DE69919337T2

DE69919337T2 - Simultane anzeige von primären messwerten und davon abgeleiteten parametern

Info

Publication number: DE69919337T2
Application number: DE69919337T
Authority: DE
Inventors: T. Martin MILLER
Original assignee: Lecroy SA; Lecroy Corp
Current assignee: Lecroy SA; Lecroy Corp
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: US6195617B1; CA2323085A1; EP1062521A1; CN1292876A; CN1230683C; NZ506934A; DE69919337D1; US20010001850A1; WO1999046608A1; ATE273519T1; AU3069099A; JP2002506975A; US6311138B2; EP1062521B1; AU758784B2

Description

Oszilloskope sind eines von den mehreren üblichen Beispielen elektrischer Test- und Messgeräte. Diese Klasse von Geräten führt primäre Messungen an zeitlich variierenden Signalen durch. In den meisten Fällen sind diese Messungen die einer Signalspannung als eine Funktion der Zeit, obwohl die detektierte Spannung irgendeinen anderen interessierenden Meßwert, wie z.B. einen elektrischen Strom durch ein Widerstandselement oder eine Temperatur im Falle eines Thermistors in zwei beliebigen Beispielen darstellen kann. Das Oszilloskop ist nützlich, da es die Visualisierung des zeitveränderlichen Charakters von Signalen ermöglicht, indem eine Pegel darstellende vertikale Achse und ein Zeit darstellende horizontale Achse verwendet wird.
Das digitale Speicheroszilloskop (DSO) ist eine Unterklasse von Oszilloskopen, in welcher die zeitvariable Natur abgetasteter Signale digital innerhalb des Gerätes dargestellt wird. Der Hauptvorteil besteht darin, dass nicht-simultane Signalereignisse in dem Gerät für einen anschließenden Vergleich gespeichert werden können. Zusätzlich können Parameter aus den digitalen Daten der primären Messungen abgeleitet werden, wie z.B. statistische Merkmale der Signale.
In der typischen Implementation arbeitet das DSO, indem es auf die Erfüllung einer bestimmten Auslösebedingung wartet. Wenn das Auslöseereignis empfangen wird, werden die primären Messungen wie beispielsweise der Spannung des Signals durchgeführt und die sich ergebenden Messdaten in einem Wellenformspeicher gespeichert. Aufeinanderfolgende Positionen in dem Wellenformspeicher halten den digitalisierten Pegel des Signals bei zunehmenden Zeitverzögerungen ab dem Auslösezeitpunkt fest. Bei der derzeitigen Technologie können DSOs Signale mit einer Rate bis zu 8 Giga-Abtastungen/s (GS/s) mit Wellenformspeichern mit bis zu 16 Millionen Speicherplätzen erfassen.
Während Oszilloskope Zeitbereichsinstrumente sind, führen Spektrumanalysatoren primäre Messungen in dem Frequenzbereich aus. In der typischen Konfiguration tragen bzw. plotten diese Geräte die Größe der Signalenergie als eine Funktion der Frequenz/Signal-Größe oder des Pegels auf der vertikalen Achse mit der Frequenz über der horizontalen Achse auf. Diese Geräte arbeiten typischerweise, indem sie mit einem sehr schmalbandigen Kerb-Bandpassfilter das interessierende Frequenzspektrum abscannen und die Energie in den Frequenzteilbereichen messen. Auf diese Weise sind Spektrumanalystoren nützlich bei der Identifikation der Spektralverteilung eines gegebenen Signals.
Für bestimmte Signalanalyseprobleme sind jedoch Oszilloskope und Spektrumanalysatoren nicht gut für die Aufgabe geeignet. Beispielsweise sind, wenn versucht wird, seltene Anomalien in einem Signal zu isolieren, wie z.B. dem, das für eine Analyse/Fehlersuche einer Digital/Analog-Schaltung benötigt wird, oder wenn versucht wird, Trends in Signalen zu identifizieren, wie z.B., wenn modulierte Signale analysiert werden, sind sowohl Oszilloskope als auch Spektrumanalysatoren weniger nützlich. Da Spektrumanalysatoren arbeiten, indem Filtern über das Spektrum gescannt werden, gehen alle kurzzeitigen Veränderungen in den Signalen verloren; und in den meisten Oszilloskopen durchlaufen derartige seltenen Anomalien die Anzeige mit einer Geschwindigkeit, die für eine Analyse durch den Bediener zu schnell ist. Nur DSOs enthalten die relevante Signalinformation, jedoch muss der Bediener für deren Analyse lange Datenfelder durchscannen, um Ereignisse zu finden, welche nicht ohne weiteres aus der primären Messung alleine ersichtlich sind.
Zur Füllung dieser Lücke wurden elektronische Zähler, wie z.B. Modulationsbereichsanalysatoren, entwickelt. Diese Geräte arbeiten, indem sie primäre Messungen des Signals durchführen, d.h., den Durchtrittszeitpunkt des Signals durch einen eingestellten Schwellenwert detektieren, und dann Plots von Parametern erzeugen, welche aus der primären Messung abgeleitet werden, wie z.B. eine Frequenz, Phase oder ein Zeitintervall des Signals als eine Funktion der Zeit. Beispielsweise ist die Analyse von Frequenz/Phase über der Zeit sehr nützlich bei der Analyse von Frequenz-umgetasteten bzw. Phase-umgetasteten, modulierten Übertragungen; die Zeitintervallanalyse ist nützlich für die Analyse Pulsbreiten-modulierter Signale.
EP-A-0 477 507, US-A-5,446,650, eine Liste von Contest 96-7 des Katalogs von Co. Sound Technology, Seiten a, b und c und der National Instruments 1997 Instrumentation Katalog, Seiten 2 bis 9, sind Veröffentlichungen des Stands der Technik für die vorliegende Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung von Information auf einem digitalen Oszilloskop gemäß Beanspruchung in Anspruch 1. Optionale Aspekte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl sie etwas nützlich bei der Analyse offensichtlicher wiederkehrender Trends in Modulationssignalübertragungsanwendungen sind, sind Modulationsanalysatoren bei der Identifizierung und Verfolgung spezifischer Anomalien in diesen Signalen und der Behandlung des breiten Bereichs der Signalanalyse, der erwünscht wäre, weniger nützlich. Modulationsbereich-Analysatoren ermöglichen dem Bediener nicht, die abgeleiteten Parameter, wie z.B. Frequenz/Phase, mit der tatsächlichen primären Messung der Signale, wie z.B. deren Pegel, wie z.B. der Spannung, zu vergleichen. Modulationsanalysatoren speichern nicht die primären Messungen, sondern berechnen lediglich die Parameter im Messverlauf. Demzufolge ist es für den Bediener immer noch schwierig, das sehr selten auftretende anormale Ereignis zu finden. Ferner gibt es keine Möglichkeit, den Ort des anormalen Ereignisses in Hinblick auf das tatsächliche Signal zu identifizieren, selbst wenn es gefunden werden kann. Außerdem erfordern Modulationsbereich-Analysatoren eine Voreinstellung des Schwellenwertes. Sobald eine Messung durchgeführt ist, gibt es keine Möglichkeit, einen anderen Schwellenwert zu wählen. Und die Anzahl der von den Geräten angebotenen abgeleiteten Parameter ist typischerweise auf die Phase, Frequenz oder das Zeitintervall über der Zeit beschränkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Darstellung von Information auf einem digitalen Oszilloskop, das mit Fähigkeiten zur Ableitung und Darstellung von Parametern auf der Basis von dessen primären Messungen erweitert wurde. Das Oszilloskop kann ein digitales Speicheroszilloskop sein, das eine zeitvariable Spannung misst. Die abgeleiteten Parameter werden aus den primären Messungen berechnet und gleichzeitig mit diesen Messungen auf derselben Achse dargestellt. Dieses ermöglicht es dem Bediener des Oszilloskops, gefundene Merkmale durch Bezugnahme auf die abgeleiteten Parameter direkt mit den primären Messungen des Signals zu korrelieren. Ferner können, da die abgeleiteten Parameter bevorzugt auf der Basis gespeicherter Daten aus den Messungen berechnet werden, ein großes Spektrum unterschiedlicher Parameter berechnet und beispielsweise unterschiedliche Schwellenwerte an denselben Datensatz angelegt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Durchführen primärer Messungen eines Signals. In dem typischen Fall umfasst dieses das Messen der Signalspannung als eine Funktion der Zeit, obwohl die Spannung irgendein anderes zeitlich variie rendes Phänomen anzeigen kann, wie z.B. Strom, Beschleunigung oder irgendein übertragenes Signal. Die Daten aus der primären Messung werden dann als eine Funktion der Zeit dargestellt. In einer typischen Implementation stellt die horizontale Achse der Anzeige die Zeit dar. Gemäß der Erfindung werden abgeleitete Parameter des Signals auch auf der Basis der primären Messdaten berechnet. Diese abgeleiteten Parameter werden dann ebenfalls als eine Funktion der Zeit auf der Anzeige dargestellt. In der bevorzugten Implementation werden die primären Messungen und die abgeleiteten Parameter auf einer gemeinsamen Anzeige mit einer gemeinsamen Zeitachse dargestellt.
In spezifischen Ausführungsformen werden die abgeleiteten zeitvariablen Parameter auf der Basis einer Anzahl von Operationen erzeugt. Beispielsweise können die abgeleiteten Parameter durch Vergleichen der primären Messdaten mit einem Schwellenwert erzeugt werden. Eine derartige Operation ergibt Parameter, wie z.B. die Zeit, über welche die primäre Messung über einen Schwellenwert als eine Funktion der Zeit fällt oder ansteigt.
Zusätzliche Merkmale in weiteren Implementationen leiten Parameter ab, indem zuerst Zyklen in dem Signal identifiziert und dann die Parameter für jeden dieser Zyklen berechnet werden. Derartige Operationen sind nützlich, wenn beispielsweise die Zeit zwischen Minima/Maxima und Minima/Maxima in vorausgehenden und nachfolgenden Zyklen, die Zeit lokaler Minima und/oder Maxima, die Periode, die Zyklushäufigkeit, Anstiegszeit, Zyklusabfallzeit, Überschwingen/Unterschwingen, Periodenveränderung oder Änderung der Impulsbreite von Zyklus zu Zyklus geplottet wird.
In zusätzlichen oder alternativen Merkmalen können die abgeleiteten Parameter auf der Basis erster identifizierender Zyklen in dem Signal und dann durch Vergleichen der primären Messungen in jedem Zyklus mit einem Schwellenwert erzeugt werden. Diese Operationen sind nützlich, wenn beispielsweise eine Peak zu Peak- Variation in der Amplitude, ein Tastverhältnisfaktor und eine Veränderung im Tastverhältnisfaktor von Zyklus zu Zyklus ermittelt werden.
In noch weiteren Implementationen können die abgeleiteten Parameter erzeugt werden, indem zuerst Zyklen in dem Signal identifiziert und dann jeder Zyklus mit einem absoluten Zeitbezugswert verglichen wird. Dieses ist in Kommunikationssystemen nützlich, um Phasendifferenzen und Zeittaktfehler zu ermitteln. In ähnlicher Weise können die abgeleiteten Parameter durch Vergleichen der primären Messdaten mit einem Bezugs zeittakt erzeugt werden. Dieses ist beispielsweise nützlich bei der Bestimmung von Phasendifferenzen zwischen dem gemessenen Signal/Takt und Zeittaktfehlern.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch das wiederholte Abtasten und Digitalisieren eines Signals zu bestimmten Zeitintervallen und das Speichern der durch die Digitalisierung erzeugten Signale umfassen. Parameter werden aus diesen primären Messungen berechnet. Die berechneten Parameter werden dann als eine Funktion der Zeit auf dem Oszilloskop angezeigt. Auf diese Weise werden Zeit-basierende Parameter direkt aus den digitalen primären Messdaten berechnet.
Ein für die Praxisumsetzung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung nützliches Oszilloskop weist wenigstens einen Digitalisierungskanal auf, der die primären Messungen eines Signals ausführt und der diese Messungen darstellende Daten erzeugt. Eine Datenverarbeitungseinheit wird dann zum Ableiten von Parametern aus den Daten verwendet. Die primären Messdaten und die abgeleiteten Parameter werden dann als eine Funktion der Zeit auf der Anzeige des digitalen Oszilloskops geplottet.
Jeder Digitalisierungskanal kann einen Abtast- und Haltekreis umfassen, der das Signal einfriert. Ein Analog-Digital-Wandler digitalisiert dann das Signal. Die sich ergebenden Daten werden in einem Wellenformspeicher gespeichert. Danach werden die Daten aus dem Wellenformspeicher in eine lokale Speichereinheit übertragen. Die Datenverarbeitungseinheit greift auf diesen lokalen Speicher zu, um die abgeleiteten Parameter zu berechnen, die nach der Berechnung in den lokalen Speicher zurückgespeichert werden.
Der lokale Speicher kann Felder von Speicherplätzen umfassen. Die Daten aus den primären Messungen und die abgeleiteten Parameter werden in getrennten Feldern gespeichert, jedoch so, dass der Prozessor die Felder wieder korrelieren kann, um eine analoge zeitliche Organisation zu haben. Mit anderen Worten, die Datenverarbeitungseinheit kann abgeleitete Parameter an spezifischen Stellen mit den Daten aus den primären Messungen korrelieren, welche der Anlass für die abgeleiteten Parameter waren. Bevorzugt wird das die abgeleiteten Parameter enthaltende Feld aufgefüllt, um Skalierungsoperationen, wie z.B. Zoomoperationen zu ermöglichen, welche für die Signalanzeige durchgeführt werden.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der Erfindung und weitere Vorteile werden nun insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, und in den Ansprüchen besonders dargestellt. Es dürfte sich verstehen, dass die die Erfindung verkörpernden speziellen Verfahren nur als Beispiel und nicht als Einschränkung der Erfindung dargestellt sind. Die Prinzipien und Merkmale dieser Erfindung können in verschiedenen und zahlreichen Ausführungsformen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen durchgängig durch die unterschiedlichen Ansichten auf dieselben Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, sondern es wird statt dessen die Betonung auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt. Von den Zeichnungen ist:
1 eine perspektivische Ansicht eines digitalen Speicheroszilloskops;
2 eine Darstellung einer herkömmlichen Anzeige eines digitalen Speicheroszilloskops;
3 eine schematische Ansicht einer Anzeige eines digitalen Oszilloskops gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Impulsbreiten-Jitterparameter-Anzeige erzeugt wird;
4 ein Ablaufdiagramm, das die von dem digitalen Oszilloskop durchgeführten Schritte zum Erzeugen von Schwellenwert-basierenden Parameteranzeigen veranschaulicht;
5 eine schematische Ansicht einer Anzeige eines digitalen Oszilloskops gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Perioden-Jitterparameter-Anzeige erzeugt wird;
6 ein Ablaufdiagramm, das die von dem digitalen Oszilloskop durchgeführten Schritte zum Erzeugen von Zyklus-basierenden Parameteranzeigen veranschaulicht;
7 eine schematische Ansicht einer Anzeige eines digitalen Oszilloskops gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Zyklus zu Zyklus- Jitterparameter-Anzeige erzeugt wird;
9 ein Ablaufdiagramm, das die von dem digitalen Oszilloskop durchgeführten Schritte zum Erzeugen von Schwellenwert- und Zyklus-basierenden Parameteranzeigen veranschaulicht;
10 eine schematische Ansicht einer Anzeige eines digitalen Oszilloskops gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Intervallfehler-Jitterparameter-Anzeige erzeugt wird;
11 ein Ablaufdiagramm, das die von dem digitalen Oszilloskop durchgeführten Schritte zum Erzeugen von Zeit- und Zyklus-basierenden Parameteranzeigen veranschaulicht;
12 eine Blockdarstellung, welche den Aufbau eines Oszilloskops gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
13 eine Blockdarstellung, welche die Zuordnung der Felder des lokalen Speichers zu der Anzeige und die in dem Feld des abgeleiteten Parameters durchgeführte Auffüllung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt ein digitales Speicheroszilloskop (DSO) dar, auf welches die Prinzipien der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Im Allgemeinen weist das DSO 100 eine Anzeige 110 auf, auf welcher die zeitabhängigen Daten angezeigt werden. Ein Tastenfeld 112 steuert beispielsweise den Betrieb der Anzeige 110 und der Auslöseeigenschaften. Ein optionaler Drucker 114 liefert einen Ausdruck der Anzeige, Rohdaten oder den Zustand des Oszilloskops. Vier analoge Signaleingangsanschlüsse 114A bis 114D stellen eine Verbindung zu (nicht dargestellten) Messköpfen dar. Die Messköpfe werden zum Übertragen von zeitlich variierenden Spannungssignalen an den DSO 100 verwendet, wo diese abgetastet und digitalisiert werden. Hilfseingangsanschlüsse 115 stellen alternative Eingänge oder Auslöseeingänge zur Verfügung.
2 ist eine detailliertere Ansicht der Anzeige 110. Sie umfasst einen Signal-Plotbereich 116, in welchem die detektierte Spannung eines abgetasteten Signals herkömmlicherweise auf einer vertikalen Achse über einer horizontalen Zeitachse geplottet wird. Statusabschnitte 118 der Anzeige 110 geben die Anzeigeeigenschaften, den horizontalen vertikalen Maßstab und die aktuellen Einstellungen des Oszilloskops an. Ein Legendenbereich 120 gibt die Zuordnung zwischen den in der Anzeige verwendeten Farben und den geplotteten Signalen an.
3 stellt eine Anzeige dar, in welcher Information gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt wird. Der Signal-Plotbereich 116 der Anzeige 110 besitzt einen Primärmessungs-Anzeigeabschnitt 120, in welchem eine primäre Messung des analysierten Signals wie in 2 angezeigt wird. In dem üblichsten Beispiel zeigt der Primärmessungs-Anzeigeabschnitt 120 den Spannungspegel des Signals als eine Funktion der Zeit auf der horizontalen Achse an. Gemäß der Erfindung weist der Signal-Plotbereich 116 der Anzeige 110 auch einen Ableitungsparameter-Anzeigebereich 122, in welchem aus den primären Messungen abgeleitete Parameter ebenfalls als eine Funktion der Zeit geplottet werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die horizontale Achse für die geplottete primäre Messung und den abgeleiteten Parameter dieselbe. Diese Eigenschaft wird durch die gestrichelten Linien dargestellt, welche sich zwischen der Wellenform der primären Messung und dem Plot der abgeleiteten Parameter erstrecken. Auf diese Weise besitzen die Plots eine gemeinsame Zeitachse, so dass ein Bediener, der eine Anomalie durch Bezugnahme auf den abgeleiteten Parameter erkennt, die Lage des Ereignisses zu dem relevanten Segment der Wellenform der primären Messung hin verfolgen kann.
In dem dargestellten Beispiel ist der abgeleitete Parameter die Zeit, für welche die Daten der primären Messung jeweils einen Schwellenwert TH überschreiten, was einen Breitenjitter darstellt. Demzufolge ist, während die vertikale Zeitachse in den Primärmessungs-Anzeigeabschnitt 120 eine Spannung ist, die vertikale Achse des Ableitungsparameter-Anzeigeabschnittes 122 die Zeit oder Signalbreite. Wie ebenfalls dargestellt, ist eine eng verwandte Messung die Zeit, in der das Signal unter den Schwellenwert TH fällt. Dieser alternative Parameterplot ist durch das Bezugszeichen 122' gekennzeichnet.
4 ist ein Ablaufdiagramm, welche das Verfahren zum Erzeugen der Anzeige von 3 darstellt, in welcher die abgeleiteten Parameter auf der Basis des Pegels der pri mären Messungen in Bezug auf einen bestimmten Schwellenwert basieren. In dem ersten Schritt 210 werden die primären Messungen an dem Signal ausgeführt. Dann werden die Daten aus der primären Messung als eine Funktion der Zeit im Schritt 212 dargestellt. Dieses ergibt den Primärmessungs-Anzeigeabschnitt 120. Gemäß der Erfindung werden die Daten aus den primären Messungen auch mit dem Schwellenwert TH im Schritt 214 verglichen. Der abgeleitete Parameter, d.h., die Länge der Zeit, in der das Signal einen Schwellenwert für jeden Durchgang durch den Schwellenwert TH überschreitet, wird ebenfalls in dem Schritt 216 geplottet, was den Ableitungsparameter-Anzeigeabschnitt 122 ergibt. Der Ableitungsparameter-Anzeigeabschnitt 122 nutzt bevorzugt eine Zeitachse mit den primären Messungen. Die vertikale Achse stellt jedoch die Zeit dar, in der das Signal den Schwellenwert überschreitet statt einer Spannung wie in dem Primärmessungs-Anzeigeabschnitt 120.
In bevorzugten Ausführungsformen werden nicht-lineare Interpolationstechniken wie z.B. (sin x)/x und kubische Interpolation verwendet, um die Genauigkeit zu verbessern, mit welcher Schwellenwertdurchgänge zeitlich lokalisiert werden. Zusätzlich ist die Verwendung von Hysteresewerten für Schwellenwertdurchgänge und eine digitale Tiefpassfilterung ebenfalls wichtig, um eine bessere Rauschimmunität in den Parameterberechnungen bereitzustellen.
5 stellt eine weitere exemplarische Anzeige von abgeleiteten Parametern mit primären Messungen gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Falle zeigt wie in 3 der Primärmessungs-Abschnitt 120 der Anzeige 110 die Spannung des Signals als eine Funktion der Zeit an. Die Periode dieses Signals wird jedoch aus den Daten der primären Messung abgeleitet. Der Ableitungsparameter-Abschnitt 122 der Anzeige 122 plottet dann die Periode für jeden Zyklus des Signals. Diese Anzeige ist hilfreich, um den Verlauf der Periode über der Zeit darzustellen, was es dem Bediener ermöglicht, den Plot der Periode auf die tatsächliche Wellenform der primären Messungen aufgrund der gemeinsamen Zeitachse zu beziehen. Wie es durch die Ableitungsparameter-Anzeige 122' dargestellt ist, kann in alternativen oder komplementären Ausführungsformen die bei dem abfallenden Abschnitt des Signals statt dem ansteigenden Abschnitt beginnende Periode abgeleitet werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zum Erzeugen der in 5 dargestellten Anzeige 110 veranschaulicht. Wie es unter Bezugnahme auf 4 diskutiert wurde, werden die primären Messungen des Signals durchgeführt und in den Schritten 210 und 212 angezeigt. Gemäß dem vorliegenden Prozess werden dann 210 und 212 angezeigt. Gemäß dem vorliegenden Prozess werden dann Zyklen der Wellenform der primären Messungen im Schritt 218 durch Bezugnahme auf Daten aus den primären Messungen identifiziert. Auf der Basis der Identifikation der Zyklen und der Daten werden abgeleitete Parameter berechnet, d.h., die Perioden aufeinanderfolgender Zyklen und als eine Funktion der Zeit im Schritt 220 angezeigt.
7 stellt eine weitere Anzeige 110 dar, die ebenfalls auf den Zyklen der Daten aus den primären Messungen basiert. In diesem Falle wird der Zyklus zu Zyklus- Jitter auf dem Ableitungsparameter-Abschnitt 122 der Anzeige 110 angezeigt. Insbesondere stellt die vertikale Achse des Ableitungsparameter-Abschnittes der Anzeige 122 die Differenz zwischen der aktuellen Zyklusdauer und der vorherigen Zyklusdauer (P_n – P_n-1) dar.
In alternativen Ausführungsformen basieren die abgeleiteten Parameter auf anderen Zyklusparametern, wie z.B. der Zeit zwischen den Maximas und Minimas für jeden Zyklus, der Zeit zwischen Minimas und einem vorherigen Minimum für jeden Zyklus, der Zeit eines lokalen Minimums für jeden Zyklus, der Zeit eines lokalen Maximums für jeden Zyklus, der Zeit zwischen dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum für jeden Zyklus, der Häufigkeit für jeden Zyklus, der Anstiegszeit für jeden Zyklus, der Abfallzeit für jeden Zyklus, dem Überschwingen für jeden Zyklus, dem Unterschwingen für jeden Zyklus, und der Veränderung der Impulsbreite für jeden Zyklus in Bezug auf benachbarte Zyklen.
Insbesondere, wenn nach Minima und Maximain den primären Messungen zum Erzeugen der Parameter gesucht wird, ist die Verwendung von Hysteresewerten eine nützliche Technik, um die interessierenden Ereignisse zu lokalisieren. Ferner werden auch nicht-lineare Interpolationstechniken bevorzugt, wie z.B. (sin x/x und kubische Interpolation, um die Genauigkeit zu verbessern, mit welcher Spitzen oder andere Ereignisse in Zeit und Amplitude lokalisiert werden.
8 stellt noch eine weitere Anzeige eines Ableitungsparameter-Plots mit dem Primärmessungs-Plot dar. In diesem Beispiel basiert der abgeleitete Parameter auf der Dauer jedes Zyklus P_N und der Tastverhältnisbreite W_N oder der Zeit, für welche die Spannung des Signals einen gewissen Schwellenwert TH überschreitet. Der Ableitungsparameter-Plot 122 besitzt eine vertikale Achse, die das Tastverhältnis W_N für einen Zyklus dividiert durch die Periode für diesen Zyklus P_N ist.
Der alternative Ableitungsparameter-Plot 122' stellt dar, dass die Parameter auch auf der Zeit basieren können, in welcher sich jeder Zyklus unterhalb des Schwellenwertes TH befindet.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das die Technik zum Erzeugen einer Zykluszeit und einer Schwellenwert-basierenden Ableitungsparameter-Anzeige veranschaulicht. Insbesondere werden wie in 6 die primären Messungen durchgeführt, der Plot der primären Messungen angezeigt, und die Zyklen der primären Messungen werden in den Schritten 210, 212 und 218 identifiziert. In jedem Zyklus werden die Daten aus den primären Messungen auch mit einem Schwellenwert TH im Schritt 222 verglichen. Die Parameter werden dann berechnet und als eine Funktion der Zeit im Schritt 224 auf der Basis der identifizierten Zyklen in dem Signal und des Schwellenwertvergleichs der Daten aus den primären Messungen angezeigt.
In zusätzlichen Implementationen werden Ableitungsparameter-Anzeigen basierend auf der Spitzenvariation in der Amplitude und/oder des Tastverhältnisfaktors ebenfalls mit der Spannung der primären Messungen angezeigt.
10 stellt noch eine weitere Ausführungsform des Plotabschnittes 116 der Anzeige 110 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Falle plottet der Primärmessungs-Abschnitt der Anzeige 120 die Daten aus den primären Messungen als eine Funktion der Zeit, wie es vorstehend beschrieben wurde. Zyklen in dem Signal werden identifiziert und dann gegenüber einem internen oder externen Zeitbezug verglichen. Dieses kann entweder ein absoluter Zeitbezug oder ein Bezugstakt 124 gemäß Darstellung sein. Der Ableitungsparameter-Abschnitt der Anzeige 122 in dem dargestellten Beispiel ist eine Anzeige des Intervallfehler-Jitters. Dieser ist die Differenz zwischen der Periode des gemessenen Signals und der Periode der Bezugstaktflanken 124. Somit stellt die vertikale Achse des Ableitungsparameter-Plots 122 den Vergleich dieser zwei Signale oder das Signal der primären Messung gegenüber einem Absolutzeitbezug in unterschiedlichen Implementationen dar.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren zum Erzeugen der Anzeige gemäß Darstellung in 10 zeigt. Wie in dem Ablaufdiagramm von 9 werden die primären Messungen durchgeführt, die Daten aus den primären Messungen geplottet und angezeigt, und Zyklen der primären Messungen des Signals werden in den Schritten 210, 212 und 218 identifiziert. Ferner werden die Zyklen der primären Messung gegen eine externe Zeitbasis im Schritt 226 verglichen. Diese kann eine externe Taktquelle, oder ein Absolutzeitbezug sein, welcher entweder extern oder innerhalb des Oszilloskops erzeugt wird. Dann werden die abgeleiteten Parameter als eine Funktion der Zeit aufgetragen. Diese abgeleiteten Parameter basieren auf dem Vergleich der Zyklen des Signals und der Zeitbasis im Schritt 228.
In weiteren Implementationen können die abgeleiteten Parameter aus Phasendifferenzen zwischen den Zyklen des Signals und dem Absolutzeitbezug, den Zeitfehlern zwischen den Zyklen des Signals und dem Absolutzeitbezug, Phasendifferenzen zwischen den Zyklen des gemessenen Signals und dem Bezugstakt und Zeitfehlern zwischen dem Bezugstakt und den Zyklen des gemessenen Signals basieren.
12 ist eine Blockdarstellung, welche den internen Aufbau des Oszilloskops 100 der vorliegenden Erfindung zeigt. Insbesondere liefern die vier Anschlüsse 114A-114B Eingangssignale an vier parallele Kanäle 130A-130D des Oszilloskops. Jeder Kanal 130 besitzt einen Verstärker 132 zum Bereitstellen eines Eingangs mit hoher Impedanz für den Kanal. Das Ausgangssignal des Verstärkers geht zu einer Abtast- und Haltekreis 134, welche kurzzeitig das Signal zum Digitalisieren durch einen Analog-Digital-Wandler ADC1-4 136 einfriert. Das digitale Ausgangssignal der Analog-Digital-Wandler, 8 Bit breit, in einer Ausführungsform, wird in Wellenformspeichern 1-4 138 gespeichert. Diese Wellenformspeicher besitzen typischerweise 1 bis 16 Millionen 8 Bit tiefe Speicherstellen. Ein Auslöser 142 überwacht das Ausgangssignal der Verstärker 132 der Kanäle 130A-130D, um nach einer Auslösebedingung zu suchen. Wenn eine Auslösebedingung gefunden ist, wird die Zeitbasis 140 aktiviert, welche den Betrieb des Abtast- und Halte-Kreise 134, der Analog-Digital-Wandler 136 und der Wellenform-Speicher 138 synchronisiert.
In einer Implementation führen die Abtast- und Halte-Kreise 138, Analog-Digital-Wandler 138 und Wellenform-Speicher 138 ein kontinuierliches Einfrieren, Digitalisieren und Speichern der Daten durch, die die Spannung der an die Anschlüsse 114A-114B durch Tastköpfe übertragenen Signale beschreiben, wenn der Auslöser 142 lediglich gespannt ist. Die Wellenform-Speicher 138 werden in der Form eines Ringpuffers adressiert. Nur nachdem die Auslösebedingung gefunden ist, halten der Auslöser 142 und die Zeitbasis 140 die Inhalte des Wellenform-Speichers fest und tasten dadurch die Wellenform bei dem Auslöseereignis ab.
Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 150 steuert den Gesamtbetrieb des Oszilloskops 100. Insbesondere werden die in den Wellenform-Speichern 138 der Kanäle 130A-130B erfassten Daten von der CPU 150 in Schlitze in einem lokalen Speicher 152 über einen Bus 148 übertragen. In der bevorzugten Ausführungsform gibt es acht Schlitze #1-#8 in dem lokalen Speicher 152. Dieses ermöglicht es dem Oszilloskop bis zu acht getrennte Ereignisse zu speichern, die von den Wellenform-Speicher 138 erfasst wurden. Beispielsweise könnten die vier Kanäle gleichzeitig betrieben werden, um gleichzeitig vier Signale abzutasten. Die CPU 150 überträgt ihre Inhalte an die Schlitze 1 bis 4 des lokalen Speichers 152. Danach werden die Kanäle 130A-130B frei um vier weitere zusätzliche Signalereignisse zu erfassen, und diese in den Schlitzen 5 bis 9 des lokalen Speichers 152 zu speichern, bevor irgendeine Überschreibung erforderlich ist.
Unter Bedienersteuerung wählt die CPU 140 die Daten in den lokalen Speicherschlitzen 1 bis 8 zur Verarbeitung und Übertragung an einen Videorahmenpuffer 154 aus. Insbesondere könnten unter Bedienersteuerung die Datenschlitze 1 und 5 zur Anzeige ausgewählt werden. Diese Daten werden dann unter Verwendung von nicht-linearen Interpolationstechniken, (sin x)/x oder beispielsweise kubischen verarbeitet, und die sich ergebenden Anzeigedaten werden an den Videopuffer 154 übertragen, welcher die Daten an die Anzeige 110 liefert.
13 ist eine schematische Darstellung, welche die Zuordnung der Daten in den Schlitzen des lokalen Speichers 152 zu der Anzeige 110 darstellt. Sobald die CPU 150 an den primären Messdaten in irgendeinem der Schlitze 1 bis 8 in dem lokalen Speicher 152 arbeitet, speichert die CPU die abgeleiteten Parameter in einen freien Schlitz zurück. Auf diese Weise nutzen die abgeleiteten Parameter ebenfalls einen Schlitz in dem lokalen Speicher 152, welcher anderenfalls von den Kanälen genutzt werden könnte, um eine weitere Signalerfassung durchzuführen. Kurz gesagt identifiziert, wie es unter Bezugnahme auf die 4 bis 11 beschrieben wurde, die CPU Zyklen in den Daten der primären Messungen, führt einen Schwellenwertvergleich der primären Messungen möglicherweise unter Verwendung nicht-linearer Interpolation zum Verbessern der Genauigkeit und von Hysterese/Tiefpassfilterung zur Rauschimmunität und/oder anderen Operationen zum Erzeugen der abgeleiteten Parameter durch.
Ein Vorteil der Verwendung der Speicheroszilloskoparchitektur ist die Tatsache, dass beispielsweise mehrere Parameter aus denselben primären Messdaten berechnet und für eine gleichzeitige Anzeige gespeichert werden können. Ferner ist eine Parameter-Neuberechnung möglich, wenn der beispielsweise zum Erzeugen der Parameter verwendete ursprünglich angewendete Schwellenwert nach der Beobachtung der Parameteranzeige verändert wird.
13 veranschaulicht eine Beispielsituation, in welcher eine Dreieckwellenform im Schlitz 1 gespeichert ist, welche aus einer Signalerfassung erzeugt wurde. Die Daten in dem Feld des Schlitzes 1 sind mit dem Bezugszeichen 157 bezeichnet. Das zweite Feld von Schlitz 7 ist mit dem Bezugszeichen 155 bezeichnet und enthält Parameter, die aus den Daten in dem Feld 157 abgeleitet sind. In dem dargestellten Beispiel beziehen sich die abgeleiteten Parameter auf die Periode des in dem Feld 155 vom Schlitz 1 gespeicherten Dreiecksignals. Die sich zwischen den zwei Feldern erstreckenden Punktlinien 156 veranschaulichen, dass die Daten für die primären Messungen und die abgeleiteten Parameter mit analogen temporären Organisationen gespeichert werden. Beispielsweise enthält die Feldstelle n in dem Feld 155 Parameter, die aus Daten in der Feldstelle n im Feld 155 abgeleitet sind.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Feld 155, das die abgeleiteten Parameter speichert, mit den Perioden-basierenden Daten zusammengefasst. Jede Stelle, die demselben Zyklus der primären Messungen in dem Feld 154 entspricht, speichert die Messung der Periode in dem Ableitungsparameter-Feld. Obwohl es etwas verschwenderisch im Speicherplatz ist, ermöglicht dieses dem vorliegenden Oszilloskop Zoom- und Abtastmerkmale normal zu verarbeiten. Selbst wenn der Maßstab unter Verwendung normaler Oszilloskop-Funktionen vergrößert oder verkleinert wird, bleiben die horizontale Achse der primären Messdaten und die abgeleiteten Parameter zu einer gemeinsamen Zeitachse synchronisiert.
Obwohl diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, dürfte es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Details darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche durchgeführt werden können. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen oder in der Lage sein, unter Anwendung von nicht mehr als Routineexperimenten viele Äquivalente zu den spezifischen Ausfüh rungsformen der hierin spezifisch beschriebenen Erfindung zu erkennen. Derartige Äquivalente sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche mit eingeschlossen sein.

Claims

Verfahren zum Darstellen von Informationen auf einem digitalen Oszilloskop (100), wobei das Verfahren umfasst: Durchführen von primären Messungen (120) eines Signals; Anzeigen von Daten der primären Messungen als Funktion der Zeit; Berechnen abgeleiteter Parameter von den Daten der primären Messungen; und Anzeigen der abgeleiteten Parameter (122) als Funktion der Zeit mit den Daten der primären Messungen (120), wobei die abgeleiteten Parameter (122) berechnet und simultan mit Daten der primären Messungen (120) angezeigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, und entweder: (a) wobei der Schritt des Durchführens der primären Messungen des Signals das Erkennen einer Spannung des Signals in Zeitintervallen umfasst, und, optional, worin die Schritte des Anzeigens der primären Messdaten (120) und der abgeleiteten Parameter (122) das Plotten der erkannten Spannungen und abgeleiteten Parameter entlang einer waagerechten Zeitachse umfassen; oder (b) welches weiter Anzeigen der abgeleiteten Parameter (122) und der primären Messdaten auf einer herkömmlichen Anzeige mit einer herkömmlichen Zeitachse umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) das Vergleichen der Daten der primären Messungen mit einem Schwellenwert umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Zeiten, für welche die primären Messdaten den Schwellenwert überschreiten, umfasst, oder wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Zeiten, für welche die primären Messdaten unter den Schwellenwert fallen, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Ableitens der Parameter umfasst: Identifizieren von Zyklen in dem Signal; und Berechnen von Parametern (122) für die Zyklen, und, optional, entweder: (a) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen der Zeit zwischen Maximum und Minimum für jeden Zyklus umfasst; (b) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen der Zeit zwischen Minimum und vorausgegangenem Minimum für jeden Zyklus umfasst; (c) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen der Zeit eines lokalen Minimums für jeden Zyklus umfasst; (d) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen der Zeit eines lokalen Maximums für jeden Zyklus umfasst; (e) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen der Zeit zwischen lokalem Maximum und lokalem Minimum für jeden Zyklus umfasst; (f) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen eines Zeitintervalls für jeden Zyklus umfasst; (g) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen einer Frequenz für jeden Zyklus umfasst; (h) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Anstiegszeiten für jeden Zyklus umfasst; (i) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Abfallzeiten für jeden Zyklus umfasst; (k) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Überschwingungen für jeden Zyklus umfasst; (l) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Unterschwingungen für jeden Zyklus umfasst; (m) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen einer Zeitintervalländerung in Zyklen in Bezug auf angrenzende Zyklen umfasst; oder (n) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen einer Pulsweitenänderung für Zyklen in Bezug auf angrenzende Zyklen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Schritt des Ableitens der Parameter (122) umfasst: Identifizieren von Zyklen in dem Signal; und Vergleichender primären Messungen (120) in jedem Zyklus mit einem Schwellenwert, und, optional, entweder: (a) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Peak zu Peak-Variation in der Amplitude der Zyklen umfasst; (b) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen eines Tastverhältnisses (duty factor) für jeden Zyklus umfasst; oder (c) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen einer Änderung in dem Tastverhältnis für Zyklen in Bezug auf angrenzende Zyklen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, und entweder: (a) wobei der Schritt des Berechnens der abgeleiteten Parameter (122) umfasst; Identifizieren von Zyklen in dem Signal; und Vergleichen der primären Messdaten mit einem absoluten Zeitbezug, und optional, wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Phasenunterschieden zwischen den Zyklen des Signals und dem absoluten Zeitbezug umfasst, oder wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Zeitfehlern zwischen den Zyklen des Signals und dem absoluten Zeitbezug umfasst, oder (b) wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) das Vergleichen der primären Messungen des Signals mit einem Bezugstaktgeber umfasst, und, optional, wobei der Schritt des Ableitens der Parameter (122) weiter das Bestimmen von Phasenunterschieden zwischen dem Bezugstaktgeber und den Zyklen des Signals umfasst, oder wobei der Schritt des Berechnens der abgeleiteten Parameter (122) weiter das Bestimmen von Zeitfehlern zwischen dem Bezugstaktgeber und den Zyklen des gemessenen Signals umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Durchführen der primären Messungen weiter umfasst: wiederholtes Abtasten und Digitalisieren eines Signals zu vorbestimmten Zeitintervallen und Speichern der durch die Digitalisierung erzeugten Daten; und Berechnen abgeleiteter Parameter weiter das Ableiten von Parametern als Funktion der Zeit von den Daten der primären Messungen (120) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt des Abtastens und Digitalisierens des Signals das Erkennen einer Spannung des Signals umfasst, und, optional, wobei der Schritt des Anzeigens der Parameter (122) das Plotten der Parameter entlang einer waagerechten Zeitachse der Anzeige umfasst, und weiter optional, weiter das Anzeigen der Parameter (122) mit den Daten der Digitalisierung auf einer herkömmlichen Anzeige mit einer herkömmlichen Zeitachse umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, welches weiter umfasst: Bereitstellen wenigstens eines Digitalisierungskanals (114), welcher in der Lage ist, primäre Messungen (120) des Signals durchzuführen und Daten zu erzeugen, die die Messungen indizieren; Bereitstellen einer Datenverarbeitungseinheit (100), welche in der Lage ist, die Parameter als Funktion der Zeit aus den primären Messdaten abzuleiten; und Bereitstellen einer Anzeige (110), auf welcher die Daten der primären Messungen (120) und der abgeleiteten Parameter (122) als eine Funktion der Zeit geplottet werden können, wobei die abgeleiteten Parameter (122) berechnet und simultan mit den Daten der primären Messungen (120) angezeigt werden.
Digitales Oszilloskop zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 10, und entweder: (a) welches weiter wenigstens vier Digitalisierungskanäle umfasst; (b) wobei der wenigstens eine Digitalisierungskanal umfasst: einen Abtast- und Haltekreis, der das Signal einfriert; einen Analog-Digital-Wandler, der das Signal aus dem Abtast- und Haltekreis digitalisiert; und einen Wellenform-Speicher, der die digitalen Daten, die von dem Analog-Digital-Wandler erzeugt wurden, speichert, und optional, weiter einen lokalen Speicher umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit Daten von den Wellenform-Speichern an den lokalen Speicher überträgt, und, weiter optional, wobei die Datenverarbeitungseinheit die abgeleiteten Parameter in dem lokalen Speicher nach Berechnung speichert, und, weiter optional, wobei der lokale Speicher Datenfelder für Speicherplätze umfasst, wobei die Daten in den Speicherplätzen zeitlich organisiert werden, wobei die abgeleiteten Parameter (122) und die Daten der primären Messungen (12) in den Datenfeldern mit analoger zeitlicher Organisation gespeichert werden, und, weiter optional, wobei das Datenfeld, welches die abgeleiteten Parameter (122) enthält, aufgefüllt ist, um Skalierungsvorgänge, die in der Anzeige durchgeführt werden, zu erleichtern; (c) wobei die Datenverarbeitungseinheit die Anzeige steuert, um die Daten der primären Messungen (12) und der abgeleiteten Parameter (122) entlang einer waagerechten Zeitachse zu plotten; oder (d) wobei die Datenverarbeitungseinheit die Anzeige steuert, um die abgeleiteten Parameter (122) und die Daten der primären Messungen (12) mit einer herkömmlichen Zeitachse zu plotten.
Verfahren zum Darstellen von Information auf einem digitalen Oszilloskop (100) gemäß Anspruch 1, welches weiter umfasst: Bereitstellen mutipler Datenfelder (155, 157) verschiedener Parameter aus den Daten der primären Messungen (12); und wobei das Berechnen weiter umfasst Berechnen und simultanes Anzeigen der verschiedenen abgeleiteten Parameter (122) als Funktion der Zeit mit den Daten der primären Messungen (120).
Verfahren zum Darstellen von Informationen auf einem digitalen Oszilloskop (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Berechnen weiter Berechnen und simultane Anzeigen der abgeleiteten Parameter (122) als Funktion der Zeit mit den Daten der primären Messungen (120) umfasst; und weiter umfasst Wiederberechnen der Parameter basierend auf neuen Merkmalen nach Beobachten der Anzeige der Parameter.
Verfahren oder digitales Oszilloskop gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die primären Messungen und entsprechende abgeleiteten Parameter oder abgeleitete Parameter auf einem herkömmlichen Sichtbildschirm angezeigt werden.
Verfahren oder Oszilloskop gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das digitale Oszilloskop (100) ein digitales Speicher-Oszilloskop ist.