基于随机信号的平均波形捕获率测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于随机信号的平均 波形捕获率测试方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着以PCI Express、SATA、USB3.0等为代表的高速串行总线的广泛应用， 信号带宽、非平稳特性以及信息量急速增长，由此导致的信号完整性问题使得低概率偶发 事件日益突出，抖动、异步故障和瞬态问题变得难以发现。为了提高测试的可靠性、缩短测 试时间，要求测试系统能够高速的获取与实时处理、分析被测信号，具体而言，要求测试系 统具有高速高精度采样性能、深存储能力和高的波形捕获率，这是满足宽带、瞬态等现代测 量需求的关键。
[0003] 目前，国内外厂商相继从测试仪器的体系结构入手，利用并行采集和处理技术、快 速波形映射技术对测试仪器进行了改进，优化测试仪器采集、处理、显示三个逻辑模块之间 的关系，缩短被测信号在测试系统中的处理时间，以期提高系统的波形捕获率，甚至实现所 谓的"无缝采集"。其中，数字存储示波器发展相当迅速，在新修订的国家标准GB/T 15289- 2009《数字存储示波器通用规范》中，明确指明了波形捕获率是衡量其数据采集性能的一项 重要指标，其定义为"单位时间内示波器所能捕获并显示的波形幅数，wfms/s"，它表示单位 时间内采集系统所获取并显示的信息量的大小。另一方面，国内外主要的数字存储示波器 厂商也都在其产品中明确的注明了仪器的波形捕获率，如泰克公司的DP070000系列数字 荧光示波器最高波形捕获率达300000wfms/s，安捷伦公司的Infiniium 90000A系列的数 字存储示波器波形捕获率为400000wfmS/S，国内的Rigol公司的DS6000系列的最高波形捕 获率是 180000wfms/s 等。
[0004] 虽然在数字存储示波器中波形捕获率指标得到了广泛的使用，但这些指标都是仪 器设计厂商按各自测试标准测量计算所得，不同厂商之间仪器的指标没有严格的可比性， 因此，在用户实际使用中，该指标只能作为某种参考。目前，有关通过外特性定量测试该项 指标的方法和专利还是较少，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。但其实质上其测量的是系统的最大波形捕获率，也是瞬时波形捕 获率，并不能反映系统的平均性能；系统平均波形捕获率，是通过构造特殊的复合信号来测 量短时平均波形捕获率，虽然该指标能反映系统波形捕获率的短时平均性能，但是测试时 间较短，仅有纳秒到微妙级时间长度，而且测试方法较复杂，需要专门的测试装置。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于随机信号的平均波形捕获 率测试方法，采用随机脉冲信号作为测试信号来得到数字三维示波器的平均波形捕获率。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明基于随机信号的平均波形捕获率测试方法，包括以 下步骤：
[0007] SI :根据预设的随机脉冲数量R生成随机脉冲序列信号，R的取值范围为R多1/ (Tacq*w)，其中w表示数字三维示波器的标称波形捕获率，T aeq表示数字三维示波器的采集时 间；将测试时间Tt划分为％ = 个时间单元，r表示数字三维示波器工作在最高波形捕 获率下的时基档位，利用伪随机序列发生器生成在[0，Ν-1]范围内的随机数，确定R个脉冲 对应的时间单元，脉冲对应时间单元内的起始时刻随机确定；
[0008] S2 :生成触发信号，其频率g超过被测示波器标称的最大波形捕获率；
[0009] S3 :调节数字三维示波器的工作参数使其工作在最快实时采样档或标称的最高波 形捕获率状态下的时基档位，然后根据脉冲信号的幅度设置数字三维示波器的垂直档位； 显示方式为点显示、无限余辉；存储深度设置为最小值；设置数字三维示波器的触发参数 为：边沿触发类型、正常触发方式、触发源为触发信号输入的通道；
[0010] S4 :同时将随机脉冲序列信号和触发信号输入数字三维示波器，经过测试时间T 后，关闭信号输入，记录本次测试中数字三维示波器显示的脉冲信号数量x1;
[0011] S5 :重复步骤Sl至步骤S4共计Q次，将Q次测试捕获到的脉冲信号数量求和得到 捕获到的脉冲信号总量I
[0012] S6 :计算平均波形捕获率^
[0013] 本发明基于随机信号平均波形捕获率测试方法，进行若干次测试，每次测试中根 据预设的脉冲信号数量生成随机脉冲序列信号，将随机脉冲序列信号和触发信号输入数字 三维示波器，记录每次测试中数字三维示波器显示的脉冲信号数量，将所有测试捕获到的 脉冲信号数量求和得到捕获到的脉冲信号总量，根据捕获到的脉冲信号总量计算得到平均 波形捕获率。本发明把平均捕获率的求取问题转化为随机事件出现的概率，简化平均波形 捕获率的测量过程。本发明在理论上可测量数字示波器在任意时间内的平均波形捕获率， 更能反映数字三维示波器的总体捕获性能。
【附图说明】
[0014] 图1是数字示波器数据采集过程的示意图；
[0015] 图2是本发明基于随机信号的波形捕获率测试方法的流程图；
[0016] 图3是随机脉冲信号和触发信号的示例图。
【具体实施方式】
[0017] 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。
[0018] 为了更好地说明本发明的技术方案，首先对本发明所依据的原理进行说明。
[0019] 图1是数字示波器数据采集过程的示意图。如图1所示，前一个捕获周期结束后 数字示波器才能够开始捕获下一幅新波形，在死区时间内，数字示波器没有采样信号，导致 可能漏掉关键的异常或抖动信号，而给用户显示一个带有"欺骗性"的测试结果。本质上， 死区时间存在的原因是数字示波器需要时间对采集的波形样本做必要的后处理，比如波形 映射和波形显示等。在数字三维示波器中，所谓波形映射是指在系统设定时间内（一般是 一次屏幕刷新周期），经η个捕获周期，系统采集、映射了 η幅波形到三维波形数据库中， 其中每幅波形的采样点顺序（时间）对应三维波形数据库的每一列，采样点值对应三维波 形数据库的每一行，由于是η幅波形的叠加，三维数据库的存储单元的值就是该位置的命 中次数。而基于采集和波形映射并行工作机制的数据数字存储示波器，其核心就是快速 构造三维波形数据库，减小死区时间。假设示波器捕获过程是均匀的，即每次捕获周期都 相同，其中米集时间是l〇〇ns，而死区时间是9. 9us，则捕获周期是10us，则波形捕获率是： l，000,000us/10us~100,000wfms/s。基于这样的假设，将数据示波器在一次采集中能否 采集到偶发信号看作一次随机试验，η次独立的捕获过程看作η次伯努利试验，由此认为系 统捕获偶发信号的次数满足二项分布，建立了相应的数据模型。下面具体说明其原理：
[0020] 首先记被测数字示波器采集时间为Taeq，在测试时间[L h+Tj内捕获了 η幅波 形，^为测试时间的起始时刻，可以为任意值，Tt表示测试时间长度，则平均波形捕获率是 ? = 在实际应用中，特别是在数字三维示波器中，η的值是非常难以观测到的，因此平 均波形捕获率要通过其他方法来得到。
[0021] 总的采集时间与测试时间比为：
[0023] 另一方面，假设有一符合均匀分布的随机变量X，其概率密度函数是：
[0025] 设^ t2, . . .，tn是系统捕获η幅波形的起始时刻，则其概率为：
[0027] 可以看出X落在[tuti+Tj的某个子区间内的概率只依赖于该子区间的长度，而 与子区间的位置无关。
[0028] 对比公式（1)和（3)可知，系统在测试时间Tt内的平均波形捕获率#与单次采集 时间的乘积，即系统在采集时间T _内捕获的波形幅数，可以看作是一均