專利名稱：數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字示波器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的方法，具體來(lái)講，涉 及一種數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
所謂"波形捕獲率"就是指單位時(shí)間內(nèi)數(shù)字示波器捕獲并顯示的波形次數(shù)。 模擬示波器是一種實(shí)時(shí)的，直觀的示波器，它的波形捕獲率是最高的，這 是數(shù)字示波器不能比擬的。但模擬示波器有個(gè)很大的缺陷，就是所得的波形不 能存儲(chǔ)下來(lái)，這對(duì)分析波形造成了很大的困難。而且模擬示波器的帶寬非常有 限，對(duì)觸發(fā)前的波形信息是一片空白。這些不足正是模擬示波器失去主流位置 的原因。
數(shù)字存儲(chǔ)示波器依靠數(shù)字采樣存儲(chǔ)的方法解決了模擬示波器在存儲(chǔ)上的不 足，而且可以對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有預(yù)觸發(fā)與后觸發(fā)，精確的時(shí)基等先進(jìn)的 功能。但數(shù)字存儲(chǔ)示波器的波形捕獲率卻遠(yuǎn)不及模擬示波器，常常是捕捉了 1
屏波形卻丟失了 1000幅波形，在細(xì)節(jié)的捕捉上有很大的缺陷。而且一般的數(shù)字
存儲(chǔ)示波器由于其采樣點(diǎn)數(shù)有限而且沒有亮度等級(jí)的變化，使得很多波形細(xì)節(jié) 無(wú)法顯示出來(lái)，雖然有些一般的數(shù)字示波器可能具有兩個(gè)或多個(gè)亮度層次，但 這只是相對(duì)意義上的區(qū)別，再加上數(shù)字示波器有限的顯示分辨率，它仍然達(dá)不 到模擬示波器的顯示效果。
數(shù)字三維示波器與一般的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的區(qū)別在于它顯示的是波形的三
維信息時(shí)間，幅值，以及隨時(shí)間變化的幅值分布情況。
數(shù)字三維示波器集合了模擬示波器與一般的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的優(yōu)勢(shì)，既能 存儲(chǔ)和分析波形，而且其三維圖像顯示功能與并行的成像處理技術(shù)大大提高了 數(shù)字示波器的波形捕獲率，三維成像功能相當(dāng)于模擬示波器的余暉，用不同的 顯示顏色來(lái)描述波形的軌跡。
美國(guó)泰克公司產(chǎn)品數(shù)字熒光示波器(DPO)是一種數(shù)字三維示波器，在解決死區(qū)問(wèn)題的時(shí)候，采用"快采"的方式來(lái)提高波形的捕獲率，方法是使用專 用ASIC——D^fM進(jìn)行并行處理，從而解放了CPU，縮短了死區(qū)時(shí)間。在快采 模式下，緩沖器深度是26bit，即每個(gè)點(diǎn)可以記錄高達(dá)64000000次。但是，在這 種工作模式下，最大采樣率和存儲(chǔ)器深度都受到限制，而低于示波器的最高指 標(biāo)。此外，還不允許對(duì)長(zhǎng)波形記錄進(jìn)行捕獲后縮放、自動(dòng)測(cè)量及波形運(yùn)算。
數(shù)字三維示波器雖然減小了示波器的死區(qū)時(shí)間，但是不管死區(qū)有多短，對(duì) 于數(shù)字三維示波器來(lái)說(shuō)它的存在是必然的。而對(duì)于強(qiáng)調(diào)捕獲細(xì)節(jié)的數(shù)字三維示 波器來(lái)說(shuō)，最大波形捕獲率也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，波形捕獲率的高低決定這個(gè) 示波器對(duì)信號(hào)信息捕捉的程度。
總之，如圖1所示，數(shù)字示波器，無(wú)論是數(shù)字三維示波器還是一般的數(shù)字 示波器，首先對(duì)波形進(jìn)行采集，采集時(shí)間為Tp之后對(duì)采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行信 號(hào)處理，占用CPU時(shí)間，這段時(shí)間里示波器無(wú)法捕捉信號(hào)，稱為死區(qū)，由于死 區(qū)時(shí)間T2的存在，數(shù)字示波器還不能百分百地捕獲所有信號(hào)。
數(shù)字示波器液晶屏的刷新率一般都在100Hz以下，而波形捕獲率一般都比
這個(gè)高的多，比如1000wfms/s。這么高的波形捕獲率，最主要的目的，是將波
形的細(xì)節(jié)特別是突發(fā)事件存儲(chǔ)起來(lái)，在有必要時(shí)，將波形調(diào)出后進(jìn)行分析。如
果毛刺落在采樣之間的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，采集的時(shí)候就會(huì)把它漏掉。隨著波形捕獲
率的提高，死區(qū)時(shí)間逐漸變短，發(fā)現(xiàn)毛刺的機(jī)會(huì)就會(huì)增大。
波形捕獲率是數(shù)字示波器一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，波形捕獲率的高低決定這
個(gè)示波器對(duì)信號(hào)信息捕捉的程度。因此，需要對(duì)數(shù)字示波器的波形捕獲率進(jìn)行 測(cè)試是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法，以獲取數(shù) 字示波器波形捕獲率這一數(shù)字示波器重要的技術(shù)指標(biāo)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法包括以下 步驟
a、輸入一周期性的雙脈沖信號(hào)給需要進(jìn)行捕獲率測(cè)試的數(shù)字示波器，構(gòu)成 該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖的波形不同，且之間的觸發(fā)時(shí)間間隔連續(xù)可調(diào)，雙脈沖之間的時(shí)間間隔滿足能同時(shí)將構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖顯示出來(lái)；
b、不斷調(diào)整縮短或增加所述構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間 間隔，直到構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖中第二個(gè)脈沖剛好消失或出現(xiàn)，此時(shí) 的構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔的倒數(shù)為該數(shù)字示波器所 能捕獲的最大波形數(shù)量，即波形捕獲率。
本發(fā)明通過(guò)周期性的雙脈沖信號(hào)，并不斷調(diào)整縮短或增加所述構(gòu)成該雙脈 沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔，在第二個(gè)脈沖剛好消失或出現(xiàn)，即臨 界處的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔的倒數(shù)，即獲得波形捕獲率，很好地測(cè)試 或驗(yàn)證了數(shù)字示波器的波形捕獲率。
通常情況下，本發(fā)明的周期性的雙脈沖信號(hào)需要一個(gè)測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置， 該裝置在數(shù)字示波器給定的工作方式和時(shí)基下，根據(jù)時(shí)基設(shè)定該周期性的雙脈 沖信號(hào)的波形寬度，以便于觀測(cè)，同時(shí)，還能不斷調(diào)整縮短或增加該雙脈沖信 號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔。此外，該裝置產(chǎn)生的雙脈沖之間的時(shí)間間 隔滿足測(cè)試要求；


圖1是數(shù)字示波器波形采集與處理示意圖2是本發(fā)明波形捕獲率的測(cè)試方法一種具體實(shí)施方式
原理圖； 圖3是圖2所示具體實(shí)施方式
下的可編程的測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置； 圖4是圖2所示具體實(shí)施方式
下數(shù)字示波器波形變化圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。需要提醒注意的是， 盡管相似部件出現(xiàn)在不同附圖中，但它們被賦予相似的附圖標(biāo)記。在以下的描 述中，當(dāng)采用的己知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主題內(nèi)容時(shí)， 這些描述在這兒將被忽略。
圖1是數(shù)字示波器波形采集與處理示意圖。圖中，數(shù)字示波器首先對(duì)波形 進(jìn)行采集，采集時(shí)間為TltJ數(shù)字示波器之后對(duì)采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理， 這段時(shí)間里數(shù)字示波器無(wú)法捕捉信號(hào)，死區(qū)時(shí)間為丁2。圖2是本發(fā)明波形捕獲率的測(cè)試方法一種具體實(shí)施方式
原理圖。在本實(shí)施 例中，輸入的周期性的雙脈沖信號(hào)由一段較窄、寬度為Wi的第一個(gè)脈沖和一段 較寬、寬度為W2的第二個(gè)脈沖組成，兩個(gè)脈沖的上升沿對(duì)應(yīng)著波形的觸發(fā)位置 t,和t2， ti和t2之間的時(shí)間間隔T，即兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔是可調(diào)的。
另外，需要說(shuō)明的是，需要將雙脈沖之間，即寬度為W,、寬度為W2的兩 個(gè)脈沖組成雙脈沖與下一個(gè)寬度為W,、寬度為W2的兩個(gè)脈沖組成雙脈沖之間
的時(shí)間間隔調(diào)整或設(shè)定為滿足能同時(shí)將兩個(gè)脈沖顯示出來(lái)。如果示波器給出了 波形捕獲率，則可以設(shè)定為波形捕獲率倒數(shù)，即示波器采集一屏數(shù)據(jù)所需要的 最短時(shí)間兩倍更長(zhǎng)一些的時(shí)間間隔即可保證兩個(gè)脈沖正常依次顯示。如果示波 器沒有給出波形捕獲率，則只有預(yù)先估計(jì)，然后調(diào)整。簡(jiǎn)單的可以將其設(shè)定為 一個(gè)較大值，這樣可以保證其不會(huì)影響兩個(gè)脈沖的顯示及測(cè)試。
同樣，如果示波器沒有給出波形捕獲率，兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔之
間的間隔T只有預(yù)先估計(jì)，然后不斷調(diào)整獲得。
參見圖2，數(shù)字示波器采集一次所捕獲的，是觸發(fā)點(diǎn)前后一段時(shí)間的波形， 主要由預(yù)觸發(fā)深度及存儲(chǔ)深度決定。前后兩次采集之間的時(shí)間段即為死區(qū)時(shí)間 T2。
由于兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔是可調(diào)的，不斷縮短間隔T，由于死區(qū)時(shí) 間T2的存在，必然會(huì)導(dǎo)致第二個(gè)脈沖就到來(lái)的時(shí)候，數(shù)字示波器還沒來(lái)得及處 理采集到的第一個(gè)脈沖的數(shù)據(jù)，死區(qū)時(shí)間T2就會(huì)將第二個(gè)脈沖上升沿對(duì)應(yīng)的觸
發(fā)點(diǎn)，即t2位置的觸發(fā)屏蔽掉，由于后面的波形再也不會(huì)滿足觸發(fā)條件，于是
第二個(gè)脈沖將不會(huì)被捕捉到。
通過(guò)這種可視化的結(jié)果可以清晰地判斷出第二個(gè)脈沖出現(xiàn)與不出現(xiàn)的臨界 點(diǎn)，在這個(gè)臨界點(diǎn)產(chǎn)生的時(shí)候，示波器是由于死區(qū)的原因造成第二個(gè)波形不能 顯示，那么這個(gè)臨界點(diǎn)恰好指明了完成采集一次所需的最短時(shí)間，范圍是從第
一個(gè)脈沖上升沿到第二個(gè)脈沖上升沿之間的觸發(fā)時(shí)間間隔T,此時(shí)，觸發(fā)時(shí)間間 隔T為顯示兩個(gè)脈沖所需要的最短觸發(fā)時(shí)間間隔Tmin。
這時(shí)，最短觸發(fā)時(shí)間間隔T^就是兩有效觸發(fā)點(diǎn)的最短時(shí)間，也就是示波 器采集一屏數(shù)據(jù)所需要的最短時(shí)間，它的倒數(shù)即是單位時(shí)間示波器所能捕獲的 最大波形數(shù)量。即rmax 一" 1 min
Pmax為數(shù)字示波器的捕獲率。
本測(cè)試方案需要接入一個(gè)雙脈沖的方波信號(hào)，該信號(hào)的特點(diǎn)是，脈寬可調(diào)， 兩脈沖上升沿之間的距離可調(diào)。據(jù)此，該信號(hào)可以通過(guò)以下裝置產(chǎn)生
圖3是圖2所示具體實(shí)施方式
下的可編程的測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置。在本實(shí)施 例中，如圖所示，測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置由一個(gè)窄脈沖發(fā)生器G,， 一個(gè)寬脈沖發(fā)生
器G2， 一個(gè)或門OR!和一個(gè)緩沖器B！組成。脈沖發(fā)生器Gi 、 G2的輸入端Datain 是需要對(duì)測(cè)試信號(hào)，即周期性的雙脈沖信號(hào)設(shè)置的一些值兩脈寬大小，兩脈 沖上升沿之間的間隔T。 Clkin是輸入時(shí)鐘信號(hào)，ENB是使能信號(hào)。
當(dāng)使能ENB有效時(shí)，窄脈沖發(fā)生器G,立即輸出一個(gè)指定脈寬的脈沖信號(hào)， 與此同時(shí)，寬脈沖發(fā)生器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到指定的時(shí)間T時(shí)，寬脈沖發(fā) 生器G2輸出一個(gè)指定脈寬的脈沖信號(hào)，兩路信號(hào)通過(guò)或門0&合并后生成了上 升沿間隔時(shí)間T的雙脈沖信號(hào)，即本發(fā)明測(cè)試所需要的雙脈沖信號(hào)，輸出接一 個(gè)緩沖器B,，用來(lái)驅(qū)動(dòng)該雙脈沖信號(hào)。
圖4是圖2所示具體實(shí)施方式
下數(shù)字示波器波形變化圖。在本實(shí)施例中， 包括
1、 將所測(cè)數(shù)字示波器的探頭與測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置的脈沖輸出端相連接，將 被測(cè)數(shù)字示波器調(diào)節(jié)至捕獲率最高的工作方式和時(shí)基狀態(tài)下，且調(diào)節(jié)至合適幅 度，根據(jù)此時(shí)的時(shí)基檔位，調(diào)節(jié)測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生裝置輸出兩個(gè)不同寬度脈沖，使 其適合該時(shí)基檔位下的波形觀察；
2、 將數(shù)字示波器的觸發(fā)方式設(shè)置成"正常"，調(diào)整兩個(gè)脈沖上升沿之間的
觸發(fā)時(shí)間間隔T，使觸發(fā)點(diǎn)ti和觸發(fā)點(diǎn)t2都能夠正常觸發(fā)，在示波器上顯示出圖
4-a所示的波形；
3、 不斷縮短觸發(fā)時(shí)間間隔T，直到剛好出現(xiàn)圖4-b所示的波形，此時(shí)，由 于死區(qū)將觸發(fā)點(diǎn)12屏蔽掉了，死區(qū)時(shí)間一過(guò)，觸發(fā)條件不滿足，因此第二個(gè)未 被捕獲到，不會(huì)被顯示出來(lái)；
此時(shí)的構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔為最短，即最短 觸發(fā)時(shí)間間隔Tmin的倒數(shù)為該數(shù)字示波器所能捕獲的最大波形數(shù)量。即
P =1/T .
1 max " 1 mm
Pmax為數(shù)字示波器的捕獲率。 測(cè)試實(shí)例
我們使用泰克公司型號(hào)為TDS3052B的DPO數(shù)字熒光示波器作為一個(gè)測(cè)試 實(shí)例，它的波形捕獲率的標(biāo)稱值是3600wfin/s。通過(guò)估算，可以得出測(cè)試信號(hào)的 兩個(gè)脈沖的上升沿之間的觸發(fā)時(shí)間間隔T，即觸發(fā)間隔在278us左右，我們將兩 個(gè)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔設(shè)置在300us
將被測(cè)數(shù)字示波器調(diào)節(jié)至捕獲率最高的工作方式即快速觸發(fā)(快采)模式 和最高時(shí)基狀態(tài)即10ns/div下，且調(diào)節(jié)至合適幅度，根據(jù)此時(shí)的時(shí)基檔位，我 們將第一個(gè)脈沖的寬度W設(shè)定為8ns，第二個(gè)脈沖的寬度W2設(shè)定為16ns。
然而，該數(shù)字示波器上并沒有顯示出預(yù)想的兩個(gè)脈沖混疊的情況，而只出 現(xiàn)了脈寬為8ns的一個(gè)脈沖，說(shuō)明這時(shí)第二個(gè)脈沖并沒有被觸發(fā)。
不斷增大兩個(gè)脈沖的上升沿之間的觸發(fā)時(shí)間間隔T，我們發(fā)現(xiàn)在T=346us 的時(shí)候，波形出現(xiàn)了混疊的情況。兩個(gè)脈沖均被該數(shù)字示波器捕獲了，那么該 數(shù)字示波器的最大波形捕獲率是Pmax=l/ Tmin = 2890wfm/s。
另一個(gè)測(cè)試實(shí)例是普源公司(Rigol)的2000系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器，采樣率 是400MSps，其標(biāo)稱最大波形捕獲率是1000wfm/s。我們把時(shí)基設(shè)置成20ns/div， 由于時(shí)基的擴(kuò)大，為了更好地觀察波形，將第一個(gè)脈沖寬度Wt設(shè)置成16ns，第 二個(gè)脈沖寬度W2設(shè)定成32ns。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，從出現(xiàn)兩個(gè)脈沖到只出現(xiàn)一個(gè)脈 沖的臨界點(diǎn)，T=1.004ms，那么它的最大波形捕獲率應(yīng)該是Pmax=l/ Tmin =996wfm/s，跟標(biāo)稱值相符的很好。
盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā) 明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)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。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟a、輸入一周期性的雙脈沖信號(hào)給需要進(jìn)行捕獲率測(cè)試的數(shù)字示波器，構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖的波形不同，且之間的觸發(fā)時(shí)間間隔連續(xù)可調(diào)，雙脈沖之間的時(shí)間間隔滿足能同時(shí)將構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖顯示出來(lái)；b、不斷調(diào)整縮短或增加所述構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔，直到構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖中第二個(gè)脈沖剛好消失或出現(xiàn)，此時(shí)的構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔的倒數(shù)為該數(shù)字示波器所能捕獲的最大波形數(shù)量，即波形捕獲率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于，所述的雙脈沖信號(hào)由一 段較窄脈沖和一段較寬脈沖組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于，所述的數(shù)字示波器調(diào)節(jié) 至捕獲率最高的工作方式和時(shí)基狀態(tài)下，且調(diào)節(jié)至合適幅度，根據(jù)此時(shí)的時(shí)基 檔位，輸入兩個(gè)不同寬度脈沖，使其適合該時(shí)基檔位下的波形觀察。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字示波器波形捕獲率的測(cè)試方法，包括a、輸入一雙脈沖信號(hào)給數(shù)字示波器，兩個(gè)脈沖的波形不同，且之間的觸發(fā)時(shí)間間隔連續(xù)可調(diào)，雙脈沖之間的時(shí)間間隔滿足能同時(shí)將兩個(gè)脈沖顯示出來(lái)；b、不斷調(diào)整縮短或增加兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔，直到兩個(gè)脈沖中第二個(gè)脈沖剛好消失或出現(xiàn)，此時(shí)兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔的倒數(shù)為該數(shù)字示波器所能捕獲的最大波形數(shù)量，即波形捕獲率。本發(fā)明通過(guò)周期性的雙脈沖信號(hào)，并不斷調(diào)整縮短或增加所述構(gòu)成該雙脈沖信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔，在第二個(gè)脈沖剛好消失或出現(xiàn)，即臨界處的兩個(gè)脈沖之間的觸發(fā)時(shí)間間隔的倒數(shù)，即獲得波形捕獲率，很好地測(cè)試或驗(yàn)證了數(shù)字示波器的波形捕獲率。
文檔編號(hào)G01R35/00GK101281224SQ200810044248
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者芃 葉, 怡 毛, 滕志超, 王厚軍, 田書林 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)