[发明专利]一种具有无缝测量能力的数字示波器

说明书

技术领域

本发明属于数字示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种具有无缝测量能力的数字示波器。

背景技术

近年来，随着高速取样及其相关技术的快速进步，以数字示波器为代表的数字化时域测试仪器得到了长足发展和广泛应用。与此同时，现代电子信号日趋复杂多样，信号的频率范围不断拓宽，信号的瞬时性、非平稳性不断增加，由此带来的测试需求不断增长，对示波器的测量能力要求越来越高。

在通信、计算机、多媒体等各个领域，针对高速信号测量、偶发事件捕获、随机现象分析、快速故障诊断等各种测试需求，均对数字示波器的采样和捕获性能提出了很高的要求。例如：通信领域的高速脉冲和调制信号捕获、计算机领域的高速串行总线信号测量、多媒体领域的压缩音视频信号检测等，均要求数字示波器在具有高实时采样率的同时，还要具有高波形捕获率。

数字示波器的波形捕获率，是指数字示波器单位时间内所能捕获并显示的波形幅数（wfms/s），它表达了单位时间内数字示波器所获取并显示的信息量的大小。数字示波器的测量缝隙，可理解为数字示波器进行两次有效测量之间的时间间隔，等同于系统的死区时间。波形捕获率和测量缝隙成反比关系。波形捕获率高，有效采样占总观测时间的比例高，则数字示波器的测量缝隙小，对偶发事件的成功捕获几率大。反之，波形捕获率低，有效采样占总观测时间的比例低，则数字示波器的测量缝隙大，对偶发信号的成功捕获几率小。因此，波形捕获率和测量缝隙是一组体现数字示波器测量能力最重要的指标。

近几年，国内外测试仪器厂商在不断提高数字示波器的采样率的同时，均开始重视数字示波器的波形捕获率的提升。国外领先仪器厂商泰克和安捷伦相继推出了基于数字荧光技术（DPXTM）和深存储技术（MegaZoomTM）的数字示波器，从体系结构上改进仪器，将数字示波器的波形捕获率从早期的100wfms/s以内大幅提升到现在的300,000wfms/s左右（如泰克的高端示波器DPO70000系列，拥有不低于300,000wfms/s的最高波形捕获率）。国内主流仪器厂商普源精电和优利德同样在提升数字示波器的波形捕获率方面做出了自己的努力，通过相关的自有专利技术（如中国专利“ZL200810044246.3：一种极高波形捕获率数字存储示波器”），将数字示波器波形捕获率提升到了200,000wfms/s左右（如普源精电DS6000系列示波器，最高波形捕获率达180,000wfms/s）。

然而，即便数字示波器的波形捕获率已由最初的每秒数十幅发展到现在的每秒数十万幅，但相对于数字示波器现在每秒数十吉个点的采样能力而言，依然明显不足。仍然以泰克DPO70000系列高端示波器为例：其最高实时采样率为25GSa/s，最高波形捕获率为300,000wfms/s，具有最高波形捕获率时的存储深度为1Kpts，则采样时间占总观测时间的比例为：300,000×1,000/25,000,000,000＝1.2%。可见，该数字示波器的有效采样时间占总观测时间的比例很低，测量缝隙占到总观测时间的98.8%。

综上所述，当今数字示波器的信号捕获能力虽然得到了重视和快速增长，但其发展水平仍然远远落后于采样性能，数字示波器的波形捕获率指标很低，数字示波器的测量缝隙依然很大，制约了数字示波器测量能力和测试效率的提升。

图1是数字示波器通用体系结构图。

如图1所示，数字示波器系统一般包括信号调理（模拟通道）、采集存储（ADC+FPGA）、数据处理（DSP）以及图像显示（显存+LCD）等四个串行执行任务的模块。

图2是高波形捕获率数字示波器常见体系结构图。

现有的具有较高波形捕获率的数字示波器通常采用了一种改进的体系结构，如图2所示，即改变采集存储模块中FPGA和数据处理模块中DSP职责分工，由相对高速的FPGA（硬件）替代相对低速的DSP（软件）完成部分复杂的、实时性要求高的数据处理任务（如采集数据运算、波形图像绘制等），DSP仅完成部分简单的、实时性要求低的数据处理任务（如参数测量、菜单绘制、人机交互等），并实现了软、硬件数据处理任务并行执行，从而一定程度上减少了系统的数据处理时间，缩小了系统的测量缝隙。但是，如前所述，现有技术对数字示波器波形捕获率的提升相对于采样率的提升程度非常有限，数字示波器的测量缝隙仍然存在且较大，导致数字示波器测量能力和测试效率依然较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有无缝测量能力的数字示波器，以更大地提高测试效率。

为实现以上目的，本发明具有无缝测量能力的数字示波器，包括：