高波形捕获率下三维波形数据库的位扩展方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字三维示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种高波形捕获率下 三维波形数据库的位扩展方法。
【背景技术】
[0002] 随着数字三维示波器技术的发展，当前示波器中越来越多地采用各种技术提高波 形捕获率，减少数据采集、处理的死区时间，尽量做到数据间无缝衔接，从而很大程度上提 高了示波器捕获异常信号的能力。但随着三维示波器波形捕获率的飞速提高，当被测信号 信噪比足够高、示波器触发控制足够精确、采样率足够高时，传统的记录波形出现概率的三 维波形数据库将不能满足要求。
[0003] 通常情况下，三维波形数据库中的存储单元位宽都相同，如SbitUObit等，因此 随着波形捕获率的提高下，将导致三维数据库的波形强度分辨率不够，即在很短的时间内， 数字示波器采集到的波形幅数远大于数字示波器三维数据库中用于表示波形强度（亮度/ 辉度）的存储位宽，此时三维波形数据库中若干代表波形强度的值已经最大（饱和），已经 无法用波形的强度表示在这段采集时间内波形点出现的频率。
[0004] 数字三维示波器三维数据库的设计采用与示波器显示屏的像素点按照一定比列 相对应的方法。例如ADC采样数据等级为256,显示屏纵向有512个点，那么是2对1显示， 即两个显示点组成一个显示单元，对一个采样数据进行显示。假设三维数据库存储容量是： LX 2NXC/8个字节，即每一列对应2N个映射位置，式中L为采集深度，N为采样ADC的分辨 率，C为每个映射位置的波形出现的概率。如当采样ADC为8位，则三维数据库中存储阵列 每列的起始地址为256的整数倍，即第i列起始地址为：256Xi，i = 0, 1，…L-1，第i列中 数据Xi在三维数据库中对应的存储位置Q k为：
[0005] Qk= 256Xk+Xk
[0006] 根据以上公式，数字三维示波器波形数据库内存单元与显示屏上各显示像素点相 对应。
[0007] 当需要满足一定级别的波形捕获率要求，波形刷新时间一定时，对于一个实时 数字三维示波器而言，可以通过如下的公式来粗略的估算其三维数据库存储单元所需的 位宽。假设波形刷新时间是M，波形捕获率是Z，三维数据库存储单元的位宽是P，则：当
【主权项】
1. 一种高波形捕获率下三维波形数据库的位扩展方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl :将三维波形数据库中的存储单元按以下方法进行预设置：记三维数据库中每列存 储单元数量为K，每个存储单元的原始为P，将第O个至第m-ι个存储单元作为扩展存储，用 于对剩下的第m个至第K-I个映射存储单元进行位扩展；位扩展级别共计有T个，T > 0,每 个级别的扩展位数为Pt，PtS 1，t的取值范围为t = 1，2,…，T，每个级别对应一个扩展偏 移值at，其中αΜ< a t;扩展存储中还分配S个存储单元，用于存储本列数据偏移量OFSi 和本列首个达到存储上限的存储单元序号& ;各参数满足
S2:采集第1幅波形数据，将每列的采样值映射到该列映射存储单元的第Y = m+[(K-m)/2]个存储单元，将其存储值加1，□表示取整；并将第i列的采样值0^乍为本列 数据偏移量OFSi进行存储； S3 :采集下一幅波形数据，根据第i列的采样值DJf算其映射位置d i= D i-OFSi+γ， 如果m < CliS K-I，将采样值D i映射到第d i个存储单元，将其存储值加1，否则将该数据丢 弃； S4:判断是否在某列中存储单元的存储值达到存储上限，如果结果为否，返回步骤S3， 否则进入步骤S5 ; 55 :对于有存储单元达到存储上限的所有列，分别判断每列中采样值是否集中，如果 是，则该列需要进行位扩展，否则该列不需要进行位扩展；如果判定结果为需要进行位扩展 的列的数量小于预设阈值，则三维数据库不需要进行位扩展，进入步骤S6,否则需要进行位 扩展，进入步骤S7; 56 :强制进行刷新显示：对于第i列的存储单元和显示单元，将第j个存储单元映射到 第j+OFSr γ个显示单元，根据存储单元中存储值确定其对应的显示辉度等级；强制刷新显 示后数字三维示波器切换回普通模式进行采集、存储和显示，返回步骤S2进入下一刷新周 期； 57 :对于有达到存储上限的存储单元的列，存储达到存储上限的存储单元序号义，依 次令t = 1，2,…，T，每次对第& -α,个至第式+ α, -1个映射存储单元进行pt位扩展，如果 需要进行位扩展的存储单元序号在[m，K-l]范围外，则不进行位扩展；将扩展存储单元中 的存储位分配给各个映射存储单元作为映射存储单元的高位扩展存储，进入步骤S8 ; 58 :采集下一幅波形数据，根据第i列的采样值DJf算其映射位置d i= D i-OFSi+γ， 如果m < CliS K-I，将采样值D i映射到第d i个存储单元，将其存储值加1，否则将该数据丢 弃； 59 :判断是否到达刷新时间，如果未到刷新时间，进入步骤S10,否则进入步骤Sll ; 510 :如果在未进行位扩展的列中有某列中存储单元的存储值达到其存储大限，返回步 骤S7,否则返回步骤S8 ; 511 :对于第i列的存储单元和显示单元，将第j个存储单元映射到第j+OFSi-γ个显 示单元，对于进行位扩展的列，将对应位扩展区的高位和原始映射存储单元中的低位结合 得到存储值，根据存储值确定其对应的辉度等级，显示完毕后返回步骤S2进入下一刷新周 期。
2. 根据权利要求1所述的位扩展方法，其特征在于，所述步骤SI中扩展偏移值
3. 根据权利要求1所述的位扩展方法，其特征在于，所述步骤S5中采集值是否集中的 判断方法为：将本列第一个存储值达到存储上限的存储单元对应的采样值记为IDX i,计算 Ds= IDX「OFSp预设阈值Dt，如果Ds> D τ，则采样值分散，否则采样值集中。
4. 根据权利要求1所述的位扩展方法，其特征在于，所述步骤S5中采集值是否集中的 判断方法为：对于第i列存储单元，将达到存储上限的存储单元序号记为&，预设阈值DT， 对序号在
范围以外的存储单元进行扫描，一旦发现有存储单元的存储值 不为0,则说明该列采样值分散，如果在
范围以外未发现采样值分布，则 说明该列采样值集中。
【专利摘要】本发明公开了一种高波形捕获率下三维波形数据库的位扩展方法，将部分存储单元作为扩展存储，其余存储单元作为映射存储，将采集到的首幅波形数据映射到该列映射存储单元的中间位置，将其采样值作为本列数据偏移量，持续对波形数据进行采样，每列采样数据根据与偏移量的差值确定映射存储单元，当某列中存储单元的存储值达到其存储上限时判断是否进行位扩展，如果不进行位扩展则强制刷新显示后切换至普通模式，否则用每列的扩展存储对映射存储单元进行位扩展，继续进行采集映射，达到刷新时间后将映射存储单元映射至显示单元进行显示。本发明采用部分存储单元扩展的方式，在不增加三维数据库容量的情况下满足高波形捕获率下对存储单元位宽的要求。
【IPC分类】G01R13-02
【公开号】CN104678144
【申请号】CN201510076342
【发明人】张沁川, 蒋俊, 赵勇, 王翔辉, 邱渡裕
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月13日