专利名称：一种并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法
技术领域：
本发明属于数字示波器测试技术领域，更为具体地讲，涉及一种并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法。
背景技术：
I、引言在时域测试领域中，数字存储示波器的应用越来越广泛。其中，波形捕获率是衡量其数据采集系统的一个重要指标。波形捕获率定义为“单位时间内示波器所能捕获并显示 的波形幅数(wfms/s)”。它表达了单位时间内采集系统所获取并显示的信息量的大小。波形捕获率越高，表示数字存储示波器对偶发事件的捕获能力越强。在近十年来，数字存储示波器的波形捕获率大大提高。例如，美国泰克公司的数字荧光系列示波器波形捕获率覆盖范围从3600wfms/s到300000wfmS/S ;安捷伦公司的Infini ium90000A系列高性能数字存储示波器波形捕获率高达400000wfmS/S。国外各大仪器供应商都将捕获率作为高端数字存储示波器产品最重要的卖点之一。目前已有外特性测试数字示波器波形捕获率的方法，即2011年06月01日授权公告的、公告号为CN 101281224B、名称为“数字示波器波形捕获率的测试方法”，该方法也称为“双脉冲测试法”，填补了波形捕获率测试方法的空白。然而，它仅能够测量出数字存储示波器的瞬态波形捕获率，测量结果反映的是被测时间点波形捕获情况。该方法最大的缺陷在于它不能评价被测数字存储示波器在一段时间内波形捕获的实际情况，由于各家数字存储示波器在体系结构、波形处理显示手段上不尽相同，用该方法对并行结构的数字存储示波器进行指标测试、计量时可能存在较大的偏差。2、波形捕获率概述图I是数据采集系统死区时间示意图。如图1，展示了实际死区时间与采集时间、有效死区时间与显示窗口的关系。在数字存储示波器工作系统中，波形数据的采集与处理是个交替过程，数字存储示波器采集到波形数据后，由于系统中微处理器会参与前一次采集到的波形数据的处理，系统在对波形进行处理的时候不会进行采集，在两次波形采集过程之间便形成了一段时间的采集死区，我们称这段时间为死区时间，它是数据采集系统从一次采集结束到下一次采集开始之前的时间间隔。而有效死区时间包括实际死区时间，还包括采集时间内，但在显示窗口以外的部分，这部分随然被采集到，但仍然不能被观测到。比如有效死区时间中发生的异常信号，如图I中第二个圆圈位置，虽然被采集系统采集到了，但是在波形显示区域之夕卜，观测者仍然无法观测到异常信号。因此，有效死区时间相对实际死区时间对于示波器性能分析更为重要，之后提到的死区时间都是指有效死区时间。数字存储示波器在前一个捕获周期结束后才能够捕获下一幅新波形，在死区时间内，没有监测和捕获信号，导致数字存储示波器可能漏掉关键的异常信号，而给用户显示一个带有“欺骗性”的测试结果。
在电路系统中，故障的发生一般没有规律可循，我们很难选择一个合适的触发条件去捕捉故障信号。因此，数字存储示波器波形捕获率指标的提升对于发现电路中的问题及提高测试工作效率也有很重要的作用。3、波形捕获率现有测试方法的不足3. I双脉冲测试法目前已有的采用双脉冲法测量示波器波形捕获率的方法，首次解决了从外特性测试波形捕获率的问题。该方法的原理是数字存储示波器的采集可由触发信号来控制，前后两次有效触发之间的时间间隔即为死区时间。
如图2所示，测试信号由一段较窄脉冲Wl和一段较宽脉冲W2组成，两个脉冲的上升沿对应着波形的触发位置tl和t2，tl和t2之间的时间间隔Ttl是可调节的。当时间间隔Ttl小于数字存储示波器的死区时间时，采集系统只能采集显示窄脉冲Wl ;当时间间隔Ttl大于死区时间时，采集系统既能采集显示窄脉冲W1，又能采集显示宽脉冲W2 ;当调节时间间隔Ttl到刚好能够同时观察到两个脉冲Wl和W2的临界时间点时，此时时间间隔Ttl对应的时间即为数字存储示波器的死区时间。在利用双脉冲测试法测试示波器捕获率时，若时间间隔Ttl较小，由于死区时间的存在，采集到第一个脉冲信号Wl后，数字存储示波器还没来得及开启下一次采集，必然会漏失掉第二个脉冲信号W2，通过增大时间间隔Ttl,当数字存储示波器刚好能将两个脉冲信号捕捉下来的时候就完成了波形捕获率的测试。两个脉冲的脉宽不相等的原因是为了测试者观察的方便，可以清晰地判断出脉冲W2出现与不出现的临界点，这个临界点恰好指明了完成一次采集所需的最短时间，范围是从第一个脉冲上升沿到第二个脉冲上升沿之间，即时间间隔TQmin。这时，Ttlmin就是两个有效触发点的最短时间，也就是数字存储示波器采集与处理一次所需要的最短时间，它的倒数即是单位时间示波器的最大波形捕获率，即WCRmax=l/T0min(I)3. 2数字示波器的体系结构传统的数字存储示波器通常采用串行工作的构架，如图3、4所示，采集的数据从内存传送到计算系统，经微处理器处理、计算参数、最终显示，这种构架的工作方式可以形象的表述为“采集一段、慢慢处理、控制显示”，然后重复这个过程。在微处理器“慢慢处理”的这段时间内，串行构架的采集系统将不能监视被测信号波形，这段时间就是“死区时间”。通常，此类仪器的波形捕获时间大约只占总观测时间的1%，因此，在“死区时间”内将会漏掉99%波形细节，使测试效率大大降低，换言之，仪器对被测信号的捕获率很低。随着数字存储示波器技术的发展，波形捕获率指标越来越受到各示波器厂商的重视，波形捕获率提升的关键是改进数字存储示波器采集系统的体系结构，改变波形采集和显示的模式，尽可能降低死区时间。从上世纪90年代末期，泰克公司推出了世界上第一款并行结构的数字存储示波器——数字荧光示波器，从此，数字存储示波器的波形捕获率得到了大幅提升。如图5、6，具有波形数据并行处理体系的数字存储示波器主要分为三大部分信号调理与触发模块、数据采集与波形并行协处理器�？�、微处理器及显示�？�。
经信号调理后的模拟信号送入ADC进行采样，在触发和时基电路的控制下将采样数据送入采集存储器缓存，完成一次采集后，波形并行协处理器启动，直接将采样数据映射成与显示屏点阵相对应的波形数据库，映射完成后又重新开始新一轮的采集与映射；与此同时，微处理器进行波形运算、菜单管理、人机接口管理等工作；当到达液晶屏定时刷新时间时，即刻启动显示刷新控制逻辑，自动将波形数据库和界面数据库的点阵数据组合后导入显示存储器，并更新显示。在本系统中，采用波形采集处理与微处理器并行工作的构架，让微处理器从繁重的波形处理和显示中脱离出来，降低了系统的盲区时间，增大了发现瞬态异常信号的几率。并行结构数字示波器采集波形的特点是，在波形协处理器的作用下开始采集和映射，如此快速循环，当系统定义的刷屏周期到来时，停止采集和映射，波形协处理器将 此时映射好的多幅波形导出到显示存储器，便于波形的显示，可见并行处理体系结构的死区时间有两部分，第一部分是波形映射时产生的死区时间，第二部分是刷屏时间到来时，导出映射好的波形图像时产生的死区时间。3. 3双脉冲测试方法的缺陷从数字存储示波器的体系结构分析可以看出，双脉冲测试法有相当的局限性。主要表现在该方法仅衡量了数字存储示波器相邻两幅波形捕获的情况，其测试结果只是反映了数字存储示波器的瞬时波形捕获率指标，对于串行结构的数字示波器来说，由于相邻两次采集之间的时间间隔基本上是均匀的，用双脉冲测试法得到的测试结果基本能反映该类数字存储示波器在单位时间内的波形捕获率情况，误差不会太大；对于并行结构数字存储示波器，由于其结构和波形映射方法的特殊性，存在两个不同环节的死区时间，波形捕获率在一个刷屏周期内是非均匀的，如果此时仍然用双脉冲测试法来评估该类数字存储示波器的波形捕获率的话，其测试结果将远远高于标称指标，从而得到错误的测试结果。随着并行结构数字存储示波器逐渐成为数字存储示波器市场的主流产品，提出一种测量和评价并行结构数字存储示波器波形捕获率的方法尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于考虑并行结构数字存储示波器采集过程中采集的不均匀性和会出现的刷屏时间，提供一种并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法，以满足并行结构数字存储示波器波形捕获率的测定。为实现以上目的，本发明并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤(I)、将数字存储示波器设置在厂家给出的最大捕获率状态下的时基档位，通过双脉冲测试方法，确认并行结构数字存储示波器的最短捕获时间Tdp，则其最大捕获率为I/Tdp ；(2)、利用步进幅频组合脉冲，定位刷屏所致死区时间位置及刷屏前的捕获波形数；2. I)、步进幅频组合脉冲的构建步进幅频组合脉冲的各个脉冲间隔时间，即相邻脉冲上升沿之间的间隔时间相等，取双脉冲测试法得到的最短捕获时间Tdp ；
步进幅频组合脉冲分为X组，每组Y个脉冲，一组脉冲中各脉冲的幅度依次增加，且各组脉冲对应顺序上的脉冲幅度相同；一组脉冲中各脉冲的宽度相同，且各组脉冲的宽度依次增加；一组脉冲的幅度以及增加幅度、脉冲宽度以及各组脉冲的宽度增加量以能够方便测试人员在屏幕上观测为准；2. 2)、将数字存储示波器置于厂家给出的最大捕获率状态下的时基档位，幅度设置在步进幅频组合脉冲最大幅度能够显不为准；利用可编程任意波形发生器，产生一段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试；如果全部显示，则产生第2段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试，第2段步进幅频组合脉冲由一个起始脉冲，然后间隔Tseg=TdpXXXY,再为步进幅频组合脉冲的脉冲构成；·如果第2段步进幅频组合脉冲全部显示，则产生第3段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试，第3段步进幅频组合脉冲由一个起始脉冲，然后间隔Tseg=2XTdpXXXY,再为步进幅频组合脉冲的脉冲构成；依此类推，直到得到没有全部显示的第P段步进幅频组合脉冲，这样可以得到刷屏所致死区时间出现的位置之前的时间，即波形映射和采集的时间Tmap=(P-I) · Tseg+Tseg—P(2)其中，Tseg P为第P段步进幅频组合脉冲在数字存储示波器上显示出来的脉冲所对应的时间，从而定位刷屏所致死区时间位置；分段测试过程中，可以通过观察数字存储示波器屏幕，得到第k段步进幅频组合脉冲捕获的脉冲个数Wseg k,则在刷屏所致死区时间到来前，即刷屏前的数字存储示波器能够捕获到的波形幅数为Wac9=JjWseg k⑴
k=l(3)、测量刷屏所致死区时间，并计算得到数字存储示波器的实测波形捕获率按照步骤2. I方法构建测量刷屏所致死区时间的步进幅频组合脉冲，除脉冲间隔时间外，其余与步骤2. I步进幅频组合脉冲相同；利用可编程任意波形发生器，产生一段测量刷屏所致死区时间的步进幅频组合脉冲步，输入到数字存储示波器中进行测试；产生的测量刷屏所致死区时间的步进幅频组合脉冲步其脉冲间隔时间!^在!1-/(XXY)的基础上逐步增加，直到显示出来的脉冲逐渐减少后，重新增加为止；通过观察数字存储示波器屏幕，得到刷屏所致死区时间，即大死区时间所占的脉冲个数Wm，计算得到大死区时间Tddt=WdlXT1(4)最后可根据已经得到的测量数据，算出被测数字存储示波器的实测波形捕获率WCRave =XWacq(5)。
^DDT ^ ^map本发明的目的是这样实现的
本发明并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法，在双脉冲测试方法的基础上，考虑到并行结构数字存储示波器采集过程中采集的不均匀性和会出现的刷屏时间，提出步进幅频组合脉冲测试法，找到波形采集和映射时间Tmap、刷屏前能够捕获到的波形幅数Wacq以及刷屏所致死区时间，计算出被测数字存储示波器的实测波形捕获率，从而满足并行结构数字存储示波器波形捕获率测定的需要。
图I是数据采集系统死区时间示意图；图2是双脉冲信号示意图；图3是传统数字存储示波器结构图；图4是传统数字存储示波器的波形捕获过程示意图；图5是并行结构数字存储示波器结构图；图6是并行结构数字存储示波器的波形捕获过程；图7是本发明中双脉冲测试方法一具体实施方式
波形图；图8是本发明中步进幅频组合脉冲示意图；图9是第f 3段可测试不同时间范围的步进组合脉冲波形示意图；图10是出现刷屏所致死区时间的波形示意图；图11是捕获完整刷屏死区时间的波形示意图；图12是数字存储示波器DP04034捕获到的最后一段步进幅频组合脉冲波形图；图13是数字存储示波器DS06102A捕获到的第一段步进幅频组合脉冲波形图；图14是数字存储示波器UTD8102C刷屏所致死区时间测试波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。在本实施例中，本发明并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法的具体步骤如下A.通过双脉冲测试方法，确认并行结构数字存储示波器的最短捕获时间Tdp，则其最大捕获率为1/Tdp在数字存储示波器设定在最大捕获率状态下的时间档位，输入双脉冲信号，第一个脉冲宽度W为数字存储示波器最大捕获率状态下的时基时间。第二个脉冲的幅度和宽度定为第一个脉冲的二倍，两脉冲间隔时间L使用标定捕获率的倒数。发送一次双脉冲，在被测数字存储示波器上观察，触发后是否能将两个脉冲都捕获到。如果只捕获到第一个，表明数字存储示波器在脉冲间隔时间L的内不能完成两个脉冲波形的捕获，需要增大脉冲间隔时间L。反之如果两个脉冲都能捕获到，就减小脉冲间隔时间L。反复调整脉冲时间间隔L，直到捕获到两个脉冲的临界间隔时间L’，则可知最短捕获时间Tdp=L’，且最大捕获率为1/Tdp。B、利用步进幅频组合脉冲，定位刷屏所致死区时间位置及刷屏前的捕获波形数。
由于数字存储示波器显示屏局限，测试人员只能在屏幕中分辨一定数目的脉冲波形。在本实施例中，数字存储示波器的显示屏上的水平格数为DIVx，垂直格数为DIVy，则定义数字存储示波器屏幕能分辨的波形脉冲个数N为
权利要求
1.一种并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、将数字存储示波器设置在厂家给出的最大捕获率状态下的时基档位，通过双脉冲测试方法，确认并行结构数字存储示波器的最短捕获时间Tdp，则其最大捕获率为1/Tdp ； (2)、利用步进幅频组合脉冲，定位刷屏所致死区时间位置及刷屏前的捕获波形数； . 2.I)、步进幅频组合脉冲的构建 步进幅频组合脉冲的各个脉冲间隔时间，即相邻脉冲上升沿之间的间隔时间相等，取双脉冲测试法得到的最短捕获时间Tdp ； 步进幅频组合脉冲分为X组，每组Y个脉冲，一组脉冲中各脉冲的幅度依次增加，且各组脉冲对应顺序上的脉冲幅度相同；一组脉冲中各脉冲的宽度相同，且各组脉冲的宽度依次增加； 一组脉冲的幅度以及增加幅度、脉冲宽度以及各组脉冲的宽度增加量以能够方便测试人员在屏幕上观测为准； .2.2)、将数字存储示波器置于厂家给出的最大捕获率状态下的时基档位，幅度设置在步进幅频组合脉冲最大幅度能够显不为准； 利用可编程任意波形发生器，产生一段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试； 如果全部显示，则产生第2段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试，第2段步进幅频组合脉冲由一个起始脉冲，然后间隔Tseg=TdpXXXY,再为步进幅频组合脉冲的脉冲构成； 如果第2段步进幅频组合脉冲全部显示，则产生第3段步进幅频组合脉冲，输入到数字存储示波器中进行测试，第3段步进幅频组合脉冲由一个起始脉冲，然后间隔Tseg=2XTdpXXXY,再为步进幅频组合脉冲的脉冲构成； 依此类推，直到得到没有全部显示的第P段步进幅频组合脉冲，这样可以得到刷屏所致死区时间出现的位置之前的时间，即波形映射和采集的时间
2.根据权利要求I所述的数字存储示波器捕获率的测试方法，其特征在于，所述的步进幅频组合脉冲组数X，每组脉冲个数Y根据以下公式确定
3.根据权利要求2所述的数字存储示波器捕获率的测试方法，其特征在于，所述的步进幅频组合脉冲按以下规律产生； 第i个脉冲幅度
全文摘要
本发明一种并行结构数字存储示波器捕获率的测试方法，在双脉冲测试方法的基础上，考虑到并行结构数字存储示波器采集过程中采集的不均匀性和会出现的刷屏时间，提出步进幅频组合脉冲测试法，找到波形采集和映射时间Tmap、刷屏前能够捕获到的波形幅数Wacq以及刷屏所致死区时间，计算出被测数字存储示波器的实测波形捕获率，从而满足并行结构数字存储示波器波形捕获率测定的需要。
文档编号G01R35/00GK102890258SQ20121040598
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者曾浩, 叶芃, 杨扩军, 杨光, 张沁川 申请人:电子科技大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
