DE102013200941A1

DE102013200941A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung für ein seltenes Signalereignis

Info

Publication number: DE102013200941A1
Application number: DE102013200941.0A
Authority: DE
Inventors: Andrew Schaefer; Kai Uwe Schmidt
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US9759747B2; US20150301086A1; WO2014072271A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung zur Darstellung eines erfassten Signals auf einem Display (10) eines Oszilloskops auf der Basis eines seltenen Signalereignisses im erfassten Signal ermittelt eine pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung (13) von aus Abtastwerten des erfassten Signals bestimmten pegel- und/oder zeitbasierten Kenngrößen in einem vorgegebenen Pegel- bzw. Zeitraster und vergleicht die ermittelte pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung mit einer vorab bestimmten pegel- bzw. zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung. Daraufhin wird eine erste Triggerbedingung in Abhängigkeit eines identifizierten Unterschieds zwischen pegel- bzw. zeitbasierter Häufigkeitsverteilung und pegel- bzw. zeitbasierter Referenz-Häufigkeitsverteilung ermittelt (11). Schließlich wird ein Triggersignal aktiviert, falls die Triggerbedingung im erfassten Signal über- oder unterschritten vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses.
Ein digitales Echtzeit-Oszilloskop besteht gemäß 1 im Wesentlichen aus einem Akquisitions-System 1, einem Nachverarbeitungs-System 2 und einem Darstellungs-System 3. Das Akquisitions-System 1 setzt sich aus einer Akquisitions-Einheit 4, das die Daten-Erfassung des digitalisierten Signals und eine digitale Daten-Vorverarbeitung – schwerpunktmäßig die zeitliche Verschiebung des erfassten Signals, die Signalentzerrung, die Dezimation und die Kombination von mehreren erfassten Signalen – umfasst, einer Trigger-Einheit 5, die in Abhängigkeit des erfassten und vorverarbeiteten Signals und einer Triggerlogik ein Triggersignal erzeugt, und einem Akquisitions-Speicher 6 zusammen, in den die akquirierten Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Signals bei aktivierten Triggersignal abgespeichert werden.
Das Nachverarbeitungs-System 2 führt aufwändigere Signalverarbeitungsfunktionen – beispielsweise Mittelung, Filterung, Histogramm-Erstellung, Jitter-Analyse, Vektor-Signal-Analyse, Messung von Signalflanken-Zeiten, Protokoll-Dekodierung usw. – an den akquirierten Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Signals durch.
Das Darstellungs-System 3 schließlich umfasst eine Visualisierungs-Einheit 7, in der aus den nachverarbeiteten Abtastwerten des akquirierten Signals Bildschirmdaten für eine Abspeicherung im Bildschirmspeicher 9 und eine anschließende Darstellung auf einem Display 10 ermittelt werden, eine Prozessor-Einheit 8 mit einem Betriebssystem, das die Bildschirmdaten der Visualisierungs-Einheit 7 und die im Nachverarbeitungs-System 2 ermittelten Daten für eine Darstellung auf dem Display aufbereitet, einen Bildschirm-Speicher 9 und schließlich ein Display (Bildschirm) 10.
Bei sehr hohen Abtastraten des darzustellenden Messsignals – beispielsweise einige Gigahertz – ist der Echtzeitaufwand im Nachverarbeitungs-System und im Darstellungs-System deutlich höher als im Akquisitions-System. Somit muss das Akquisitions-System während einer Blind-Zeit die Akquisition von neuen Abtastwerten einstellen, um die Nachverarbeitung und Darstellung der soeben akquirierten Abtastwerte zu Ende zu führen. Seltene bzw. sporadische Ereignisse, die während dieser Blind-Zeit im Mess-Signal auftreten, werden deshalb vom digitalen Oszilloskop nicht erfasst und auf dem Display nicht dargestellt.
Die Detektion derartiger seltener bzw. sporadischer Ereignisse im Mess-Signal sind bei der Verifikation bzw. bei der Fehleranalyse (Debugging) von Geräten, Systemen und Signalen von besonderer Wichtigkeit. Ist das seltene bzw. sporadische Ereignis im Mess-Signal von seiner Signalform bekannt, so kann es durch Einstellen einer geeigneten Triggerbedingung relativ leicht und schnell detektiert werden. Ist das seltene bzw. sporadische Ereignis im Mess-Signal jedoch unbekannt, so muss die Messung mit einer üblichen Triggerbedingung vielfach durchgeführt werden, bis es vom Akquisitionssystem des Oszilloskops erfasst und auf dem Display erscheint. Oftmals liegt es im Geschick des Entwicklungs- oder Prüffeldingenieurs durch iterative Auswahl geeigneter Triggerbedingungen derartige seltene bzw. sporadische Ereignisse im Messsignal in einer kürzeren Zeit auf dem Display des Oszilloskops darzustellen und damit zu detektieren.
Aus der US 2011/0231156 A1 geht eine Triggervorrichtung für ein digitales Oszilloskop hervor, die den aktuellen Abstand zwischen dem Signalereignis und der aktuell eingestellten Triggerbedingung mittels einer Kennzahl quantifiziert. Nachteilig ermittelt eine derartige Triggervorrichtung keine geeignete Triggerbedingung, die für das zu detektierende Signalereignis – insbesondere automatisiert – einzustellen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Einstellung einer Triggerbedingung für ein selten auftretendes Signalereignis zu entwickeln.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zur Identifizierung von mindestens einer seltenen Signalanomalie in einem erfassten Signal mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 und durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte technische Erweiterungen sowie ein Computerproramm und ein Computerprogramm-Produkt sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß werden aus den Abtastwerten des erfassten Signals – vor der Akquisition von Abtastwerten des erfassten Signals im Akquisitions-Speicher – pegel- und/oder zeitbasierte Kenngrößen bestimmt, aus denen in einem vorgegebenen Pegel- bzw. Zeitraster Häufigkeiten ermittelt werden. Durch Vergleich der ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeiten mit pegel- und/oder zeitbasierten Referenz-Häufigkeiten werden Unterschiede identifiziert, aus denen eine Triggerbedingung festgelegt wird, die im Folgenden zur Unterscheidung von weiteren später noch vorgestellten Triggerbedingungen als erste Triggerbedingung bezeichnet wird.
Wird mit der festgelegten ersten Triggerbedingung ein seltenes Signalereignis im erfassten Signal identifiziert, wird ein Triggersignal zur Akquisition von Abtastwerten des erfassten Signals erzeugt, die das seltene Signalereignis immer enthalten. Die akquirierten Abtastwerte des erfassten Signals können somit im Rahmen einer Signalnachverarbeitung oder softwaregestützten Signalanalyse einer intensiven Analyse unterzogen werden.
Als erste Triggerbedingung wird bevorzugt ein pegelbasierter und/oder zeitbasierter Schwellwert verwendet, der im Folgenden zur Unterscheidung von weiteren später noch vorgestellten pegelbasierten und/oder zeitbasierten Schwellwerten als erster pegelbasierter und/oder zeitbasierter Schwellwert bezeichnet wird.
Die erfindungsgemäße Verlagerung der Ermittlung einer Häufigkeitsverteilung des erfassten Signals, die nach dem Stand der Technik typischerweise in der Signalnachverarbeitung erfolgt, in die Phase der Signalvorverarbeitung ermöglicht eine Berücksichtigung von Informationen aus der ermittelten Häufigkeitsverteilung des erfassten Signals in der Triggerung.
Als pegelbasierte Kenngröße des erfassten Signals kann beispielsweise die Amplitude des erfassten Signals oder eine statistische pegelbasierte Kenngröße des erfassten Signals – beispielsweise die größte ermittelte Amplitude eines erfassten Signals mit einer zeitveränderlichen Amplitude – verwendet werden. Eine pegelbasierte Häufigkeitsverteilung eines beispielsweise sinusförmigen Signals mit sporadisch überlagerten Signalspitzen zu Zeitpunkten einer Amplitude liefert eine Häufigkeitsverteilung, wie sie in 2B dargestellt ist.
Im Vergleich zur 2C, in der als Referenz-Häufigkeitsverteilung die Häufigkeitsverteilung eines beispielsweise sinusförmigen Signals ohne sporadisch überlagerte Signalspitzen dargestellt ist, ist aus 2B der grau dargestellte Bereich oberhalb der zu den Amplitudenwerten jeweils gehörigen Häufigkeiten deutlich zu erkennen, der die Häufigkeiten der sporadisch überlagerten Signalspitzen repräsentiert.
Dieser den sporadisch überlagerten Signalspitzen zuordenbare Häufigkeits-Bereich der ermittelten Häufigkeitsverteilung kann im Vergleich mit der Referenz-Häufigkeitsverteilung identifiziert werden und für eine Festlegung eines ersten pegelbasierten Schwellwertes als erste Triggerbedingung vorzugsweise herangezogen werden. Wird der pegelbasierte Schwellwert der Triggerung nämlich in diesen den sporadisch überlagerten Signalspitzen zuordenbaren Pegelbereich des Pegelrasters der ersten pegelbasierten Häufigkeitsverteilung eingestellt, so wird damit ein Triggersignal erzeugt, das bei Eintreten des seltenen oder sporadischen Signalereignisses einer selten oder sporadisch überlagerten Signalspitze aktiviert wird.
Alternativ oder in Ergänzung zu einem ersten pegelbasierten Schwellenwert wird ein erster zeitbasierter Schwellenwert als erste Triggerbedingung zur Triggersignalerzeugung verwendet. Hierzu wird äquivalent zur Ermittlung eines ersten pegelbasierten Schwellwerts eine zeitbasierte Häufigkeitsverteilung mit einer zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung auf Unterschiede hin verglichen und der erste zeitbasierte Schwellwert in einem zu einem seltenen oder sporadischen Signalereignis gehörigen Zeitbereich innerhalb des Zeitrasters der ermittelten zeitbasierten Häufigkeitsverteilung festgelegt.
Die zeitbasierte Häufigkeitsverteilung wird vorzugsweise auf der Basis einer zeitbasierten Kenngröße – beispielsweise einer Impulsdauer eines binären Mess-Signals – oder einer statistischen zeitbasierten Kenngrößen – beispielsweise der kleinsten identifizierten Impulsdauer eines binären Mess-Signals – in einem vorher festgelegten Zeitraster bestimmt.
Auch kann als ein bevorzugter Sonderfall einer zeitbasierten Häufigkeitsverteilung eine zeitbasierte Häufigkeitsverteilung auf der Basis einer zeitbasierten Kenngröße bei jeweils unterschiedlichen ersten pegelbasierten Schwellwerten – beispielsweise die Impulsdauer eines sägezahnförmigen Mess-Signals bei unterschiedlichen pegelbasierten Schwellwerten – ermittelt werden.
Die pegel- und zeitbasierten Häufigkeitsverteilungen werden in einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung jeweils über aufeinanderfolgende Messintervalle jeweils von neuem ermittelt. Eine derartige Ermittlung einer Häufigkeitsverteilung ist vorteilhaft mit dem geringsten Aufwand zu implementieren, wobei die Gültigkeit der Häufigkeitsverteilung zur Bestimmung eines Schwellwerts zur Durchführung einer Triggerung erst nach Ablauf eines Messintervalls vorliegt.
In einer zweiten bevorzugten Variante der Erfindung werden die pegel- und zeitbasierten Häufigkeitsverteilungen kontinuierlich aktualisiert, indem entweder die ältesten Häufigkeitswerte aus der Häufigkeitsverteilung gestrichen werden oder die ältesten Häufigkeitswerte in der Häufigkeitsverteilung schwächer gewichtet und damit schwächer berücksichtigt werden. Eine derart ermittelte Häufigkeitsverteilung ist vorteilhaft ständig ohne Zeitverzug gültig, wobei der Implementierungsaufwand gegenüber der ersten Variante deutlich höher ausfällt.
Um ein schnelles Ergebnis in der Identifizierung von Unterschieden zwischen einer ermittelten Häufigkeit und einer zugehörigen Referenzhäufigkeit zu erzielen, kann die ermittelte Häufigkeitsverteilung bevorzugt auch mit der zugehörigen Referenz-Häufigkeitsverteilung korreliert werden.
Um auf einen Display einzig einen Signalabschnitt des Mess-Signals darzustellen, der ein seltenes oder sporadisches Signalereignis aufweist, und alle anderen Signalabschnitte des Mess-Signals für eine Darstellung auf dem Display zu unterdrücken, wird in Ergänzung zur erfindungsgemäßen Bestimmung einer ersten Triggerbedingung auf der Basis einer auf Abtastwerten des erfassten Mess-Signals basierenden Häufigkeitsverteilung vorzugsweise eine zweite Triggerung der erfassten und im Akquisition-Speicher zwischengespeicherten Abtastwerte des Mess-Signals durchgeführt.
Die bei Eintreten einer zweiten Triggerbedingung, bevorzugt bei Über- oder Unterschreiten eines pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwerts – im Folgenden als zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwert bezeichnet –, durch die Abtastwerte des Mess-Signals aktivierte Triggerung führt zu einer Abspeicherung von akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals im Akquisitions-Speicher. Die akquirierten Abtastwerte des Mess-Signals werden in der Signalnachverarbeitung nach einem seltenen oder sporadischen Signalereignis untersucht.
Hierzu wird in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt, ob die akquirierten Abtastwerte des Mess-Signals außerhalb einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten mit jeweils einem oberen und einem unteren Grenzwert zu liegen kommen. Ist dies der Fall, so ist ein seltenes oder sporadisches Signalereignis detektiert und der Signalabschnitt mit den akquirierten Abtastwerten des Messsignals wird auf dem Display dargestellt. Wird auf diese Weise kein seltenes oder sporadisches Signalereignis detektiert, so wird der zugehörige Signalabschnitt mit den akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals auf dem Display nicht dargestellt und die Signalnachverarbeitung frühzeitig abgebrochen und die Triggerung wieder freigegeben.
Auf diese Weise werden nur akquirierte Signalabschnitte des Mess-Signals, die ein seltenes oder sporadisches Signalereignis aufweisen, auf dem Display dargestellt und der Aufwand der Signalnachverarbeitung zugunsten einer früheren Triggerung und damit früheren Akquisition vorteilhaft reduziert.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Detektion des seltenen oder sporadischen Signalereignisses von der Signalnachverarbeitung in die Triggerung vorverlagert.
Hierzu wird die bei Eintreten der zweiten Triggerbedingung, bevorzugt bei Über- oder Unterschreitung eines zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwertes, durch die Abtastwerte des Mess-Signals akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals vor dem Einspeichern in den Akquisition-Speicher auf die Anwesenheit eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses untersucht. Wird kein seltenes oder sporadisches Signalereignis in der akquirierten Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals bereits in dieser Trigger-Phase identifiziert, so wird die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals gar nicht in den Akquisition-Speicher abgespeichert und auch keine Signalnachverarbeitung angestoßen, sondern die Triggerung von neuem freigegeben.
Bevorzugt wird in der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung die Anzahl von Sequenzen mit akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals ermittelt, in denen die Signalnachverarbeitung bei Vorliegen der ersten Ausführungsform der Erfindung frühzeitig beendet wird oder die Signalnachverarbeitung bei Vorliegen der zweiten Ausführungsform der Erfindung gar nicht erst gestartet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Identifizierung von mindestens einer seltenen Signalanomalie in einem erfassten Signal wird dem Anwender des digitalen Oszilloskops vor der Akquisition des erfassten Signals zusätzliche Signalinformationen über das erfasste Signal zur Verfügung gestellt, die bei einem üblichen Oszilloskop nach dem Stand der Technik aufgrund der vorhandenen Blind- und Totzeit des Oszilloskops verloren gehen würden. Dieser zusätzliche Informationsgewinn basiert auf einer pegelbasierten und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung des erfassten Signals vor der Akquisition des erfassten Signals.
Die einzelnen Ausführungsformen und Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden im Detail anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines digitalen Echtzeit-Oszilloskops,
2A, 2B, 2C, 2D ein Zeitdiagramm eines Signals mit einem sporadischen Signalereignis, ein Diagramm mit einer zugehörigen pegelbasierten Häufigkeitsverteilung, ein Diagramm mit einer pegelbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung und ein Zeitdiagramm des akquirierten zweiten sinusförmigen Signals,
3A, 3B, 3C ein Zeitdiagramm eines Signals mit einem sporadischen Signalereignis, ein Diagramm mit einer zugehörigen pegelbasierten Häufigkeitsverteilung und ein Zeitdiagramm des akquirierten Signals,
4A, 4B, 4C ein Zeitdiagramm eines Signals mit einemsporadischen Signalereignis, ein Diagramm mit einer zugehörigen zeitbasierten Häufigkeitsverteilung und ein Zeitdiagramm des akquirierten Signals,
5A, 5B, 5C, 5D ein Zeitdiagramm eines Signals mit einem sporadischen Signalereignis und zwei Schwellenwerten, zwei Diagramme mit zugehörigen zeitbasierten Häufigkeitsverteilungen für jeweils einen der beiden Schwellwerte und ein Zeitdiagramm des akquirierten Signals,
6A, 6B, 6C, 6D ein Zeitdiagramm eines Signals, zwei Diagramme mit jeweils einer zugehörigen pegelbasierten und zeitbasierten Häufigkeitsverteilung und ein Zeitdiagramm des akquirierten Signals,
7A, 7B ein Zeitdiagramm eines verrauschten sinusförmigen Signals und ein Diagramm einer zugehörigen pegelbasierten Häufigkeitsverteilung,
8A, 8B ein Zeitdiagramm eines verrauschten sägezahnförmigen Signals und ein Diagramm einer zugehörigen pegelbasierten Häufigkeitsverteilung,
9A, 9B ein Zeitdiagramm eines verrauschten binären Signals und ein Diagramm einer zugehörigen pegelbasierten Häufigkeitsverteilung,
10A, 10B ein Zeitdiagramm eines verrauschten sinusförmigen Signals und ein Diagramm einer zugehörigen zeitbasierten Häufigkeitsverteilung bei unterschiedlichen pegelbasierten Schwellwerten,
11A, 11B ein Zeitdiagramm eines verrauschten binären Signals und ein Diagramm einer zugehörigen zeitbasierten Häufigkeitsverteilung bei unterschiedlichen pegelbasierten Schwellwerten,
12 ein Zeitdiagramm eines Signals mit sporadischen Signalereignissen und der zugehörigen Oszilloskop-Verarbeitungsschritte nach dem Stand der Technik,
13 ein Zeitdiagramm des Signals mit sporadischen Signalereignissen und der zugehörigen Oszilloskop-Verarbeitungsschritte nach einer ersten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
14 ein Zeitdiagramm des Signals mit sporadischen Signalereignissen und der zugehörigen Oszilloskop-Verarbeitungsschritte nach einer zweiten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
15 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses,
16A ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses,
16B ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses,
17 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses,
18A ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform einer bevorzugten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses und
18B ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines sporadischen Signalereignisses.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses anhand des Flussdiagramms in 17 und ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses anhand des Blockdiagramms in 15 im Detail erläutert.
Im ersten Verfahrensschritt S10 wird das Mess-Signal in einer Akquisition-Einheit 4 erfasst und vorverarbeitet. In der Signalvorverarbeitung wird das Mess-Signal typischerweise zeitlich verschoben, entzerrt, in seiner Abtastrate dezimiert und mit anderen erfassten Signal additiv, subtraktiv und/oder invertiert kombiniert.
Im nächsten Verfahrensschritt S20 wird auf der Basis der erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerte des Mess-Signals in einer Einheit 12 zur Ermittlung von Häufigkeiten eine pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung bestimmt. Für die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung werden aus den erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerten des Mess-Signals jeweils pegel- bzw. zeitbasierte Kenngrößen bestimmt und in einem pegel- bzw. zeitbasierten Raster eingeordnet.
Als pegelbasierte Kenngrößen kommen beispielsweise folgende Kenngrößen zum Einsatz:

– Amplitude der Abtastwerte,
– Spitze-Spitze-Abstand (engl. peak-peak) der Abtastwerte,
– Überschwingweite (engl. overshooting) der Abtastwerte.

Als zeitbasierte Kenngrößen kommen beispielsweise folgende Kenngrößen zum Einsatz:

– Anstiegszeit (engl. rise-time) einer Signalflanke von Abtastwerten,
– Abfallszeit (engl. fall-time) einer Signalflanke von Abtastwerten,
– Pulsdauer (engl. pulse width) von Pulsen aus Abtastwerten,
– Periodendauer von Abtastwerten,
– relative Einschaltdauer (engl. duty cycle) von Pulsen aus Abtastwerten,
– Pulsanzahl von Pulsen aus Abtastwerten.

Neben diesen pegel- und zeitbasierten Kenngrößen können auch folgende statistische pegel- und zeitbasierte Kenngrößen verwendet werden:

– maximaler Abtastwert, maximale Pulsdauer, maximale Anstiegszeit, maximale Abfallszeit, maximale relative Einschaltdauer usw.,
– minimaler Abtastwert, minimale Pulsdauer, minimale Anstiegszeit, minimale Abfallszeit, minimale relative Einschaltdauer usw.,
– Mittelwert der Abtastwerte, Mittelwert der Pulsdauern, Mittelwert der Anstiegszeit, Mittelwert der Abfallszeit, Mittelwert der relativen Einschaltdauer usw.,
– Root-Mean-Square(RMS)-Mittelwert der Amplitude, der Pulsdauern, der Anstiegszeit, der Abfallszeit, der relativen Einschaltdauern usw..

Die Ermittlung einer pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung erfolgt kontinuierlich:
In einer ersten Variante der Erfindung wird in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten jeweils eine pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung einzig aus den Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals des jeweiligen Zeitabschnitts bestimmt. Die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung wird folglich zu Beginn jedes Zeitabschnittes initialisiert.
In einer zweiten Variante der Erfindung wird die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung kontinuierlich bestimmt, indem jeweils ältere Anteile der einzelnen Häufigkeiten zugunsten von aktuell ermittelten Anteilen der einzelnen Häufigkeiten aus der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung gestrichen oder mittels Gewichtung mit einem geeigneten Gewichtungsfaktor in ihrer Bedeutung in der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung gegenüber den aktuell ermittelten Anteilen der einzelnen Häufigkeiten geschwächt werden.
Die ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilungen werden von der Einheit 12 zur Ermittlung von Häufigkeiten zur Prozessor-Einheit 8 übertragen, um sie dem Anwender des digitalen Oszilloskops auf dem Display 10 darzustellen.
Die ermittelte pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung wird im nächsten Verfahrensschritt S30 mit einer vorab bestimmten Referenz-Häufigkeitsverteilung in einer Einheit 13 zur Ermittlung von Abweichungen zwischen ermittelten Häufigkeiten und Referenz-Häufigkeiten auf Unterschiede verglichen. Derartige Unterschiede weisen auf seltene oder sporadische Signalereignisse im Mess-Signal hin. In einer Einheit 14 zur Ermittlung einer Triggerbedingung wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S40 ausgehend von den im vorherigen Verfahrensschritt S30 ermittelten Abweichungen zwischen ermittelten Häufigkeiten und Referenz-Häufigkeiten eine erste Triggerbedingung bestimmt.
Bevorzugt werden als Triggerbedingung pegel- und/oder zeitbasierte Schwellwerte festgelegt, die in denjenigen Bereichen der ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung liegen, in denen jeweils ein signifikanter Unterschied zwischen ermittelter Häufigkeitsverteilung und vorab festgelegter Referenz-Häufigkeitsverteilung besteht.
Beispielsweise wird ausgehend von einem sinusförmigen Signal mit einzelnen seltenen oder sporadischen Signalspitzen an einzelnen Amplituden des sinusförmigen Signals gemäß 2A eine zugehörige pegelbasierte Häufigkeitsverteilung gemäß 2B ermittelt, die gegenüber einer Referenz-Häufigkeitsverteilung gemäß 2C für ein sinusförmiges Signal ohne sporadische Signalspitzen im Bereich der Signalspitzen von Null verschiedene Häufigkeitswerte aufweist. Im Bereich dieses Unterschieds zwischen ermittelter Häufigkeitsverteilung und Referenz-Häufigkeitsverteilung wird ein pegelbasierter Schwellwert festgelegt, der zu einer Triggerung des Mess-Signals gemäß 2A bei einer Signalspitze führt.
Eine Flankentriggerung beim in 2A festgelegten Schwellenwert nach dem Stand der Technik würde dagegen zu den in 2D akquirierten und auf einem Display dargestellten Signalabschnitten des sinusförmigen Signals führen, die jeweils nachteilig nicht das seltene oder sporadische Signalereignis der Signalspitze aufweisen.
Optional wird die Triggerbedingung auch manuell durch den Anwender des digitalen Oszilloskops in der Einheit 14 zur Ermittlung einer Triggerbedingung – angedeutet durch den auf die Einheit 14 zur Ermittlung einer Triggerbedingung gerichteten Pfeil in den 15, 16A und 16AB – eingestellt. Der Anwender des Oszilloskops hat hierbei die Möglichkeit, in Abhängigkeit der ermittelten pegelbasierten und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung des erfassten Signals und unter Berücksichtigung einer vorab bestimmten pegelbasierten oder zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung manuell eine Triggerbedingung festzulegen.
Die Triggerbedingung wird zur Unterscheidung von weiteren noch vorgestellten Triggerbedingungen im Folgenden als erste Triggerbedingung und die zu über- oder unterschreitenden pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwerte werden analog als erste pegel- und/oder zeitbasierte Schwellwerte bezeichnet.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S50 werden in einer Trigger-Einheit 5 die von der Akquisition-Einheit 4 erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerte des Mess-Signals mit der im vorherigen Verfahrensschritt S40 ermittelten ersten Triggerbedingung im Hinblick auf das Eintreten eines Triggerereignisses verglichen. Bevorzugt werden in der Trigger-Einheit 5 die von der Akquisition-Einheit 4 erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerte des Mess-Signals mit den im vorherigen Verfahrensschritt S40 ermittelten ersten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwert auf Über- oder Unterschreitung verglichen. Wird die Erfüllung der ersten Triggerbedingung durch die erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerte des Mess-Signals, bevorzugt eine Über- oder Unterschreitung des ersten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwerts durch die erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerte des Mess-Signals, identifiziert, so wird von der Trigger-Einheit 5 ein Triggersignal aktiviert. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass für die Ermittlung einer zeitbasierten Häufigkeitsverteilung und einer zugehörigen zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung jeweils ein identischer Schwellwertpegel zu verwenden ist.
Mit der Aktivierung des Triggersignals wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S60 eine bestimmte Sequenz von erfassten und vorverarbeiteten Abtastwerten des Mess-Signals relativ zum Zeitpunkt der Aktivierung des Triggersignals akquiriert und in den Akquisitions-Speicher 6 abgespeichert. Die Sequenzlänge, der Anteil der Sequenzlänge vor dem Triggerereignis bzw. nach dem Triggerereignis ist vom Anwender einstellbar.
Die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals wird in einem nachfolgenden Nachverarbeitungs-System 2 einer Signalnachverarbeitung unterworfen. Typische Funktionen einer Signalnachverarbeitung sind beispielsweise:

– Mitteilung der Abtastwerte,
– digitale Filterung der Abtastwerte,
– Erstellung eines Histogramms mit Häufigkeitswerten von Kenngrößen der Abtastwerte,
– Jitter-Analyse,
– Vektorsignal-Analyse,
– Protokoll-Dekodierung,
– Messung der Anstieg- oder Abfallzeit, der Pulsdauer usw.,
– Identifizierung einer Sequenz von Abtastwerten mittels Pegel-Zeit-Masken.

Im abschließenden Verfahrensschritt S80 werden aus der akquirierten Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals und aus den Ergebnissen der Signalnachverarbeitung die darzustellenden Bildschirminhalte ermittelt.
Während die Bildschirminhalte der akquirierten Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals in einer dem Nachverarbeitungs-System 3 nachfolgenden Visualisierungs-Einheit 7 ermittelt werden und einer übergeordneten Prozessor-Einheit 8 zugeführt werden, werden die Ergebnisse des Signalnachverarbeitung in der übergeordneten Prozessor-Einheit 8 in die Bildschirminhalte mit den Daten des akquirierten Mess-Signals geeignet eingefügt oder in separate Bildschirminhalte integriert. Diese ermittelten Bildschirminhalte werden sukzessive in einem an die Prozessor-Einheit 8 sich anschließenden Bildschirmspeicher 9 eingeschrieben und anschließend aus diesem Bildschirmspeicher 9 im Takt der Bildwiederholfrequenz auf dem Display 10 dargestellt.
In Ergänzung zum Signal mit einer selten oder sporadisch überlagerten Signalspitze gemäß 2A ist in 3A ein Signal dargestellt, dessen seltenes oder sporadisches Signalereignis in einer deutlich reduzierten Amplitude liegt. Während eine Signaltriggerung bei Überschreiten eines Schwellwertes nach dem Stand der Technik zu akquirierten Signalabschnitten des Mess-Signals gemäß 3C führt, die nachteilig das seltene oder sporadische Signalereignis nicht beinhalten, ergibt eine Häufigkeitsverteilung des Signals gemäß 3B gegenüber einer Referenz-Häufigkeitsverteilung eines rein sinusförmigen Signals von null verschiedene Häufigkeiten im Bereich des Signalpegels null. Wird ein pegelbasierter Schwellwert in den Bereich des Signalpegels null festgelegt, so kann ein Signalabschnitt des Signals akquiriert und auf dem Display dargestellt werden, der das seltene oder sporadische Signalereignis einer deutlich reduzierten Amplitude aufweist.
In 4A ist der Zeitverlauf eines Signals dargestellt, das als seltenes oder sporadisches Signalereignis zeitlich reduzierte Perioden aufweist und somit ein Beispiel für eine zeitbasierte Triggerung darstellt. Werden mithilfe des in 4A dargestellten Schwellwertes die Zeitdauern der einzelnen positiven Halbperioden und mittels eines vorgegebenen Zeitrasters eine zeitbasierte Häufigkeitsverteilung der gemessenen Zeitdauer bestimmt, so ergibt sich die in 4B dargestellte zeitbasierte Häufigkeitsverteilung. Sie weist neben den mittig in 4B dargestellten Häufigkeiten einer Referenz-Häufigkeit die linksseitig dargestellten Häufigkeiten einer verkürzten Periodenhälfte und die rechtzeitig dargestellten Häufigkeiten einer verlängerten Periodenhälfte auf. Durch Festlegung eines zeitbasierten Schwellwertes im Bereich der linksseitig oder rechtsseitig dargestellten Häufigkeiten können Signalabschnitte des dritten sinusförmigen Signals akquiriert und auf dem Display dargestellt werden, die jeweils eine verkürzte bzw. verlängerte Periodenhälfte beinhalten.
In 5A ist der Zeitverlauf eines Signals dargestellt, das äquivalent zum Signal in 3A als seltenes oder sporadisches Signalereignis ebenfalls reduzierte Amplituden aufweist. Eine Signaltriggerung bei Überschreiten eines Schwellwerts gemäß dem Stand der Technik führt auf akquirierte Signalabschnitte des Signals, die nachteilig gemäß 5D die seltenen oder sporadischen Signalereignisse einer reduzierten Amplitude nicht aufweisen. Mit den in 5A dargestellten beiden Schwellwerten werden jeweils die einzelnen Periodendauern erfasst und mittels eines vorgegebenen Zeitrasters jeweils eine zeitbasierte Häufigkeitsverteilung der gemessenen Zeitdauern bestimmt.
Die 5A stellt die zeitbasierte Häufigkeitsverteilung der erfassten Periodendauern bei Anwendung des Schwellwerts 1 dar, während in 5B die zeitbasierte Häufigkeitsverteilung der erfassten Periodendauern bei Anwendung des Schwellwerts 2 wiedergegeben ist. Die in den beiden zeitbasierten Häufigkeitsverteilungen mittig dargestellten Häufigkeitswerte stellen eine Referenz-Häufigkeitsverteilung eines rein sinusförmigen Signals dar. Durch Festlegung eines zeitbasierten Schwellwerts in den Bereich der in den 5B bzw. 5C linksseitig bzw. rechtsseitig dargestellten Ansammlungen von Häufigkeiten kann ein Signalabschnitt des Signals akquiriert werden, der eine Signalanomalie einer reduzierten Amplitude beinhaltet.
6A zeigt den Zeitverlauf eines Signals, das als seltenes oder sporadisches Signalereignis sowohl eine Signalspitze auf einer Amplitude als auch einen Signalabschnitt mit einer reduzierten Periodendauer aufweist. Eine Signaltriggerung bei Überschreiten eines Schwellwertes nach dem Stand der Technik führt wiederum gemäß 6D zu akquirierten Signalabschnitten des Signals, die die Signalanomalie einer Signalspitze oder einer reduzierten Periodendauer nachteilig nicht enthalten. Eine zeitbasierte Häufigkeitsverteilung des Signals mit der erfassten Periodendauer als zeitbasierte Kenngröße ist in 6B wiedergegeben, während sich eine pegelbasierte Häufigkeitsverteilung des Signals mit der Amplitude als pegelbasierte Kenngröße aus 6C ergibt.
Eine Signaltriggerung des Signals kann entweder mit einem pegelbasierten Schwellwert, der geeignet aus der pegelbasierten Häufigkeitsverteilung gemäß 6B bestimmbar ist, oder mit einem zeitbasierten Schwellwert, der geeignet aus der zeitbasierten Häufigkeitsverteilung gemäß 6C bestimmbar ist, erfolgen. Im ersten Fall wird ein Signalabschnitt des Signals akquiriert, der als seltenes oder sporadisches Signalereignis eine Signalspitze beinhaltet, während im zweiten Fall ein Signalabschnitt des Signals akquiriert wird, der als seltenes oder sporadische Signalereignis einen Signalabschnitt mit einer reduzierten Periodendauer enthält. Kombiniert man in einer Triggerlogik das Triggerereignis, das mit dem pegelbasierten Schwellwert im Signal detektiert wird, logisch UND-verknüpft mit dem Triggerereignis, das mit dem zeitbasierter Schwellwert im Signal detektiert wird, so kann man auf diese Weise die in 6A nicht dargestellte Signalanomalie einer Signalspitze in einem Signalabschnitt mit einer reduzierten Periodendauer detektieren und auf einem Display darstellen.
Aus 7B geht eine typische pegelbasierte Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein verrauschtes sinusförmiges Signal hervor, dessen zeitlicher Verlauf in 7A dargestellt ist. Äquivalent geht aus 8B eine typische pegelbasierte Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein verrauschtes dreiecksförmiges Signal hervor, dessen zeitlicher Verlauf in 8A dargestellt ist. Schließlich stellt 9B eine typische pegelbasierte Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein verrauschtes binäres Signal dar, dessen zeitlicher Verlauf in 9A dargestellt ist.
In 10B ist eine typische zeitbasierte Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein verrauschtes sinusförmiges Signal, dessen zeitlicher Verlauf in 10A dargestellt ist, mit einer positiven bzw. negativen Halbperiode als zeitbasierte Kenngröße unter Verwendung unterschiedlicher Schwellwertpegel dargestellt. Äquivalent ist in 11B eine typische zeitbasierte Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein verrauschtes binäres Signal, dessen zeitlicher Verlauf in 11A dargestellt ist, mit der Pulsdauer als zeitbasierte Kenngröße unter Verwendung unterschiedlicher Schwellwertpegel dargestellt. Eine identische Höhe des Schwellwertpegels ist hierbei bei der Ermittlung einer zeitbasierten Häufigkeitsverteilung als auch bei der Vorab-Bestimmung einer zugehörigen zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung wesentlich.
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses anhand des Flussdiagramms in 18A in Kombination mit der zugehörigen ersten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses anhand des Blockdiagramms in 16A im Detail erläutert. Hierbei sind in Anlehnung an das Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses in 15 identische Funktionseinheiten mit demselben Bezugszeichen versehen und werden im Detail nicht mehr wiederholt erläutert.
Im ersten Verfahrensschritt S100 des erfindungsgemäßen Verfahrens in 18A werden äquivalent zu Verfahrensschritt S10 des erfindungsgemäßen Verfahrens in 17 das Mess-Signal erfasst und in mehreren Signalvorverarbeitungsschritten vorverarbeitet.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S110 werden die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals in einer Trigger-Einheit 5' mit einer Triggerbedingung – im Folgenden als zweite Triggerbedingung bezeichnet –, bevorzugt einem pegelbasierten und/oder zeitbasierte Schwellwert – im Folgenden als zweiter pegelbasierter und/oder zeitbasierter Schwellwert –, verglichen. Wird das Eintreten der zweiten Triggerbedingung in den Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals identifiziert, so wird in der Trigger-Einheit 5' ein freigegebenes Triggersignal aktiviert. Mit dem aktivierten Triggersignal wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S120 eine Sequenz von Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals akquiriert und in den Akquisitions-Speicher 6 abgespeichert. Die gesamte Sequenzlänge, die Sequenzlänge vor dem Triggerzeitpunkt und die Sequenzlänge nach dem Triggerzeitpunkt der akquirierten Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals sind frei einstellbar.
In einer Einheit 15 zur Selektion eines das sporadische Signalereignis enthaltenden Signalabschnitts, das dem Akquisitions-Speicher 6 nachgeschaltet ist, wird die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals im Hinblick auf ein seltenes oder sporadisches Signalereignis untersucht. Hierzu wird die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals mit einer zum korrekten Signal ohne Signalanomalie passenden Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten mit jeweils einem oberen und einem unteren Grenzwert – so genannte Pegel-Zeit-Maske, die den Pegel-Zeit-Korridor für ein korrektes Signal ohne seltenem oder sporadischem Signalereignis definiert – verglichen.
Liegt die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals nicht vollständig innerhalb dieser Pegel-Zeit-Maske, so ist ein seltenes oder sporadisches Signalereignis identifiziert. Wird ein derartiges seltenes oder sporadisches Signalereignis im darauffolgenden Verfahrensschritt S140 identifiziert, so wird im nächsten Verfahrensschritt S150 die Signalnachbearbeitung nach der Signal-Analyse im Nachverarbeitungs-System 2 in Anlehnung an Verfahrensschritt S70 im Flussdiagramm der 17 fortgesetzt. Es wird also eine Signalnachverarbeitung in voller Länge (normale Signalnachverarbeitung) durchgeführt.
Schließlich werden in Verfahrensschritt S160 die Bildschirminhalte für die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals in der Visualisierung-Einheit 3 ermittelt. In der Prozessor-Einheit 8 werden die mit akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals belegten Bildschirminhalte zusätzlich mit den vom Nachverarbeitungs-System 2 ermittelten Ergebnissen der Signalnachverarbeitung versehen und in einem Bildschirm-Speicher 9 abgelegt, aus dem die Bildschirmdaten in der Bildwiederholfrequenz zur Darstellung auf einem Display 10 ausgelesen werden.
Wird in Verfahrensschritt S140 kein seltenes oder sporadisches Signalereignis identifiziert, so wird in Verfahrensschritt S170 die Signalnachverarbeitung mit Beendigung der Signal-Analyse auch beendet. Es wird folglich eine verkürzte Signalnachverarbeitung durchgeführt. Nach dem Ende der verkürzten Signalnachverarbeitung wird die Triggerung wieder freigegeben. Mit der Freigabe der Triggerung werden die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals in Verfahrensschritt S110 wieder mit der zweiten Triggerbedingung, bevorzugt dem zweiten pegel- bzw. zeitbasierten Schwellwert, verglichen, bis die zweite Triggerbedingung erfüllt ist – bevorzugt ein Über- oder Unterschreiten vorliegt – und damit eine Aktivierung des Triggersignals erfolgt.
Optional kann in Verfahrensschritt S140 die Anzahl von Signal-Analysen in verschiedenen Signalabschnitten des Mess-Signals ermittelt werden, in denen jeweils kein seltenes oder sporadisches Signalereignis detektiert wird, bis wieder eine Signal-Analyse in einem Signalabschnitt des Mess-Signals mit einem detektierten seltenen oder sporadischen Signalereignis durchgeführt wird.
In 12 ist ein Zeitverlauf eines sinusförmigen Signals mit selten oder sporadisch überlagerten Signalspitzen an einzelnen Amplituden für eine Triggerung nach dem Stand der Technik dargestellt. Bei einer Betrachtung des Zeitverlaufs von links nach rechts erkennt man zuerst eine Phase der Signalnachverarbeitung, in der die Triggerung nicht freigegeben ist und somit das seltene oder sporadische Signalereignis einer Signalspitze nicht akquiriert und somit auch nicht auf einem Display dargestellt wird.
Zum Zeitpunkt (1) ist die Phase der Signalnachverarbeitung abgeschlossen und damit die Triggerung wieder freigegeben. Zum Zeitpunkt (2) ist die Triggerbedingung – Überschreiten des in 12 dargestellten zweiten Schwellwertes durch die Abtastwerte des Mess-Signals – erfüllt, so dass der in 12 dargestellte Signalabschnitt des Mess-Signals akquiriert und in dem Akquisition-Speicher abgespeichert wird und einer sich anschließenden Signalnachverarbeitung unterworfen wird. Da die Phase der Signalnachverarbeitung eine deutliche Zeitdauer andauert, kann die Signalanomalie einer Signalspitze auf der sechsten Amplitude des Mess-Signals nachteilig nicht akquiriert und auf dem Display dargestellt werden.
Der Zeitverlauf desselben sinusförmigen Signals mit selten oder sporadisch überlagerten Signalspitzen an einzelnen Amplituden in 13 ergibt für eine erfindungsgemäße Triggerung folgende Phasen:
Bei einer Betrachtung des Zeitverlaufs von links nach rechts ergibt sich zuerst eine Phase der Signalnachverarbeitung, in der keine Triggerung freigegeben ist und somit auch keine Signalakquisition stattfindet. Die Signalanomalie der Signalspitze auf der zweiten Amplitude wird deshalb auf dem Display nicht dargestellt. Zum Zeitpunkt (1) ist die Signalnachverarbeitung in voller Länge beendet und die Triggerung wird wieder freigegeben.
Zum Zeitpunkt (2) überschreitet das Mess-Signal den zweiten Schwellenwert, das zu einer Aktivierung des Triggersignals führt. Erfindungsgemäß wird in einer Signal-Analyse der Signalnachverarbeitung die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals nach dem seltenen oder sporadischen Signalereignis untersucht. Da der akquirierte Signalschnitt des Mess-Signals, wie aus 13 hervorgeht, das seltene oder sporadische Signalereignis einer Signalspitze nicht enthält, wird die Signalnachverarbeitung nach der Signal-Analyse verkürzt abgebrochen.
Mit Beendigung der verkürzten Signalnachverarbeitung zum Zeitpunkt (3) wird der Trigger wieder freigegeben und beim nächsten Eintreten der Triggerbedingung – Überschreiten des zweiten Schwellwertes durch das Mess-Signal – zum Zeitpunkt (4) ein Signalabschnitt des Mess-Signal akquiriert. Dieser akquirierte Signalabschnitt des Mess-Signal wird in einer Signalanalyse der Signalnachverarbeitung nach dem Zeitpunkt (4) hinsichtlich der Existenz einer Signalanomalie einer Signalspitze untersucht. Da die Signalspitze im akquirierten Signalabschnitt, wie aus 13 hervorgeht, enthalten ist, wird die Signalnachverarbeitung in voller Länge durchgeführt und der akquirierte Signalabschnitt mit der Signalanomalie des Signalspitze auf dem Display dargestellt.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses anhand des Flussdiagramms in 18B in Kombination mit der zugehörigen zweiten Ausführungsform einer bevorzugten Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses anhand des Blockdiagramms in 16B im Detail erläutert.
Im ersten Verfahrensschritt S200 wird das Mess-Signal in Äquivalenz zum ersten Verfahrensschritt S100 der ersten Ausführungsform in einer Akquisition-Einheit 4 erfasst und vorverarbeitet.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S210 werden die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals in einer Trigger-Einheit 5'' mit einer zweiten Triggerbedingung, bevorzugt einem zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellenwert, verglichen.
Wird in Verfahrensschritt S220 das Eintreten der zweiten Triggerbedingung, bevorzugt das Über- oder Unterschreiten des zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwertes, durch die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals nicht identifiziert, so werden die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiten Mess-Signals gemäß Verfahrensschritt S210 weiterhin mit dem zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwert auf Über- oder Unterschreiten verglichen.
Wird dagegen das Eintreten der zweiten Triggerbedingung, bevorzugt ein Über- oder Unterschreiten des zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellenwerts, durch die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals im darauffolgenden Verfahrensschritt S220 identifiziert, so wird in der Trigger-Einheit 5'' ein Signalabschnitt des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals relativ zum identifizierten Triggerzeitpunkt hinsichtlich eines seltenen oder sporadischen Signalereignisses untersucht.
Hierzu verwendet die Trigger-Einheit 5'' äquivalent wie die Einheit 15 zur Selektion eines das seltene oder sporadische Signalereignis enthaltenden Signalabschnitts in der ersten Ausführungsform eine Pegel-Zeit-Maske Maske aus zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten mit jeweils einem oberen und unteren Grenzwert. Befindet sich der untersuchte Signalabschnitt des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals nicht vollständig innerhalb der festgelegten Pegel-Zeit-Maske, so ist ein seltenes oder sporadisches Signalereignis innerhalb des untersuchten Signalabschnitts vorhanden und damit identifiziert.
Wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S240 kein seltenes oder sporadisches Signalereignis im untersuchten Signalabschnitt des Mess-Signals identifiziert, so erfolgt keine Aktivierung des Triggersignals und damit auch keine Akquisition von Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals relativ zum identifizierten Triggerzeitpunkt. In diesem Fall werden die Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiten Mess-Signals gemäß Verfahrensschritt S210 weiterhin mit der zweiten Triggerbedingung, bevorzugt dem zweiten pegel- und/oder zeitbasierten Schwellwert, verglichen.
Wird dagegen in Verfahrensschritt S240 ein seltenes oder sporadisches Signalereignis im untersuchten Signalabschnitt des Mess-Signals identifiziert, so wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S250 das Triggersignal aktiviert und eine Sequenz von Abtastwerten des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals akquiriert und im Akquisitions-Speicher 6 abgespeichert.
Die Sequenz von akquirierten Abtastwerten richtet sich dabei nach dem Triggerzeitpunkt. Typischerweise ist dies der Zeitpunkt des Über- oder Unterschreitens des zweiten pegel- und zeitbasierten Schwellwerts durch die Abtastwerte des erfassten und vorverarbeiteten Mess-Signals. Relativ zu diesem Triggerzeitpunkt wird eine Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals akquiriert, in der auch das seltene oder sporadische Signalereignis enthalten ist. Alternativ kann als Triggerereignis auch der Zeitpunkt des identifizierten seltenen oder sporadischen Signalereignisses verwendet werden. Auch in diesem Fall wird eine Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals akquiriert, in der das seltene oder sporadische Signalereignis enthalten ist.
Mit der Sequenz von akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals wird äquivalent zu Verfahrensschritt S70 im Flussdiagramm der 17 im darauffolgenden Verfahrensschritt S260 im Nachverarbeitungs-System 2 eine Signalnachverarbeitung durchgeführt.
Schließlich wird im abschließenden Verfahrensschritt S270 in Äquivalenz zum Verfahrensschritt S170 der ersten Ausführungsform die Bildschirminhalte für die akquirierte Sequenz von Abtastwerten des Mess-Signals in der Visualisierung-Einheit 3 ermittelt. In der Prozessor-Einheit 8 werden die mit akquirierten Abtastwerten des Mess-Signals belegten Bildschirminhalte zusätzlich mit den vom Nachverarbeitungs-System 2 ermittelten Ergebnissen der Signalnachverarbeitung versehen und in einem Bildschirm-Speicher 9 abgelegt, aus dem die Bildschirmdaten in der Bildwiederholfrequenz zur Darstellung auf einem Display 10 ausgelesen werden.
Optional kann in Verfahrensschritt S240 die Anzahl von Signal-Analysen in verschiedenen Signalabschnitten des Mess-Signals ermittelt werden, in denen jeweils kein seltenes oder sporadisches Signalereignis detektiert wird, bis wieder eine Signal-Analyse in einem Signalabschnitt des Mess-Signals mit einem detektierten seltenen oder sporadischen Signalereignis durchgeführt wird.
In 14, die wiederum den Zeitverlauf desselben sinusförmigen Signals mit seltenen oder sporadischen Signalspitzen an einzelnen Amplituden darstellt, sind für die zweite Ausführungsform der bevorzugten Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens die hellgrau unterlegten Signalabschnitte dargestellt, in denen von der Triggereinheit nach einer Analyse mit einer vorgegebenen Pegel-Zeit-Maske kein seltenes oder sporadisches Signalereignis identifiziert wird und damit auch keine Signaltriggerung, Signalakquisition und Signaldarstellung auf einem Display durchgeführt wird. In den dunkelgrau unterlegten Signalabschnitten wird dagegen in einer Analyse mit einer vorgegebenen Pegel-Zeit-Maske ein seltenes oder sporadisches Signalereignis von der Triggereinheit identifiziert und somit eine Signaltriggerung, Signalakquisition und Signaldarstellung auf dem Display durchgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und Varianten beschränkt. Von der Erfindung sind insbesondere alle Kombinationen aller in den Patentansprüchen jeweils beanspruchten Merkmale, aller in der Beschreibung jeweils offenbarten Merkmale und aller in den Figuren der Zeichnung jeweils dargestellte Merkmale mit abgedeckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0231156 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses in einem erfassten Signal mit folgenden Verfahrensschritten: – Ermitteln (S20) einer pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeit von aus Abtastwerten des erfassten Signals bestimmten pegel- und/oder zeitbasierten Kenngrößen in einem vorgegebenen Pegel- bzw. Zeitraster, – Vergleichen (S30) der ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung mit einer vorab bestimmten pegel- bzw. zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung, – Ermitteln (S40) einer ersten Triggerbedingung in Abhängigkeit eines identifizierten Unterschieds zwischen pegel- bzw. zeitbasierter Häufigkeitsverteilung und pegel- bzw. zeitbasierter Referenz-Häufigkeitsverteilung, – Aktivieren (S50) des Triggersignals, falls die erste Triggerbedingung im erfassten Signal auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pegel- und/oder zeitbasierten Kenngröße des erfassten Signals eine pegel- bzw. zeitbasierte statistische Kenngröße des erfassten Signals ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeit über aufeinander folgende Messintervalle jeweils von neuem ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung kontinuierlich aktualisiert wird, indem früher ermittelte Anteile der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung schwächer in der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pegel- und/oder zeitbasierte Häufigkeitsverteilung kontinuierlich aktualisiert wird, indem früher ermittelte Anteile der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung aus der pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Triggerbedingung ein erster pegelbasierter und/oder zeitbasierter Schwellwert ist, der vom erfassten Signal zu über- oder unterschreiten ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitbasierte Häufigkeitsverteilung jeweils für unterschiedliche erste pegelbasierte Schwellwerte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pegelbasierte Schwellwert oder der erste zeitbasierte Schwellwert in demjenigen Pegel- bzw. Zeitbereich der pegel- bzw. zeitbasierten Kenngröße liegt, in dem ein Unterschied zwischen der ermittelten pegel- bzw. zeitbasierten Häufigkeitsverteilung und der pegel- bzw. zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung identifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der ermittelten Häufigkeitsverteilung mit einer vorab bestimmten Referenz-Häufigkeitsverteilung mittels Korrelieren der ermittelten Häufigkeitsverteilung mit einer vorab bestimmten Referenz-Häufigkeitsverteilung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Eintreten einer zweiten Triggerbedingung im erfassten Signal ein Triggersignal aktiviert wird, mit dem ein Signalabschnitt des erfassten Signals akquiriert wird, in dem in einer Signalnachverarbeitung (570) das seltene Signalereignis identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im akquirierten Signalabschnitt identifizierten seltenen Signalereignis der akquirierte Signalabschnitt des erfassten Signals auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird (S80).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im akquirierten Signalabschnitt nicht-identifizierten seltenen Signalereignis der akquirierte Signalabschnitt des erfassten Signals auf einer Anzeigeeinrichtung nicht dargestellt wird und die Triggerung des erfassten Signals wieder freigeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das seltene Signalereignis im akquirierten Signalabschnitt identifiziert wird, wenn der akquirierte Signalabschnitt auch außerhalb einer festgelegten Maske aus einzelnen aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten mit jeweils einem oberen und unteren Grenzwert zu liegen kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Triggersignal aktiviert wird, mit dem ein Signalabschnitt des erfassten Signals akquiriert wird, falls das Eintreten der zweiten Triggerbedingung im erfassten Signal vorliegt und gleichzeitig ein seltenes Signalereignis in dem zu akquirierenden Signalabschnitt des erfassten Signals identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeit des Eintretens der zweiten Triggerbedingung im erfassten Signal ermittelt wird, falls gleichzeitig kein seltenes Signalereignis in dem zu akquirierenden Signalabschnitt des erfassten Signals identifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Triggerbedingung ein zweiter pegelbasierter und/oder zeitbasierter Schwellwert ist, der vom erfassten Signal zu über- oder unterschreiten ist.
Verfahren zur Identifizierung von mindestens einer seltenen Signalanomalie in einem erfassten Signal mit folgenden Verfahrensschritten: – Ermitteln (S20) einer pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeit von aus Abtastwerten des erfassten Signals bestimmten pegel- und/oder zeitbasierten Kenngrößen in einem vorgegebenen Pegel- bzw. Zeitraster, – Vergleichen (S30) der ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung mit einer vorab bestimmten pegel- bzw. zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung und – Kennzeichnen der mindestens einen Signalanomalie im erfassten Signal aus den identifizierten Unterschieden zwischen der ermittelten pegel- und/oder zeitbasierten Häufigkeitsverteilung und der pegel- bzw. zeitbasierten Referenz-Häufigkeitsverteilung.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Triggerbedingung auf der Basis eines seltenen Signalereignisses in einem erfassten Signal mit einem Akquisitions-Speicher (6) mit akquirierten Abtastwerten des erfassten Signals, einer mit Abtastwerten des erfassten Signals versorgten und mit dem Akquisitions-Speicher (6) verbundenen Trigger-Einheit (5; 5'; 5'') zur Erzeugung des Triggersignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Trigger-Einheit (5; 5'; 5'') eine Einheit (14) zur Ermittlung einer Triggerbedingung vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (14) zur Ermittlung einer Triggerbedingung mit einer Einheit (13) zur Ermittlung einer Abweichung zwischen ermittelten Häufigkeiten und Referenz-Häufigkeiten verbunden ist und die Einheit (13) zur Ermittlung der Abweichung mit einer Einheit (12) zur Ermittlung von Häufigkeiten verbunden ist, die eingangsseitig mit dem Eingang des Akquisitionsspeicher (6) verbunden ist.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Triggersignals nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Akquisitions-Speicher (6) und einem Display (10) eine Einheit (15) zur Selektion eines das seltene Signalereignis enthaltenden Signalabschnitts eines akquirierten Signals zwischengeschaltet ist.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der der Ansprüche 1 bis 17 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor durchgeführt wird.
Computerprogramm-Produkt mit insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.