專利名稱：一種并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法
技術領域：
本發明屬于數字示波器測試技術領域，更為具體地講，涉及一種并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法。
背景技術：
I、引言在時域測試領域中，數字存儲示波器的應用越來越廣泛。其中，波形捕獲率是衡量其數據采集系統的一個重要指標。波形捕獲率定義為“單位時間內示波器所能捕獲并顯示 的波形幅數(wfms/s)”。它表達了單位時間內采集系統所獲取并顯示的信息量的大小。波形捕獲率越高，表示數字存儲示波器對偶發事件的捕獲能力越強。在近十年來，數字存儲示波器的波形捕獲率大大提高。例如，美國泰克公司的數字熒光系列示波器波形捕獲率覆蓋范圍從3600wfms/s到300000wfmS/S ;安捷倫公司的Infini ium90000A系列高性能數字存儲示波器波形捕獲率高達400000wfmS/S。國外各大儀器供應商都將捕獲率作為高端數字存儲示波器產品最重要的賣點之一。目前已有外特性測試數字示波器波形捕獲率的方法，即2011年06月01日授權公告的、公告號為CN 101281224B、名稱為“數字示波器波形捕獲率的測試方法”，該方法也稱為“雙脈沖測試法”，填補了波形捕獲率測試方法的空白。然而，它僅能夠測量出數字存儲示波器的瞬態波形捕獲率，測量結果反映的是被測時間點波形捕獲情況。該方法最大的缺陷在于它不能評價被測數字存儲示波器在一段時間內波形捕獲的實際情況，由于各家數字存儲示波器在體系結構、波形處理顯示手段上不盡相同，用該方法對并行結構的數字存儲示波器進行指標測試、計量時可能存在較大的偏差。2、波形捕獲率概述圖I是數據采集系統死區時間示意圖。如圖1，展示了實際死區時間與采集時間、有效死區時間與顯示窗口的關系。在數字存儲示波器工作系統中，波形數據的采集與處理是個交替過程，數字存儲示波器采集到波形數據后，由于系統中微處理器會參與前一次采集到的波形數據的處理，系統在對波形進行處理的時候不會進行采集，在兩次波形采集過程之間便形成了一段時間的采集死區，我們稱這段時間為死區時間，它是數據采集系統從一次采集結束到下一次采集開始之前的時間間隔。而有效死區時間包括實際死區時間，還包括采集時間內，但在顯示窗口以外的部分，這部分隨然被采集到，但仍然不能被觀測到。比如有效死區時間中發生的異常信號，如圖I中第二個圓圈位置，雖然被采集系統采集到了，但是在波形顯示區域之夕卜，觀測者仍然無法觀測到異常信號。因此，有效死區時間相對實際死區時間對于示波器性能分析更為重要，之后提到的死區時間都是指有效死區時間。數字存儲示波器在前一個捕獲周期結束后才能夠捕獲下一幅新波形，在死區時間內，沒有監測和捕獲信號，導致數字存儲示波器可能漏掉關鍵的異常信號，而給用戶顯示一個帶有“欺騙性”的測試結果。
在電路系統中，故障的發生一般沒有規律可循，我們很難選擇一個合適的觸發條件去捕捉故障信號。因此，數字存儲示波器波形捕獲率指標的提升對于發現電路中的問題及提高測試工作效率也有很重要的作用。3、波形捕獲率現有測試方法的不足3. I雙脈沖測試法目前已有的采用雙脈沖法測量示波器波形捕獲率的方法，首次解決了從外特性測試波形捕獲率的問題。該方法的原理是數字存儲示波器的采集可由觸發信號來控制，前后兩次有效觸發之間的時間間隔即為死區時間。
如圖2所示，測試信號由一段較窄脈沖Wl和一段較寬脈沖W2組成，兩個脈沖的上升沿對應著波形的觸發位置tl和t2，tl和t2之間的時間間隔Ttl是可調節的。當時間間隔Ttl小于數字存儲示波器的死區時間時，采集系統只能采集顯示窄脈沖Wl ;當時間間隔Ttl大于死區時間時，采集系統既能采集顯示窄脈沖W1，又能采集顯示寬脈沖W2 ;當調節時間間隔Ttl到剛好能夠同時觀察到兩個脈沖Wl和W2的臨界時間點時，此時時間間隔Ttl對應的時間即為數字存儲示波器的死區時間。在利用雙脈沖測試法測試示波器捕獲率時，若時間間隔Ttl較小，由于死區時間的存在，采集到第一個脈沖信號Wl后，數字存儲示波器還沒來得及開啟下一次采集，必然會漏失掉第二個脈沖信號W2，通過增大時間間隔Ttl,當數字存儲示波器剛好能將兩個脈沖信號捕捉下來的時候就完成了波形捕獲率的測試。兩個脈沖的脈寬不相等的原因是為了測試者觀察的方便，可以清晰地判斷出脈沖W2出現與不出現的臨界點，這個臨界點恰好指明了完成一次采集所需的最短時間，范圍是從第一個脈沖上升沿到第二個脈沖上升沿之間，即時間間隔TQmin。這時，Ttlmin就是兩個有效觸發點的最短時間，也就是數字存儲示波器采集與處理一次所需要的最短時間，它的倒數即是單位時間示波器的最大波形捕獲率，即WCRmax=l/T0min(I)3. 2數字示波器的體系結構傳統的數字存儲示波器通常采用串行工作的構架，如圖3、4所示，采集的數據從內存傳送到計算系統，經微處理器處理、計算參數、最終顯示，這種構架的工作方式可以形象的表述為“采集一段、慢慢處理、控制顯示”，然后重復這個過程。在微處理器“慢慢處理”的這段時間內，串行構架的采集系統將不能監視被測信號波形，這段時間就是“死區時間”。通常，此類儀器的波形捕獲時間大約只占總觀測時間的1%，因此，在“死區時間”內將會漏掉99%波形細節，使測試效率大大降低，換言之，儀器對被測信號的捕獲率很低。隨著數字存儲示波器技術的發展，波形捕獲率指標越來越受到各示波器廠商的重視，波形捕獲率提升的關鍵是改進數字存儲示波器采集系統的體系結構，改變波形采集和顯示的模式，盡可能降低死區時間。從上世紀90年代末期，泰克公司推出了世界上第一款并行結構的數字存儲示波器——數字熒光示波器，從此，數字存儲示波器的波形捕獲率得到了大幅提升。如圖5、6，具有波形數據并行處理體系的數字存儲示波器主要分為三大部分信號調理與觸發模塊、數據采集與波形并行協處理器模塊、微處理器及顯示模塊。
經信號調理后的模擬信號送入ADC進行采樣，在觸發和時基電路的控制下將采樣數據送入采集存儲器緩存，完成一次采集后，波形并行協處理器啟動，直接將采樣數據映射成與顯示屏點陣相對應的波形數據庫，映射完成后又重新開始新一輪的采集與映射；與此同時，微處理器進行波形運算、菜單管理、人機接口管理等工作；當到達液晶屏定時刷新時間時，即刻啟動顯示刷新控制邏輯，自動將波形數據庫和界面數據庫的點陣數據組合后導入顯示存儲器，并更新顯示。在本系統中，采用波形采集處理與微處理器并行工作的構架，讓微處理器從繁重的波形處理和顯示中脫離出來，降低了系統的盲區時間，增大了發現瞬態異常信號的幾率。并行結構數字示波器采集波形的特點是，在波形協處理器的作用下開始采集和映射，如此快速循環，當系統定義的刷屏周期到來時，停止采集和映射，波形協處理器將 此時映射好的多幅波形導出到顯示存儲器，便于波形的顯示，可見并行處理體系結構的死區時間有兩部分，第一部分是波形映射時產生的死區時間，第二部分是刷屏時間到來時，導出映射好的波形圖像時產生的死區時間。3. 3雙脈沖測試方法的缺陷從數字存儲示波器的體系結構分析可以看出，雙脈沖測試法有相當的局限性。主要表現在該方法僅衡量了數字存儲示波器相鄰兩幅波形捕獲的情況，其測試結果只是反映了數字存儲示波器的瞬時波形捕獲率指標，對于串行結構的數字示波器來說，由于相鄰兩次采集之間的時間間隔基本上是均勻的，用雙脈沖測試法得到的測試結果基本能反映該類數字存儲示波器在單位時間內的波形捕獲率情況，誤差不會太大；對于并行結構數字存儲示波器，由于其結構和波形映射方法的特殊性，存在兩個不同環節的死區時間，波形捕獲率在一個刷屏周期內是非均勻的，如果此時仍然用雙脈沖測試法來評估該類數字存儲示波器的波形捕獲率的話，其測試結果將遠遠高于標稱指標，從而得到錯誤的測試結果。隨著并行結構數字存儲示波器逐漸成為數字存儲示波器市場的主流產品，提出一種測量和評價并行結構數字存儲示波器波形捕獲率的方法尤為迫切。
發明內容
本發明的目的在于考慮并行結構數字存儲示波器采集過程中采集的不均勻性和會出現的刷屏時間，提供一種并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法，以滿足并行結構數字存儲示波器波形捕獲率的測定。為實現以上目的，本發明并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法，其特征在于，包括以下步驟(I)、將數字存儲示波器設置在廠家給出的最大捕獲率狀態下的時基檔位，通過雙脈沖測試方法，確認并行結構數字存儲示波器的最短捕獲時間Tdp，則其最大捕獲率為I/Tdp ；(2)、利用步進幅頻組合脈沖，定位刷屏所致死區時間位置及刷屏前的捕獲波形數；2. I)、步進幅頻組合脈沖的構建步進幅頻組合脈沖的各個脈沖間隔時間，即相鄰脈沖上升沿之間的間隔時間相等，取雙脈沖測試法得到的最短捕獲時間Tdp ；
步進幅頻組合脈沖分為X組，每組Y個脈沖，一組脈沖中各脈沖的幅度依次增加，且各組脈沖對應順序上的脈沖幅度相同；一組脈沖中各脈沖的寬度相同，且各組脈沖的寬度依次增加；一組脈沖的幅度以及增加幅度、脈沖寬度以及各組脈沖的寬度增加量以能夠方便測試人員在屏幕上觀測為準；2. 2)、將數字存儲示波器置于廠家給出的最大捕獲率狀態下的時基檔位，幅度設置在步進幅頻組合脈沖最大幅度能夠顯不為準；利用可編程任意波形發生器，產生一段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試；如果全部顯示，則產生第2段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試，第2段步進幅頻組合脈沖由一個起始脈沖，然后間隔Tseg=TdpXXXY,再為步進幅頻組合脈沖的脈沖構成；·如果第2段步進幅頻組合脈沖全部顯示，則產生第3段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試，第3段步進幅頻組合脈沖由一個起始脈沖，然后間隔Tseg=2XTdpXXXY,再為步進幅頻組合脈沖的脈沖構成；依此類推，直到得到沒有全部顯示的第P段步進幅頻組合脈沖，這樣可以得到刷屏所致死區時間出現的位置之前的時間，即波形映射和采集的時間Tmap=(P-I) · Tseg+Tseg—P(2)其中，Tseg P為第P段步進幅頻組合脈沖在數字存儲示波器上顯示出來的脈沖所對應的時間，從而定位刷屏所致死區時間位置；分段測試過程中，可以通過觀察數字存儲示波器屏幕，得到第k段步進幅頻組合脈沖捕獲的脈沖個數Wseg k,則在刷屏所致死區時間到來前，即刷屏前的數字存儲示波器能夠捕獲到的波形幅數為Wac9=JjWseg k⑴
k=l(3)、測量刷屏所致死區時間，并計算得到數字存儲示波器的實測波形捕獲率按照步驟2. I方法構建測量刷屏所致死區時間的步進幅頻組合脈沖，除脈沖間隔時間外，其余與步驟2. I步進幅頻組合脈沖相同；利用可編程任意波形發生器，產生一段測量刷屏所致死區時間的步進幅頻組合脈沖步，輸入到數字存儲示波器中進行測試；產生的測量刷屏所致死區時間的步進幅頻組合脈沖步其脈沖間隔時間!^在!1-/(XXY)的基礎上逐步增加，直到顯示出來的脈沖逐漸減少后，重新增加為止；通過觀察數字存儲示波器屏幕，得到刷屏所致死區時間，即大死區時間所占的脈沖個數Wm，計算得到大死區時間Tddt=WdlXT1(4)最后可根據已經得到的測量數據，算出被測數字存儲示波器的實測波形捕獲率WCRave =XWacq(5)。
^DDT ^ ^map本發明的目的是這樣實現的
本發明并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法，在雙脈沖測試方法的基礎上，考慮到并行結構數字存儲示波器采集過程中采集的不均勻性和會出現的刷屏時間，提出步進幅頻組合脈沖測試法，找到波形采集和映射時間Tmap、刷屏前能夠捕獲到的波形幅數Wacq以及刷屏所致死區時間，計算出被測數字存儲示波器的實測波形捕獲率，從而滿足并行結構數字存儲示波器波形捕獲率測定的需要。
圖I是數據采集系統死區時間示意圖；圖2是雙脈沖信號示意圖；圖3是傳統數字存儲示波器結構圖；圖4是傳統數字存儲示波器的波形捕獲過程示意圖；圖5是并行結構數字存儲示波器結構圖；圖6是并行結構數字存儲示波器的波形捕獲過程；圖7是本發明中雙脈沖測試方法一具體實施方式
波形圖；圖8是本發明中步進幅頻組合脈沖示意圖；圖9是第f 3段可測試不同時間范圍的步進組合脈沖波形示意圖；圖10是出現刷屏所致死區時間的波形示意圖；圖11是捕獲完整刷屏死區時間的波形示意圖；圖12是數字存儲示波器DP04034捕獲到的最后一段步進幅頻組合脈沖波形圖；圖13是數字存儲示波器DS06102A捕獲到的第一段步進幅頻組合脈沖波形圖；圖14是數字存儲示波器UTD8102C刷屏所致死區時間測試波形圖。
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，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。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，這些描述在這里將被忽略。在本實施例中，本發明并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法的具體步驟如下A.通過雙脈沖測試方法，確認并行結構數字存儲示波器的最短捕獲時間Tdp，則其最大捕獲率為1/Tdp在數字存儲示波器設定在最大捕獲率狀態下的時間檔位，輸入雙脈沖信號，第一個脈沖寬度W為數字存儲示波器最大捕獲率狀態下的時基時間。第二個脈沖的幅度和寬度定為第一個脈沖的二倍，兩脈沖間隔時間L使用標定捕獲率的倒數。發送一次雙脈沖，在被測數字存儲示波器上觀察，觸發后是否能將兩個脈沖都捕獲到。如果只捕獲到第一個，表明數字存儲示波器在脈沖間隔時間L的內不能完成兩個脈沖波形的捕獲，需要增大脈沖間隔時間L。反之如果兩個脈沖都能捕獲到，就減小脈沖間隔時間L。反復調整脈沖時間間隔L，直到捕獲到兩個脈沖的臨界間隔時間L’，則可知最短捕獲時間Tdp=L’，且最大捕獲率為1/Tdp。B、利用步進幅頻組合脈沖，定位刷屏所致死區時間位置及刷屏前的捕獲波形數。
由于數字存儲示波器顯示屏局限，測試人員只能在屏幕中分辨一定數目的脈沖波形。在本實施例中，數字存儲示波器的顯示屏上的水平格數為DIVx，垂直格數為DIVy，則定義數字存儲示波器屏幕能分辨的波形脈沖個數N為
權利要求
1.一種并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、將數字存儲示波器設置在廠家給出的最大捕獲率狀態下的時基檔位，通過雙脈沖測試方法，確認并行結構數字存儲示波器的最短捕獲時間Tdp，則其最大捕獲率為1/Tdp ； (2)、利用步進幅頻組合脈沖，定位刷屏所致死區時間位置及刷屏前的捕獲波形數； . 2.I)、步進幅頻組合脈沖的構建 步進幅頻組合脈沖的各個脈沖間隔時間，即相鄰脈沖上升沿之間的間隔時間相等，取雙脈沖測試法得到的最短捕獲時間Tdp ； 步進幅頻組合脈沖分為X組，每組Y個脈沖，一組脈沖中各脈沖的幅度依次增加，且各組脈沖對應順序上的脈沖幅度相同；一組脈沖中各脈沖的寬度相同，且各組脈沖的寬度依次增加； 一組脈沖的幅度以及增加幅度、脈沖寬度以及各組脈沖的寬度增加量以能夠方便測試人員在屏幕上觀測為準； .2.2)、將數字存儲示波器置于廠家給出的最大捕獲率狀態下的時基檔位，幅度設置在步進幅頻組合脈沖最大幅度能夠顯不為準； 利用可編程任意波形發生器，產生一段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試； 如果全部顯示，則產生第2段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試，第2段步進幅頻組合脈沖由一個起始脈沖，然后間隔Tseg=TdpXXXY,再為步進幅頻組合脈沖的脈沖構成； 如果第2段步進幅頻組合脈沖全部顯示，則產生第3段步進幅頻組合脈沖，輸入到數字存儲示波器中進行測試，第3段步進幅頻組合脈沖由一個起始脈沖，然后間隔Tseg=2XTdpXXXY,再為步進幅頻組合脈沖的脈沖構成； 依此類推，直到得到沒有全部顯示的第P段步進幅頻組合脈沖，這樣可以得到刷屏所致死區時間出現的位置之前的時間，即波形映射和采集的時間
2.根據權利要求I所述的數字存儲示波器捕獲率的測試方法，其特征在于，所述的步進幅頻組合脈沖組數X，每組脈沖個數Y根據以下公式確定
3.根據權利要求2所述的數字存儲示波器捕獲率的測試方法，其特征在于，所述的步進幅頻組合脈沖按以下規律產生； 第i個脈沖幅度
全文摘要
本發明一種并行結構數字存儲示波器捕獲率的測試方法，在雙脈沖測試方法的基礎上，考慮到并行結構數字存儲示波器采集過程中采集的不均勻性和會出現的刷屏時間，提出步進幅頻組合脈沖測試法，找到波形采集和映射時間Tmap、刷屏前能夠捕獲到的波形幅數Wacq以及刷屏所致死區時間，計算出被測數字存儲示波器的實測波形捕獲率，從而滿足并行結構數字存儲示波器波形捕獲率測定的需要。
文檔編號G01R35/00GK102890258SQ20121040598
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者曾浩, 葉芃, 楊擴軍, 楊光, 張沁川 申請人:電子科技大學