專利名稱：：一種具有時基微調功能的數字存儲示波器的制作方法
技術領域：
：本發明涉及數字存儲示波器
技術領域：
，具體來講，涉及一種具有時基微調功能的數字存儲示波器。
背景技術：
：在示波器中，垂直靈敏度和時基都采取1-2-5序列步進的方式分為若干檔。在實際使用中，如果只采用上述方式來觀測波形的話，那么許多情況下會給觀測帶來一定的限制。一個很有可能出現的情況就是在示波器波形顯示時，波形不能以最佳效果顯示。就垂直靈敏度而言，要么觀測到波形幅度過大，超過屏幕顯示，要么幅度過小，且不滿整數格，對波形的幅值測量帶來一定的困難；就時基而言，要么顯示的波形數量過少看不到波形整體信息，要么顯示的波形過密而忽略了細節信息。這就給示波器垂直靈敏度以及水平靈敏度的設定提出了新的要求。—般來說，如今示波器的垂直靈敏度都存在一個可微調的垂直靈敏度，可以根據實際需要對垂直靈敏度進行微調擴展，給示波器的觀測帶來極大的方便。相對應的，對時基設置也應該具有微調的功能。目前，雖然采用以往固定的1-2-5序列的時基設置對于進行波形顯示能滿足大多數觀測的要求，然而在很多應用場合中，技術人員需要波形處在示波器的最佳觀測狀態，例如2或3個周期的信號波形顯示，這可以通過使用時基微調功能來達到。不論信號的周期如何，通過時基微調功能，用戶可在示波器顯示屏幕中，選擇波形周期個數，從而達到最佳觀察狀態。在數字存儲示波器中，受益于數字化的靈活處理，我們可以更精確細致地實現時基的微調，使得示波器的波形顯示更加靈活。每個時基檔位下采樣率的計算公式為25S。=t式i-i式1-1中，Sa為采樣率，次每秒(Saps);tb為時基，s/div;"25"為數字存儲示波器顯示界面下每格對應的像素個數；實際上，由于數字存儲示波器高速數據采集系統中采樣時鐘不易改變的限制，通常提供給高速模數轉換器，即高速ADC的采樣時鐘只有固定的幾種。而不同時基下對應有不同的采樣率，需要采集系統后端對采樣率進行變化。采集系統采用了對ADC采樣率Sa變換的方法，即通過后續處理將高速ADC采樣率Sa除以一個系數N。這樣效果上相當于ADC以Sa/N的采樣率進行采樣，即對應時基檔位下系統實際采樣率就變為S乂N，上述公式1-1就變為3那么得出時基的推算公式公式1-2表明實現時基微調完全是可能的，實際上，可以通過設置不同的N值來設置數字示波器采集系統不同的時基檔位，除了容易實現傳統1-2-5序列步進的時基檔位，也容易實現其他步進的時基參考檔位，即實現了時基的微調。通常數字存儲示波器的時基檔位是按1-2-5序列步進，即對應的采樣率也是按照1-2-5步進。為了達到不同的采樣率的目的，現有技術中，通常的方法是采取改變數據存儲器的寫時鐘，通過寫時鐘來控制存入存儲器的采集數據。如圖1所示，數據存儲器2的寫時鐘WCLK的改變是通過對數據同步時鐘的分頻方式來實現的寫時鐘產生模塊3按照數字存儲示波器1-2-5步進時基檔位的要求，設有多個分頻模塊301，將來自高速ADC1，與采樣時鐘相關的數據同步時鐘通過多個分頻模塊301分別進行分頻，產生的多個時鐘，然后經過選擇器302選擇一路作為寫時鐘WCLK，再送到數據存儲器2的時鐘寫時鐘輸入端；數據存儲器2在寫時鐘WCLK沿有效時存入來自高速ADC1的采集數據DATA，也就達到了實現S乂N采樣率的目的。其中，處理器4根據選擇的時基檔位輸出選擇控制信號給多路選擇器302，使其選擇該時基檔位對應的分頻輸出。數據存儲器2的采集數據通過數據總線DATABUS輸出到處理器4進行處理和顯示。上述用數據同步時鐘分頻的方式實現變采樣率的方法，需要在每個時基檔位下都對應設置一個分頻，其靈活性不高，尤其是時基檔位非常多的系統中，要求的分頻模塊個數較多。雖然這種方法在實現1-2-5步進時基檔位是可行的，但是在時基微調下由于要求的時基檔位更多更密集，分頻模塊個數畢竟有限，不可能實現時基微調功能。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術中數字存儲示波器的不足，提供一種具有時基微調功能的數字存儲示波器。為實現上述目的，本發明的具有時基微調功能的數字存儲示波器，包括高速ADC、數據存儲器以及處理器，其特征在于，還包括一可編程數據實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數據到可編程數據實時抽取模塊進行實時抽取，抽取比例根據來自處理器的抽取比例控制字設定；實時抽取后的采集數據送入數據存儲器中進行存儲；抽取比例控制字根據需要微調時基檔位確定。本發明的發明目的是這樣實現的本發明針對現有技術中，采用數據同步時鐘分頻的方式實現變采樣率的方法，在時基微調下，由于需要更多、更密集的時基檔位，分頻模塊遠遠不能滿足的情況下，采用可編程數據實時抽取模塊對采樣數據進行實時抽點的方法，來實現改變采集系統的采樣率。在本發明中，只要通過處理器改變可編程數據實時抽取模塊的抽取比例控制字就能改變抽取比例，可以產生更多、更密集的采樣率，尤其是慢時基檔位，從而實現數字存儲示波器時基微調的功能。圖1是現有技術中數字存儲示波器采集系統變采樣率的原理框圖2是本發明具有時基微調功能的數字存儲示波器采集系統原理框圖圖3是圖2所示可編程數據實時抽取模塊的一種具體實施方式原理框圖4是圖2所示可編程數據實時抽取模塊的另一種具體實施方式原理框圖5是圖4所示可編程數據實時抽取模塊一種具體實施方式下采樣脈沖、使能脈沖以及抽取比例控制字之間的時序圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行描述，以便更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當采用已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這兒將被忽略。圖2是本發明具有時基微調功能的數字存儲示波器的采集系統原理框圖。如圖1所示，本發明具有時基微調功能的數字存儲示波器采集系統包括高速ADC1、數據存儲器2、處理器4以及可編程數據實時抽取模塊3。高速ADC1輸出采集數據到可編程數據實時抽取模塊3進行實時抽取，抽取比例根據來自處理器4的抽取比例控制字設定；實時抽取后的采集數據送入數據存儲器2中進行存儲。圖2中可以看出，由高速ADCl送出的采集數據并不直接送往數據存儲器2中進行存儲，而是在高速ADC1與數據存儲器2之間增加了一個可編程數據流實時抽取模塊3，通過這一模塊實現對采樣數據的抽點。可編程數據流實時抽取模塊3的抽取比例受處理器4的控制，具體是處理器4根據需要的微調時基檔位，輸出抽取比例控制字來控制抽取比例，抽取比例控制字決定抽取比例。可編程數據流實時抽取模塊3是本發明的關鍵，其抽取的速率，即實際采樣率，要求變化能夠盡可能的細膩，這樣可以產生更多、更密的微調時基檔位。實施例1圖3是圖2所示可編程數據實時抽取模塊的一種具體實施方式原理框圖。如圖3所示，在本實施例中，可編程數據流實時抽取模塊3基于計數比較器原理設計。在本實施例中，可編程數據流實時抽取模塊3包括D觸發器301、高速計數器302、計數控制器303以及數字比較器304;D觸發器301接收來自高速ADC1的采集數據，在其使能端EN為高電平時，將輸入的采樣數據鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數據鎖存送到數據存儲器2中存儲；在本實施例中，抽取比例控制字即為抽取比例N值，通過處理器4進行設定，其中N=1、2、3、...，并存入計數控制器302中；高速計數器301對采樣時鐘fs進行計數；高速計數器302計數值與計數控制器302中的抽取比例N值在數字比較器303中進行比較，當兩個值相等時，數字比較器303輸出一個采樣時鐘脈沖的寬度信號，一方面作為D觸發器304的使能信號，控制D觸發器301鎖存輸入的采樣數據，同時，此信號送到高速計數器302的清零端，將高速計數器302清零，使高速計數器302又從零開始計數，如此反復，實現的實際采樣率/_=貴本實施例中的可編程數據流實時抽取模塊3可以滿足數字存儲示波器的時基微調的功能。表1給出了ADC采樣率為500MSPS下不同的時基下對應的不同N值時基檔位對應的N值50ns/div1150ns/div3250ns/div5450ns/div9750ns/div151.25us/div252.25us/div452.5us/div502.75us/div553us/div603ms/div600003.25ms/div65000表1表2中給出了ADC采樣率為250MSPS下不同的時基下對應的不同N值時基檔位對應的N值9us/div906時基檔位對應的N值9.lus/div919.2us/div929.3us/div939.4us/div949.5us/div9512.5us/div12522.5us/div22527.5us/div27577.5us/div7757.5ms/div7500015.25ms/div152500表2從表1、2中可以看出，時基微調彌補了以往固定的1-2-5步進時基的限制，能更好的顯示某些在固定時基下不好觀測的頻率信號。比如測量一個工程上常遇到的32.768KHz信號，它的周期為30.5ms，采用固定時基觀測要么波形無法整格顯示，給觀測結果帶來誤差；要么屏幕顯示信號的周期數太多，無法觀測波形的細節信息。而用可變時基15.25ms/div進行觀測，可以2格顯示一個完整周期的信號，給信號觀測帶來極大的方便和靈活性。從表1、2中還可以看出，在慢時基檔位，可以產生更多、更密集的采樣率，而在快速時基下，由于抽取比例N為整數，不能分得更細，其覆蓋的時基檔位不夠細膩，其抽取比例N值要求的步進需要不能存在小數的步進，如2.5、3.5等，故此方法有一定的局限。實施例2圖4是圖2所示可編程數據實時抽取模塊的另一種具體實施方式原理框圖。如圖4所示，在本實施例中，可編程數據流實時抽取模塊3基于累加器原理設計。在本實施例中，可編程數據流實時抽取模塊3包括D觸發器301、高速累加器305、使能脈沖產生模塊306;7D觸發器301接收來自高速ADC1的采集數據，在其寫使能端為高電平時，將輸入的采樣數據鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數據鎖存送到數據存儲器2中存儲；處理器4根據當前時基檔位對應的抽取比例N值，產生相應的抽取比例控制字K，送入高速累加器305中；高速累加器305以采樣時鐘fs為參考，每來一個時鐘脈沖就加一次抽取比例控制字K，當出現進位時，將進位輸出信號送到使能脈沖產生模塊306;在采樣時鐘fs控制下，使能脈沖產生模塊306在每個脈沖周期進行一次檢測，看是否出現進位輸出信號，每檢測出現一次進位動作，則產生一個寬度為一個采樣時鐘fs的使能脈沖Wen，送到D觸發器301使能控制端EN，此時，D觸發器304鎖存輸入的采樣數據，D觸發器301鎖存當前數據。由于使能脈沖Wen是按一定間隔時間出現的，其出現的頻率即為"實時采樣率"，每有效一次，鎖存一次數據，實現了采樣數據的實時抽取，使能脈沖Wen輸出的頻率遵循如下公式尺/鵬=_/>^式1-3其中fwen為使能脈沖輸出頻率，對應為實時采樣率；M為累加器位寬。由于實時采樣率/鵬=f=T式1_4根據式1-2、式1-3、式1-4得至IJ，時基,6=25x——x/;式1-5AT故只要連續調節抽取比例控制字K，即可不再受限1-2-5步進的限制，抽取比例N值還可以是小數，從而實現對時基tb的微調。微調的步進受累加器寬度M的影B向，M越大，微調步進則可以實現的更小、更細膩。圖5是圖4所示可編程數據實時抽取模塊一種具體實施方式下采樣脈沖、使能脈沖以及抽取比例控制字之間的時序圖。在本實施例中，數字存儲示波器高速ADC1的采樣率為IOOMSPS，即fs=IOOMSPS，采樣間隔10ns，時基微調要求實際采樣率fwen=40MSPS，即抽取比例為2.5。抽取比例控制字K可以通過如下公式得到。^一2az一,—X—JV式1-6在本實施例中，累加器寬度M為28，K理論值為107374182.4，對應十六進制為6666666，從而實現了40MSPS的實際采樣率。當然，如圖5所示，此時由于實際采樣間隔為25ns，從頻率為100MHz，即周期為10ns的采樣時鐘進行分頻，存在一定的非均勻性，但對于大多數慢速時基檔位即實際采樣率很低，存在的非均勻可以忽略。表3中給出了高速ADCl采樣率為100MSPS下不同的時基下對應的不同抽取比例N值以及抽取比例控制字K值，的高速累加器位寬M為28。累加器的位數越寬，實現的控制精度越高，時基誤差越小，實際為提高精度，應該以更寬的累加器來進行，比如32bit、8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3從表3中可以看出，在本實施例中，可以以小數倍數進行抽點，從而實現對時基tb更小、更細膩的微調，給信號觀測帶來一定的方便和靈活性。盡管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式的范圍，對本
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的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。9權利要求一種具有時基微調功能的數字存儲示波器，包括高速ADC、數據存儲器以及處理器，其特征在于，還包括一可編程數據實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數據到可編程數據實時抽取模塊進行實時抽取，抽取比例根據來自處理器的抽取比例控制字設定；實時抽取后的采集數據送入數據存儲器中進行存儲；抽取比例控制字根據需要微調時基檔位確定。2.根據權利要求1所述的具有時基微調功能的數字存儲示波器，其特征在于，所述的可編程數據實時抽取模塊包括D觸發器、高速計數器、計數控制器以及數字比較器；D觸發器接收來自高速ADC的采集數據，在其使能端為高電平時，將輸入的采樣數據鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數據鎖存送到數據存儲器中存儲；抽取比例控制字即為抽取比例N值，通過處理器進行設定，并存入計數控制器中；高速計數器對采樣時鐘fs進行計數；高速計數器計數值與計數控制器中的抽取比例N值在數字比較器中進行比較，當兩個值相等時，數字比較器輸出一個采樣時鐘脈沖的寬度信號，一方面作為D觸發器的使能信號，控制D觸發器鎖存輸入的采樣數據，同時，此信號送到高速計數器的清零端，將高速計數器清零，使高速計數器又從零開始計數。3.根據權利要求1所述的具有時基微調功能的數字存儲示波器，其特征在于，所述的可編程數據實時抽取模塊包括D觸發器、高速累加器、使能脈沖產生模塊；D觸發器接收來自高速ADC的采集數據，在其寫使能端為高電平時，將輸入的采樣數據鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數據鎖存送到數據存儲器中存儲；處理器根據當前時基檔位對應的抽取比例N值，產生相應的抽取比例控制字，送入高速累加器中；高速累加器以采樣時鐘fs為參考，每來一個時鐘脈沖就加一次抽取比例控制字，當出現進位時，將進位輸出信號送到使能脈沖產生模塊；在采樣時鐘fs控制下，使能脈沖產生模塊在每個脈沖周期進行一次檢測，看是否出現進位輸出信號，每檢測出現一次進位動作，則產生一個寬度為一個采樣時鐘fs的使能脈沖，送到D觸發器使能控制端，此時，D觸發器鎖存輸入的采樣數據，觸發器鎖存當前數據。全文摘要本發明公開了一種具有時基微調功能的數字存儲示波器，包括高速ADC、數據存儲器、處理器以及可編程數據實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數據到可編程數據實時抽取模塊進行實時抽取，抽取比例根據來自處理器的抽取比例控制字設定；實時抽取后的采集數據送入數據存儲器中進行存儲；抽取比例控制字根據需要微調時基檔位確定。本發明采用可編程數據實時抽取模塊對采樣數據進行實時抽點的方法，來實現改變采集系統的采樣率。在本發明中，只要通過處理器改變可編程數據實時抽取模塊的抽取比例控制字就能改變抽取比例，可以產生更多、更密集的采樣率，尤其是慢時基檔位，從而實現數字存儲示波器時基微調的功能。文檔編號G01R13/02GK101706521SQ20091021620公開日2010年5月12日申請日期2009年11月13日優先權日2009年11月13日發明者葉芃,張沁川,曾浩,田書林,邱渡裕申請人:電子科技大學
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