真正的示波器双时基装置

摘要

数字存储示波器的双时基特征包括一个产生试验信号的数字抽样的A/D转换器。数字抽样提供给第一抽取器来抽取抽样。第二抽取器连接到第一抽取器的输出，进一步抽取抽样。一对门电路选择性的将第一和第二抽取器的输出连接到一个存储器。控制器控制一个门电路选择选择一个长度比完整数据记录短的高数据率记录，存储在存储器中并作为放大(即详细)记录显示，控制另一个门电路选择一个拥有基本是所有的完整数据记录的低数据率记录，作为概要记录显示。本仪器产生两个不同数据率、拥有不同时间周期的数据记录。

说明书

发明领域

主发明一般涉及示波器双时基工作的领域，更特别涉及使用以双时基工作模式使用的抽取电路的领域。

发明背景

双时基工作是数字存储示波器的一个所希望的特征。该特征允许用户更为详细的检查已获取的数据记录的一部分。即，可以选择已获取的数据记录的一部分(即子集)，并将其在屏幕上展开以查看更多细节。

在现有技术中已经使用了很多方法来实现这种功能。在数字存储示波器中，通过使用放大或双抽取这两种方法中的一个，已经实现了这个特征。

当使用放大方法时，要求单个获取数据记录覆盖屏幕上可视的时间范围。要求该数据记录的抽样率比观看完整记录所必须的抽样率要高，使得有足够的分辨率来准确显示数据记录的“放大”部分。不幸的是，这导致对显示屏上的每个像素列进行大量的获取数据抽样。即，检查数据记录能够使用的细节等级取决于在每个像素列中获取的数据抽样数。因此，大的放大因子需要长的记录长度，实现可能是高成本的。此外由于为了显示概要记录，需要处理所有已获取抽样，所以放大方法提供了较慢的更新速度。即，对于放大方法有两个明显的问题，概要记录的绘制速度慢和需要大容量存储器来存储所有的已获取抽样。

为了解决第一个问题，概要记录的绘图速度慢，一些现有技术的数字存储示波器使用双抽取器装置，获取两个数据记录用于显示，低分辨率的概要记录和高分辨率的放大记录。

如从现有技术知道的，双抽取器的一种方案是并行抽取(将在下面描述)。并行抽取提供用于快速显示的低分辨率概要信号和用于随后扫视和放大的高分辨率信号。不幸的是，这种解决方法需要使用两个完整的抽取器，因此实现成本高。

串行抽取装置(也将在下面进一步描述)也集中在解决概要记录显示慢的问题。这种装置是已知的，例如根据1998.8.4发出的、指定给加利福尼亚州帕洛阿尔托市的Hwelett-Packard公司的U.S.专利号5,790,133(Holcomb等人)。在该装置中，第一抽取器将高抽样率的信号写入存储器的第一区，也直接写入第二抽取器，第二抽取器执行进一步抽取，并将得到的波形数据存储在存储器的第二区中。这种串行装置在减少绘制概要波形图像所需要的时间方面提供了与并行装置相同的优点，而且还提供了另一个优点，不需要重复两个串联的抽取器的许多电路。在这点上，任何抽取器都可以被看作是一个多级链，可以将两个串联抽取器实现成在一个合适的中间点抽头的、长度较长的单个链。

所有上面提到的现有技术都集中在解决第一个问题，减少绘制低分辨率概要记录所需要的时间。它们都没有集中在第二个问题，减少存储波形高分辨率形式所需要的存储器容量。

在上面提到的各种现有技术中，在完整记录上获得一个高分辨率信号，需要一个存储高抽样率信号所需的大容量存储器。即，获取低抽样率信号(即概要信号)所遍及的时间与获取高抽样率记录(即放大记录)所遍及的时间基本一样。另一种叙述这一点的方式是，获取两个完整的波形，一个为低抽样率，一个为高抽样率，其中两个波形拥有相同的时间周期。

所需要的是一种方法和仪器，用于快速显示低分辨率(即低抽样率)概要信号，同时提供以高分辨率(即高抽样率)获取并显示波形较小部分的功能，避免需要将完整高数据率波形存储在长记录长度的存储器中。

发明概述

数字存储示波器的双时基特征包括一个产生试验信号的数字抽样的A/D转换器。数字抽样提供给第一抽取器来抽取抽样。第二抽取器连接到第一抽取器的输出，进一步抽取抽样。一对门电路选择性的将第一和第二抽取器的输出连接到一个存储器。控制器控制一个门电路选择一个长度比完整数据记录短的高数据率记录，存储在存储器中并作为放大(即详细)记录显示，控制另一个门电路选择一个拥有基本是所有的完整数据记录的低数据率记录，作为概要记录显示。本仪器产生两个不同数据率、拥有不同时间周期的数据记录。

附图简述

图1的简化方框图显示了由现有技术已知的单抽取装置。

图2的简化方框图显示了由现有技术已知的并行抽取装置。

图3的简化方框图显示了由现有技术已知的串行抽取装置。

图4的简化方框图显示了本发明的串行抽取实施装置。

图5说明了由图2和3的抽取装置产生的波形。

图6说明了由图4的抽取装置产生的波形，有助于理解本发明。

附图详述

图1到4中相似标号的单元表示相似的单元，不需要再次详细描述。参看现有技术图1，A/D转换器100将试验信号的数字抽样提供给抽取器110的输入端。抽取器110抽取输入信号(即产生抽样率比其输入处的信号低的输出信号)，并将其提供给存储器120。使用存储在存储器120中的信号抽样绘制概要记录和放大记录，由于将存储的高分辨率数据压缩到显示低分辨率概要信号所需的少得多的数据量所需要的时间量，导致概要记录的绘制速度慢。

如上所述，图2现有技术的仪器集中在纠正由图1的仪器暴露出来的速度问题。即，图2的仪器同时将A/D转换器200的数据直接提供给抽取器210和抽取器230的输入。抽取器210产生详细的高抽样率波形数据，抽取器230设置为较高的抽样率，以产生分辨率较低的概要记录。请注意，每个抽取器都是从提供给它的完整记录中选取抽样。如所希望的，抽取器230产生的信号包含的抽样少于抽取器210产生的信号。图5的图形说明了这一点。抽取器210产生的第一波形(通常表示为501)的信号抽样由多个点表示。波形501扩展到整个时间T。按照比第一波形大2倍的因子抽取第二波形(通常表示为502)。不幸的是，如图2中显示的抽取器并行装置由于电路加倍，不可能节省成本。

图3现有技术的仪器通过一种不同的方法，串行抽取，来纠正这个问题。图3的仪器存储来自抽取器310的第一抽取数据，同时将该数据直接提供给抽取器330的输入进一步抽取。与在图2仪器中一样，每个抽取器都是从提供给它的完整记录中选取抽样。再次如所希望的，由级联抽取器，抽取器330，产生的信号包含的抽样少于第一抽取器，抽取器310，产生的信号。如上所述，图5的图形说明了这一点。重要的是要再次注意到，在图3的仪器运行时，波形502的抽样少于波形501，但两个波形仍然扩展到整个时间周期T。

虽然图4串联的抽取器410、430(即抽取器1A和1B)的结构看上去类似图3的装置，但电路运行大不相同。在图4中，重要是要注意到，控制器440控制门电路435、437(即合适的电子开关形式)和存储器420的操作，从而为给定任务的各个路径存储合适的抽样量。

运行时，抽取器410抽取输入信号并通过第一门电路435只将它的一部分存储在存储器420中。请注意，门电路435的操作使要抽取的抽样少于要存储在存储器中的完整记录长度(如图6中所示)。这得到短长度记录的高分辨率表示。与图3相比，抽取器1A 420的已存储输出的抽样通常比级联抽取器1B 430的已存储输出少得多。

在这点上，还应该注意，不能使用来自抽取器410的已存储输出在完整数据记录上扫视和放大，因为它不包含完整数据记录的表示(与来自图3现有技术的第一抽取器的输出一样)。但是，在这里要认识到，当操作者实时观看现场数据时，他只需选择使他感兴趣的一部分波形，显示该区域的高分辨率“放大”图像。不需要存储没有使他感兴趣的数据(即波形的剩余部分)的高分辨率表示。

虽然只在存储器420中存储抽取器1A 410的输出信号的一个子集，但是抽取器1B 430还是接收抽取器1A 410的完整输出信号(完整记录的第一抽取表示)并进一步抽取，存储在存储器420中并作为概要记录显示。抽取器1B 430的已存储输出的分辨率低于抽取器1A 410所存储的，是沿着整个记录长度的信号表示。

图6可以是使用根据本发明的仪器的示波器的屏幕显示。第一个波形(通常表示为601)表示获取(及二次抽取)记录的概要显示部分。同样的，它可以是，例如，图4抽取器1B 430的输出。定位光标对602a和602b，定义了波形601中的感兴趣区域A，区域A包含波形区段605。波形610表示波形区段605的详细放大显示。例如波形610可以是图4抽取器1A 410的输出。在这种情况下，抽取器410和430以各自适合于手边任务的抽样率抽取，控制器440控制门电路435和存储器420存储合适数量的抽样(即在比完整记录短的时间周期上获取的合适的子记录长度)。

已经描述的是真正双时基数字存储示波器的实现。仪器提供的双时基特征使得以低抽样率捕捉和显示完整数据记录上的概要记录，以高数据率记录捕捉和显示小于概要记录的完整周期上的放大记录。使用本发明解决了现有技术中存在的两个问题。它减少了绘制概要记录所需的时间，使得存储器需要与现有技术相比有显著降低。

虽然为了简化说明而显示了两个串联的抽取器，但技术熟练的人会认识到，可以使用在一个中间点抽头的、长度较长的单个抽取器替换所说明的两个较短的抽取器。技术熟练的人会认识到，因为抽取器通常包括串联的级，所以实际上可由两个串联的子抽取器实现任何抽取器。子抽取器可以或不可以根据同一个抽取装置抽取。

在这里会认识到，如果总是想要在存储器440中存储完整波形(即从不小于完整波形)的低分辨率表示，则可以去掉图4的门电路B437，来自第二抽取器430的信号直接提供给存储器440，我们认为这样的修改处于下列权利要求的范围之内。