專利名稱：交插數(shù)字峰值檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字峰值檢測，更具體的，涉及能夠用于測量測試儀器，如示波器中的數(shù)字峰值檢測電路和目標(biāo)采集模式。
高速數(shù)字測量儀器，如示波器，數(shù)字化儀等等使用交插采集管用于獲得采集信道中輸入信號的數(shù)字化樣本。一個通用采樣時鐘被用于驅(qū)動每個管道中的電路，并且，每個管道的采樣時鐘與其它管道的采樣時鐘之間存在延遲。每個管道有一個跟蹤并保持電路用來采樣流入信號，并且有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來將模擬樣本數(shù)字化，還有一個解復(fù)用器以用戶選出的采集頻率對數(shù)字化樣本進行抽取。來自每個管道的抽取后的數(shù)字化采集樣本被交插在一起并存儲在存儲器中用于顯示和/或進一步處理。交插存儲的樣本給出一個最大信道采集頻率，該采集頻率比采樣時鐘頻率大N倍，其中N是采集管道的數(shù)目。
由Tektronix公司(Wilsonvile，Oregon)即本發(fā)明的一個受讓人生產(chǎn)并銷售的TDS700系列示波器包括一個數(shù)字峰值檢測采集模式，該模式在慢速采集過程中用來檢測在常規(guī)采集樣本之間發(fā)生的高速事件。在數(shù)字峰值檢測過程中，采集管道中的一個以管道的最大采樣率來獲得樣本并在較慢要求的采集速率期間累積一個高速樣本的最小值和最大值。在每個采集段中得到的最小和最大值存儲在存儲器中用于顯示。該方法限于以一個大于或等于采集管道采樣率的持續(xù)期來捕獲事件。
所需要的是用于在數(shù)字峰值檢測采集功能中獲得較短持續(xù)期事件的裝置和方法。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于交插數(shù)字峰值檢測器以及一種操作方法，它們包括多個被耦合用來接收輸入信號的采集管道。每個采集管道有一個用來接收輸入信號和采樣時鐘信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個管道的采樣時鐘信號通過一個延遲電路耦合用來選擇性地對每個采集管道的輸入信號的采樣進行延遲。峰值檢測器從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收輸出并累積數(shù)字化輸入信號的最大值和最小值。采集電路接收采集信號，該信號通過將采樣時鐘信號作為抽取值的函數(shù)來對采樣時鐘信號進行抽取而建立一個采集時鐘，從而觸發(fā)存儲來自峰值檢測器的累積最大值和最小值的鎖定電路。在程序控制下運作的控制器將在一個獲取時間段上來自每個獲取管道的最大和最小峰值檢測器值相比并在該采集段上產(chǎn)生所述多個獲取管道的最大和最小峰值檢測器值。
在本發(fā)明交插數(shù)字峰值檢測器的進一步優(yōu)化中，跟蹤和保持電路捕獲輸入信號的模擬值用于輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，采集電路包括一個采集存儲器用來存儲在采集段中鎖定的最大和最小峰值檢測器值。采集電路還可以包括一個解復(fù)用器作為可編程抽取器，該抽取器接收采樣信號和抽取值用于通過將采樣信號作為抽取值的函數(shù)而抽取來建立采集時鐘信號。采集時鐘觸發(fā)鎖定電路用于存儲來自峰值檢測器的累積最大值和最小值。
利用交插數(shù)字峰值檢測器來檢測最大和最小數(shù)字值的方法包括利用多個采集管道將輸入信號數(shù)字化的步驟，其中每個管道有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器接收一個通用采樣時鐘信號，該時鐘信號被每個管道中的延遲電路進行調(diào)整性地延遲。每個采集管道中數(shù)字化輸入信號的最大和最小峰值在采集段上被累積并存儲。在采集段上來自每個采集管道的數(shù)字化輸入信號的所存儲的累積最大和最小峰值被比較以便產(chǎn)生在采集段上的最大和最小峰值。采集段上的最大和最小峰值被顯示。數(shù)字化、累積、存儲和比較步驟在附加采集段上永遠(yuǎn)重復(fù)以構(gòu)建所顯示的采集記錄。數(shù)字化步驟還包括附加的步驟在采樣時鐘的瞬時捕獲輸入信號的模擬值用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化過程。
當(dāng)結(jié)合后面的權(quán)利要求的附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的目標(biāo)、優(yōu)越之處和新的特征都會變的明白。
本發(fā)明以附圖中的例子來說明，其中類似的參考標(biāo)號表示類似的元件。其中

圖1是說明根據(jù)本發(fā)明數(shù)字峰值檢測器的方框圖。
圖2A是說明根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字峰值檢測器的模擬輸入波形的波形圖。
圖2B是說明根據(jù)本發(fā)明利用數(shù)字峰值檢測器輸入波形的采樣的樣本點圖。
圖2C是說明根據(jù)本發(fā)明利用數(shù)字峰值檢測器獲得數(shù)字樣本的數(shù)字化樣本圖。
圖2D是根據(jù)本發(fā)明對數(shù)字峰值檢測器中數(shù)字樣本的累積的累積數(shù)字樣本圖。
圖2E是說明根據(jù)本發(fā)明存儲來自數(shù)字峰值檢測器的數(shù)字最大和最小樣本的存儲樣本圖。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字峰值檢測器的更詳細(xì)的方框圖。
在下面詳細(xì)的描述中，首先進行一些具體細(xì)節(jié)的描述以便對本發(fā)明有一個總體的了解。然而，該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下本發(fā)明也是適用的。在其它例子中，已知的方法、過程、元件和電路沒有詳細(xì)描述以防止模糊了本發(fā)明。
此外，各種操作將以有助于理解本發(fā)明的方式用多個分散的步驟描述，然而，描述的順序不應(yīng)該解釋為意味著這些操作是必須有一定順序，具體地說是描述它們的順序。
參考圖1，給出了一個說明根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字峰值檢測器10的方框圖。數(shù)字峰值檢測器10可以引入到測量測試儀器，例如數(shù)字示波器，數(shù)字化儀或類似的設(shè)備中。這種儀器包括一個或多個采集信道14，有多個控制，如圓鈕，按鈕等等的前面板16，顯示器18，如陽極射線管，液晶顯示屏等等。
在內(nèi)部，該儀器由一個或多個執(zhí)行存儲在ROM存儲器22中的程序指令的微處理器20來控制。采集信道14獲得的數(shù)據(jù)存儲在RAM存儲器24中，采集信道包括多個采集管26A，26B，26C和26D。如圖中示例給出的4個。本發(fā)明可以用任意個數(shù)的采集管道實現(xiàn)，但是采集管道的個數(shù)最好是2的整數(shù)次冪(例如，2，4，8，16…)。系統(tǒng)時鐘28給出一個或多個輸出時鐘信號用于驅(qū)動儀器中的包括數(shù)字峰值檢測器10電路的電路。
每個采集管26A，26B，26C和26D包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D，這些轉(zhuǎn)換器接收通用輸入信號30。每個采集管還包括一個延遲電路42A，42B，42C和42D，它們接收來自微處理器20的通用采樣時鐘和唯一的延遲值或電壓。延遲電路為各個模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D提供采樣時鐘，這些轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生代表輸入信號的數(shù)字值。來自每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字值被輸入到它們各自的峰值檢測器44A，44B，44C和44D。數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D由驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D的相同采樣時鐘驅(qū)動，但是被適當(dāng)?shù)匮舆t以計入由傳播延遲和轉(zhuǎn)換時間，它們分別表示為延遲46A、46B、46C和46D。數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D累積最大和最小數(shù)字峰值，并為各個采集電路48A，48B，48C和48D提供該值。采集電路接收鎖定在采集段上的最大和最小峰值的采集時鐘信號，并將這些值存儲在各個采集存儲器中。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，用于數(shù)字峰值檢測器10的采集段包括兩個采集時鐘周期，這將在下面更詳細(xì)地描述。在程序控制下，微處理器20將各個管道的累積最大和最小峰值相比并將所有管道的最大和最小累積峰值存儲為該采集段上的最大和最小峰值。該采集段所存儲的最大和最小峰值在顯示器18上顯示。
來自微處理器20的延遲值或電壓調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D的采樣時間以便給出為采樣時鐘頻率N倍的實際采樣率，其中N是采集管道的數(shù)目。例如，采樣時鐘頻率為1G樣本/秒或1納秒。將1納秒除以4(采集管的數(shù)目)得到250微微秒。各個延遲電路將250微微秒的延遲加入涉及前一個管道的采樣時鐘信號中以驅(qū)動每個管道的電路。每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器時鐘信號的延遲被設(shè)置為遞增量為1/N×采樣時鐘周期，使得每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器捕獲采樣時鐘之間唯一的時間片。將來自4個采集管的所產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交插導(dǎo)致4倍于實際采樣率的有效采樣率。模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D產(chǎn)生代表在由各個時鐘信號定義的特定時間段上輸入信號的數(shù)字值，其中的時鐘信號來自各個延遲電路42A，42B，42C和42D。
如該領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的那樣，數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D累積來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D的最大和最小數(shù)字化值。峰值檢測器44A，44B，44C和44D的累積最大和最小數(shù)字值被連接到采集電路48A，48B，48C和48D，這些電路在接收采集時鐘脈沖時鎖定各個最大和最小數(shù)字值。采集時鐘頻率是一個用戶定義的設(shè)置，該設(shè)置可以用前面板控制16來選擇。采集時鐘可以用多種方法產(chǎn)生，圖1給出了一種方法。系統(tǒng)時鐘28可以包括一個可編程抽取器，該抽取器接收來自微處理器20的抽取值。這些抽取值是根據(jù)用戶利用前面板16設(shè)置的采集頻率獲得的。例如，采樣時鐘頻率為1G樣本/秒，用戶定義的采集樣本頻率被設(shè)置為1M樣本/秒。將樣本時鐘頻率除以用戶定義的采集頻率得到抽取值1000，另一個產(chǎn)生采集時鐘的方法是在每個采集電路中給出抽取器，如圖3所示的那樣，并會在下面詳細(xì)描述。
最大和最小峰值檢測器值被同時提供給采集電路48A，48B，48C和48D。由于在本發(fā)明優(yōu)選實施方案中使用的存儲器數(shù)據(jù)總線大小的原因，需要兩個采集時鐘將各自的值裝載到采集存儲器。這樣在兩個采集時鐘周期內(nèi)，為數(shù)字峰值檢測模式建立了采集時間段。每隔一個采集時鐘周期從各個采集電路48A，48B，48C和48D為峰值檢測器44A，44B，44C和44D提供重置選通脈沖，這樣使得檢測器將下一個流入數(shù)字值作為下一個采集段的初始最大和最小數(shù)字值而存儲。如以前描述的，峰值檢測器的累積最大和最小數(shù)字值存儲在采集存儲器中。明顯的是，更寬的存儲器總線使得能夠利用單個的采集時鐘來存儲累積的最大和最小數(shù)字值，因此在每個采集時鐘上建立一個采集段。在優(yōu)選實施方案中，采集存儲器是采集電路48A，48B，48C和48D的一部分。但是存儲器可以是儀器的RAM24的一部分。
圖2A到2E說明了根據(jù)本發(fā)明的交插數(shù)字峰值檢測器10中數(shù)字樣本的采集和處理。圖2A到2E中類似的元件與圖1中標(biāo)號相同。這些圖說明了很多采集段中的一個，這些段為采樣段的4倍。圖2A給出一個代表性的輸入信號30。圖2B給出利用采集段的四個交插采集管道26A，26B，26C和26D的輸入波形上的采樣點。圖2C代表性地給出四個采集管26A，26B，26C和26D中每一個在圖2B的采樣位置上的圖1中輸入信號30的數(shù)字化樣本。圖2D代表性地給出各個數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D中的最大和最小累積值。圖2E代表性地給出對圖2D中的最大和最小累積值比較來產(chǎn)生采集段上所存儲的最大和最小數(shù)字峰值。注意到最大峰值檢測值是根據(jù)采集管數(shù)據(jù)2C中產(chǎn)生的，最小峰值檢測值是根據(jù)采集管數(shù)據(jù)26D產(chǎn)生的。
圖3給出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字峰值檢測器10的更詳細(xì)的方框圖。圖3中類似的元件與圖1中的標(biāo)號相同。如以前描述的，數(shù)字峰值檢測器10是測量儀器的一部分，該測量儀器有多個采集信道14，一個前面板16，一個顯示器18，一個微處理器控制器20，相關(guān)的ROM22和RAM存儲器24，系統(tǒng)時鐘28。每個采集信道14有多個采集管26A，26B，26C和26D。每個采集管包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分別編號為40A，40B，40C和40D，以及數(shù)字延遲電路42A，42B，42C和42D，峰值檢測器44A，44B，44C和44D。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，跟蹤和保持電路50A，50B，50C和50D分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D相關(guān)。施加給延遲電路42A，42B，42C和42D的延遲值或信號由接收來自微處理器20的數(shù)字值的數(shù)模延遲電路52產(chǎn)生的。如以前描述的，施加給延遲電路42A，42B，42C和42D的延遲值可調(diào)性地將送往每個采集管26A，26B，26C和26D的來自系統(tǒng)時鐘28的通用采樣時鐘信號延遲以便使每個管道的采樣時間相對于其它管道偏移一個量值。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在每個管道采樣時鐘以400微微秒定時的情況下采樣時鐘頻率為2.5G樣本/秒。相對于以前的管道來說每個管道的時鐘延遲偏移為100微微秒，產(chǎn)生10G樣本/秒的有效采樣頻率。延遲采樣時鐘分別被施加給每個采集管道26A，26B，26C和26D中的相應(yīng)跟蹤和保持電路54A，54B，54C和54D。跟蹤和保持電路以延遲后的采樣率對模擬輸入信號30采樣并將采樣后的模擬信號輸入到各個模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，利用延遲元件56A，56B，56C和56D表示的適當(dāng)?shù)亩〞r延遲，每個采集管26A，26B，26C和26D的采樣時鐘被提供給管道的其它電路元件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器40A，40B，40C和40D將采樣模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并將這些值傳遞給數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D。數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D在采集段上累積最大和最小數(shù)字峰值并將累積的峰值傳遞給各個可編程抽取電路58A，58B，58C和58D。
每個可編程抽取電路58A，58B，58C和58D包括一個可編程抽取器，該抽取器接收來自系統(tǒng)時鐘28的采樣時鐘信號或更好的是接收來自驅(qū)動每個管道中其它電路的相同定時鏈的采樣時鐘信號。響應(yīng)用戶給出的來自前面板16的采集時鐘頻率，來自微處理器20的抽取值被施加到抽取器。抽取后的采樣時鐘產(chǎn)生采集時鐘，該時鐘將累積的最小和最大數(shù)字峰值鎖定到存儲鎖定值。采集時鐘還被用來將各個累積最大和最小數(shù)字峰值鎖定到各個采集存儲器60A，60B，60C和60D。因此，需要兩個采集時鐘將累積的最大和最小數(shù)字峰值檢測器值裝載到采集存儲器60A，60B，60C和60D中。這需要每隔一個采集時鐘，重置選通脈沖被送往數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D以便對于數(shù)字峰值檢測器44A，44B，44C和44D的新的采集段來說將下一個數(shù)字值設(shè)置為初始最大和最小峰值。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，采集存儲器60A，60B，60C和60D與每個采集管26A，26B，26C和26D相關(guān)并且不是該儀器RAM存儲器24的一部分。
每個管道的累積最大和最小數(shù)字峰值被傳送到微處理器20，在微處理器中在程序控制下，采集管道26A，26B，26C和26D在采集段上的最大和最小數(shù)字峰值被比較并且最大數(shù)字值和最小數(shù)字值作為采集段上的最大和最小數(shù)字峰值而存儲。這些存儲值被進一步處理以用于在顯示器18上顯示。
已經(jīng)描述的數(shù)字峰值檢測器10利用多個采集管來獲得表示輸入信號的數(shù)字值。每個采集管道接收一個通用的采樣信號，對于每個管道，該信號被延遲使得以大于采樣時鐘頻率的有效頻率來獲得樣本。每個管道以它們各自的偏移采樣頻率產(chǎn)生數(shù)字值，并在采集段上累積最大和最小數(shù)字峰值。采集段使用了兩個從采樣時鐘得到的采集時鐘脈沖和根據(jù)用戶定義的采集頻率得到的抽取值。每個管道的累積最大和最小峰值被利用微處理器來比較，該處理器在程序控制下工作以便為每個采集段產(chǎn)生最大和最小數(shù)字峰值檢測器值。
這樣，交插數(shù)字峰值檢測器和操作方法已經(jīng)被描述了。因此對于閱讀了前面的描述之后的技術(shù)人員來說，對于本發(fā)明的很多更改和修正都是可以理解的，要理解的是通過示例給出并描述的特定實施方案并不是意在予以限制。例如，包括可編程抽取器和鎖定器的采集電路最好以解復(fù)用器來實現(xiàn)。此外，采集信道已經(jīng)被描述為有四個采集管道，這些采集管道被交插并最好在某一采樣和采集頻率下工作。通過加入附加的管道，可能的是利用不同的采樣時鐘頻率和采集頻率操作并如優(yōu)選實施方案中描述的那樣產(chǎn)生相同的數(shù)字峰值檢測器值。對于特定實施方案的詳細(xì)描述并不意味著限制附加權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1一種交插數(shù)字峰值檢測器，包括被連接用來接收輸入信號的多個采集管道，每個采集管道包括接收輸入信號和采樣時鐘信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個管道的采樣時鐘信號通過延遲電路耦合用來選擇性地對每個采集管的輸入信號的采樣進行延遲；接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出并累積數(shù)字化輸入信號的最大和最小值的峰值檢測器；接收采集時鐘信號的采集電路，其中的時鐘信號是通過按照抽取值的函數(shù)來抽取采樣時鐘信號而得到，以用于觸發(fā)鎖定電路，其中的鎖定電路存儲來自峰值檢測器的累積最大和最小值；以及用于比較在采集段上來自每個采集管的最大和最小峰值檢測器值從而產(chǎn)生在該采集段上對于所說多個采集管道而言的最大和最小峰值檢測器值的裝置。
2如權(quán)利要求1所述的交插數(shù)字峰值檢測器，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括跟蹤和保持電路，該電路捕獲輸入信號的模擬值用于輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3如權(quán)利要求1所述的交插數(shù)字峰值檢測器，其中采集電路還包括一個采集存儲器用于存儲在采集段上鎖定的最大和最小峰值檢測器值。
4交插數(shù)字峰值檢測器包括被連接用來接收輸入信號的多個采集管道，每個采集管道包括接收輸入信號和采樣時鐘信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個管道的采樣時鐘信號通過延遲電路耦合用來選擇性地對每個采集管的輸入信號的采樣進行延遲；接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出并累積數(shù)字化信號的最大和最小值的峰值檢測器；用來接收采樣時鐘信號和抽取值從而通過將采樣時鐘信號按照抽取值的函數(shù)抽取來建立采集時鐘的可編程抽取器，其中的采集時鐘觸發(fā)用于存儲來自峰值檢測器的累積最大和最小值的鎖定電路；存儲在兩個采集時鐘的采集段上鎖定的最大和最小峰值檢測器值的采集存儲器；以及用于比較在采集段上來自每個采集管的最大和最小峰值檢測器值來在采集段上為所述多個采集管道產(chǎn)生最大和最小峰值檢測器值的裝置。
5如權(quán)利要求1所述的交插數(shù)字峰值檢測器，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括跟蹤和保持電路，該電路捕獲輸入信號的模擬值用于輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
6用于檢測采集系統(tǒng)中的最大和最小數(shù)字值的方法，包括以下步驟(a)利用多個采集管對輸入信號進行數(shù)字化，每個管道有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器接收通用的采樣時鐘信號，該時鐘信號被每個管道中的延遲電路可調(diào)性地延遲；(b)在采集段上累積每個采集管中的數(shù)字化輸入信號的最大和最小峰值；(c)存儲采集段上每個采集管中的數(shù)字化輸入信號的累積最大和最小峰；(d)將來自每個采集管道的采集段上的數(shù)字化輸入信號的累積最大和最小峰值的存儲量比較用于產(chǎn)生采集段上的最大和最小峰值。
7如權(quán)利要求6的用于檢測采集系統(tǒng)中的最大和最小數(shù)字值的方法，還包括顯示最大和最小峰值的步驟。
8如權(quán)利要求7的用于檢測采集系統(tǒng)中的最大和最小數(shù)字值的方法，還包括在附加的采集段上重復(fù)步驟(a)到(d)并顯示附加段上的最大和最小值的步驟。
9如權(quán)利要求6的用于檢測采集系統(tǒng)中的最大和最小數(shù)字值的方法，其中的數(shù)字化步驟還包括在采樣時鐘信號的瞬時捕獲輸入信號的模擬值以便用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化過程。
全文摘要
一種交插數(shù)字峰值檢測器,該檢測器有多個采集管道,每個采集管道接收一個通用采樣時鐘信號,并使之延遲以選擇性將管道中每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時間延遲。每個管道有峰值檢測器,可編程抽取器,以及采集存儲器。來自每個采集管道的最大和最小峰值檢測器值在程序控制下在采集段上比較用來產(chǎn)生每個采集管道在采集段上的最大和最小峰值檢測器值。
文檔編號G06J1/00GK1272628SQ0010814
公開日2000年11月8日 申請日期2000年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月29日
發(fā)明者M·F·莫澤爾 申請人:特克特朗尼克公司