22中的程序指令的微处理器20来控制。采集信道14获得的数据存储在RAM存储器24中，采集信道包括多个采集管26A，26B，26C和26D。如图中示例给出的4个。本发明可以用任意个数的采集管道实现，但是采集管道的个数最好是2的整数次幂(例如，2，4，8，16…)。系统时钟28给出一个或多个输出时钟信号用于驱动仪器中的包括数字峰值检测器10电路的电路。

每个采集管26A，26B，26C和26D包括一个模数转换器40A，40B，40C和40D，这些转换器接收通用输入信号30。每个采集管还包括一个延迟电路42A，42B，42C和42D，它们接收来自微处理器20的通用采样时钟和唯一的延迟值或电压。延迟电路为各个模数转换器40A，40B，40C和40D提供采样时钟，这些转换器产生代表输入信号的数字值。来自每个模数转换器的数字值被输入到它们各自的峰值检测器44A，44B，44C和44D。数字峰值检测器44A，44B，44C和44D由驱动模数转换器40A，40B，40C和40D的相同采样时钟驱动，但是被适当地延迟以计入由传播延迟和转换时间，它们分别表示为延迟46A、46B、46C和46D。数字峰值检测器44A，44B，44C和44D累积最大和最小数字峰值，并为各个采集电路48A，48B，48C和48D提供该值。采集电路接收锁定在采集段上的最大和最小峰值的采集时钟信号，并将这些值存储在各个采集存储器中。在本发明的优选实施方案中，用于数字峰值检测器10的采集段包括两个采集时钟周期，这将在下面更详细地描述。在程序控制下，微处理器20将各个管道的累积最大和最小峰值相比并将所有管道的最大和最小累积峰值存储为该采集段上的最大和最小峰值。该采集段所存储的最大和最小峰值在显示器18上显示。

来自微处理器20的延迟值或电压调整模数转换器40A，40B，40C和40D的采样时间以便给出为采样时钟频率N倍的实际采样率，其中N是采集管道的数目。例如，采样时钟频率为1G样本/秒或1纳秒。将1纳秒除以4(采集管的数目)得到250微微秒。各个延迟电路将250微微秒的延迟加入涉及前一个管道的采样时钟信号中以驱动每个管道的电路。每个模数转换器时钟信号的延迟被设置为递增量为1/N×采样时钟周期，使得每个模数转换器捕获采样时钟之间唯一的时间片。将来自4个采集管的所产生的数字数据交插导致4倍于实际采样率的有效采样率。模数转换器40A，40B，40C和40D产生代表在由各个时钟信号定义的特定时间段上输入信号的数字值，其中的时钟信号来自各个延迟电路42A，42B，42C和42D。

如该领域的技术人员已知的那样，数字峰值检测器44A，44B，44C和44D累积来自模数转换器40A，40B，40C和40D的最大和最小数字化值。峰值检测器44A，44B，44C和44D的累积最大和最小数字值被连接到采集电路48A，48B，48C和48D，这些电路在接收采集时钟脉冲时锁定各个最大和最小数字值。采集时钟频率是一个用户定义的设置，该设置可以用前面板控制16来选择。采集时钟可以用多种方法产生，图1给出了一种方法。系统时钟28可以包括一个可编程抽取器，该抽取器接收来自微处理器20的抽取值。这些抽取值是根据用户利用前面板16设置的采集频率获得的。例如，采样时钟频率为1G样本/秒，用户定义的采集样本频率被设置为1M样本/秒。将样本时钟频率除以用户定义的采集频率得到抽取值1000，另一个产生采集时钟的方法是在每个采集电路中给出抽取器，如图3所示的那样，并会在下面详细描述。

最大和最小峰值检测器值被同时提供给采集电路48A，48B，48C和48D。由于在本发明优选实施方案中使用的存储器数据总线大小的原因，需要两个采集时钟将各自的值装载到采集存储器。这样在两个采集时钟周期内，为数字峰值检测模式建立了采集时间段。每隔一个采集时钟周期从各个采集电路48A，48B，48C和48D为峰值检测器44A，44B，44C和44D提供重置选通脉冲，这样使得检测器将下一个流入数字值作为下一个采集段的初始最大和最小数字值而存储。如以前描述的，峰值检测器的累积最大和最小数字值存储在采集存储器中。明显的是，更宽的存储器总线使得能够利用单个的采集时钟来存储累积的最大和最小数字值，因此在每个采集时钟上建立一个采集段。在优选实施方案中，采集存储器是采集电路48A，48B，48C和48D的一部分。但是存储器可以是仪器的RAM24的一部分。

图2A到2E说明了根据本发明的交插数字峰值检测器10中数字样本的采集和处理。图2A到2E中类似的元件与图1中标号相同。这些图说明了很多采集段中的一个，这些段为采样段的4倍。图2A给出一个代表性的输入信号30。图2B给出利用采集段的四个交插采集管道26A，26B，26C和26D的输入波形上的采样点。图2C代表性地给出四个采集管26A，26B，26C和26D中每一个在图2B的采样位置上的图1中输入信号30的数字化样本。图2D代表性地给出各个数字峰值检测器44A，44B，44C和44D中的最大和最小累积值。图2E代表性地给出对图2D中的最大和最小累积值比较来产生采集段上所存储的最大和最小数字峰值。注意到最大峰值检测值是根据采集管数据2C中产生的，最小峰值检测值是根据采集管数据26D产生的。

图3给出根据本发明的数字峰值检测器10的更详细的方框图。图3中类似的元件与图1中的标号相同。如以前描述的，数字峰值检测器10是测量仪器的一部分，该测量仪器有多个采集信道14，一个前面板16，一个显示器18，一个微处理器控制器20，相关的ROM22和RAM存储器24，系统时钟28。每个采集信道14有多个采集管26A，26B，26C和26D。每个采集管包括一个模数转换器，分别编号为40A，40B，40C和40D，以及数字延迟电路42A，42B，42C和42D，峰值检测器44A，44B，44C和44D。在本发明的优选实施方案中，跟踪和保持电路50A，50B，50C和50D分别与每个模数转换器40A，40B，40C和40D相关。施加给延迟电路42A，42B，42C和42D的延迟值或信号由接收来自微处理器20的数字值的数模延迟电路52产生的。如以前描述的，施加给延迟电路42A，42B，42C和42D的延迟值可调性地将送往每个采集管26A，26B，26C和26D的来自系统时钟28的通用采样时钟信号延迟以便使每个管道的采样时间相对于其它管道偏移一个量值。在本发明的优选实施方案中，在每个管道采样时钟以400微微秒定时的情况下采样时钟频率为2.5G样本/秒。相对于以前的管道来说每个管道的时钟延迟偏移为100微微秒，产生10G样本/秒的有效采样频率。延迟采样时钟分别被施加给每个采集管道26A，26B，26C和26D中的相应跟踪和保持电路54A，54B，54C和54D。跟踪和保持电路以延迟后的采样率对模拟输入信号30采样并将采样后的模拟信号输入到各个模数转换器40A，40B，40C和40D。在本发明的优选实施方案中，利用延迟元件56A，56B，56C和56D表示的适当的定时延迟，每个采集管26A，26B，26C和26D的采样时钟被提供给管道的其它电路元件。模数转换器40A，40B，40C和40D将采样模拟信号转换成数字值并将这些值传递给数字峰值检测器44A，44B，44C和44D。数字峰值检测器44A，44B，44C和44D在采集段上累积最大和最小数字峰值并将累积的峰值传递给各个可编程抽取电路58A，58B，58C和58D。

每个可编程抽取电路58A，58B，58C和58D包括一个可编程抽取器，该抽取器接收来自系统时钟28的采样时钟信号或更好的是接收来自驱动每个管道中其它电路的相同定时链的采样时钟信号。响应用户给出的来自前面板16的采集时钟频率，来自微处理器20的抽取值被施加到抽取器。抽取后的采样时钟产生采集时钟，该时钟将累积的最小和最大数字峰值锁定到存储锁定值。采集时钟还被用来将各个累积最大和最小数字峰值锁定到各个采集存储器60A，60B，60C和60D。因此，需要两个采集时钟将累积的最大和最小数字峰值检测器值装载到采集存储器60A，60B，60C和60D中。这需要每隔一个采集时钟，重置选通脉冲被送往数字峰值检测器44A，44B，44C和44D以便对于数字峰值检测器44A，44B，44C和44D的新的采集段来说将下一个数字值设置为初始最大和最小峰值。在本发明的优选实施方案中，采集存储器60A，60B，60C和60D与每个采集管26A，26B，26C和26D相关并且不是该仪器RAM存储器24的一部分。

每个管道的累积最大和最小数字峰值被传送到微处理器20，在微处理器中在程序控制下，采集管道26A，26B，26C和26D在采集段上的最大和最小数字峰值被比较并且最大数字值和最小数字值作为采集段上的最大和最小数字峰值而存储。这些存储值被进一步处理以用于在显示器18上显示。

已经描述的数字峰值检测器10利用多个采集管来获得表示输入信号的数字值。每个采集管道接收一个通用的采样信号，对于每个管道，该信号被延迟使得以大于采样时钟频率的有效频率来获得样本。每个管道以它们各自的偏移采样频率产生数字值，并在采集段上累积最大和最小数字峰值。采集段使用了两个从采样时钟得到的采集时钟脉冲和根据用户定义的采集频率得到的抽取值。每个管道的累积最大和最小峰值被利用微处理器来比较，该处理器在程序控制下工作以便为每个采集段产生最大和最小数字峰值检测器值。

这样，交插数字峰值检测器和操作方法已经被描述了。因此对于阅读了前面的描述之后的技术人员来说，对于本发明的很多更改和修正都是可以理解的，要理解的是通过示例给出并描述的特定实施方案并不是意在予以限制。例如，包括可编程抽取器和锁定器的采集电路最好以解复用器来实现。此外，采集信道已经被描述为有四个采集管道，这些采集管道被交插并最好在某一采样和采集频率下工作。通过加入附加的管道，可能的是利用不同的采样时钟频率和采集频率操作并如优选实施方案中描述的那样产生相同的数字峰值检测器值。对于特定实施方案的详细描述并不意味着限制附加权利要求的范围。

Claims (9)

1一种交插数字峰值检测器，包括：

被连接用来接收输入信号的多个采集管道，每个采集管道包括：

接收输入信号和采样时钟信号的模数转换器，每个管道的采样时钟信号通过延迟电路耦合用来选择性地对每个采集管的输入信号的采样进行延迟；

接收来自模数转换器的输出并累积数字化输入信号的最大和最小值的峰值检测器；

接收采集时钟信号的采集电路，其中的时钟信号是通过按照抽取值的函数来抽取采样时钟信号而得到，以用于触发锁定电路，其中的锁定电路存储来自峰值检测器的累积最大和最小值；以及

用于比较在采集段上来自每个采集管的最大和最小峰值检测器值从而产生在该采集段上对于所说多个采集管道而言的最大和最小峰值检测器值的装置。

2如权利要求1所述的交插数字峰值检测器，其中模数转换器还包括跟踪和保持电路，该电路捕获输入信号的模拟值用于输入到模数转换器。

3如权利要求1所述的交插数字峰值检测器，其中采集电路还包括一个采集存储器用于存储在采集段上锁定的最大和最小峰值检测器值。

4交插数字峰值检测器包括：

被连接用来接收输入信号的多个采集管道，每个采集管道包括：

接收输入信号和采样时钟信号的模数转换器，每个管道的采样时钟信号通过延迟电路耦合用来选择性地对每个采集管的输入信号的采样进行延迟；

接收来自模数转换器的输出并累积数字化信号的最大和最小值的峰值检测器；

用来接收采样时钟信号和抽取值从而通过将采样时钟信号按照抽取值的函数抽取来建立采集时钟的可编程抽取器，其中的采集时钟触发用于存储来自峰值检测器的累积最大和最小值的锁定电路；

存储在两个采集时钟的采集段上锁定的最大和最小峰值检测器值的采集存储器；以及

用于比较在采集段上来自每个采集管的最大和最小峰值检测器值来在采集段上为所述多个采集管道产生最大和最小峰值检测器值的装置。

5如权利要求1所述的交插数字峰值检测器，其中模数转换器还包括跟踪和保持电路，该电路捕获输入信号的模拟值用于输入到模数转换器。

6用于检测采集系统中的最大和最小数字值的方法，包括以下步骤：

(a)利用多个采集管对输入信号进行数字化，每个管道有一个模数转换器，该转换器接收通用的采样时钟信号，该时钟信号被每个管道中的延迟电路可调性地延迟；

(b)在采集段上累积每个采集管中的数字化输入信号的最大和最小峰值；

(c)存储采集段上每个采集管中的数字化输入信号的累积最大和最小峰；

(d)将来自每个采集管道的采集段上的数字化输入信号的累积最大和最小峰值的存储量比较用于产生采集段上的最大和最小峰值。

7如权利要求6的用于检测采集系统中的最大和最小数字值的方法，还包括显示最大和最小峰值的步骤。

8如权利要求7的用于检测采集系统中的最大和最小数字值的方法，还包括在附加的采集段上重复步骤(a)到(d)并显示附加段上的最大和最小值的步骤。

9如权利要求6的用于检测采集系统中的最大和最小数字值的方法，其中的数字化步骤还包括在采样时钟信号的瞬时捕获输入信号的模拟值以便用于模数转换器的数字化过程。

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