一种用于实现快速测量的数字示波器的制作方法

本发明属于数字示波器技术领域，具体涉及一种用于实现快速测量的数字示波器。

背景技术：

随着现代测试测量领域的发展，为了应对电子产品设计的日益复杂，就要求监测设备向着高带宽、高采样率以及高存储深度发展，而数字示波器作为一种使用广泛的通用电子测量仪器，是针对各种电信号的幅值、周期、脉宽、占空比等进行测量，具有测量精准、维护简便、使用灵活、可靠性高、稳定性好等多种的优点，被广泛的应用于多个行业当中。现阶段数字示波器基本都是由软件进行测量，需将数字示波器采集的原始数据从存储器读取到内存中，再依据测量要求对原始数据进行处理，以获取被测信号的相关参数并显示出来。而在实际应用，数字示波器采集的原始数据是越来越多，这样数字示波器对处理器的内存容量要求越来越高，内存容量越大，处理的原始数据就越多，进而获取的被测信号的测量参数才越准确。如何在数字示波器的内存容量不变的情况下，提高数字示波器的测量速度是迫切需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明公开了一种实现快速测量的数字示波器，用于提高数字示波器测量被测信号参数的测量速度。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于实现快速测量的数字示波器，包括：

存储器，用于存储通过所述数字示波器的采集电路采集被测信号获取的原始数据；

处理器，用于从所述存储器中读取所述原始数据，以依据所述原始数据获取所述被测信号；

测量预处理电路，用于对所述被测信号进行预处理，以获取预处理数据；所述测量预处理电路包括电平比较电路、边沿检测电路、沿位置计算电路和沿位置获取电路；所述电平比较电路用于将所述被测信号分别与三个预设电压信号进行比较，并依据比较结果分别输出三个脉冲信号；边沿检测电路用于分别监测三个所述脉冲信号的高低电平信息，并依据三个所述脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息；所述沿类型信息包括所述被测信号的上升沿信息、下降沿信息和无边沿信息；沿位置计算电路用于对依次获取的所述沿类型信息进行排序；沿位置获取电路用于从排序后的所述沿类型信息中获取所述被测信号的上升沿信息、上升沿信息所对应的序号信息、下降沿信息和下降沿信息所对应的序号信息，以作为所述预处理数据输出；所述处理器还用于依据所述预处理数据获取所述被测信号的参数信息；

显示器，用于显示所述被测信号的参数信息。

进一步，所述测量预处理电路还包括信号预处理装置和预设电压获取装置；所述信号预处理装置用于获取所述被测信号的电压直方图信息，以依据所述直方图信息获取所述被测信号的最大电压幅值、最小电压幅值和/或每个电压幅值出现的概率信息；

所述预设电压获取装置用于依据所述被测信号的最大电压幅值、最小电压幅值和/或每个电压幅值出现的概率信息获取三个所述预设电压。

进一步，所述预设电压获取装置用于将所述被测信号的电压幅值分别与第一预设值和第二预设值进行比较，并将小于所述第一预设值的电压幅值取均值和将大于所述第二预设值的电压幅值取均值，以获取vbase值和vtop值；其中，vbase为所述被测信号的电压幅值小于所述第一预设值的平均值，vtop为所述被测信号的电压幅值大于所述第二预设值的平均值；

所述预设电压获取装置依据下述公式获取所述预设电压：

vl=vbase+(vtop-vbase)/10

vm=(vbase+vtop)/2

vh=vbase+9*(vtop-vbase)/10,

其中，vl为第一预设电压，vm为第二预设电压，vh为第三预设电压，vbase为所述被测信号的电压幅值小于第一预设值的平均值，vtop为所述被测信号的电压幅值大于第二预设值的平均值。

进一步，所述第一预设值为所述被测信号的电压峰峰值的40%；和/或，所述第二预设值为所述被测信号的电压峰峰值的的60%。

进一步，所述边沿检测电路依据三个所述脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息，包括：

边沿检测电路分别依据三个所述脉冲信号的高低电平信息获取三个所述脉冲信号的升降沿信息，并将三个所述脉冲信号的升降沿信息合并以获取所述沿类型信息。

进一步，所述脉冲信号的升降沿信息包括两位的二进制数。

进一步，所述脉冲信号的升降沿信息包括：

当所述脉冲信号的高低电平信息保持低电平，则所述脉冲信号的升降沿信息为00；

当所述脉冲信号的高低电平信息保持高电平，则所述脉冲信号的升降沿信息为11；

当所述脉冲信号的高低电平信息是由低电平变为高电平，则所述脉冲信号的升降沿信息为01；

当所述脉冲信号的高低电平信息是由高电平变为低电平，则所述脉冲信号的升降沿信息为10。

进一步，所述沿类型信息包括四位二进制数。

进一步，三个所述脉冲信号的升降沿信息包括第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息；

所述第一升降沿信息是依据所述被测信号与所述第一预设电压比较获取的脉冲信号获取；所述第二升降沿信息是依据所述被测信号与所述第二预设电压比较获取的脉冲信号获取；所述第三升降沿信息是依据所述被测信号与所述第三预设电压比较获取的脉冲信号获取；

将三个所述脉冲信号的升降沿信息合并以获取所述沿类型信息包括：

当所述第一升降沿信息为10，且第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0001；

当所述第一升降沿信息为01，且第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0010；

当所述第二升降沿信息为10，且第一升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0011；

当所述第二升降沿信息为01，且第一升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0100；

当所述第三升降沿信息为10，且第一升降沿信息和第二升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0101；

当所述第三升降沿信息为01，且第一升降沿信息和第二升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0110；

当所述第一升降沿信息和第二升降沿信息都为10，且所述第三升降沿信息为00或11时，所述沿类型信息为1001；

当所述第一升降沿信息和第二升降沿信息都为01，且所述第三升降沿信息为00或11时，所述沿类型信息为1010；

当所述第二升降沿信息和第三升降沿信息都为10，且所述第一升降沿信息为00或11时，所述沿类型信息为1011；

当所述第二升降沿信息和第三升降沿信息都为01，且所述第一升降沿信息为00或11时，所述沿类型信息为1100；

当所述第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为10时，所述沿类型信息为1101；

当所述第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为01时，所述沿类型信息为1110；

当所述第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，所述沿类型信息为0000。

进一步，所述处理器还用于依据所述预处理数据和所述数字示波器的采集电路采集被测信号的采样频率获取所述被测信号的周期。

依据上述实施例的一种实现快速测量的数字示波器，包括存储器、处理器、测量预处理电路和显示器。存储器用于存储原始数据，处理器用于读取原始数据并获取被测信号，测量预处理电路用于对被测信号进行预处理，以获取预处理数据。其中，测量预处理电路包括电平比较电路、边沿检测电路、沿位置计算电路和沿位置获取电路，电平比较电路先将被测信号与三个预设电压进行比较，边沿检测电路依据比较结果分别获取三个脉冲信号，再监测三个脉冲信号的高低电平信息，并依据监测结果获取沿类型信息，同时沿位置计算电路按沿类型信息的获取顺序对其进行排序，最后沿位置获取电路从排序后的沿类型信息中获取被测信号上升沿信息及其对应的序号信息和下降沿信息及其对应的序号信息，以作为预处理数据并输出。处理器再依据预处理数据获取被测信号的参数信息，并通过显示器显示。由于该数字示波器在进行被测信号的参数计算时，处理器只需处理预处理数据中的沿类型信息和沿类型信息对应的序号信息，所以大大减少了计算量，进而在占用相同内存的条件下，处理器能够处理更多预处理数据，以实现更多、更快、更准确的计算出被测信号的周期等参数。

附图说明

图1为一种数字示波器测量被测信号周期的方法流程图；

图2为一种被测信号周期测量的门限示意图；

图3为一种实施例中数字示波器的结构框图；

图4为一种实施例中被测信号幅值统计示意图；

图5为一种实施例中脉冲信号的升降沿信息获取示意图；

图6为一种实施例中沿类型信息获取示意图；

图7为一种实施例中数字示波器的周期测量流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

数字示波器的处理器先从存储器中读取通过采集电路获取的原始数据，并将原始数据临时存放到内存中，为了保证用于测量的数据与显示屏幕上显示的波形对齐，先对原始数据进行水平方向的调整，再对调整后的原始数据进行运算以获取被测信号的参数信息，最终将运算结果通过显示器显示。采用软件方法对原始数据进行测量，请参考图1，为一种数字示波器测量被测信号周期的方法流程图，下面以被测信号的周期测量为例说明该方法：

步骤101，数字示波器的处理器先从存储器中读取原始数据临时存放到内存中；

步骤102，通过处理器计算原始数据的参考值vbase和vtop，其中，vbase为被测信号的电压幅值小于第一预设值的平均值，vtop为被测信号的电压幅值大于第二预设值的平均值。具体是统计被测信号的原始数据的幅值信息，以获取最大幅值、最小幅值和幅度峰峰值，然后对大于峰峰值60%的幅值数据进行统计分析，得到的平均值即为vtop，然后对小于对峰峰值40%的幅值数据进行统计分析，得到的平均值即为vbase值；

步骤103，依据vbase值和vtop值获取预设置的门限电压。门限电压一般设置为被测信号幅值的10%、50%和90%。请参考图2，为一种被测信号周期测量的门限示意图，其中：

vl=vbase+(vtop-vbase)/10

vm=(vbase+vtop)/2

vh=vbase+9*(vtop-vbase)/10；

步骤104，依据原始数据的幅值与vl/vm/vh关系，找到满足条件的上升沿或下降沿的横坐标。例如同时越过3个门限电压时，记录原始数据上升沿或下降沿的横坐标信息；

步骤105，依据相邻的上升沿或下降沿的横坐标信息获取被测信号的周期，即两个相邻的上升沿或下降沿的横坐标之差再乘以采样周期即可得到被测信号的周期值；

采用上述方法测量被测信号的参数信息存在以下缺陷，首先需要占用大量内存，现阶段数字示波器的存储深度动辄几百兆，一些特殊测量项还需要读取数字示波器的多个通道的数据，数据量则会成倍增加，这必然会导致内存资源紧张。为了减少预处理数据的数据量以优化节省内存，还有的采用将预处理数据先压缩在测量的方法，这样又会导致测量精度丢失；其次，上述测量需要对大量数据统计和比较、搜索有效上升沿或下降沿的信息，如果完全采用软件处理，耗时会非常严重，因此目前大多数示波器厂商采取的处理方法是仅测量搜索到的第一个周期或脉宽，或选择测量触发点附近的周期或脉宽，这样带来的问题是测量值不能反映采集到的数据的真实情况，如采集到的波形中有多个不同的周期值，如果仅测量其中一个周期值，其测量结果显然是不合理的。

在本申请实施例中，数字示波器包括测量预处理电路、存储器、处理器和显示器。其中，测量预处理电路包括电平比较电路、边沿检测电路、沿位置计算电路和沿位置获取电路，电平比较电路先将被测信号与三个预设电压进行比较，边沿检测电路依据比较结果分别获取三个脉冲信号，再监测三个脉冲信号的高低电平信息，并依据监测结果获取沿类型信息，同时沿位置计算电路按沿类型信息的获取顺序对其进行排序，最后沿位置获取电路从排序后的沿类型信息中获取被测信号上升沿的序号信息和下降沿的序号信息，以作为预处理数据并输出。存储器存储该预处理数据，处理器从存储器中读取预处理数据并依据预处理数据获取被测信号的参数信息，在通过显示器显示。由于该数字示波器只存储被测信号上升沿的序号信息和下降沿的序号信息，所以大大减少了被测信号的数据容量，进而占用相同的内存下处理器能够测量更多的原始数据，处理器对预处理数据的处理速度更快，能够更快速、更准确的计算出被测信号的周期等参数。

实施例一

请参考图3，为一种实施例中数字示波器的结构框图，包括测量预处理电路10、存储器20、处理器30和显示器40。存储器20用于存储通过数字示波器的采集电路采集被测信号获取的原始数据，处理器30用于从存储器20中读取原始数据并依据原始数据获取被测信号，测量预处理电路10用于对被测信号进行预处理以获取预处理数据，显示器40用于显示被测信号的参数信息。其中，测量预处理电路10包括电平比较电路11、边沿检测电路12、沿位置计算电路13和沿位置获取电路14。电平比较电路11用于将被测信号分别与三个预设电压信号进行比较，并依据比较结果分别输出三个脉冲信号。边沿检测电路12用于分别监测三个脉冲信号的高低电平信息，并依据三个所述脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息，沿类型信息包括被测信号的上升沿信息、下降沿信息和无边沿信息。沿位置计算电路14用于对依次获取的沿类型信息进行排序。沿位置获取电路14用于从排序后的沿类型信息中获取被测信号的上升沿信息、上升沿信息所对应的序号信息、下降沿信息和下降沿信息所对应的序号信息，以作为被测信号的预处理数据输出。处理器30还用于依据预处理数据获取被测信号的参数信息。

一实施例中，测量预处理电路10还包括信号预处理装置15和预设电压获取装置16，信号预处理装置15用于获取被测信号的电压直方图信息，以依据该被测信号的直方图信息获取被测信号的最大电压幅值、最小电压幅值和/或每个电压幅值出现的概率信息。预设电压获取装置16用于依据被测信号的最大电压幅值、最小电压幅值和/或每个电压幅值出现的概率信息获取三个预设电压。预设电压获取装置16用于将被测信号的电压幅值分别与第一预设值和第二预设值进行比较，并将小于第一预设值的电压幅值取均值和将大于第二预设值的电压幅值取均值，以获取vbase值和vtop值，其中，vbase为被测信号的电压幅值小于第一预设值的平均值，vtop为被测信号的电压幅值大于第二预设值的平均值。预设电压获取装置依据下述公式获取三个预设电压：

vl=vbase+(vtop-vbase)/10

vm=(vbase+vtop)/2

vh=vbase+9*(vtop-vbase)/10,

其中，vl为第一预设电压，vm为第二预设电压，vh为第三预设电压，vbase为被测信号的电压幅值小于第一预设值的平均值，vtop为被测信号的电压幅值大于第二预设值的平均值。请参考图4，为一种实施例中被测信号幅值统计示意图，第一预设值和第二预设值是依据被测信号的峰峰值设定的，峰峰值是被测信号幅值最大值与最小值的差。一实施例中，第一预设值为被测信号的电压峰峰值的40%，第二预设值为被测信号的电压峰峰值的60%。其中，vtop为被测信号的电压幅值大于被测信号的电压峰峰值的60%的均值，vbase为被测信号的电压幅值小于被测信号的电压峰峰值的40%的均值。

一实施例中，边沿检测电路依据三个脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息，边沿检测电路先分别依据三个脉冲信号的高低电平信息获取三个脉冲信号的升降沿信息，再将三个脉冲信号的升降沿信息合并以获取沿类型信息。请参考图5，为一种实施例中脉冲信号的升降沿信息获取示意图，将被测信号的幅值与一预设电压进行比较以输出一脉冲信号，当被测信号的幅值大于该预设电压时脉冲信号为高电平标注为1，反之则脉冲信号为低电平标注为0。设定脉冲信号的升降沿信息包括两位的二进制数，升降沿信息具体包括：

当脉冲信号的高低电平信息保持低电平，则脉冲信号的升降沿信息为00；

当脉冲信号的高低电平信息保持高电平，则脉冲信号的升降沿信息为11；

当脉冲信号的高低电平信息是由低电平变为高电平时，则脉冲信号的升降沿信息为01，即上升沿；

当脉冲信号的高低电平信息是由高电平变为低电平时，则脉冲信号的升降沿信息为10，即下降沿。

请参考图6，为一种实施例中沿类型信息获取示意图，其中，vl为第一预设电压，vm为第二预设电压，vh为第三预设电压，分别是被测信号峰峰值的90%、50%和10%。将被测信号分别与三个预设电压比较后输出脉冲信号和对应的数据使能信号en，再依据三个脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息，三个脉冲信号的升降沿信息包括第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息，第一升降沿信息是依据被测信号与第一预设电压比较获取的脉冲信号获取，第二升降沿信息是依据被测信号与第二预设电压比较获取的脉冲信号获取，第三升降沿信息是依据被测信号与第三预设电压比较获取的脉冲信号获取。

设定沿类型信息包括四位二进制数，将三个脉冲信号的升降沿信息合并以获取沿类型信息包括：

当第一升降沿信息为10，且第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0001。当第一升降沿信息为01，且第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0010。当第二升降沿信息为10，且第一升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0011。当第二升降沿信息为01，且第一升降沿信息和第三升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0100。当第三升降沿信息为10，且第一升降沿信息和第二升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0101。当第三升降沿信息为01，且第一升降沿信息和第二升降沿信息都为00或11时，沿类型信息为0110。

当第一升降沿信息和第二升降沿信息都为10，且第三升降沿信息为00或11时，沿类型信息为1001。当第一升降沿信息和第二升降沿信息都为01，且第三升降沿信息为00或11时，沿类型信息为1010。当第二升降沿信息和第三升降沿信息都为10，且第一升降沿信息为00或11时，沿类型信息为1011。当第二升降沿信息和第三升降沿信息都为01，且第一升降沿信息为00或11时，沿类型信息为1100。当第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为10时，沿类型信息为1101。当第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为01时，沿类型信息为1110。

当第一升降沿信息、第二升降沿信息和第三升降沿信息都为00或01时，所述沿类型信息为0000。

在本申请实施例中，测量预处理电路包括可编程逻辑器件，沿类型信息是依次获取的，按其获取的顺序对沿类型信息进行排序。一实施例中，预处理电路每个时钟处理10个，则与预设电压比较后获得的脉冲信号的高低电平信息也是每个时钟周期获取10个，即每个时钟周期排序的序列增加10个序号。在本实施例中数字示波器的处理器还可依据预处理数据和所述数字示波器的采集电路采集被测信号的采样频率获取所述被测信号的周期。因预处理数据中包括被测信号的上升沿信息、上升沿信息所对应的序号信息、下降沿信息和下降沿信息所对应的序号信息，当沿类型信息的获取速率已知时则很快就能换算出被测信号的周期。

本实施例还公开了一种数字示波器的周期测量方法，请参考图7，为一种实施例中数字示波器的周期测量流程示意图，包括：

步骤201，获取被测信号的电压直方图信息，以依据直方图信息获取被测信号的电压幅值信息，即被测信号的最大电压幅值、最小电压幅值和/或每个电压幅值出现的概率信息；

步骤202，依据被测信号的电压幅值信息获取三个预设电压；

步骤203，将所述被测信号分别与三个预设电压信号进行比较，并依据比较结果分别获取三个脉冲信号；

步骤204，分别监测三个所述脉冲信号的高低电平信息，并依据三个脉冲信号的高低电平信息获取沿类型信息；其中，沿类型信息包括被测信号的上升沿信息、下降沿信息和无边沿信息；

步骤205，对依次获取的沿类型信息进行排序；

步骤206，从排序后的沿类型信息中获取被测信号的上升沿信息、上升沿信息所对应的序号信息、下降沿信息和下降沿信息所对应的序号信息，以作为被测信号的预处理数据输出；

步骤207，依据预处理数据获取被测信号的周期。

在本申请实施例中，公开了一种实现快速测量的数字示波器，包括测量预处理电路、存储器、处理器和显示器。其中，测量预处理电路采用可编程逻辑器件，包括电平比较电路、边沿检测电路、沿位置计算电路和沿位置获取电路，电平比较电路先将被测信号与三个预设电压进行比较，边沿检测电路依据比较结果分别获取三个脉冲信号，再监测三个脉冲信号的高低电平信息，并依据监测结果获取沿类型信息，同时沿位置计算电路按沿类型信息的获取顺序对其进行排序，最后沿位置获取电路从排序后的沿类型信息中获取被测信号上升沿信息及其对应的序号信息和下降沿信息及其对应的序号信息，以作为预处理数据并输出。存储器存储该预处理数据，处理器从存储器中读取预处理数据并依据预处理数据获取被测信号的参数信息，在通过显示器显示。由于该数字示波器只存储被测信号上升沿的序号信息和下降沿的序号信息，所以大大减少了被测信号的数据容量，进而占用相同的内存下处理器能够测量更多的原始数据，处理器对预处理数据的处理速度更快，能够更快速、更准确的计算出被测信号的周期等参数。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。