CN2938114Y

CN2938114Y - 一种示波器

Info

Publication number: CN2938114Y
Application number: CN 200620119308
Authority: CN
Inventors: 王悦; 王铁军; 李维森
Original assignee: Individual
Current assignee: Rigol Technologies Inc
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2016-08-24

Abstract

本实用新型提供一种示波器，包括时钟源、模数转换器、存储器、显示器和键盘，还至少包括：内插器、逻辑控制单元和中央处理器；内插器，接收逻辑控制单元在采样时刻传送的脉冲信号，对采样时刻和最近采样时钟的时间间隔进行放大；逻辑控制单元，接收内插器传送的信号，根据采样时钟计算采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔，并将计算出的时间间隔传送至中央处理器；在采样时钟的控制下将采集的数字信号进行处理后送至存储器；中央处理器，用于接收逻辑控制单元传送的时间间隔，并在用户通过键盘输入的命令的控制下，将存储器中的数据进行处理，根据该时间间隔将每次采样时刻的采样点按照其距采样时刻的长短顺序间插在一起送至显示器进行显示。

Description

一种示波器

技术领域

本实用新型涉及示波器，特别涉及一种带有内插器的示波器。

背景技术

示波器是一种形象地表示信号形状的仪器。而数字存储示波器则是用数字的方法来采集，存储和再现信号波形。

如图1所示，为现有技术中示波器结构示意图。如图所示，该示波器包括：模数转换器(ADC：Analog-to-Digital Converter)12、时钟源13、逻辑控制单元14、存储器15、中央处理器(CPU)、显示器17和键盘18。其中，探头11向ADC输入信号，模数转换器ADC12在时钟源13产生的采样时钟的控制下对输入的模拟信号进行采样，保持和量化；同时，逻辑控制单元14在采样时钟的控制下及时的将采集的数字经初步处理后信号存储到存储器15中；中央处理器CPU，用于系统控制和数据处理，在用户通过键盘18输入的命令的控制下，将存储器15中的数据进行处理，并以直观的方式显示在显示器17上。

在数字存储示波器模拟带宽这个指标之外，采样率是它的另外一个重要指标，这个指标表明数字存储示波器时间分辨精度和重构波形的准确度。

但是，在目前器件工艺尤其是半导体工艺的限制下，时钟的频率和精度是受限制的，因此数字存储示波器的采样率一般不会超过4GHz。因此如何在现有时钟频率的和精度的前提下获得更高的采样率对于数字存储示波器是非常有价值的。

在现有数字存储示波器中，为了追求高采样率，不得不使用高频率高精度时钟。虽然，高采样率的确能够获得更高的时间精度，更准确地重构出信号波形。但是，高频率且高精度的时钟源不容易获得，这将导致高采样率的数字存储示波器的价格非常昂贵；另外，在数字存储示波器的模拟带宽极限时，也就是采样率极限时，由于采样波形点数量太少，重构的波形失真度明显上升。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种示波器，通过该示波器可获得高精度的采样率，并且成本低。

本实用新型提供一种示波器，包括时钟源、模数转换器、存储器、显示器和键盘；还至少包括：内插器、逻辑控制单元和中央处理器；其中，

内插器，接收逻辑控制单元在采样时刻传送的脉冲信号，用于对采样时刻和最近采样时钟的时间间隔进行放大；

逻辑控制单元，接收所述内插器传送的信号，根据采样时钟计算所述采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔，并将计算出的时间间隔传送至中央处理器；在采样时钟的控制下将采集的数字信号进行处理后送至存储器；

中央处理器，用于接收所述逻辑控制单元传送的时间间隔，并在用户通过键盘输入的命令的控制下，将存储器中的数据进行处理，根据该时间间隔将每次采样时刻的采样点按照其距采样时刻的长短顺序间插在一起送至显示器进行显示。

所述逻辑控制单元至少包括：数据采集单元和时间间隔计算单元；其中，

时间间隔计算单元，用于接收所述内插器传送的信号，并根据采样时钟计算采样时刻和最近采样时钟的时间间隔，并将计算出的时间间隔传送至中央处理器；

数据采集单元，在采样时钟的控制下将采集的数字信号进行处理后送至存储器。

所述内插器至少包括：控制电路、充电恒流源、放电恒流源、与控制电路和充电恒流源连接的第一开关、与控制电路和放电恒流源连接的第二开关、以及电容；其中，

所述控制电路，接收所述逻辑控制单元在采样时刻发送的脉冲信号，在所述采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔内控制所述第一开关闭合，使所述充电恒流源向电容放电；在所述时间间隔之后控制所述第二开关闭合，使所述放电恒流源向电容充电，并将充电和放电所用的时间传送至逻辑控制单元；其中充电时间与放电时间的比值为采样时刻和最近采样时钟的时间间隔的放大倍数。

所述时间间隔小于一个采样时间间隔。

本实用新型的有益效果在于，通过使用带有内插器的示波器，可用低频率的时钟和电路获得高精度的采样率。

附图说明

图1为现有技术中示波器结构示意图；

图2为本实用新型实施例的示波器示意图；

图3为本实用新型实施例的内插器结构示意图；

图4为内插器中控制电路结构示意图；

图5为本实用新型内插器充放电时间示意图；

图6为本发明实施例的采样示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种示波器，如图2所示，该示波器包括：时钟源23、模数转换器(ADC：Analog-to-Digital Converter)22、存储器26、显示器28和键盘29；还至少包括：内插器25、逻辑控制单元24和中央处理器27；其中，

内插器25，接收逻辑控制单元24在采样时刻传送的脉冲信号，用于对采样时刻和最近采样时钟的时间间隔进行放大；

逻辑控制单元24，接收所述内插器25传送的信号，根据采样时钟计算所述采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔，并将计算出的时间间隔传送至中央处理器27；在采样时钟的控制下将采集的数字信号进行处理后送至存储器26；

中央处理器27，用于接收所述逻辑控制单元24传送的时间间隔，并在用户通过键盘29输入的命令的控制下，将存储器26中的数据进行处理，根据该时间间隔将每次采样时刻的采样点按照其距采样时刻的长短顺序间插在一起送至显示器28进行显示。

其中，本实用新型的内插器的关键在于时间放大，即将微小的时间(低频率时钟无法分辨的时间)放大到低频率时钟能够准确统计的时间范围，从而实现了采样率的放大。因此，本实用新型通过低频率的时钟和电路获得高精度的采样率，并且成本低。

该示波器中，所述时钟源23、模数转换器ADC22、存储器26、显示器28和键盘29的作用与现有技术相同，此处不再赘述。

如图2所示，本实施例中，所述逻辑控制单元24至少包括：数据采集单元242和时间间隔计算单元241；其中，

时间间隔计算单元241，用于接收所述内插器25传送的信号，并根据采样时钟计算采样时刻和最近采样时钟的时间间隔，并将计算出的时间间隔传送至中央处理器27；

数据采集单元242，在采样时钟的控制下将采集的数字信号进行处理后送至存储器26，该数据采集单元242的工作流程与现有技术相同，此处不再赘述。

如图3所示，为本实用新型实施例的内插器结构示意图。该内插器25包括：控制电路31、充电恒流源32、放电恒流源33、与控制电路31和充电恒流源32连接的第一开关35、与控制电路31和放电恒流源33连接的第二开关36、以及电容34；其中，

所述控制电路31，接收所述逻辑控制单元24在采样时刻发送的脉冲信号，在所述采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔内控制所述第一开关35闭合，使所述充电恒流源32向电容34放电；在所述时间间隔之后控制所述第二开关36闭合，使所述放电恒流源33向电容34充电，并将充电和放电所用的时间传送至逻辑控制单元24；其中充电时间与放电时间的比值为采样时刻和最近采样时钟的时间间隔的放大倍数。所述时间间隔小于一个采样时间间隔。

如图4所示，为内插器25中的控制电路的结构图。

如上所述，该控制电路31用于控制充放电时刻，在采样时刻，即信号触发时刻并非采样时钟，将采样时刻和最近采样时钟之间的时间间隔T内闭合第一开关35，打开放电通道①，以很快的速度对电容C34进行放电。

时间间隔T之后，断开第一开关35、闭合放电通道①，闭合开关36，打开充电通道②，当充电电压回到放电前的电平V，停止充电。此时，可根据采样时钟计算这段时间，即充电时间和放电时间，通过放电和充电的比例关系换算出放电时间，从而获得采样时刻和最近采样时钟的时间间隔，这样就可以得到每次采样时刻最近采样点和采样时刻的时间间隔T，该时间间隔T小于一个采样时间间隔。

由于准确地知道了所述时间间隔T，就可以将每次采样时刻的采样点按照其距采样时刻的长短顺序间插在一起，就好像在一个采样的时间间隔中增加了许多的采样点，从而达到了增加采样率的目的。

如图5所示，用充电恒流源32对电容34快速放电，迅速达到最低电平；用放电恒流源33对电容34慢速充电，缓慢达到指定电平，充电和放电时间的比值就是放大倍数S；该放大倍数表达式为：

比如统计时钟频率为f_clk＝1/T_clk，被测的时间为T_m，而且T_m和T_clk的比值为

R_{m} = [\frac{T_{m}}{T_{clk}}], R_{m} < 1

。本发明通过一个内插电路将被测时间放大S倍，使得

R_{s} = [\frac{T_{m} \cdot S}{T_{clk}}],

\frac{T_{m} \cdot S - R_{s} \cdot T_{clk}}{T_{m} \cdot S}

和

\frac{T_{m} - R_{m} \cdot T_{clk}}{T_{m}}

的比值为

\frac{T_{m} \cdot S - [\frac{T_{m} \cdot S}{T_{clk}}] \cdot T_{clk}}{(T_{m} - [\frac{T_{m}}{T_{clk}}] \cdot T_{clk}) \cdot S}

(1)，如果R_m＜1，那么(1)化简为

\frac{T_{m} \cdot S - [\frac{T_{m} \cdot S}{T_{clk}}] \cdot T_{clk}}{T_{m} \cdot S} < \frac{T_{clk}}{T_{m} \cdot S},

S越大，误差越小。因此可以看出通过将被测时间放大后，测量值的误差会越小。

如图6所示，时间基准线(Time origin line)为采样时刻(触发时刻)，①是第一次采样点，②是第二次采样点，③是第三次采样点。这些采样点和采样时刻的时间间隔都不一样，但是都小于一个采样间隔。通过计算第一个采样点时刻到采样时刻的时间间隔，就可以得到三次采样按时间顺序间插在一起，就好像将采样率提高了三倍。内插器25对于重复信号是非常有用的，它可以细致地反映出波形的细部特征。

以具体的数值为例来说明，如采样时钟为100MHz。①第一个采样点距离触发时刻(时间基准线)的时间为8ns，②为6ns，③为4ns，那么就可以判断出三次采样距触发时刻的顺序是③，②，①。按这个顺序先插入③的点，然后是②的点，最后是①的点，就构成了新的采样点序列。

由上述实施例可知，通过内插器25将微小时间(时钟信号无法分辩)放大S倍，从而增加采样点数(采样率)。

上述实施例仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims

1.一种示波器，包括时钟源、模数转换器、存储器、显示器和键盘，其特征在于，还至少包括：内插器、逻辑控制单元和中央处理器；其中，

2.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述逻辑控制单元至少包括：数据采集单元和时间间隔计算单元；其中，

3.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述内插器至少包括：控制电路、充电恒流源、放电恒流源、与控制电路和充电恒流源连接的第一开关、与控制电路和放电恒流源连接的第二开关、以及电容；其中，

4.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述时间间隔小于一个采样时间间隔。