專利名稱：：一種具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及數(shù)字存儲示波器
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體來講，涉及一種具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器。
背景技術(shù)：
：在示波器中，垂直靈敏度和時基都采取1-2-5序列步進(jìn)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(xiàn)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(shù)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(shù)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(xì)節(jié)信息。這就給示波器垂直靈敏度以及水平靈敏度的設(shè)定提出了新的要求?！銇碚f，如今示波器的垂直靈敏度都存在一個可微調(diào)的垂直靈敏度，可以根據(jù)實際需要對垂直靈敏度進(jìn)行微調(diào)擴展，給示波器的觀測帶來極大的方便。相對應(yīng)的，對時基設(shè)置也應(yīng)該具有微調(diào)的功能。目前，雖然采用以往固定的1-2-5序列的時基設(shè)置對于進(jìn)行波形顯示能滿足大多數(shù)觀測的要求，然而在很多應(yīng)用場合中，技術(shù)人員需要波形處在示波器的最佳觀測狀態(tài)，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(diào)功能來達(dá)到。不論信號的周期如何，通過時基微調(diào)功能，用戶可在示波器顯示屏幕中，選擇波形周期個數(shù)，從而達(dá)到最佳觀察狀態(tài)。在數(shù)字存儲示波器中，受益于數(shù)字化的靈活處理，我們可以更精確細(xì)致地實現(xiàn)時基的微調(diào)，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(shù)字存儲示波器顯示界面下每格對應(yīng)的像素個數(shù)；實際上，由于數(shù)字存儲示波器高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采樣時鐘不易改變的限制，通常提供給高速模數(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)有不同的采樣率，需要采集系統(tǒng)后端對采樣率進(jìn)行變化。采集系統(tǒng)采用了對ADC采樣率Sa變換的方法，即通過后續(xù)處理將高速ADC采樣率Sa除以一個系數(shù)N。這樣效果上相當(dāng)于ADC以Sa/N的采樣率進(jìn)行采樣，即對應(yīng)時基檔位下系統(tǒng)實際采樣率就變?yōu)镾乂N，上述公式1-1就變?yōu)?那么得出時基的推算公式公式1-2表明實現(xiàn)時基微調(diào)完全是可能的，實際上，可以通過設(shè)置不同的N值來設(shè)置數(shù)字示波器采集系統(tǒng)不同的時基檔位，除了容易實現(xiàn)傳統(tǒng)1-2-5序列步進(jìn)的時基檔位，也容易實現(xiàn)其他步進(jìn)的時基參考檔位，即實現(xiàn)了時基的微調(diào)。通常數(shù)字存儲示波器的時基檔位是按1-2-5序列步進(jìn)，即對應(yīng)的采樣率也是按照1-2-5步進(jìn)。為了達(dá)到不同的采樣率的目的，現(xiàn)有技術(shù)中，通常的方法是采取改變數(shù)據(jù)存儲器的寫時鐘，通過寫時鐘來控制存入存儲器的采集數(shù)據(jù)。如圖1所示，數(shù)據(jù)存儲器2的寫時鐘WCLK的改變是通過對數(shù)據(jù)同步時鐘的分頻方式來實現(xiàn)的寫時鐘產(chǎn)生模塊3按照數(shù)字存儲示波器1-2-5步進(jìn)時基檔位的要求，設(shè)有多個分頻模塊301，將來自高速ADC1，與采樣時鐘相關(guān)的數(shù)據(jù)同步時鐘通過多個分頻模塊301分別進(jìn)行分頻，產(chǎn)生的多個時鐘，然后經(jīng)過選擇器302選擇一路作為寫時鐘WCLK，再送到數(shù)據(jù)存儲器2的時鐘寫時鐘輸入端；數(shù)據(jù)存儲器2在寫時鐘WCLK沿有效時存入來自高速ADC1的采集數(shù)據(jù)DATA，也就達(dá)到了實現(xiàn)S乂N采樣率的目的。其中，處理器4根據(jù)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(yīng)的分頻輸出。數(shù)據(jù)存儲器2的采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線DATABUS輸出到處理器4進(jìn)行處理和顯示。上述用數(shù)據(jù)同步時鐘分頻的方式實現(xiàn)變采樣率的方法，需要在每個時基檔位下都對應(yīng)設(shè)置一個分頻，其靈活性不高，尤其是時基檔位非常多的系統(tǒng)中，要求的分頻模塊個數(shù)較多。雖然這種方法在實現(xiàn)1-2-5步進(jìn)時基檔位是可行的，但是在時基微調(diào)下由于要求的時基檔位更多更密集，分頻模塊個數(shù)畢竟有限，不可能實現(xiàn)時基微調(diào)功能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字存儲示波器的不足，提供一種具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器，包括高速ADC、數(shù)據(jù)存儲器以及處理器，其特征在于，還包括一可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數(shù)據(jù)到可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊進(jìn)行實時抽取，抽取比例根據(jù)來自處理器的抽取比例控制字設(shè)定；實時抽取后的采集數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；抽取比例控制字根據(jù)需要微調(diào)時基檔位確定。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中，采用數(shù)據(jù)同步時鐘分頻的方式實現(xiàn)變采樣率的方法，在時基微調(diào)下，由于需要更多、更密集的時基檔位，分頻模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的情況下，采用可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實時抽點的方法，來實現(xiàn)改變采集系統(tǒng)的采樣率。在本發(fā)明中，只要通過處理器改變可編程數(shù)據(jù)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(chǎn)生更多、更密集的采樣率，尤其是慢時基檔位，從而實現(xiàn)數(shù)字存儲示波器時基微調(diào)的功能。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字存儲示波器采集系統(tǒng)變采樣率的原理框圖2是本發(fā)明具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器采集系統(tǒng)原理框圖圖3是圖2所示可編程數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行描述，以便更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)采用已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這兒將被忽略。圖2是本發(fā)明具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器的采集系統(tǒng)原理框圖。如圖1所示，本發(fā)明具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器采集系統(tǒng)包括高速ADC1、數(shù)據(jù)存儲器2、處理器4以及可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊3。高速ADC1輸出采集數(shù)據(jù)到可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊3進(jìn)行實時抽取，抽取比例根據(jù)來自處理器4的抽取比例控制字設(shè)定；實時抽取后的采集數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲器2中進(jìn)行存儲。圖2中可以看出，由高速ADCl送出的采集數(shù)據(jù)并不直接送往數(shù)據(jù)存儲器2中進(jìn)行存儲，而是在高速ADC1與數(shù)據(jù)存儲器2之間增加了一個可編程數(shù)據(jù)流實時抽取模塊3，通過這一模塊實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的抽點?？删幊虜?shù)據(jù)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(jù)需要的微調(diào)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?？删幊虜?shù)據(jù)流實時抽取模塊3是本發(fā)明的關(guān)鍵，其抽取的速率，即實際采樣率，要求變化能夠盡可能的細(xì)膩，這樣可以產(chǎn)生更多、更密的微調(diào)時基檔位。實施例1圖3是圖2所示可編程數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流實時抽取模塊3基于計數(shù)比較器原理設(shè)計。在本實施例中，可編程數(shù)據(jù)流實時抽取模塊3包括D觸發(fā)器301、高速計數(shù)器302、計數(shù)控制器303以及數(shù)字比較器304;D觸發(fā)器301接收來自高速ADC1的采集數(shù)據(jù)，在其使能端EN為高電平時，將輸入的采樣數(shù)據(jù)鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數(shù)據(jù)鎖存送到數(shù)據(jù)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(jìn)行設(shè)定，其中N=1、2、3、...，并存入計數(shù)控制器302中；高速計數(shù)器301對采樣時鐘fs進(jìn)行計數(shù)；高速計數(shù)器302計數(shù)值與計數(shù)控制器302中的抽取比例N值在數(shù)字比較器303中進(jìn)行比較，當(dāng)兩個值相等時，數(shù)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(fā)器304的使能信號，控制D觸發(fā)器301鎖存輸入的采樣數(shù)據(jù)，同時，此信號送到高速計數(shù)器302的清零端，將高速計數(shù)器302清零，使高速計數(shù)器302又從零開始計數(shù)，如此反復(fù)，實現(xiàn)的實際采樣率/_=貴本實施例中的可編程數(shù)據(jù)流實時抽取模塊3可以滿足數(shù)字存儲示波器的時基微調(diào)的功能。表1給出了ADC采樣率為500MSPS下不同的時基下對應(yīng)的不同N值時基檔位對應(yīng)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(yīng)的不同N值時基檔位對應(yīng)的N值9us/div906時基檔位對應(yīng)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(diào)彌補了以往固定的1-2-5步進(jìn)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(jié)果帶來誤差；要么屏幕顯示信號的周期數(shù)太多，無法觀測波形的細(xì)節(jié)信息。而用可變時基15.25ms/div進(jìn)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(chǎn)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(shù)，不能分得更細(xì)，其覆蓋的時基檔位不夠細(xì)膩，其抽取比例N值要求的步進(jìn)需要不能存在小數(shù)的步進(jìn)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流實時抽取模塊3基于累加器原理設(shè)計。在本實施例中，可編程數(shù)據(jù)流實時抽取模塊3包括D觸發(fā)器301、高速累加器305、使能脈沖產(chǎn)生模塊306;7D觸發(fā)器301接收來自高速ADC1的采集數(shù)據(jù)，在其寫使能端為高電平時，將輸入的采樣數(shù)據(jù)鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數(shù)據(jù)鎖存送到數(shù)據(jù)存儲器2中存儲；處理器4根據(jù)當(dāng)前時基檔位對應(yīng)的抽取比例N值，產(chǎn)生相應(yīng)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(dāng)出現(xiàn)進(jìn)位時，將進(jìn)位輸出信號送到使能脈沖產(chǎn)生模塊306;在采樣時鐘fs控制下，使能脈沖產(chǎn)生模塊306在每個脈沖周期進(jìn)行一次檢測，看是否出現(xiàn)進(jìn)位輸出信號，每檢測出現(xiàn)一次進(jìn)位動作，則產(chǎn)生一個寬度為一個采樣時鐘fs的使能脈沖Wen，送到D觸發(fā)器301使能控制端EN，此時，D觸發(fā)器304鎖存輸入的采樣數(shù)據(jù)，D觸發(fā)器301鎖存當(dāng)前數(shù)據(jù)。由于使能脈沖Wen是按一定間隔時間出現(xiàn)的，其出現(xiàn)的頻率即為"實時采樣率"，每有效一次，鎖存一次數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了采樣數(shù)據(jù)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(yīng)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(jù)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(xù)調(diào)節(jié)抽取比例控制字K，即可不再受限1-2-5步進(jìn)的限制，抽取比例N值還可以是小數(shù)，從而實現(xiàn)對時基tb的微調(diào)。微調(diào)的步進(jìn)受累加器寬度M的影B向，M越大，微調(diào)步進(jìn)則可以實現(xiàn)的更小、更細(xì)膩。圖5是圖4所示可編程數(shù)據(jù)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(shù)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(diào)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(yīng)十六進(jìn)制為6666666，從而實現(xiàn)了40MSPS的實際采樣率。當(dāng)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(jìn)行分頻，存在一定的非均勻性，但對于大多數(shù)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(yīng)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(shù)越寬，實現(xiàn)的控制精度越高，時基誤差越小，實際為提高精度，應(yīng)該以更寬的累加器來進(jìn)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(shù)倍數(shù)進(jìn)行抽點，從而實現(xiàn)對時基tb更小、更細(xì)膩的微調(diào)，給信號觀測帶來一定的方便和靈活性。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。9權(quán)利要求一種具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器，包括高速ADC、數(shù)據(jù)存儲器以及處理器，其特征在于，還包括一可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數(shù)據(jù)到可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊進(jìn)行實時抽取，抽取比例根據(jù)來自處理器的抽取比例控制字設(shè)定；實時抽取后的采集數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；抽取比例控制字根據(jù)需要微調(diào)時基檔位確定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器，其特征在于，所述的可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊包括D觸發(fā)器、高速計數(shù)器、計數(shù)控制器以及數(shù)字比較器；D觸發(fā)器接收來自高速ADC的采集數(shù)據(jù)，在其使能端為高電平時，將輸入的采樣數(shù)據(jù)鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數(shù)據(jù)鎖存送到數(shù)據(jù)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(jìn)行設(shè)定，并存入計數(shù)控制器中；高速計數(shù)器對采樣時鐘fs進(jìn)行計數(shù)；高速計數(shù)器計數(shù)值與計數(shù)控制器中的抽取比例N值在數(shù)字比較器中進(jìn)行比較，當(dāng)兩個值相等時，數(shù)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(fā)器的使能信號，控制D觸發(fā)器鎖存輸入的采樣數(shù)據(jù)，同時，此信號送到高速計數(shù)器的清零端，將高速計數(shù)器清零，使高速計數(shù)器又從零開始計數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器，其特征在于，所述的可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊包括D觸發(fā)器、高速累加器、使能脈沖產(chǎn)生模塊；D觸發(fā)器接收來自高速ADC的采集數(shù)據(jù)，在其寫使能端為高電平時，將輸入的采樣數(shù)據(jù)鎖存，并在下一個采樣時鐘fs將鎖存采樣數(shù)據(jù)鎖存送到數(shù)據(jù)存儲器中存儲；處理器根據(jù)當(dāng)前時基檔位對應(yīng)的抽取比例N值，產(chǎn)生相應(yīng)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(dāng)出現(xiàn)進(jìn)位時，將進(jìn)位輸出信號送到使能脈沖產(chǎn)生模塊；在采樣時鐘fs控制下，使能脈沖產(chǎn)生模塊在每個脈沖周期進(jìn)行一次檢測，看是否出現(xiàn)進(jìn)位輸出信號，每檢測出現(xiàn)一次進(jìn)位動作，則產(chǎn)生一個寬度為一個采樣時鐘fs的使能脈沖，送到D觸發(fā)器使能控制端，此時，D觸發(fā)器鎖存輸入的采樣數(shù)據(jù)，觸發(fā)器鎖存當(dāng)前數(shù)據(jù)。全文摘要本發(fā)明公開了一種具有時基微調(diào)功能的數(shù)字存儲示波器，包括高速ADC、數(shù)據(jù)存儲器、處理器以及可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊；高速ADC輸出采集數(shù)據(jù)到可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊進(jìn)行實時抽取，抽取比例根據(jù)來自處理器的抽取比例控制字設(shè)定；實時抽取后的采集數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行存儲；抽取比例控制字根據(jù)需要微調(diào)時基檔位確定。本發(fā)明采用可編程數(shù)據(jù)實時抽取模塊對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實時抽點的方法，來實現(xiàn)改變采集系統(tǒng)的采樣率。在本發(fā)明中，只要通過處理器改變可編程數(shù)據(jù)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(chǎn)生更多、更密集的采樣率，尤其是慢時基檔位，從而實現(xiàn)數(shù)字存儲示波器時基微調(diào)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(yōu)先權(quán)日2009年11月13日發(fā)明者葉芃,張沁川,曾浩,田書林,邱渡裕申請人:電子科技大學(xué)