RU2010239C1 - Digital stroboscopic oscillograph - Google Patents
Digital stroboscopic oscillograph Download PDFInfo
- Publication number
- RU2010239C1 RU2010239C1 SU5038133A RU2010239C1 RU 2010239 C1 RU2010239 C1 RU 2010239C1 SU 5038133 A SU5038133 A SU 5038133A RU 2010239 C1 RU2010239 C1 RU 2010239C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- generator
- signal
- digital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для регистрации, исследования и измерения повторяющихся радиотехнических сигналов. The invention relates to radio engineering and is intended for registration, research and measurement of repetitive radio signals.
Известен стробоскопический осциллограф с цифровым запоминанием мгновенных значений сигнала, содержащий блок синхронизации, синхронизируемый генератор серий импульсов, стробоскопический преобразователь, два счетчика импульсов, два компаратора кодов, два регистра, селектор, делитель числа импульсов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой запоминающий блок, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), усилитель вертикального отклонения, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) [1] . Known stroboscopic oscilloscope with digital storage of instantaneous signal values, containing a synchronization unit, a synchronized pulse series generator, a stroboscopic converter, two pulse counters, two code comparators, two registers, a selector, a pulse number divider, an analog-to-digital converter (ADC), a digital storage unit , digital-to-analog converter (DAC), vertical deviation amplifier, cathode ray tube (CRT) [1].
Недостатком эого осциллографа является то, что невозможно получить шаг стробирования в единицы и десятки пикосекундр, поскольку от определяется периодом импульсов серии. Современные счетчики и компараторы позволяют работать в диапазоне частот до 1 ГГц, поэтому описанное устройство может обеспечить шаг приблизительно 1 гс и быть использовано для регистрации сигналов с максимальной частотой 500 МГц. The disadvantage of this oscilloscope is that it is impossible to obtain a gating step of units and tens of picoseconds, since it is determined by the pulse period of the series. Modern counters and comparators allow you to work in the frequency range up to 1 GHz, so the described device can provide a step of approximately 1 gs and can be used to register signals with a maximum frequency of 500 MHz.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа цифровой стробоскопический осциллограф 54120Т фирмы Хьюлетт-Паккард [2] , содержащий блок синхронизации, синхронизируемый генератор серий импульсов, два счетчика импульсов, регистр, формирователь строб-импульсов, блок аналоговой задержки (БАЗ), АЦП, стробоскопический преобразователь, три ЦАП, ЭЛТ, контроллер, процессор, интегратор, интерфейсную шину. Синхроимпульсы с выхода блока синхронизации поступают на БАЗ. Длительность задержки сигнала в БАЗ определяется соответствующим ЦАП. Сигнал с выхода БАЗ запускает синхронизируемый генератор. В исходном состоянии с помощью регистра счетчики устанавливаются в заданное значение. После запуска генератора серий импульсов счетчики считают заданное в регистре число импульсов и выдают сигналы, разрешающие запуск формирователя строб-импульсов. На выходе стробоскопического преобразователя образуется сигнал, пропорциональный значениям исследуемого сигнала в момент действия строб-импульсов. Этот сигнал кодируется АЦП и через интерфейсную шину передается в контроллер ЭЛТ, который преобразует информацию в вид, удобный для наблюдения на экране ЭЛТ. За каждый период повторения исследуемого сигнала кодируется одно его значение. Для изменения момента стробирования процессор через интерфейсную шину загружает в регистр и ЦАП новое значение кода задержки, после чего процесс взятия выборки сигнала повторяется. The closest in technical essence to the claimed device is a 54120T digital stroboscopic oscilloscope of the Hewlett-Packard company [2] selected as a prototype, containing a synchronization block, a synchronized pulse series generator, two pulse counters, a register, a strobe pulse shaper, an analog delay block (BAZ) ), ADC, stroboscopic converter, three DACs, CRT, controller, processor, integrator, interface bus. The clock pulses from the output of the synchronization block are sent to the BAZ. The duration of the signal delay in the BAZ is determined by the corresponding DAC. The signal from the BAZ output starts the synchronized generator. In the initial state, using the register, the counters are set to the set value. After starting the pulse series generator, the counters count the number of pulses specified in the register and give out signals that allow the strobe pulse generator to start. At the output of the stroboscopic converter, a signal is generated proportional to the values of the signal under study at the time of the action of strobe pulses. This signal is encoded by the ADC and transmitted through the interface bus to the CRT controller, which converts the information into a form convenient for observation on the CRT screen. For each repetition period of the investigated signal, one of its values is encoded. To change the gating moment, the processor through the interface bus loads the new delay code value into the register and DAC, after which the process of sampling the signal is repeated.
Недостатком прототипа является значительная нелинейность временной развертки сигналов, особенно в пикосекундном диапазоне длительности. Это вызвано тем, что невозможно изготовить БАЗ с идеальной линейной характеристикой код-задержка. Кроме того, нестабильны периоды синхронизируемого генератора серий импульсов. Особенно отличается от стационарного значения первый период, поскольку переходные процессы в генераторе еще не установились. В результате этого погрешность анализа сигнала осциллографа 54120Т составляет 10-3Тх+10пс (Тх - длительность измеряемого интервала).The disadvantage of the prototype is the significant nonlinearity of the time base of the signals, especially in the picosecond range of duration. This is due to the fact that it is impossible to produce a BAZ with an ideal linear code-delay characteristic. In addition, the periods of the synchronized pulse series generator are unstable. The first period is especially different from the stationary value, since transients in the generator have not yet been established. As a result of this, the error analysis signal of the 54120T oscilloscope is 10 -3 T x + 10ps (T x is the duration of the measured interval).
Технической задачей, которая решается изобретением, является снижение погрешности анализа исследуемых сигналов за счет автоматической подстройки частоты синхронизируемого генератора серий импульсов и длительности задержки в БАЗ по сигналу со стабильным периодом, получаемому благодаря использованию умножителя частоты кварцевого генератора. The technical problem that is solved by the invention is to reduce the error in the analysis of the studied signals due to the automatic adjustment of the frequency of the synchronized pulse series generator and the delay time in the BAZ according to the signal with a stable period obtained by using a frequency multiplier of the crystal oscillator.
Отличительными признаками заявляемого цифрового стробоскопического осциллографа (ЦСО), содержащего блок синхронизации, первый вход которого является входом синхросигнала, синхронизируемый генератор серий импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, БАЗ, формирователь строб-импульсов, первый выход которого соединен с входом запуска стробоскопического преобразователя исследуемого сигнала, первый вход которого является входом осциллографа, при этом входы управления блока синхронизации, БАЗ, стробоскопического преобразователя исследуемого сигнала и счетчика импульсов соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего ЦАП и первым выходом первого регистра, входы которых подключены к интерфейсной шине, соединенной также с выходом АЦП и входами процессора и контроллера индикации, выход которого соединен с ЭЛТ, являются введение кварцевого генератора, умножителя частоты, стробоскопического преобразователя калибратора, первого и второго коммутаторов, второго регистра, четвертого и пятого ЦАП и особое выполнение БАЗ, формирователя строб-импульсов, синхронизируемого генератора серий импульсов. The distinguishing features of the inventive digital stroboscopic oscilloscope (ЦСО), containing a synchronization unit, the first input of which is an input of a clock signal, a synchronized series of pulses, the output of which is connected to a counting input of a pulse counter, BAZ, a strobe generator, the first output of which is connected to a trigger input of a stroboscopic converter of the studied signal, the first input of which is the input of the oscilloscope, while the control inputs of the synchronization unit, BAZ, stroboscopic the converter of the signal under study and the pulse counter are connected respectively to the outputs of the first, second and third DACs and the first output of the first register, the inputs of which are connected to the interface bus, also connected to the ADC output and the inputs of the processor and display controller, the output of which is connected to the CRT, are the introduction a quartz oscillator, a frequency multiplier, a stroboscopic converter of the calibrator, the first and second switches, the second register, the fourth and fifth DACs, and the special implementation of the BAZ is formed a strobe pulse generator, a synchronized pulse series generator.
На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого ЦСО; на фиг. 2 - БАЗ; на фиг. 3 - формирователя строб-импульсов; на фиг. 4 - синхронизируемого генератора; на фиг. 5 - коммутатора; на фиг. 6 показан алгоритм работы процессора; на фиг. 7 - алгоритм управления "уровнем" синхронизации по команде оператора; на фиг. 8 - алгоритм управления "смещением" строб-преобразователя исследуемого сигнала; на фиг. 9 - алгоритм регистрации реализации исследуемого сигнала; на фиг. 10 - алгоритм взятия выборки сигнала с номером i; на фиг. 11 - алгоритм взятия опорной выборки сигнала; на фиг. 12 - алгоритм идентификации нелинейности БАЗ и определения координат (кодов задержки) опорных отсчетов; на фиг. 13 - алгоритм вычисления массивов кодов развертки; на фиг. 14 - алгоритм коррекции периода синхронизируемого генератора серий импульсов; на фиг. 15 - алгоритм подстройки величины максимальной задержки БАЗ. In FIG. 1 presents a block diagram of the inventive CSO; in FIG. 2 - BAS; in FIG. 3 - shaper strobe pulses; in FIG. 4 - synchronized generator; in FIG. 5 - switch; in FIG. 6 shows the algorithm of the processor; in FIG. 7 - a control algorithm for the "level" of synchronization at the command of the operator; in FIG. 8 - algorithm for controlling the "offset" of the strobe converter of the signal under investigation; in FIG. 9 - algorithm for recording the implementation of the investigated signal; in FIG. 10 - algorithm for sampling the signal with number i; in FIG. 11 is an algorithm for taking a reference sample of a signal; in FIG. 12 is an algorithm for identifying non-linearity of BAS and determining coordinates (delay codes) of reference samples; in FIG. 13 is an algorithm for computing arrays of scan codes; in FIG. 14 is a correction algorithm for a period of a synchronized pulse series generator; in FIG. 15 is an algorithm for adjusting the magnitude of the maximum delay BAZ.
ЦСО (фиг. 1) содержит последовательно соединенные блок 1 синхронизации, первый коммутатор 2, синхронизируемый генератор 3 серий импульсов, счетчик 4 импульсов, БАЗ 5, формирователь 6 строб-импульсов, стробоскопический преобразователь 7 исследуемого сигнала, второй коммутатор 8, АЦП 9. Вход запуска АЦП соединен с вторым выходом формирователя 6 строб-импульсов, а выход - с интерфейсной шиной 10, соединенной с цифровыми входами ЦАП 11 (третьего), 12 (четвертого), 13 (второго), 14 (пятого), 15 (первого), регистров 16 (первого), 17 (второго), контроллера 18 индикации и процессора 19. Выходы ЦАП11, 13 и 15 подключены соответственно к входам управления стробоскопического преобразователя 7, БАЗ 5 и блока 1 синхронизации. Выходы ЦАП 12 и 14 подключены соответственно к входу подстройки опорного напряжения второго ЦАП 13 и к входу подстройки синхронизируемого генератора 3 серии импульсов. Выходы первого регистра 16 подключены первый к входу управления счетчика 4 импульсов, второй к входу остановки синхронизируемого генератора 3 серии импульсов. Выход второго регистра 17 подключен к входам управления коммутаторов 2 и 8. Выход контроллера 18 индикации подключен к ЭЛТ 20. К первому входу коммутатора 2 подключен второй выход кварцевого генератора 21, а его первый выход - к входу умножителя 22 частоты. Выход умножителя частоты соединен с сигнальным входом стробоскопического преобразователя 23 калибратора, вход запуска которого соединен с третьим выходом формирователя 6 строб-импульсов, а выход - с первым входом коммутатора 8. DSS (Fig. 1) contains a serially connected
БАЗ 5 (фиг. 2) содержит буферный каскад 24, вход которого является входом запуска БАЗ 5, а выход соединен с входами формирователя 25 импульсов запуска, выход которого является вторым входом БАЗ 5, и ограничителя 26. Выход ограничителя 26 через резистор 27 соединен с выходом управляемого источника 28 тока, вход которого является входом управления БАЗ 5, и с анодом диода 29, который является первым выходом БАЗ 5. Катод диода 29 заземлен. BAZ 5 (Fig. 2) contains a
Формирователь 6 строб-импульсов (фиг. 3) содержит последовательно соединенные фиксатор 30, буферный каскад 31, оконечный формирователь 32. Выход каждого из перечисленных каскадов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами формирователя 6. The strobe pulse generator 6 (Fig. 3) contains a serially connected
Синхронизируемый генератор 3 серий импульсов (фиг. 4) содержит последовательно соединенные D-триггер 33, логический элемент ИЛИ 34, конденсатор 35 и варикап 36, катод которого заземлен, а анод является входом подстройки генератора 3. Между первым входом логического элемента ИЛИ 34 и его выходом включена линия 37 задержки. С-вход D-триггера 33 является входом запуска генератора 3, D-вход - входом уровня логической "1", а R-вход - входом остановки. Выход логического элемента ИЛИ 34 является выходом генератора 3. The synchronized generator 3 series of pulses (Fig. 4) contains a series-connected D-flip-
Коммутаторы 2 и 8 (фиг. 5) могут быть выполнены на реле РЭК-11 согласно прилагаемой электрической схеме.
В качестве ЦАП 11, 12, 13, 14, 15, использованы микросхемы типа КР572ПА2А в типовом включении, как показано на рис. 6.83 в [6] , а регистры 16, 17 - на микросхемах 533ИР22. Кварцевый генератор 21 и умножитель 22 частоты описаны в [5] . Описания функциональных схем блока 1 синхронизации и стробоскопических преобразователей 7, 23 приведены в [3] на рис. 5.1 и 3.3. ЭЛТ 20, счетчик 4 импульсов, АЦП9, интерфейсная шина 10, процессор 19, контроллер 18 индикации аналогичны прототипу и представлены в [2] на стр. 6В-25-6В-30. As
ЦСО работает следующим образом. CSO works as follows.
При регистрации сигналов коммутаторы 2 и 8 включены так, что на вход синхронизируемого генератора 3серий импульсов поступает сигнал с блока 1 синхронизации, а на вход АЦП 9 - сигнал с выхода стробосокпического преобразователя 7 исследуемого сигнала. Под воздействием синхросигнала синхронизируемый генератор 3 серий импульсов начинает вырабатывать импульсы с периодом Т. После того, как счетчик 4 импульсов отсчитает заданное число импульсов, устанавливаемое в первом регистре 16, происходит запуск БАЗ 5. Величина задержки в БАЗ 5 определяется сигналом второго ЦАП 13. Максимальное значение задержки соответствует длительности периода Т. Сигнал с выхода БАЗ 5 запускает формирователь 6 строб-импульсов, на выходах которого формируются строб-импульсы для стробоскопического преобразователя 7 исследуемого сигнала, стробоскопического преобразователя 23 калибратора и импульс запуска АЦП 9. Строб-импульсы стробируют исследуемый сигнал на входе стробоскопического преобразователя 7 исследуемого сигнала, и на его выходе образуется аналоговое напряжение, пропорциональное значениям сигнала в момент стробирования. Это значение кодируется АЦП 9 и через интерфейсную шину 10 передается в контроллер 18 индикации. После выполнения одного цикла взятия выборки процессор 19 загружает в первый регистр 16 и второй ЦАП 13 новое значение кода задержки и цикл повторяется. Таким образом, осуществляется запись сигнала в памяти контроллера 18 индикации через заданные промежутки времени. Контроллер 18 индикации выводит информацию на экран ЭЛТ 20 для визуального просмотра. Для устранения погрешности, вызываемой неидеальностью синхронизируемого генератора 3 серий импульсов и БАЗ 5, ЦСО переходит в режим калибровки. Для этого по команде процессора 19 второй регистр 17 устанавливается в состояние, обеспечивающее переключение коммутаторов 2, 8 и подключение к входу синхронизируемого генератора 3 серий импульсов второго выхода кварцевого генератора 21, а к первому входу АЦП 9 выхода стробоскопического преобразователя 23 калибратора. На вход стробоскопического преобразователя 23 калибратора подается сигнал с умножителя 22 частоты со стабильным периодом. По командам процессора 19 происходит измерение известных временных интервалов, соответствующих целому числу периодов сигнала с выхода умножителя 22 частоты. Полученные данные используются для вычисления и записи цифровых кодов в ЦАП 12 и 14 для коррекции периода Т сигнала с выхода синхронизируемого генератора 3 сигналов импульсов и подстройки величины максимальной задержки БАЗ 5. Для получения больших временных задержек, больших длительности максимальной задержки, равной Тмакс= 2М ˙Т, где М - число разрядов счетчика 4 импульсов, используется режим отключения синхронизируемого генератора 3 серий импульсов от процессора 19. Если требуемая задержка больше величины максимальной задержки, то после стробирования процессор 19 не дает команды остановки синхронизируемого генератора 3 серии импульсов на первый регистр 16 и записи информации из АЦП 9 в контроллер 18 индикации. В этом режиме счетчик 4 импульсов циклически выдает импульсы запуска БАЗ 5 с периодом Тмакс. Счет этих периодов осуществляется процессором 19. По достижении заданного значения задержки на первый регистр 16 подается сигнал, осуществляющий выключение синхронизируемого генератора 3 серии импульсов и запись нового кода задержки в счетчик 4 импульсов. Поскольку период синхронизируемого генератора 3 серии импульсов стабилизируется по сигналу, стабильность которого определяется кварцевым генератором 21, возможна реализация значительно большей точности временной развертки сигналов. Предложенная схема позволяет устранить нелинейность задержки в БАЗ 5 с периодом синхронизируемого генератора 3 серии импульсов. Коррекция нелинейности осуществляется следующим образом. Определяются коды задержки, соответствующие заданным периодам сигнала умножителя 22 частоты (С1. . . Сn), затем осуществляются аппроксимация нелинейной зависимости кодов управления от задержки квадратичной кривой (определение коэффициентов полинома ao, a1, a2) и вычисление кодов, обеспечивающих требуемую задержку tз[с(tз)= ао+а1(tз)+а2t3] .When registering the signals, the
Наличие в БАЗ 5 выхода запуска внешнего генератора позволяет иметь меньшую нестабильность в режиме внешней синхронизации генераторов импульсов. Меньшая нестабильность получается при развертках длительностью менее максимальной задержки БАЗ 5 и обусловлена меньшим числом активных элементов в цепи запуска стробоскопического преобразователя 7 исследуемого сигнала относительно запуска внешнего генератора. The presence in the BAZ 5 of the external generator start output allows you to have less instability in the external synchronization mode of the pulse generators. Less instability is obtained during sweeps shorter than the maximum delay of the BAZ 5 and is due to the smaller number of active elements in the trigger circuit of the stroboscopic transducer 7 of the investigated signal relative to the start of the external generator.
Благодаря наличию входа подстройки во втором ЦАП 13 возможна регулировка опорного напряжения. Регулировкой опорного напряжения обеспечивают компенсацию нестабильности максимального значения задержки, вызываемую температурными изменениями в БАЗ 5. Due to the presence of the input adjustment in the
БАЗ 5 работает следующим образом. Сигнал с выхода второго ЦАП 13 поступает на управляемый источник 28 тока с большим выходным сопротивлением. Ток от источника 28 тока протекает через диод 29 с накоплением заряда и создает в нем избыточный заряд Q= i τж, где i - величина тока; τж- время жизни носителей. При запуске БАЗ 5 буферный каскад 24, представляющий собой ждущий мультивибратор [4, рис. 6.1] , вырабатывает импульс фиксированной длительности. Импульс рассасывает избыточные заряды и закрывает диод 29. Время задержки запирания диода, равное времени рассасывания зарядов, определяется выражением
t3 = τж ln1 + , где iобр= Еобр/R; i - величина тока рассасывания заряда;
Еобр - напряжение ограничения в ограничителе 26.BAZ 5 works as follows. The signal from the output of the
t 3 = τ w ln 1 + where i arr = E arr / R; i is the magnitude of the charge resorption current;
E arr - voltage limit in the
При использовании диодов 29 с накоплением зарядов типа КД630 величина максимальной задержки может достигать 80-100 нс. Формирователь 25 импульсов запуска обеспечивает формирование сигнала на втором выходе БАЗ 5 с требуемыми амплитудой и длительностью. Ограничитель предназначен для стабилизации напряжения Еобр, определяющего обратный ток диода 29, и выполнен на диоде Шоттки, к одному из выводов которого подключен источник стабильного напряжения.When using
Формирователь 6 строб-импульсов (фиг. 3) с помощью фиксатора 30, представляющего собой мультивибратор, фиксирует момент пересечения выходным сигналом БАЗ 5 заданного уровня напряжения и формирует импульс со стабильной амплитудой (сигнал с выхода БАЗ 5 уменьшается по амплитуде с ростом задержки). Сигнал с выхода фиксатора 30 запускает стробоскопический преобразователь 7 исследуемого сигнала и через буферный каскад 31, представляющий собой эмиттерный повторитель, оконечный формирователь 32. Кроме того, сигнал с выхода буферного каскада 31 запускает АЦП 9. Оконечный формирователь 32 фиксирует импульсы запуска стробоскопического преобразователя 23 калибратора и выполнен по схеме, представленной в [3] на рис. 2.11. The strobe pulse generator 6 (Fig. 3), using the
Синхронизируемый генератор 3 серий импульсов (фиг. 4) работает следующим образом. С приходом импульса синхронизации с блока 1 через коммутатор 2 на С-вход D-триггера 33 на его выходе образуется уровень логического "0". Логический элемент ИЛИ 34 начинает переключаться с периодом, соответствующим длительности задержки в линии 37 задержки. Подстройка периода в небольших пределах, компенсирующая температурные изменения периода колебаний, осуществляется изменением емкости варикапа 36, подключенного к выходу логического элемента ИЛИ 34 через конденсатор 35. Выключение синхронизируемого генератора 3 осуществляется подачей уровня логического "0"на R-вход D-триггера 33. The synchronized generator 3 series of pulses (Fig. 4) works as follows. With the arrival of the synchronization pulse from
Заявляемый ЦСО имеет период Т генератора серий импульсов, равный 49 нс. Частота сигнала с выхода умножителя частоты 2 ГГц. Для коррекции нелинейности задержки в БАЗ измерялось 80 значений периодов сигнала с выхода умножителя частоты. Подстройка периода синхронизируемого генератора и коррекция нелинейности задержки БАЗ позволили получить погрешности анализа сигнала ЦСО 10-5 Тх+5пс, т. е. снизить по сравнению с прототипом более чем на порядок. Кроме того, нестабильность синхронизации генератора импульсов на временных интервалах до 40 нс не превышает 1 пс (среднеквадратическое значение. У прототипа (НР54120Т) этот параметр составляет 2пс.The inventive DSC has a period T of a pulse series generator equal to 49 ns. The frequency of the signal from the output of the
Описание алгоритмов управления работой блоков ЦСО процессором 19 приведено ниже. A description of the algorithms for controlling the operation of the blocks of the DSP processor 19 is given below.
На фиг. 6 приведен главный алгоритм процессора 19, определяющий функционирование устройства в целом. После включения питания, во время начальной установки процессор выполняет такие типовые действия, как самоконтроль, проверка исправности контроллера индикации, установка в исходные состояния напряжений компенсации (третий ЦАП), уровня синхронизации (первый ЦАП). Далее вплоть до выключения питания процессор выполняет две основные функции: реагирует на команды оператора, выполняя те или иные подпрограммы, и обеспечивает циклическое взятие выборок (отсчетов) сигналов. In FIG. 6 shows the main algorithm of the processor 19, which determines the operation of the device as a whole. After turning on the power, during the initial installation, the processor performs such typical actions as self-monitoring, checking the health of the display controller, setting the compensation voltages (third DAC) to the initial state, and the synchronization level (first DAC). Further, until the power is turned off, the processor performs two main functions: it responds to operator commands by performing certain subroutines, and provides cyclic sampling (samples) of signals.
На фиг. 7 приведен алгоритм управления "уровнем" синхронизации по команде оператора. Текущее значение "уровня" хранится в ячейке памяти LEVEL. Вначале определяется направление изменения "уровня" - увеличение или уменьшение. Затем текущее значение "уровня" сравнивается с нижним или верхним граничным значением. Если параметр "уровень" может выйти за допустимые пределы, то выдается сообщение об ошибке и сохраняется прежнее значение "уровня". Если значение параметра не выходит за пределы, то происходит увеличение (или уменьшение) содержимого ячейки памяти LEVEL, а затем измененное значение "уровня" переписывается в ЦАП 15. Новое значение "уровня" тоже отобра- жается на экране ЭЛТ в алфавитно-цифровом виде для визуального наблюдения оператором. In FIG. 7 shows the algorithm for controlling the "level" of synchronization at the command of the operator. The current "level" value is stored in the LEVEL memory location. First, the direction of the “level” change is determined - increase or decrease. Then the current “level” value is compared with the lower or upper limit value. If the parameter "level" can exceed the permissible limits, an error message is issued and the previous value of the "level" is saved. If the parameter value does not go beyond, then the content of the LEVEL memory cell increases (or decreases), and then the changed “level” value is written to the DAC 15. The new “level” value is also displayed on the CRT screen in alphanumeric for visual observation by the operator.
На фиг. 8 приведен алгоритм управления "смещением" стробоскопического преобразователя исследуемого сигнала. Текущее значение "смещения" хранится в ячейке памяти OFS. Управление "смещением" производится путем записи содержимого ячейки OFS в ЦАП 11. В остальном алгоритм на фиг. 8 аналогичен алгоритму на фиг. 7. In FIG. Figure 8 shows the control algorithm for the "offset" of the stroboscopic converter of the signal under investigation. The current offset value is stored in the OFS memory location. The bias control is performed by writing the contents of the OFS cell to the
На фиг. 9 показан алгоритм регистрации реализации исследуемого сигнала. Он главным образом составлен из блоков "взятие выборки", аналогичных блоку на фиг. 6. Из сопоставления этих блоков следует, что между блоками на фиг. 9 могут выполняться какие-либо команды оператора. Однако, поскольку эти команды не влияют на последовательность и внутреннее пополнение блоков на фиг. 9, а их появление случайно во времени, то блоки выполнения команд оператора на фиг. 9 отсутствуют. Вначале последовательно регистрируются N выборок исследуемого сигнала siG(i), i= . Затем процессор 19 записывает в регистр 17 логическую "1", включается режим "калибровка". При этом генератор 3 синхронизируется от кварцевого генератора 21, а на вход АЦП 9 поступает сигнал с выхода стробоскопического преобразователя 23 калибратора. Выполняется взятие трех опорных выборок сигнала калибратора КС: RP1, RP2, RP3. На основе анализа опорных выборок RP1, RP3 выполняется коррекция периода Т синхронизируемого генератора 3 путем вычисления и записи в ЦАП 14 кода коррекции. На основе анализа опорных выборок RP1, RP2 выполняется коррекция максимальной задержки БАЗ 5 путем вычисления соответствующего кода и записи в ЦАП 12. После этого заключается режим "калибровка", процессор 19 записывает в регистр 17 логический "0", при этом генератор 3 синхронизируется от внешнего синхросигнала, а на вход АЦП 9 подается сигнал с выхода стробоскопического преобразователя исследуемого сигнала. Цикл регистрации исследуемого сигнала повторяется.In FIG. 9 shows an algorithm for registering the implementation of the signal under investigation. It is mainly composed of sampling blocks similar to the block in FIG. 6. From a comparison of these blocks, it follows that between the blocks in FIG. 9, any operator commands may be executed. However, since these commands do not affect the sequence and internal completion of the blocks in FIG. 9, and their appearance is random in time, the blocks of the execution of the operator's instructions in FIG. 9 are absent. First, N samples of the studied signal siG (i), i = . Then the processor 19 writes a logical "1" to the register 17, the "calibration" mode is activated. When this generator 3 is synchronized from the crystal oscillator 21, and the input of the ADC 9 receives a signal from the output of the stroboscopic converter 23 of the calibrator. Three reference samples of the KS calibrator signal are taken: RP1, RP2, RP3. Based on the analysis of the reference samples RP1, RP3, the period T of the synchronized generator 3 is corrected by calculating and writing the correction code to the DAC 14. Based on the analysis of the reference samples RP1, RP2, the maximum delay of the BAZ 5 is corrected by calculating the corresponding code and writing to the DAC 12. After this, the "calibration" mode is entered, the processor 19 writes a logical "0" to the register 17, and the generator 3 is synchronized from the external clock signal, and the input of the ADC 9 receives a signal from the output of the stroboscopic converter of the signal under study. The cycle of registration of the investigated signal is repeated.
На фиг. 10 показан алгоритм взятия выборки сигнала с номером, который идентичен алгоритму прототипа. Величина задержки, определяющая временное положение выборки сигнала, задается цифpовыми кодами, записываемыми в ЦАП 13 и в регистр 16. Эти цифровые коды SWA(i) - код, управляющий БАЗ, и SWD(i) - код, управляющий счетчиком 4, вычисляются заранее и хранятся в памяти процессора в виде массивов размерности N, где N - число точек развертки. Вычисление этих массивов производится по алгоритму, показанному на фиг. 13, при изменении параметров развертки осциллографа (длительности развертки, начальной задержки). После того, как счетчик 4 и БАЗ 5 отработают заданную задержку, стробоскопический преобразователь возьмет выборку сигнала, АЦП преобразует величину напряжения в цифровой код, который запоминается в ячейке памяти SIG(i). In FIG. 10 shows an algorithm for sampling a signal with a number that is identical to the algorithm of the prototype. The delay value, which determines the temporal position of the signal sampling, is set by digital codes recorded in the
Алгоритм взятия опорной выборки сигнала калибратора RPi, показанный на фиг. 11, аналогичен предыдущему. Коды задержки RAi, RDi, i= 1,3, также вычисляются заранее. The reference sampling algorithm of the signal of the calibrator RPi shown in FIG. 11 is similar to the previous one. The delay codes RAi, RDi, i = 1.3, are also computed in advance.
Для калибровки развертки осциллографа используется сигнал с известным периодом Т, формируемый умножителем 22 частоты из сигнала генератора 21 с кварцевой стабилизацией частоты. Возможность взятия выборок этого сигнала обеспечивается введенными стробоскопическим преобразователем 23 калибратора и первым и вторым коммутаторами 2 и 8, а также регистром 17. Калибровка развертки осциллографа сводится к следующему. To calibrate the sweep of the oscilloscope, a signal with a known period T is used, generated by the frequency multiplier 22 from the signal of the oscillator 21 with quartz frequency stabilization. The possibility of sampling this signal is provided by the introduced stroboscopic converter 23 of the calibrator and the first and
1. Идентификация нелинейности БАЗ (вычисление коэффициентов аппроксимирующих полиномов). Определение координат опорных отсчетов (выполняется однократно после включения прибора). 1. Identification of nonlinearity of the BAS (calculation of coefficients of approximating polynomials). The determination of the coordinates of the reference samples (performed once after turning on the device).
2. Коррекция нелинейности БАЗ. Выполняется при вычислении массива развертки SWA(i) с использованием полученных коэффициентов полиномов. 2. Correction of the nonlinearity of the BAS. It is performed when calculating the sweep array SWA (i) using the obtained polynomial coefficients.
3. Коррекция периода Т сигнала синхронизируемого генератора 3 и величины максимальной задержки БАЗ τмакс. Выполняется после регистрации каждой реализации исследуемого сигнала или через определенные промежутки времени.3. The correction of the period T of the signal of the synchronized generator 3 and the maximum delay BAZ τ max . It is carried out after registration of each implementation of the studied signal or at certain intervals.
На фиг. 12 показан алгоритм идентификации нелинейности БАЗ и определения координат (кодов задержки) опорных отсчетов. Вначале формируется массив линейных кодов задержки
WAмакс(i-1)/(N-1)
В четвертый и пятый ЦАП записываются управляющие коды, равные половине максимальных. Поскольку идентифицируется нелинейность БАЗ, то код задержки счетчика 4 равен нулю для всех выборок сигнала, а код задержки БАЗ линейно возрастает от нуля для первой выборки сигнала до максимального значения SWAмакс для последней выборки.In FIG. 12 shows an algorithm for identifying BAS nonlinearity and determining coordinates (delay codes) of reference samples. First, an array of linear delay codes is formed.
WA max (i-1) / (N-1)
In the fourth and fifth DACs, control codes equal to half the maximum are written. Since the non-linearity of the BAZ is identified, the delay code of the
Далее включается режим "калибровки" и регистрируется реализация из N выборок сигнала калибратора RP(i), i= . На выходе умножителя 22 частоты имеется синусоидальный биполярный сигнал с периодом . Полученный сигнал RP(i) искажен за счет неэквидиcтантности моментов взятия его выборок. Обработка массива значений RP(i) заключается в локализации моментов перехода значений сигнала через ноль to, t1, . . . , t1и определении соответствующих этим моментам кодов задержки Со, С1, . . . , CL. Направление SD первого перехода через ноль фиксируется, и далее принимаются во внимание только переходы того же направления. SD= + 1, если переход положителен, SD= -1, если отрицателен.Next, the “calibration” mode is turned on and the implementation of N samples of the calibrator signal RP (i), i = . At the output of the frequency multiplier 22 there is a sinusoidal bipolar signal with a period . The received signal RP (i) is distorted due to the non-equidistance of the moments of taking its samples. Processing the array of values of RP (i) consists in localizing the moments of transition of the signal values through zero t o , t 1 ,. . . , t 1 and determining the corresponding delay codes C o , C 1 ,. . . , C L. The direction SD of the first zero crossing is fixed, and only transitions in the same direction are taken into account. SD = + 1 if the transition is positive, SD = -1 if it is negative.
Число периодов сигнала калибратора, соответствующее изменению задержки в БАЗ от τмин(SWA = 0) до τмакс(SWA= SWAmax), равно L (числу пересечений нуля +1). L должно быть велико, чтобы получить достаточно информации о нелинейности БАЗ. В то же время число выборок на период сигнала калибратора N/L должно быть не менее 15-20 (в противном случае уменьшается точность локализации момента перехода сигнала через ноль и увеличивается погрешность коррекции нелинейности БАЗ). В заявляемом ЦСО L= 80.The number of periods of the calibrator signal corresponding to the change in the delay in the BAS from τ min (SWA = 0) to τ max (SWA = SWA max ) is L (the number of zero crossings +1). L must be large in order to get enough information about the nonlinearity of the BAS. At the same time, the number of samples per period of the N / L calibrator signal must be at least 15-20 (otherwise, the localization accuracy of the moment the signal passes through zero decreases and the error of correction of the nonlinearity of the BAZ increases). In the claimed CSO L = 80.
Для коррекции нелинейности весь диапазон задержки БАЗ разбивается на неперекрывающиеся участки
to. . . . t1. . . t2
t2. . . t3. . . t4
t4. . . t5. . . t6
. . . . . . . . . . .To correct non-linearity, the entire delay range of the BAS is divided into non-overlapping sections
t o . . . . t 1 . . . t 2
t 2 . . . t 3 . . . t 4
t 4 . . . t 5 . . . t 6
. . . . . . . . . . .
tL-2. . . tL-1. . . tL, ограниченные "нулями" сигнала калибратора.t L-2 . . . t L-1 . . . t L limited by the "zeros" of the calibrator signal.
Для первого участка рассчитываются значения коэффициентов аппроксимирующего полинома:
ao (1) = Co;
a
a
a o (1) = C o ;
a
a
Затем аналогично определяются коэффициенты ao (k); a1 (k), a2 (k)для остальных участков с номерами k= 2. . . L/2:
ao (k)= C2(k-1);
a
a
a o (k) = C 2 (k-1) ;
a
a
После этого определяется значение задержки первого нуля toкалибровочного сигнала. Для этого проводится экстраполяция влево от первого участка (например, по методу Ньютона с использованием коэффициентов ao (1), a1 (1), a2 (1).After that, the value of the first zero delay t o of the calibration signal is determined. To do this, extrapolation is carried out to the left of the first section (for example, according to the Newton method using the coefficients a o (1) , a 1 (1) , a 2 (1) .
В качестве координат опорных отсчетов используются следующие значения
На фиг. 13 изображен алгоритм вычисления массивов кодов развертки с кусочно-квадратической аппроксимацией нелинейной зависимости задержки БАЗ от кодов управления.The following values are used as the coordinates of the reference samples
In FIG. 13 shows an algorithm for computing arrays of scan codes with a piecewise-quadratic approximation of the nonlinear dependence of the delay of the BAS on the control codes.
Входными данными являются число отсчетов N, начальная задержка τ и шаг развертки Δt. Программа выполняется циклически для кодов задержки с номерами от 1 до N. Вначале определяется общее время задержки ti для выборки с номером i. Затем выделяется часть задержки to(i), кратная периоду Т колебаний синхронизируемого генератора 3, вычисляется и запоминается код SWD(i) управления счетчиком 4. Из остатка tA(i)<T вычитается значение задержки первого нуля to и определяется номер k участка аппроксимации, а затем с использованием коэффициентов ao (k), a1 (k), ao (k) вычисляется и запоминается код SWA(i) управления задержкой БАЗ.The input data are the number of samples N, the initial delay τ, and the sweep step Δt. The program is executed cyclically for delay codes with numbers from 1 to N. First, the total delay time t i for the sample with number i is determined. Then, a part of the delay t o (i), which is a multiple of the period T of oscillations of the synchronized generator 3, is extracted, the counter control code SWD (i) 4 is calculated and stored. From the remainder t A (i) <T, the delay value of the first zero t o is subtracted and the number k the approximation section, and then using the coefficients a o (k), a 1 (k) , a o (k) , the code BAS (delay control) BAZ is calculated and stored.
На фиг. 14 приведен алгоритм коррекции периода Т синхронизируемого генератора 3 серий импульсов. Вначале вычисляется разность значний третьей и первой опорных выборок сигнала калибратора. Интервал времени между этими выборками равен T. Если величина Т кратна периоду калибровочного сигнала, то разность Δ равна нулю. Если Т отличается от требуемой величины, то и Δ отлична от нуля. Поскольку опорные выборки берутся из сигнала вблизи пересечения им нуля, т. е. на участке с максимальной крутизной, то обеспечивается наибольшая чувствительность преобразования временного сдвига в напряжение. In FIG. 14 shows an algorithm for correcting the period T of a synchronized generator of 3 series of pulses. First, the difference between the values of the third and first reference samples of the calibrator signal is calculated. The time interval between these samples is T. If the value of T is a multiple of the period of the calibration signal, then the difference Δ is equal to zero. If T differs from the required value, then Δ is nonzero. Since the reference samples are taken from the signal near the intersection of zero, that is, in the area with maximum steepness, the highest sensitivity of the conversion of the time shift to voltage is provided.
Направление коррекции (увеличение или уменьшение корректирующего параметра СТД, хранящегося в памяти процессора) зависит от знака Δ и от знака SD наклона сигнала в момент пересечения нуля. Если эти знаки совпадают, то изменение параметра отрицательно, если противоположны - положительно. После вычисления величина СТД записывается процессором 19 в ЦАП 14, который подстраивает период Т генератора 3. The direction of correction (increase or decrease of the correction parameter STD stored in the processor memory) depends on the sign Δ and on the sign SD of the slope of the signal at the moment of zero crossing. If these signs coincide, then the change in the parameter is negative, if opposite, positive. After calculation, the value of the STD is recorded by the processor 19 in the DAC 14, which adjusts the period T of the generator 3.
На фиг. 15 изображен алгоритм подстройки величины максимальной задержки БАЗ 5. Алгоритм аналогичен предыдущему. Разность значений второй и первой опорных выборок характеризует исключительно БАЗ, поскольку интервал времени между этими выборками - это интервал между первым и последним нулями калибровочного сигнала, равный (L-1). Коды задержки RA1= Co, RA2= CL определяются при калибровке, и если за прошедшее с момента калибровки времени характеристики БАЗ не изменились, то разность Δ = RP2= RP1 равна нулю. Если задержка τмакс увеличилась или уменьшилась по сравнению с первоначальной, то изменилось значение задержки, соответствующее кодам RA1, RA2, и Δ отлична от нуля. По аналогии с предыдущим алгоритмом определяется знак регулирования. Вычисленная величина параметра СТА записывается в четвертый ЦАП, что приводит к изменению временного масштаба БАЗ.In FIG. 15 shows an algorithm for adjusting the value of the maximum delay BAZ 5. The algorithm is similar to the previous one. The difference in the values of the second and first reference samples characterizes exclusively BAZ, since the time interval between these samples is the interval between the first and last zeros of the calibration signal, equal to (L-1). The delay codes RA 1 = C o , RA 2 = C L are determined during calibration, and if the BAS characteristics have not changed since the time of calibration, then the difference Δ = RP2 = RP1 is equal to zero. If the delay τ max increased or decreased compared with the original, then the delay value corresponding to the codes RA 1 , RA 2 , and Δ is different from zero. By analogy with the previous algorithm, the sign of regulation is determined. The calculated value of the CTA parameter is recorded in the fourth DAC, which leads to a change in the time scale of the BAS.
На фиг. 12 показано, что при калибровке параметрам СТА и СТР присваиваются значения, равные половине максимальных. Диапазон подстройки Т и τмакс устанавливается таким, чтобы можно было скомпенсировать любые изменения этих параметров, вызываемые различными возмущающими факторами в пределах допустимых условий эксплуатации осциллографа. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 911342, кл. G 01 R 13/20, 1982.In FIG. 12 shows that during calibration, the parameters CTA and CTP are assigned values equal to half the maximum. The tuning range T and τ max is set so that it is possible to compensate for any changes in these parameters caused by various disturbing factors within the permissible operating conditions of the oscilloscope. (56) 1. USSR Copyright Certificate N 911342, cl. G 01
2. HP54120T Digitising oscilliscope - Service Manual Henletl-Packord, 1988 (рис. 6В-25-6В-30). 2. HP54120T Digitising oscilliscope - Service Manual Henletl-Packord, 1988 (Fig. 6B-25-6B-30).
3. Рябинин Ю. А. Стробоскопическое осциллографирование. М. : Сов. радио, 1978. 3. Ryabinin Yu. A. Stroboscopic oscillography. M.: Sov. radio, 1978.
4. Справочник по импульсной технике. /Под редакцией В. М. Яковлева, Киев: Техника, 1970. 4. Reference pulse technology. / Edited by V. M. Yakovlev, Kiev: Technique, 1970.
5. Аппаратура для частотных и временных измерений. / Под ред. А. П. Горшкова, М. : Сов. радио, 1971, с. 73. 5. Equipment for frequency and time measurements. / Ed. A.P. Gorshkova, M.: Sov. radio, 1971, p. 73.
6. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. / Под ред. С. В. Якубовского. М. : Радио и связь, 1984, с. 356. 6. Analog and digital integrated circuits. / Ed. S.V. Yakubovsky. M.: Radio and Communications, 1984, p. 356.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038133 RU2010239C1 (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Digital stroboscopic oscillograph |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038133 RU2010239C1 (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Digital stroboscopic oscillograph |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010239C1 true RU2010239C1 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=21602257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5038133 RU2010239C1 (en) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | Digital stroboscopic oscillograph |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2010239C1 (en) |
-
1992
- 1992-04-20 RU SU5038133 patent/RU2010239C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7653500B2 (en) | Sequential timebase | |
US4283713A (en) | Waveform acquisition circuit | |
US4564804A (en) | Method and apparatus for automatically detecting signal levels | |
US4251754A (en) | Digital oscilloscope with reduced jitter due to sample uncertainty | |
US4855968A (en) | Time interval measurement system for analog oscilloscope | |
Raisanen-Ruotsalainen et al. | A time digitizer with interpolation based on time-to-voltage conversion | |
RU2010239C1 (en) | Digital stroboscopic oscillograph | |
JPH0666665B2 (en) | Inclination signal calibration method and digital time base circuit | |
US4097798A (en) | Oscilloscope sweep rate indicator system | |
EP0444875B1 (en) | Method and apparatus for increasing throughput in random repetitive digitizing systems | |
US3881133A (en) | Two dot indicator system | |
US4529930A (en) | Programmable delay for digitizer circuits | |
US4868465A (en) | Sweep generator error characterization | |
US4916677A (en) | Automatic period and frequency measurements | |
JP3552123B2 (en) | Time measuring device and distance measuring device | |
RU2071062C1 (en) | Oscillograph | |
SU1372234A1 (en) | Oscillographic method of measuring time parameters of signals | |
US4999573A (en) | Method and apparatus for measurement gate display | |
SU1557530A1 (en) | Apparatus for stroboscopic scanning | |
JPS63159774A (en) | Circuit for determining frequency response | |
JPH06103293B2 (en) | Ultrasonic measurement device A / D conversion processing method | |
JPH0712852A (en) | Waveform measuring equipment having waveform generating function | |
Cleary Jr et al. | Slewed pulse" scope sweep calibrator | |
JP3552122B2 (en) | Time measuring method and time measuring device / distance measuring device using this method | |
Lanh et al. | Study and construction of a successive approximation ADC8K for multichannel analyzer system |