EP4720689A1 - Verfahren und vorrichtung zur signalverarbeitung und -darstellung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Anzeige von Signalspuren (SK1, SK2, SK3) auf einer Anzeigevorrichtung (6), welche digitalisierte Messwerte spaltenweise anzeigt, wobei mehr als zwei Messwerte pro anzuzeigender Spalte (Sp1, SP2) vorliegen, umfasst folgende Schritte: Bestimmung des Minimums und des Maximums der einer Spalte (Sp1, Sp2) zugeordneten Messwerte durch zumindest teilweise parallele Datenverarbeitung, Generierung von Anzeigebalken, welche jeweils in einer Spalte (Sp1, Sp2) darzustellen sind, aus den Minimum-Maximum-Paaren, so dass die Gesamtheit der Anzeigebalken eine Hüllkurvendarstellung der Messwerte bildet und Ansteuerung der Anzeigevorrichtung (6) mit Steuersignalen, welche in jeder Spalte (Sp1, Sp2) ausschließlich Änderungen der Spalteneinträge, umfassend den unteren und oberen Rand eines jeden Anzeigebalkens, angeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Signalverarbeitung und -darstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung und Darstellung von Signalen, beispielsweise Messdaten eines Oszilloskops. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgebildete Vorrichtung.

Mögliche Darstellungen auf einem Oszilloskop sind zum Beispiel in der US 6,104,374 A thematisiert. Es geht hierbei um das Ziel, mittels eines digitalen Oszilloskops einen optischen Eindruck zu erzeugen, der einem analogen Oszilloskop möglichst nahekommt. Insbesondere wird in der US 6,104,374 A auf Möglichkeiten der Einstellung der Helligkeit einzelner Pixel eingegangen.

Die EP 1 139 103 Bl offenbart eine Vorrichtung, welche als Allzweck-Oszilloskop mit digitaler Fernsehsignalwiedergabefähigkeit bezeichnet wird. Diese Vorrichtung verarbeitet sowohl digitale als auch analoge Signale.

Die EP 0 350 557 Bl offenbart eine Methode zur Kompression digitaler zeitserieller Daten für die Anzeige auf einem Digital-Oszilloskop. Dieses Verfahren umfasst das Gruppieren von Datenpunkten und das Bestimmen von Maximum- und Minimum-Werten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzeige von Signalen, beispielsweise Messdaten, welche auf einem digitalen Oszilloskop darzustellen sind, gegenüber dem Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei unabhängig von der Datenrate Informationsverluste weitestgehend vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen Anzeige mehrerer Signalspuren gemäß Anspruch 1. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung nach Anspruch 11 geeignet. Das anmeldungsgemäße Verfahren dient der Anzeige mehrerer gleichzeitig auf einem Bildschirm darzustellender Signalspuren mindestens eines Stroms an abgetastet vorliegenden Messdaten, wobei jede der Signalspuren einen individuellen Startzeitpunkt hat. Hierbei kann der Startzeitpunkt insbesondere durch eine Triggerung gegeben sein, wobei der Startzeitpunkt beispielsweise mit einem Triggerzeitpunkt identisch ist oder einen festgelegten zeitlichen Abstand zu einem Triggerzeitpunkt hat. Eine Triggerbedingung kann entweder durch den Strom an abgetastet vorliegenden Messdaten selbst oder durch ein beliebiges sonstiges Signal zu erfüllen sein. Messdaten können auf einem einzigen Kanal oder auf mehreren Kanälen erfasst werden, so dass eine beliebige Anzahl an Strömen abgetastet vorliegenden Messdaten existieren kann. Pro Kanal liegt beispielsweise eine einzige Signalspur oder eine Mehrzahl an anzuzeigenden Signalspuren vor. Gleichzeitig anzuzeigende Signalspuren können zeitlich voneinander beabstandet sein oder sich überlappen. Dies gilt für Signalspuren auf verschiedenen Kanälen ebenso wie für Signalspuren auf ein und demselben Kanal.

In jedem Fall ist die Zuordnung von aufeinander folgenden zeitlichen Abschnitten der anzuzeigenden Signalspuren zu Spalten der Bildschirmdarstellung einstellbar. Zumindest in einer der wählbaren Einstellungen, das heißt Betriebsmodi, existieren jeweils mehr als zwei Messdaten pro Spalte und Signalspur. In jedem Betriebsmodus ist das Minimum und das Maximum der jeder Spalte der Bildschirmdarstellung zugeordneten Messdaten der Signalspuren anzuzeigen.

Die in den einzelnen Spalten darzustellenden Minima und Maxima werden ermittelt, indem zunächst auf den Datenstrom, welcher die Signalspuren umfasst, durch zumindest teilweise parallele Datenverarbeitung mindestens ein Minimum-Maximum-Baum aufgebaut wird, welcher eine gemeinsame Datenbasis für die Bildschirmdarstellungen in den verschiedenen Einstellungen bildet und eine Breite, ausgedrückt als Anzahl an Messdaten, aufweist, die einer Zweierpotenz entspricht. Aus dem Datenstrom wird ein Teilstück ausgeschnitten, welches zumindest in einer der wählbaren Einstellungen keiner Zweierpotenz entspricht, maximal die Länge der darzustellenden Signalspuren hat und auf dem gesamten Bildschirm, das heißt der Gesamtheit der Spalten, anzuzeigen ist. Die genannten Teilstücke werden entsprechend der Anzahl der Spalten und der gewählten Einstellung der Bildschirmdarstellung in die spaltenweise anzuzeigenden Abschnitte des Datenstroms unterteilt. In diesen Abschnitten wird das Minimum und das Maximum einer jeden Signalspur durch Baumdurchläufe bestimmt, wobei die Durchläufe durch den Baum, das heißt Minimum-Maximum-Baum, für mehrere Spalten der Bildschirmdarstellung in Form paralleler Datenverarbeitung erfolgen. Damit werden aus den Messdaten spaltenweise Minima und Maxima selektiert, welche von der gewählten Bildschirmdarstellung, das heißt von der Zeitbasis der Anzeige, abhängig sind. Die Selektion der einstellungsspezifischen Minima und Maxima erfolgt dabei unterZugriff auf denselben, bereits zuvor erstellten Minimum-Maximum- Baum und wird für eine Hüllkurvendarstellung verwendet.

Kurz gefasst ist die Anzeigevorrichtung, welche im Rahmen des anmeldungsgemäßen Darstellungsverfahrens genutzt wird, dazu ausgebildet, digitalisierte Messwerte spaltenweise anzuzeigen, wobei zumindest in einem von mehreren Betriebsmodi mehr als zwei Messwerte pro anzuzeigender Spalte gegeben sind.

Insbesondere umfasst das Darstellungsverfahren die folgenden Schritte:

Bestimmung des Minimums und des Maximums der einer Spalte zugeordneten Messwerte durch zumindest teilweise parallele Datenverarbeitung, Generierung von Anzeigebalken, welche jeweils in einer Spalte darzustellen sind, aus den Minimum-Maximum-Paaren für jeden Startzeitpunkt, insbesondere Triggerzeitpunkt, so dass die Gesamtheit der Anzeigebalken eine Hüllkurvendarstellung der Messwerte bildet,

Ansteuerung der Anzeigevorrichtung mit Steuersignalen, welche in jeder Spalte ausschließlich Änderungen der Spalteneinträge angeben, wobei derartige Änderungen insbesondere am unteren und oberen Rand eines jeden Anzeigebalkens vorliegen.

Insgesamt ist damit eine zweistufige Reduktion von Daten gegeben: Zunächst werden die

Messdaten hierarchisch komprimiert, indem aus Abschnitten des Datenstroms rekursiv jeweils die Minima und Maxima extrahiert werden. Dies geschieht, indem auf die Messdaten Strukturen aufgebaut und anschließend auf verschiedene, von den gewählten Einstellungen abhängige Arten durchlaufen werden, die als Bäume oder Pyramiden aufgefasst werden können. Die Extraktion der Minima und Maxima ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass auch kürzeste Ausschläge, welche im eingehenden Datenstrom, das heißt in dem Strom der Messwerte, auftreten, nicht verloren gehen, was etwa durch Mittelwertbildungen, wie sie in herkömmlichen Verfahren vorgesehen sind, denkbar ist. Mit Hilfe der Bildung der Minimum- Maximum-Paare werden - bildlich gesprochen - die Daten auf der Zeitachse gestaucht, ohne einen relevanten Informationsverlust, insbesondere bezüglich kurzzeitiger Signalexkursionen, sogenannter Glitches oder Spikes, hinnehmen zu müssen.

Gänzlich ohne Informationsverlust geschieht der zweite Schritt der Datenkompression, welcher die Balkendarstellung betrifft. Dadurch, dass statt absoluter Werte lediglich die Änderung von Werten, welche in den einzelnen Spalten als Pixel zu visualisieren sind, in Form von Steuersignalen übertragen werden, ist eine Reduktion des darzustellenden Datenvolumens und der für die Darstellung benötigten Rechenzeit um mehr als eine Zehnerpotenz realisierbar.

Insgesamt reduziert das anmeldungsgemäße Darstellungsverfahren das Datenvolumen, welches zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung erforderlich ist, sowie die zur Darstellung benötigte Rechenzeit im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um mehrere Zehnerpotenzen. Damit ist es möglich, die zur Anzeige von Daten vorgesehene Vorrichtung, welche insbesondere einem Oszilloskop zuzurechnen ist, zugleich zur digitalen Verarbeitung mittels der Datenaufnahmevorrichtung erfasster analoger Daten, welche als unterbrechungsfreier Datenstrom eingehen, zu nutzen.

Für die Bestimmung der Minimal- und Maximal-Werte, welche einer Spalte der Anzeigevorrichtung zugeordnet sind, ist insbesondere das in der DE-Patentanmeldung 10 2021 130 772.4 vom 24.11.2021 offenbarte Verfahren zur Signal-Mustererkennung geeignet. Dies bedeutet, dass die in jeder Spalte anzuzeigenden Minimal- und Maximalwerte durch Aufbau mindestens eines min-max-Baumes auf den digitalisierten Messwerten bestimmt werden. Dies erfolgt, indem die Messwerte als erste Schicht des Baumes definiert werden und auf dieser Schicht weitere Schichten des Baumes aufgebaut werden, die im Unterschied zur ersten Schicht aus min-max-Paaren gebildet sind, wobei jedes min-max-Paar aus dem Minimum und dem Maximum der beiden in der zuletzt hergestellten oder bereits existierenden Schicht liegenden Paare beziehungsweise Abtastwerte gebildet ist, und wobei der Baumaufbau zumindest in einem Teil der Schichten, welcher die erste Schicht einschließt, durch parallele Datenverarbeitung erfolgt. Anschließend werden durch parallele Baumdurchläufe für jeden Startzeitpunkt, insbesondere Triggerzeitpunkt, und für jede Spalte der Bildschirmdarstellung die Minimal- und Maximalwerte über die Menge der Messwerte berechnet, die in die betreffende Spalte der Darstellung eingehen. Hierbei kann die Anzahl der für jede Spalte der Anzeige herangezogenen Messwerte über die Spalten variieren. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn das zeitliche Inkrement aufeinanderfolgender Anzeigespalten ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Messwert-Zeitrasters ist.

Insbesondere unter der Nutzung des Signal-Mustererkennungsverfahrens nach der DE- Anmeldung 10 2021 130 772.4 ist es möglich, die Messwerte in Blöcke einzuteilen, wobei auf der Anzeigevorrichtung wahlweise Messwerte aus mehr als einem Block, beispielsweise einem ganzzahligen oder nicht ganzzahligen Vielfachen eines Blocks, Messwerte genau eines Blocks oder Messwerte eines Ausschnitts aus einem Block angezeigt werden, und wobei die Anzahl der Messwerte pro Block mehr als das Quadrat der Anzahl der Spalten der Anzeigevorrichtung betragen kann.

Sofern mehrere Blöcke vorliegen, aus welchen Messwerte zeitgleich darzustellen sind, kann es im Sinne einer Minimierung des zu handelnden Datenvolumens sowie des Rechenaufwandes zweckmäßig sein, Daten zumindest eines dieser Blöcke zunächst hierarchisch zu komprimieren, bevor sie mit Daten aus einem anderen dergenannten Blöcke zusammengeführt werden. Einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion des Datenverarbeitungsaufwands leisten hierbei die erwähnten Minimum-Maximum-Bäume. Damit ist es unter anderem möglich, zum Zeitpunkt der Darstellung lediglich einen neueren Teil der Messwerte noch in einem Speicher bereitzuhalten, während die digitalisierten Messwerte mindestens eines älteren Datenblocks bereits in einem Ringspeicher überschrieben sind und stattdessen lediglich die zur Darstellung der Anzeigebalken erforderlichen Daten, welche die Minimal- und Maximalwerte für jede Spalte umfassen, bereitgehalten werden. Insbesondere bei langen Signalspurdauern kommt eine inkrementelle Blockverarbeitung in Betracht.

Gemäß verschiedener möglicher Verfahrensvarianten wird zur Festsetzung der Startzeitpunkte, insbesondere im Zusammenhang mit Triggerung, auf dieselben unter Nutzung der Lehre nach der DE-Anmeldung 102021 130772.4 generierten min-max-Paare zugegriffen, welche auch die Datenbasis für die Darstellung der Hüllkurven bilden. Um beispielsweise ein Augendiagramm anzuzeigen, können zumindest in einem Teil der Spalten mehrere Anzeigebalken gleichzeitig, mit Abständen übereinander, dargestellt werden.

Die zu digitalisierenden Messwerte werden zum Beispiel in zeitlichen Abständen von nicht mehr als 10 ns erfasst. In einem Betriebsmodus mit extrem langer Hauptzeitbasis des Oszilloskops kann vorgesehen sein, die in den einzelnen Spalten in Balkenform anzuzeigenden Werte jeweils als min-max-Paare aus mindestens 10⁶ Messwerten zu extrahieren. Umgekehrt kann auch ein Betriebsmodus mit extrem kurzer Hauptzeitbasis existieren, in welchem lediglich ein einziger Messwert pro Spalte angezeigt wird.

In Fällen, in denen eine sehr große Anzahl an Messwerten pro anzuzeigender Spalte existiert, ist ein besonders großer Effekt der Dateneinsparung ohne relevanten Informationsverlust gegeben, wobei auch in solchen Fällen die Hüllkurvendarstellung vertikale, in einzelnen Spalten des Bildschirms darzustellende Anzeigebalken umfasst, wobei zur Ansteuerung des Bildschirms, das heißt der Anzeigevorrichtung, Steuersignale verwendet werden, welche in jeder Spalte ausschließlich Änderungen der Spalteneinträge, umfassend den unteren und oberen Rand eines jeden Anzeigebalkens, angeben.

Die Spalten des Bildschirms können auch für abgestufte Helligkeitsdarstellungen genutzt werden, wobei die Helligkeit eines in der Spalte befindlichen Pixels umso höher gesetzt wird, je häufiger zum entsprechenden Zeitpunkt, bezogen auf den Startzeitpunkt der Signalspur, ein Signal detektiert wurde. Beispielsweise wird die Helligkeit in mindestens 16 Stufen angezeigt, wobei der Bildschirm derart angesteuert wird, dass für jede Spalte keine absoluten Helligkeitswerte, sondern lediglich Änderungen der Helligkeit, welche beim Durchlaufen der Spalte auftreten, übermittelt werden.

Die anmeldungsgemäße Vorrichtung zur Anzeige mehrerer gleichzeitig auf einem Bildschirm darzustellender Signalspuren mindestens eines Stroms an abgetastet vorliegenden Messdaten umfasst allgemein eine mit Hilfe eines Rechenwerks angesteuerte Anzeigevorrichtung, wobei das Rechenwerk in Zusammenwirkung mit einer zur Aufnahme der Signalspuren vorgesehenen Datenerfassungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet ist. Das genannte Rechenwerk kann zugleich zur digitalen Verarbeitung mittels der Datenerfassungseinrichtung erfasster analoger Daten in Form eines unterbrechungsfreien Datenstroms ausgebildet sein. Insbesondere kann das Rechenwerk den Datenstrom ohne Unterbrechung auf die Einhaltung einer Triggerbedingung überprüfen, wobei durch eine Triggerung keinerlei Totzeiten entstehen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Signalverarbeitung und -darstellung,

Fig. 2 in einem Schaubild Merkmale des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 durchführbaren Verfahrens,

Fig. 3 Möglichkeiten der Gruppierung und Bearbeitung von Daten in verschiedenen Einstellungen der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 in einem im Vergleich zu Fig. 2 detaillierteren Schaubild weitere Merkmale des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 durchführbaren Verfahrens.

Ein in den Figuren 1 bis 4 in unterschiedlicher Weise visualisiertes Signalverarbeitungs- und Darstellungsverfahren geht davon aus, dass Messdaten als kontinuierlicher Datenstrom DS eingehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Messdaten um elektrische Signale, die mit einer Taktung von 1,2 ns erfasst werden.

Eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete, in Fig. 1 in grober Schematisierung dargestellte Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung 1, bei welcher es sich im Ausführungsbeispiel um ein Oszilloskop handelt, umfasst eine Datenerfassungsvorrichtung 2, welche zur Erfassung des Datenstroms DS ausgebildet ist, sowie eine der Datenerfassungseinrichtung 2 nachgeschaltete Datenverarbeitungsvorrichtung 3.

Komponenten der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 sind ein Ringspeicher 4 und eine Vielzahl an Rechenwerken 5, im vorliegenden Fall mehr als tausend Stück. Auch Ausführungsformen mit einer geringeren Anzahl an Rechenwerken 5, beispielsweise einhundertachtundzwanzig Stück, sind möglich. Die Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung 1 ist unter anderem dazu eingerichtet, sämtliche in der DE-Patentanmeldung Nr. 10 2021 130 772.4 beschriebenen Funktionen, insbesondere Triggerfunktionen, auszuüben. Mit 6 ist die Anzeigevorrichtung, das heißt der Bildschirm, der Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung 1 bezeichnet.

In groben Zügen ist das mit der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 durchführbare Verfahren zur Signalverarbeitung und -darstellung in Fig. 2, nach welcher eine Unterteilung in drei Schritte Sl, S2, S3 gegeben ist, veranschaulicht.

Die mit Hilfe der Datenerfassungseinrichtung 2 erfassten Messwerte werden im ersten Schritt Sl digitalisiert und liegen blockweise, das heißt als Datenblöcke DB, vor. Auf die digitalisierten Daten werden, wie im mittleren Abschnitt von Fig. 2, welcher den Schritt S2 betrifft, zu sehen ist, min-max-Bäume BA aufgebaut, die jeweils aus einer Vielzahl an Ebenen E0, El, ... gebildet sind. Die tatsächliche Anzahl der Ebenen E0, El, ... übertrifft die in Fig. 2 eingezeichnete Anzahl an Ebenen E0, El, ... bei weitem. Der Aufbau der min-max-Bäume BA geschieht nach der in der DE-Anmeldung 102021 130772.4 offenbarten Methode, womit sämtliche Minima und Maxima betrachteter Zeiträume erhalten bleiben. Der Aufbau der min-max-Bäume BA erfolgt, indem zunächst in der untersten Ebene E0 Paare an Abtastwerten gebildet werden. Die Anzahl der Paare an Abtastwerten, die einem einzigen Baum BA zugeordnet werden, entspricht einer Zweierpotenz, beispielsweise zweiunddreißig oder mehr. Einer der beiden Werte eines jeden Paares stellt einen Minimalwert, der andere Wert einen Maximalwert dar, wobei auch eine Überstimmung beider Werte gegeben sein kann. In jedem Fall wird das entsprechende min-max-Paar in die Ebene El geschrieben. Dies erfolgt auf Basis einer Vielzahl paralleler Datenverarbeitungsprozesse, welche mittels der Rechenwerke 5 durchgeführt werden.

Ab der Ebene El werden nicht mehr einzelne Werte, sondern Paare an Werten verglichen. Bei jedem Vergleich liegen somit insgesamt vier Werte vor, aus welchen das Minimum und das Maximum ausgewählt werden. Das auf diese Weise ausgewählte nächste min-max-Paar wird in die nächsthöhere Ebene geschrieben. Auch dieser Vorgang erfolgt durch parallele Datenverarbeitung. Soweit erforderlich, erfolgt eine Synchronisierung. Der Aufbau des min- max-Baumes BA ist abgeschlossen, wenn das min-max-Paar des gesamten Baumes BA, das heißt die Spitze des Baumes BA, gefunden ist. Die min-max-Bäume BA, welche jeweils auf einem Datenblock DB aufgebaut sind, stellen für das weitere Verfahren statische Gebilde dar, die mehrfach nutzbar sind. Spätere Baumdurchläufe, welche auch als Tiefendurchläufe bezeichnet werden und für die im Folgenden noch näher erläuterte Bildschirmdarstellung benötigt werden, sind nicht an Baumgrenzen gebunden.

Anschaulich bedeutet der Aufbau der mehrfach, insbesondere bei verschiedenen Einstellungen der Zeitbasis der Vorrichtung 1 samt Anzeigevorrichtung 6, nutzbaren Bäume BA, in welchem Minimal- und Maximalwerte eingetragen sind, ein Zusammenschieben der Datenmenge auf der Zeitachse, wie in Fig. 2, Schritt S2, durch horizontale Pfeile, die aufeinander zu gerichtet sind, angedeutet ist. Von entscheidender Bedeutung ist, dass keine anzuzeigenden Minimal- oder Maximalwerte verloren gehen.

Im dritten Schritt S3, in Fig. 2 ganz unten, werden die zuvor komprimierten Daten spaltenweise, in Form von Balken, dargestellt, wobei in Fig. 2 lediglich zwei dieser Spalten Spl, Sp2 skizziert sind. Der Minimalwert und der Maximalwert einer jeden Spalte Spl, Sp2 stellt die Untergrenze beziehungsweise Obergrenze eines Anzeigebalkens dar, welcher in der entsprechenden Spalte Spl, Sp2 auf der Anzeigevorrichtung 6 zu sehen sein soll. Im einfachsten Fall ist jeder Anzeigebalken ausschließlich aus Pixeln „1" aufgebaut, wogegen die Pixel außerhalb der Anzeigebalken auf „0" gesetzt sind.

Bei konventioneller Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 6 würde nun jeder Pixel innerhalb der Anzeigebalken gesondert mit „1" angesteuert werden. Alle Pixel, die in derselben Spalte Spl, Sp2 außerhalb des Anzeigebalkens liegen, würden in analoger Weise einzeln mit „0" angesteuert werden.

Von dieser konventionellen Ansteuerungsmethode unterscheidet sich das im vorliegenden Fall genutzte Verfahren der Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 6 grundsätzlich dadurch, dass nicht absolute Werte, die Pixeln zugeordnet werden, sondern lediglich Änderungen dieser Werte an die Anzeigevorrichtung 6 übermittelt werden. Beim Durchlauf einer Spalte Spl, Sp2 erfolgt demnach in dem in Fig. 2 gegebenen, einfachen Fall, in welchem keine Feinabstufung der Helligkeit vorgesehen ist, einmal ein Wechsel von „0" auf „1" und einmal ein Wechsel von „1" auf „0". Insgesamt stellt dies eine drastische Reduktion des Datenvolumens, welches zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 6 transferiert werden muss, dar. Die vertikalen, aufeinander zu gerichteten Pfeile neben den beiden beispielhaft dargestellten Spalten Spl, Sp2 sollen kein Zusammenschieben der Anzeigebalken, sondern die Verringerung der Datenmenge symbolisieren. Die Anzeigevorrichtung 6 wird mittels derselben Datenverarbeitungseinrichtung 3 betrieben, welche gleichzeitig den Datenstrom DS (Fig. 2, Schritt Sl) aufnimmt und verarbeitet. Somit werden unabhängig von der Triggerung unterbrechungsfrei Daten aufgenommen und angezeigt.

Die Fig. 3 zeigt Zusammenhänge zwischen dem Datenstrom DS und verschiedenen möglichen Einstellungen der Anzeigevorrichtung 6. Zunächst werden gleich große min-max-Bäume BA, welche unterbrechungsfrei aneinander anschließen, aufgebaut. Die Breite eines einzelnen Baumes BA, ausgedrückt als Anzahl der digitalisierten Messwerte, welche als einzelne Punkte in der untersten Ebene E0 der Bäume BA dargestellt sind, kann geringer oder größer als der auf dem Bildschirm 6 anzuzeigende Zeitabschnitt sein. In Fig. 3 wird davon ausgegangen, dass zunächst eine Zeitbasis der Anzeigevorrichtung 6 gewählt wird, welche es ermöglicht, Daten aus einem Zeitabschnitt anzuzeigen, der ausgedehnter als die Breite eines einzelnen Baumes BA ist. Auf die gleichzeitige Darstellung mehrerer Signalspuren, welche allgemein auch als Traces bezeichnet werden, soll an dieser Stelle noch nicht eingegangen werden. Anzeigeblöcke ABI einheitlicher Breite sind, wie aus dem mittleren Abschnitt von Fig. 3 hervorgeht, deutlich breiter als die einzelnen Blöcke BA, stellen jedoch kein ganzzahliges Vielfaches eines Blockes BA dar. Ein einzelner Anzeigeblock ABI ist als Teilstück aus dem Datenstrom DS zumindest auszugsweise, nämlich in Form von Minimal- und Maximalwerten, die zusammen eine Hüllkurvendarstellung bilden, auf der Anzeigevorrichtung 6 darzustellen. Grenzen zwischen aufeinander folgenden Teilstücken ABI fallen nur in einzelnen Fällen mit Grenzen zwischen Bäumen BA zusammen. Ansonsten liegen Grenzen zwischen den Teilstücken ABI innerhalb eines Baumes BA.

Die Aussage zur Lage der Grenzen zwischen Abschnitten des Datenstroms DS, welche zum Zwecke der Bildschirmdarstellung definiert werden, gilt auch für die in Fig. 3 unten eingezeichnete Einstellung der Zeitbasis der Vorrichtung 1, das heißt des Oszilloskops. In diesem Fall sind Abschnitte AB2 gebildet, welche kürzer als die zeitliche Ausdehnung eines Baumes BA sind. Ein einzelner Abschnitt AB2, das heißt ein einzelnes, zur Darstellung auf dem Bildschirm 6 vorgesehenes Teilstück des Datenstroms DS, kann hierbei vollständig innerhalb eines Baume BA liegen oder sich von einem ersten Baum BA in einen benachbarten Baum BA hinein erstrecken.

In Fig. 4 wird die gleichzeitige Darstellung mehrerer Signalspuren SKI, SK2, SK3 betrachtet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird davon ausgegangen, dass die ersten beiden Signalspuren SKI und SK2 auf einem ersten Kanal der Datenerfassungseinrichtung 2 und die dritte Signalspur SK3 auf einem weiteren Kanal der Datenerfassungseinrichtung 2 erfasst werden. Die Signalspuren SKI, SK2, SK3, welche allgemein auch als Signalkurven bezeichnet werden, weisen eine einheitliche Länge auf. Im vorliegenden, vereinfacht dargestelltem Fall sei die Gesamtlänge einer jeden Signalspur SKI, SK2, SK3 in zwei gleich lange Abschnitte SKa, SKb unterteilt. Diesen Abschnitten SKa, SKb sind auf der Bildschirmdarstellung die Spalten Spl, Sp2 zugeordnet. Tatsächlich ist eine vielfach größere Anzahl an Abschnitten SKa, SKb sowie Spalten Spl, Sp2 gegeben. Jede Signalkurve SKI, SK2, SK3 beginnt zu einem Zeitpunkt tl, t2, t3, welcher durch eine Triggerung, wie sie in der DE-Patentanmeldung 10 2021 130 772.4 im Detail beschrieben ist, exakt bestimmt ist. Zur Triggerung kann dabei entweder derselbe, in den Spalten Spl, Sp2 und weiteren Spalten der Anzeigevorrichtung 6 auszugsweise darzustellende Datenstrom DS oder ein beliebiges anderes Signal verwendet werden. In den in Fig. 4 skizzierten Diagrammen, die willkürliche Formen der Signalkurven SKI, SK2, SK3 zeigen, wobei die Amplitude mit A bezeichnet ist, haben die Signale SKI, SK2 ein positives Vorzeichen, während das Vorzeichen des Signal SK3 negativ ist.

Auf Basis der digitalisiert vorliegenden Messwerte, welche jeweils eine Signalkurve SKI, SK2, SK3 bilden, wird für jede Signalkurve SKI, SK2, SK3 zunächst eine Tabelle TAI befüllt. In Fig. 4 ist dieser Schritt für die beiden Signalkurven SKI, SK2 illustriert, während er im Fall der dritten Signalkurve SK3 nicht dargestellt ist. Die Tabelle TAI ist aus mehreren Tabellenspalten TS1, TS2 aufgebaut, deren Anzahl der Zahl der Abschnitte SKa, SKb der Signalspuren SKI, SK2, SK3 entspricht, in der Realität also weit größer als zwei ist. Die Länge jeder Spalte TS1, TS2 bildet die Ordinate des zugehörigen Diagramms, in welchem die Signalspur SKI, SK2, SK3 aufgezeichnet ist, ab. Wird zum Beispiel die Spalte TS1 von unten nach oben durchlaufen, so wird in der Tabellenspate TS1 der Wert Null eingetragen, wenn bei der entsprechenden Amplitude A innerhalb des Abschnitts SKa dieser Amplitudenwert nicht auftaucht. Ansonsten wird in die Spalte TS1 der Wert Eins eingetragen. Analog wird die nächste Spalte TS2 sowie weitere, in Fig. 4 nicht sichtbare Spalten aufgefüllt, wobei dieser Vorgang für eine Mehrzahl an Tabellenspalten TS1, TS2, ... durch parallele Datenverarbeitung erfolgt.

Im Anschluss wird auf Basis einer jeden Tabelle TAI eine weitere Tabelle TA2 aufgefüllt, welche im Vergleich zur ersten Tabelle TAI wesentlich weniger Einträge hat. Von der Anzahl der Spalten TS1, TS2 her unterscheidet sich die zweite Tabelle TA2 nicht von der ersten Tabelle TAI. Ebenso bleibt die Zuordnung derTabellenspalten TS1, TS2, ... zu den späteren Spalten Spl, Sp2, ... der Bildschirmdarstellung erhalten. Im Unterschied zur ersten Tabelle TAI sind in der zweiten Tabelle TA2 nur insoweit Einträge vorhanden, als sich Tabelleneinträge in der ersten Tabelle TAI beim Durchlauf der einzelnen Spalten TS1, TS2 ändern, wie bereits anhand des dritten Schrittes S3 in Fig. 2 erläutert wurde. Im Fall des ersten Abschnitts SKa der ersten Signalspur SKI bedeutet dies beispielsweise, dass die erste Spalte TS1 der zweiten Tabelle TA2 nur noch zwei Einträge, nämlich einmal den Eintrag „+1" und einmal den Eintrag „-1" enthält. Liest man die Tabellenspalte TS1 von unten nach oben, so sind diese Einträge dahingehend zu verstehen, dass bei „+1" der anzuzeigende Wert von Null auf Eins heraufzusetzen und bei „-1" wieder auf Null herabzusetzen ist. In gleicher Weise wird bei jeder weiteren Tabellenspalte TS2, ... hervorgegangen, bis die zweite Tabelle TA2, welche sich auf eine einzige Signalspur SKI, SK2, SK3 bezieht, komplett gefüllt ist.

Nachdem die Tabellen TA2 für die einzelnen Signalspuren SKI, SK2, SK3 komplettiert sind, wird aus diesen Tabellen TA2 durch Summation eine dritte Tabelle TA3 gebildet, was in Fig. 4 in vereinfachter Weise ausschließlich für die beiden Signalspuren SKI, SK2 eingezeichnet ist. Tatsächlich wird auch die dritte Signalspur SK3 in die Summation einbezogen. Statt einzelne Tabellen TAI, TA2, TA3 zu befüllen, kann auch eine endgültige Summentabelle, das heißt Tabelle TA3, direkt aktualisiert werden, wobei mehrere Signalspuren SKI, SK2, SK3, welche allgemein auch als Events bezeichnet werden, in synchronisierter Weise bearbeitet werden.

Im Ergebnis sind in der Tabelle TA3 in einzelnen Spalten TS1, TS2, ... auch Einträge zu finden, welche größer als Eins sind. Im in Fig. 4 skizzierten Fall ist dies im positiven Bereich der Spalten TS1, TS2 gegeben. Anschaulich bedeutet dies, wie in Fig. 2 im Diagramm unten rechts wiedergegeben, dass Anzeigebalken, welche in den Bildschirmspalten Spl, Sp2 zu sehen sind, teilweise die Breite eins und teilweise die Breite zwei haben. Abweichend von dem in Fig. 4 illustrierten Vorgehen ist es auch möglich, Tabelleneinträge um nicht ganzzahlige Werte zu erhöhen. Hierbei kann ein Inkrement beispielsweise vom Event, das heißt von der Signalspur SKI, SK2, SK3, abhängig sein.

Im tatsächlichen Betrieb der Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung 1 wird statt der

Breite der Anzeigebalken deren Helligkeit variiert, wobei jeder Anzeigebalken dicht neben den nächsten Anzeigebalken gesetzt wird, so dass - anders als in Fig. 4 dargestellt - keine Lücken zwischen den Spalten Spl, Sp2, ... entstehen. Ebenso können verschiedene Stärken eines Anzeigebalkens durch eine Farbcodierung visualisiert werden. Auch kann eine Abhängigkeit zwischen der Art der Darstellung eines Anzeigebalkens und dessen Höhe gegeben sein.

Die auf der Anzeigevorrichtung 6 anzuzeigende Bildschirmdarstellung nach Fig. 4 (unten rechts) stellt einen kleinen Ausschnitt eines Augendiagramms dar. Je heller ein Ausschnitt aus der Bildschirmdarstellung erscheint, desto öfter wurde in dem entsprechenden Bereich eines der Signalspuren SKI, SK2, SK3 detektiert. Statt der unterschiedlichen Helligkeit oder zusätzlich zur Variation der Helligkeit kann auch die Nachleuchtdauer von Abschnitten der aufgenommenen Signalspuren SKI, SK2, SK3 variiert werden.

In jedem Fall gehen die Minima und Maxima der Signalspuren SKI, SK2, SK3 (Fig. 4, Diagramme oben und Mittel links) ohne Informationsverlust in die Bildschirmdarstellung ein. Die Parameter der Bildschirmdarstellung sind derart gewählt, dass auch minimale, sich von Null unterscheidende Werte in der summierten Tabelle TA3 noch mit gut erkennbarer Intensität in der betreffenden Spalte Spl, Sp2, ... der Anzeigevorrichtung zu erkennen sind, und zwar bei jeder möglichen Einstellung der Zeitbasis der Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung 1.

Bezugszeichenliste

1 Signalverarbeitungs- und Anzeigevorrichtung

2 Datenerfassungseinrichtung

3 Datenverarbeitungsvorrichtung

4 Ringspeicher

5 Rechenwerk

6 Anzeigevorrichtung, Bildschirm

A Amplitude

ABI, AB2 Anzeigeblöcke, Teilstücke

BA min-max-Baum

DB Datenblock

DS Datenstrom

E0, El Ebenen, Schichten

SI, S2, S3 Schritte

SKI, SK2, SK3 Signalkurven, Signalspuren

SKa, SKb Abschnitte einer Signalspur

Spl, Sp2 Spalten der Bildschirmdarstellung t Zeit tl, t2, t3 Startzeitpunkte

TAI, TA2, TA3 Tabellen

TS1, TS2 Tabellenspalten

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Anzeige mehrerer gleichzeitig auf einem Bildschirm (6) darzustellender Signalspuren (SKI, SK2, SK3) mindestens eines Stroms an abgetastet vorliegenden Messdaten, wobei

- jede Signalspur (SKI, SK2, SK3) einen individuellen Startzeitpunkt (tl, t2, t3) hat, die Zuordnung von aufeinander folgenden zeitlichen Abschnitten (SKa, SKb) der Signalspuren (SKI, SK2, SK3) zu Spalten (SP1, Sp2) der Bildschirmdarstellung einstellbar ist, in mehreren dieser Einstellungen jeweils mehr als zwei Messdaten pro Spalte (Spl, Sp2) und Signalspur (SKI, SK2, SK3) existieren, in jeder der genannten Einstellungen das Minimum und das Maximum der jeder Spalte (Spl, Sp2) der Bildschirmdarstellung zugeordneten Messdaten der Signalspuren (SKI, SK2, SK3) anzuzeigen ist, die in den einzelnen Spalten (Spl, Sp2) darzustellenden Minima und Maxima ermittelt werden, indem o auf den Datenstrom (DS), welcher die Signalspuren (SKI, SK2, SK3) umfasst, durch zumindest teilweise parallele Datenverarbeitung mindestens ein Minimum-Maximum-Baum (BA) aufgebaut wird, welcher eine gemeinsame Datenbasis für die Bildschirmdarstellungen in den verschiedenen Einstellungen bildet und eine Breite, ausgedrückt als Anzahl an Messdaten, aufweist, die einer Zweierpotenz entspricht, o ein Teilstück (ABI, AB2) aus dem Datenstrom (DS) ausgeschnitten wird, welches zumindest in einer der Einstellungen keiner Zweierpotenz entspricht, maximal die Länge der darzustellenden Signalspuren (SKI, SK2, SK3) hat und auf dem gesamten Bildschirm (6), das heißt der Gesamtheit der Spalten (Spl, Sp2), anzuzeigen ist, o die Teilstücke (ABI, AB2) entsprechend der Anzahl der Spalten (Spl, Sp2) und der gewählten Einstellung der Bildschirmdarstellung in die spaltenweise anzuzeigenden Abschnitte (SKa, SKb) des Datenstroms (DS) unterteilt werden, o in den genannten Abschnitten (SKa, SKb) das Minimum und Maximum einer jeden Signalspur (SKI, SK2, SK3) durch Baumdurchläufe bestimmt wird, wobei die Durchläufe durch den Baum (BA), das heißt Minimum-Maximum-Baum, für mehrere Spalten (Spl, Sp2) in Form paralleler Datenverarbeitung erfolgen, die spaltenweise für die verschiedenen, sich hinsichtlich der Zeitbasis voneinander unterscheidenden Bildschirmdarstellungen selektierten, Minima und Maxima darstellenden Messdaten unter Zugriff auf denselben Minimum- Maximum-Baum (BA) für eine Hüllkurvendarstellung verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom an Messdaten in Datenblöcke (DB) unterteilt wird, welche sich jeweils über eine Zweierpotenz an Messdaten erstrecken, wobei auf jeden Datenblock (DB) mindestens ein Minimum-Maximum-Baum (BA) aufgebaut wird und mindestens einer der Startzeitpunkte (tl, t2, t3) derart innerhalb eines Datenblocks (DB) liegt, dass der mit dem Startzeitpunkt (tl, t2, t3) beginnende Teil des Datenblocks (DB) keiner Zweierpotenz entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Startzeitpunkte (tl, t2, t3) verwendet werden, welche Triggerzeitpunkten entsprechen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lage der Triggerzeitpunkte (tl, t2, t3) abhängige Hüllkurvendarstellung der Signalspuren (SKI, SK2, SK3) in folgenden Schritten ermittelt wird:

Definition der mit Hilfe der Triggerzeitpunkte (tl, t2, t3) in festgelegten zeitlichen Abschnitten (SKa, SKb) liegenden Abtastwerte eines Datenblocks (DB) als erste Schicht (EO) des Minimum-Maximum-Baumes (BA), Aufbau weiterer Schichten (El) auf der ersten Schicht (EO), wobei die weiteren Schichten (El) im Unterschied zur ersten Schicht (EO) aus min-max- Paaren gebildet sind, wobei jedes min-max-Paar aus dem Minimum und dem Maximum der beiden in der zuletzt hergestellten oder bereits existierenden Schicht (EO, El, ...) liegenden Paare beziehungsweise Abtastwerte gebildet ist, und wobei der Baumaufbau zumindest in einem Teil der Schichten (EO, El, ...), welcher die erste Schicht (EO) einschließt, durch parallele Datenverarbeitung erfolgt,

Durchführung von teilweise Blockgrenzen überschreitenden Baumdurchläufen für jede Spalte (Spl, Sp2) der Bildschirmdarstellung, wobei zunächst jeder einzelne Abtastwert als min-max-Kandidat definiert wird und zwei aufeinanderfolgende min-max-Kandidaten durch das als zugehöriger Knotenpunkt in der darüberliegenden Schicht (El, ...) liegende min-max-Paar ersetzt werden, sofern sämtliche diesem min-max-Paar zugeordneten Abtastwerte ebenfalls innerhalb des in einer einzigen Spalte (Spl, Sp2) darzustellenden Abschnitts liegen, und Identifikation des der Spalte (Spl, Sp2) zugeordneten Minimalwertes und Maximalwertes auf Basis der durch den Baumdurchlauf gefundenen min-max-Kandidaten, wobei ein und derselbe min-max-Baum für eine Mehrzahl parallel durchzuführender Baumdurchläufe genutzt wird,

Erzeugung einer zur Signalkurve (SKI, SK2, SK3) gehörenden Hüllkurve aus den für Spalte (Spl, Sp2) spezifischen Minimalwerten und Maximalwerten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einstellung der Bildschirmdarstellung existiert, in welcher die Anzahl der Messwerte pro Datenblock (DB) mehr als das Quadrat der Anzahl der auf dem Bildschirm (6) angezeigten Spalten (Spl, Sp2) beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurvendarstellung vertikale, in einzelnen Spalten (Spl, Sp2) des Bildschirms (6) zu sehende Anzeigebalken umfasst, wobei zur Ansteuerung des Bildschirms (6) Steuersignale verwendet werden, welche in jeder Spalte (Spl, Sp2) ausschließlich Änderungen der Spalteneinträge, umfassend den unteren und oberen Rand eines jeden Anzeigebalkens, angeben.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten (Spl, Sp2) des Bildschirms (6) für abgestufte Helligkeitsdarstellungen genutzt werden, wobei die Helligkeit eines in der Spalte (Spl, Sp2) befindlichen Pixels umso höher gesetzt wird, je häufiger zum entsprechenden Zeitpunkt, bezogen auf den Startzeitpunkt (tl, t2, t3) der Signalspur (SKI, SK2, SK3), ein Signal detektiert wurde.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit in mindestens 16 Stufen angezeigt wird, wobei der Bildschirm (6) derart angesteuert wird, dass für jede Spalte (Spl, Sp2) keine absoluten Helligkeitswerte, sondern lediglich Änderungen der Helligkeit, welche beim Durchlaufen der Spalte (Spl, Sp2) auftreten, übermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Bildung eines Augendiagramms zumindest in einem Teil der Spalten (Spl, Sp2) mehrere Anzeigebalken gleichzeitig dargestellt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Messwerte in zeitlichen Abständen von nicht mehr als 10 ns erfasst werden, wobei in einer Einstellung mit extrem langer Hauptzeitbasis die in den einzelnen Spalten (Spl, Sp2) in Balkenform anzuzeigenden Werte jeweils als min-max-Paare aus mindestens 10⁶ Messwerten extrahiert werden.

11. Vorrichtung zur Anzeige mehrerer gleichzeitig darzustellender Signalspuren (SKI, SK2, SK3) mindestens eines Stroms an abgetastet vorliegenden Messdaten, umfassend einen mit Hilfe einer Datenverarbeitungsvorrichtung (3) angesteuerten Bildschirm (6), wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (3) in Zusammenwirkung mit einer zur Aufnahme der Signalspuren (SKI, SK2, SK3) vorgesehenen Datenerfassungseinrichtung (2) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung (3) zugleich zur digitalen Verarbeitung mittels der Datenerfassungseinrichtung (2) erfasster analoger Daten in Form eines unterbrechungsfreien Datenstroms ausgebildet ist.