[发明专利]波形压缩和显示

说明书

技术领域

本发明涉及电信号波形测量和显示，更具体地说，涉及波形压缩和显示的方法。

背景技术

在数字示波器中，波形数据被快速采样并存储在存储器中。当观察很长时间段时，数据量可能超过可用的存储器。这种情况发生时，一些信息需被废弃。所以，采样数据在存储到存储器之前需要进行压缩。由于数据以极高速率到达，所以可用的压缩方案有限。最常用的压缩方案是：

·抽取：这种压缩方案混叠高频信息并遗漏窄脉冲。

·峰值检测：在存在有高频信号时低频信息丢失。

·HiRes滤波：一些高频信息被混叠且窄脉冲被滤出。

这些方案中每一种都有严重的缺点，如下详述。

在数字示波器中，需要检查高频信号。为了实时做到这一点，采样速率必须为被检查信号的最高频率分量的两倍。这是用以下方式实现的：使用非常快的技术制作模数变换器(ADC)，然后将许多这种ADC并联放置、数字化同一模拟输入通道，其方式为对于每个采样时钟周期，每个ADC数字化来自不同时间的数据。非常高的采样速率是做到了，但会出现如何管理在非常短的时间段中所产生的庞大数量数据的问题。

采样数据通常被写入非常快的存储器中，根据需要并联放置许多存储器。只要被检查的时间段很短且数据量适合于存储器深度，这样就有效。但示波器用户想在长时间段检查电信号，而且不论存储器深度有多大，数据量都会大大超过存储器深度。为了允许长时间段检查，需要有压缩方案来减少存储在存储器中的数据量。在非常长的时间段检查时，压缩方案必须能够有非常大的压缩比。由于数据以如此高速率从ADC到达，所以压缩方案也必须非常快。

抽取是压缩的最简单形式。若以因素10作压缩，每10个采样中废弃9个即可。但抽取不是一个非常好的压缩方案，因为例如可能非常重要的窄脉冲常被废弃。而且高频信号分量被混叠到低频。这会使重要的低频信息模糊。这还会使这种形式的压缩“不忠实”，因为所看见的低频信号可能并不真正在那里。题目为“Anti-Aliasing DitheringMethod and Apparatus for Low Frequency Signal Sampling”的美国专利No.5,115,189说明了一种从看似混叠的低频信号中保持稳定的高频分量的方法，即：当以N抽取时，从每组N个采样中随机选择要保留的一个采样。高频分量仍混叠到低频，但稳固的高频信号由采样速率的这种频率调制被混叠到许多低频。题目为“Dithering Apparatus toProperly Represent Aliased Signals for High Speed Signal Sampling”的美国专利No.6,388,595覆盖了相同的方案，但实现方案有变更。

抽取的另一更改方案示于题目为“Waveform Memory Circuit”的美国专利No.4,586,022中，其中将采样数据与存储在存储器中的最后值进行比较。当这两个采样之间的差超过一极限时，将新值和被抽取的采样数一起存储到存储器中。用这种技术，和具有高频分量的信号相比，主要由低频分量组成的信号具有高得多的压缩比。但在通用数字示波器中，这种技术不大有效，因为所有信号，甚至具有高频分量的信号，都需被压缩以便适合存储器深度。

峰值检查包括将时间分成许多相等的时间段，然后找出每个时间段中的最大信号电压和最小信号电压。原先是使用模拟电路来找出最大和最小电压。将这些电压数字化并存储在存储器中。最近用数字峰值检测电路来检查数字信号以达到相同的结果。模拟峰值检测器总会引入误差，而如果信号不是恰好在峰值采样，则数字峰值检测器就不能寄存峰值电压。当采样速率比信号的最高频率分量大得多时，这后一问题就小了。虽然峰值检测可以被认为是显示模拟信号的一种“忠实”方式，但它趋向于使信号呈现有噪声，因为它显示了峰值噪声。而且当存在有高频分量时，它们趋向于使低频分量模糊。