使用有限状态机的数字触发的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]测量、记录、处理信号并且显示处理的结果的测量仪器对于本领域是已知的。例如，数字示波器测量作为时间函数的信号的幅度，并且显示所观测到的信号的一部分成为作为时间的函数的信号幅度的曲线图。现代数字示波器可以在多个测量通道的每一个中按接近100G采样/秒的速率来测量信号。通常在连续时隙中使用对信号进行采样的采样保持电路组而将该信号数字化。每个采样保持电路馈送高速的模数转换器(ADC)，其在分配给该ADC的高速存储器组中存储其输出。
[0002]—次仅可以显示这种所记录的数据的一小部分，因此，需要某种形式的触发用于定义感兴趣的待显示测量的开始。在很多情况下，用户尝试对满足某种特定准则的区域中的信号进行可视化。感兴趣准则可以是复杂模式。例如，用户可能希望检查后随三个具有指定脉冲宽度的脉冲的区域中的信号。因此，触发必须能够检测三个脉冲的产生。
[0003]遗憾的是，能够检测这些复杂模式的现有技术触发方案无法以接近上述采样速率的任何速率进行工作，因此，一般采用两步触发制式。为了提供复杂触发，将可以实时工作的第一触发(RTT)用于控制存储器中所存储的数据。通常通过在输入信号上工作的专用高速硬件来实现RTT。这种类型的触发受限于简单模式(例如，检测输入信号中的上升沿或下降沿)。实践中，数字示波器连续地取得采样，并且将它们存储在圆形存储缓冲器中。当检测到触发模式时，数字示波器继续获取数据达某特定时间段，其由缓冲器大小限制。数据获取然后停顿，以提供时间用于可检测更复杂的感兴趣模式的较慢模式识别程序，以针对更复杂的感兴趣触发模式检查所存储的信号值。这种类型的程序一般称为后获取触发(PAT)。如果找到模式，则然后对于用户显示自触发点以后的数据。如果未找到模式，则重新开始数据获取，并且重复处理。在PAT正工作的期间，数字示波器不获取新数据，因此，数字示波器是“盲”的。盲时间通常是总工作时间的一大部分，因此，感兴趣信号可能丢失。因此，提供按更高速度工作的PAT将是有利的。理想地，PAT将实时工作，因此避免了上述两种触发方案。
【发明内容】
[0004]本发明包括一种装置和用于使用所述装置的方法。所述装置可以配置为用于诸如数字示波器或频率分析器之类的各种功能。所述装置包括码元生成器、多码元有限状态机(MSFSM)和控制器。所述码元生成器根据有序数字值序列生成有序码元序列。所述码元生成器生成对应于所述数字值中的每一个的一个码元。所述数字值具有比所述码元更大数量的可能值。所述MSFSM由输入字以及多个有限状态机(FSM)状态表征。所述MSFSM响应于接收到周期信号而从FSM状态中的当前状态改变为所述输入字和各状态中的当前状态所确定的各FSM状态中的另一状态。所述控制器使得MSFSM搜索有序码元序列中的模式。所述控制器加载具有多个码元的输入字，生成所述周期信号，并且将所述周期信号耦合到所述 MSFSMo
[0005]在本发明一个方面中，所述装置还包括数字序列生成器、存储器和显示处理器。所述数字序列生成器接收作为时间的函数而变化的模拟输入信号，并且据此生成所述有序数字值序列。所述存储器存储所述有序数字值序列。所述显示处理器基于所述存储器中的所述数字值的数字序列来生成可视显示。响应于所述MSFSM生成指示MSFSM进入预定状态的信号来生成所述显示。
[0006]在本发明又一方面中，所述装置包括用户接口以及信号模式的库，每个信号模式指定用于MSFSM的状态集合。通过所述用户接口响应于来自所述装置的用户的输入而选择所述各信号模式之一。
[0007]在本发明另一方面中，所述码元生成器接收所述数字序列生成器所生成的每个数字值，然后所述数字值序列存储在所述存储器中。在替选方面中，所述码元生成器响应于来自所述控制器的命令而从所述存储器接收所述数字值序列。
[0008]在本发明又一方面中，所述装置包括:触发生成器，其接收所述模拟信号并且响应于所述模拟信号中的模式而生成触发信号。所述控制器使得所述MSFSM响应于所述触发信号而搜索所述码元序列中的预定模式。
[0009]在本发明另一方面中，所述数字序列生成器包括多个ADC通道，每个ADC通道包括ADC和存储器模块。所述ADC通道按预定顺序对所述模拟输入信号进行采样。每个ADC通道在该ADC通道中的所述存储器模块中存储该ADC通道所生成的数字值。在该方面中，对于所述MSFSM的输入字加载有从不同ADC通道所生成的数字值所生成的码元。
[0010]在本发明又一方面中，所述MSFSM包括多个并行处理FSM。在一个实施例中，所述多个并行处理FSM中的每一个具有作为所述MSFSM的所述输入字中的各码元之一的输入字。
【附图说明】
[0011]图1示出现有技术数字示波器。
[0012]图2示出根据本发明的数字示波器的一个实施例。
[0013]图3示出每个周期在多个码元上工作的传统FSM。
[0014]图4示出对于每个周期处理三个码元的情况下利用三个并行处理FSM的MSFSM。
[0015]图5示出可以响应于通过数字示波器观测电路所生成的二状态数字波形而从数字示波器的ADC部分输出的数据值的流。
[0016]图6示出用于基于正则表达式检测上升沿的FSM。
[0017]图7示出每个上升沿上激发的FSM。
[0018]图8A-图8C示出上升沿触发双码元FSM的状态图以及据此所推导出的并行处理FSM的状态图。
[0019]图9示出MSFSM用作RTT的数字示波器。
[0020]图10示出用于实现下降沿触发的实施例的基本FSM。
[0021]图11示出用于实现上升沿或下降沿触发的实施例的基本FSM。
[0022]图12示出用于实现连续激发上升沿或下降沿触发的实施例的基本FSM。
[0023]图13示出对于情况η = 3实现正则表达式([~L]* (L+M*H)) {η}的基本FSM。
[0024]图14示出对于情况η = 3实现正则表达式(ΓΗ]* (H+M*L)) {η}的基本FSM。
[0025]图15示出对于情况η = 3实现正则表达式(L+M*H) (L|M|H) {n} (L+M*H)的基本FSM和边沿转变触发。
[0026]图16示出对于η = 1和η = 3的情况实现正则表达式L+M{n，m}H的FSM。
[0027]图17示出对于情况m = 3以及正毛刺实现正则表达式rL]*L+M*H{l，m}M*L的FSM ο
[0028]图18示出对于情况m = 3以及负毛刺实现正则表达式[~H]*H+M*L{1，m}H*L的FSM ο
[0029]图19示出对于情况η = m = 3以及正或负毛刺实现正则表达式Μ* ((L+M*H{1, η}M*L) I (H+M*L{l，m}M*H))的 FSM。
[0030]图20示出实现正则表达式[M]*(L+M+L) | (H+M+H)以实现矮波触发的FSM。
[0031]图21示出用于实现三级矮波触发的FSM，并且报告所遇到的矮波级别。
[0032]图22示出根据本发明一个实施例的双通道数字示波器。
[0033]图23示出用于实现搜索模式M*(L| ((L_*) ? Η) | (Η| ((M|H)*) ? L的状态图。
【具体实施方式】
[0034]参照示出现有技术数字示波器的图1，可以更容易地理解本发明提供其优点的方式。数字示波器100在显示器107上显示输入信号的一部分。用户输入到控制器111的触发准则确定所显示的这部分输入信号。使用采样保持电路组(采样保持电路102为其典型)数字化并且存储输入信号。使用将输入端口上接收到的输入信号依次连接到各个采样保持电路的复用器101依次加载采样保持电路。显示处理器108使用第二复用器105访问存储器组。为了简化附图，已经从附图省略了操作复用器101的控制电路。为了本讨论的目的，注意采样保持电路按顺序连接直到连接了最后采样保持电路为止、然后以第一采样保持电路为起始重复处理就足够了。存在与每个采样保持电路关联的一个ADC和存储器组。在103和104分别示出对应于采样保持电路102的ADC和存储器组。并行工作的ADC和存储器组具有足够的带宽，以处理对应采样保持电路中的信号并且在存储器组中存储结果。然而，检测复杂触发模式所需的电路/软件无法按匹配ADC和采样保持电路的组的数据获取速率的速度加以工作。应注意，采样保持电路可以看作ADC的一部分。因此，为了简化以下讨论，将假设采样保持电路是ADC的一部分，除非上下文另有指示。
[0035]为了适应复杂触发电路的无法跟上ADC组的数据获取速率，触发准则通常划分为受RTT电路109和触发模式处理器110处理的RTT。RTT根据输入信号实时工作，并且包括相对小数量的简单触发准则(例如上升沿或下降沿)。用户指定在任何给定时间可工作的RTTo当RTT激发(fire)时，控制器111允许输入信号受处理直到存储器组填满为止，然后停止进一些采样的处理。一旦RTT激发，PAT处理器就检查存储器组的内容，以确定是否满足PAT所指定的触发。如果满足，则控制器使得显示处理器108显示以与PAT指定的信号时间对应的采样为开始的存储器组中的数据。如上所述，一旦在满足RTT之后填充存储器组，就不获取其它数据，直到完成PAT使得其触发确定为止。
[0036]在本发明一个方面中，使用FSM执行触发生成。FSM由多个FSM状态和输入字表征。在任何给定时间，FSM是各FSM状态之一(其称为当前FSM状态)。当FSM接收到周期信号时，FSM基于输入字和当前状态的内容而从当前状态移动到新状态。在一些情况下，新状态可以是当前状态；然而，任何感兴趣FSM中总是存在FSM移动到不同状态的至少一个转变。FSM还报告特定转变。在一种类型的FSM中，FSM还具有称为报告状态的一个或多个状态。当FSM移动到报告状态时，FSM生成称为匹配状态的特殊信号。在第二类型的FSM中，FSM报告其何时从当前状态进行所指定转变。
[0037]在一个实施例中，FSM通过允许定义更复杂模式的方式替换数字示波器中的传统PAT ο此外，这种类型的实施例可显著增加PAT相对于以软件实现的现有PAT的处理速度，因此减少了与这些触发方案关联的死区时间。在另一实施例中，FSM替换传统RTT，由此允许复杂模式上的实时触发。
[0038]在原理上，FSM可以用于搜索可由正则表达式定义的任何模式。为了本讨论的目的，正则表达式定义为定义搜索模式的字符序列。假设正则表达式，存在运行如此定义的搜索的FSM，并且存在自动生成该FSM的过程。还应注意，存在多于一个的FSM能够对任何给定正则表达式执行搜索。
[0039]FSM是具有通过“有向沿”连接