表面映像和3－D参数分析

摘要

一种用于显示来自示波器的所获波形的显示。提供了表示获取迹线期间的时间的x轴测量、表示一个或多个获取迹线的y轴测量以及表示一个或多个所述获取迹线的至少一个点处的振幅的z轴测量。z轴由颜色差异来表示，由此显示表面映像。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请声明要求提交于2001年5月31日的临时专利申请序列号60/294,921的优先权。

发明背景

数字存储示波器(DSO)捕获电信号并在传统上允许用户观察时间(x轴)对振幅(y轴)显示的所捕获信号的迹线。除了仅允许观察信号迹线，DSO亦具有对所捕获波形进行数学处理的能力。通过使用所捕获信号的参数或用于处理的其它预选参数，这种处理可变换整个波形，或自动确定某些信号性质。这些自动化的测量结果在传统上作为与特定信号迹线关联的单独值被显示于DSO屏幕上。当观察特定捕获信号的单个特征(例如信号的上升边)或单个波形时，单独在屏幕上的每个值的显示是有价值的工具。然而，为分析大量特征和/或波形，这种简单的显示方案是不适用的。需要有附加的工具。为提供这种附加的分析能力，直方图和趋势函数被附加给示波器。

直方图数学函数在视觉上和图形上增强了对所测参数的分布的理解。直方图可识别波形中统计分布的类型，有助于确定信号行为是否为所期望的。涉及噪声的分布尾或极端值，或者其它不常见的、非重复性源，亦可被观察。亦由直方图所展示的是频率或振幅，其有助于识别并量化抖动和噪声以使它可被去除。

直方图用图表表示参数的一套值的统计分布。直方图条形图被分为间隔或元(bin)。图中每个条的高度与被包含于每个其元的数据点的数量成比例：条越高，在那些元中或它们表示的波形的区域中有越多的点。

趋势数学函数以线图的形式使参数在时间上的进展直观化。图的垂直轴为参数的值；其水平轴为值被获取的顺序。可选地，水平轴可以是以时间为单位，如在抖动和时序分析包中所做的。

发明目的

因此，本发明的目的是提供改进的示波器，其允许容易地观察多个计算值。

本发明尚有的其它目的和优点从详述和附图来看将是部分为明显的并且将是部分为显然的。

发明概述

借助被配置用于计算并产生直方图或趋势的LeCroy牌示波器，参数值依照所选函数被计算，并且所选函数被应用于每个随后的获取。直方图或趋势值自身在紧接着每个获取之后被计算。结果为数据点的波形，其能以与任何其它波形相同的方式被使用。其它参数可在其上被计算。并且它可被变焦，用作XY曲线中的x或y迹线，或被用于游标测量。

因此，依照本发明，用户可较容易地观察由所获测量的序列提供的趋势。

本发明相应地包括几个步骤和关于每个其它的一个或多个这些步骤与每个其他步骤相关的关系，以及实现那些适于完成这些步骤的结构、元件组合和部件安排的特征的设备，均如在以下详细公开内容中所示例的。

附图简述

为了对本发明较完整地理解，参照了以下描述和附图，在其中：

图1为依照本发明的表面映像；

图2为采用依照本发明的分段模式的表面映像；

图3为在依照本发明盘驱动滤波器被应用于所获信号之后的表面映像；

图4为依照本发明的表面映像和在其所需位置处的表面映像的水平层片；

图5为包括最晚的FFT获取的表面映像显示；并且

图6为示出数据区中变化的盘驱动扇区数据的表面映像。

优选实施例详述

首先参考图1，本发明的第一实施例将被描述。

依照本发明，在一些应用中，如超声、磁扫描、声纳、激光雷达、雷达等，所获信号为先前被传输并且被弹离开感兴趣材料的表面(被其反射)的信号。随着表面被扫描，表面的图像可通过在相继的显示线上绘出反射或回声而被生成，并且表面组织中的变化可被检查。在图1的上部网格100中，通过使用一般在DSO中发现的持续模式，一系列的所获波形110被以Y轴15上的振幅和X轴120上的时间绘出。这样，这些波形在彼此的顶部被重叠。如所示，观察这些波形是困难的，并且从它们看出趋势是不可能的。在下部网格130中，相同的数据被绘为依照本发明的“表面映像”135。就是说，随着每个波形被获取，它被以X轴140上的时间和Z轴145的振幅(其可被看作与给定时间处的波形振幅成比例的颜色或灰度)说绘出。Y轴位置150在波形被画之后被增量并因此亦表示时间，但不是特定迹线期间的时间，而是连续的迹线之间的时间。

依照本发明的可选实施例，如果在波形中有比横过网格水平轴的像素多的数据点，该波形被抽取。这样，每n个点被显示，其中n由网格中像素的点/#的总数#来确定的。可选地，许多关联的数据可被成元(binned)，并且被包含于元的像素峰值或平均值可被用于确定这许多关联数据的欲被显示的强度。当网格中有最低Y值的显示线被填充时，最老的波形被舍弃，而其它的被上移(y被增量1)以允许最新的波形在y＝0处被画出。

接下来参考图2，依照本发明的附加实施例，对于想观察较多数据的应用，序列模式可被用于捕获欲被用于表面映像的所需数量的波形或“水平线”，直到由DSO可获取段的最大数量。所有这些所获段或数据迹线由DSO存储，不管它们是否均被同时显示。这样，只要存储器可用，DSO存储迹线，而无需舍弃。在这种分段模式中，第一段以最大的Y值被画为象以前的有X轴上的时间和Z轴上的振幅的水平线。第二段在y-1处被画，等等，直到所有的段被画或网格被填满。如果有比网格线多的段，则显示能够向前或向后滚动以观察所存数据的子集。基于滚动，随着较晚的波形被观察，较老的波形不被丢失。此外，在序列模式中，绝对振幅游标可被用于测量距第一段的时间。如图2中所示，条形游标之下的段的触发时间以迹线描述符被示出，在我们的实例中为6.978279ms。另外，迹线ID、段索引和时间在消息窗口中被示出了简短的时间。

一旦这种表面映像被绘出，显示中沿任何线的“切割”允许对表面映像的振幅或其它值的定量测量。这样，例如，穿过获取物的切割将给出对被观察对象的横截面的测量。其它切割亦是可用的，并将提供类似的测量能力。

除了绘制所获数据，依照本发明的第三实施例，表面映像亦可在它被处理之后被绘出。例如，这种表面映像可被滤波、变换到频域，被乘以另一个迹线，等等。图3示出在应用盘驱动滤波器(例如Lecroy的DDFilt)之后的表面映像。

此外，依照本发明，有用的是，生成n个参数值的趋势，然后将其与相同参数的随后的趋势比较，以分析大量图形的数据、不常见的变化或误差，或从而产生物理项(physical item)的“画面”。例如，可能有用的是，寻找重复数据包中边缘抖动的变化、雷达回声或超声脉冲的变化、或者扇区内或盘驱动轨迹之间数据位脉冲宽度的变化。为简化这个分析，通过将参数的趋势绘为依照本发明的表面映像，感兴趣参数可被以3D示出。在此情况下，输入波形被分析，并且对于特定所需特征(例如脉冲宽度或边缘)的每个出现，测量被进行并被加给该趋势。然后该趋势被以示出波形中所述特征(或时间，如果使用抖动轨迹)的X轴和表示参数测量的振幅的Z轴画出。如以前，对于每个获取，Y轴被增量，以示出给定特征在时间上的变化。

除了以上提及的时间游标，持续(Lecroy’PerHist函数)函数的直方图亦可被用于在依照本发明产生的表面映像上进行定量测量。图4示出表面映像的水平切割。参数、游标或进一步的计算可在PerHist迹线上被进行。

本发明的实施允许用户为DSO中的每个通道和所处理迹线而生成独立的表面映像。

图3中所示的饱和度控制被提供以控制振幅到颜色的映射，其允许不同的兴趣特征出现。饱和度设定允许较好地观察所有或仅一部分数据。“高饱和度”限定了在其以上所有振幅将为红的阈。相反，“低饱和度”限定了在其以下所有振幅将为紫的阈。饱和度控制允许将颜色分配给在其中可发现兴趣特征的振幅范围的一段，因此允许对属于特定范围的值的较细致的观察。在不同饱和度处被观察的相同数据可得到不同的线索。如图4中所示，％饱和度指ADC的16位全范围，0到65536。62.3％的高饱和度意味着大约40829的所有振幅值将映射为红色。相反，22.9％的低饱和度值意味着15007以下的所有振幅值将映射到紫色。在本发明的另一实施例中，饱和度可被显示为源迹线的物理单元的一个范围。

依照本发明，仅作为实例，依照本发明被构建的示波器的实例包括以下特征。多达6,000个获取的三维显示用于对随时间变化的数据进行分析的对。在用户饱和度限定之间使用达64色的水平进行的振幅(Z轴)映射。欲研究的表面映像时间、频率或抖动现象在长期持续时间上变化。对动态变化如数据图形、反射测距、负荷变化和成像的连续显示。用于对所测现象进行同时调节的连续更新。依照这些特征，依照本发明产生的表面映像的目的是提供唯一的波形显示模式，其示出波形变化在时间上的进展。表面映像使用DSO屏幕上像素的每个水平线以分别描述所捕获的波形。波形的振幅由颜色或灰度值表示。最高的峰值优选为红，而较低的信号电平为紫。如果峰值在移动，则红像素的位置从一个线变化到接下来的线。这个三维表面映像的表面以单个视图示出信号调制、抖动和其它效果。表面映像图像可从FFT或其它类型的数据的电压对时间的波形得到。

图5示出FFT表面映像显示的实例。下部的显示示出最晚的FFT，其对应于上部显示中表面映像的顶部线。容易看到信号频率的变化并通过观察确定变化在本质上是指数的。依照本发明的表面映像展示了在应用中观察信号变化的理想方式，所述应用如回声测距(雷达、声纳、激光雷达、超声)、打包连续数据流(磁存储和网络通信)和控制系统动力(电源、自动增益和频率控制、锁相环路)。它可被与时域、频域或抖动函数一起使用。

如以上所指出的，每个表面映像应用都包括允许对颜色振幅映射的较好控制的饱和度特征。高饱和度水平识别在其以上所有振幅将为红的阈，而低饱和度水平识别在其以下所有振幅将为紫的阈。饱和度控制允许将颜色分配给在其中可发现兴趣特征的振幅范围的一段。在不同饱和度水平处被观察的相同数据可得到不同的线索，允许用户看到显示迹线在时间上的三维视图。工程师得益于观察对动态变化如数据图形、反射测距、负荷变化和成像的连续显示。自动刻度按钮亦可被提供，其为在网格内被观察的数据集而设定饱和度水平。

在为依照本发明的优选模式的分段模式中，所获波形的每段被呈现于该显示的一个线上，直到最大数量的所获段。与显示网格中的线一样多的段可被绘出，并且提供了一机构以允许舒适地观察整个波形内段的窗口。可被存储的波形比可被观察的多。这样，如以上所指出的，这允许波形被分析、对其进行计算、存储和再调用。

在非分段模式中，每个迹线在一组显示网格内的一个线上被绘出。每个随后的获取导致接下来的线被上色，并且除了显示网格中的有色像素，没有过去迹线的存储。当填充过程到达网格底部时，表面映像开始向上滚动。最早的线滚动离开网格的顶部。仅对应于网格中线数的波形数被绘出。包括没显示的波迹线的存储或不存储的特征可被提供。

在图6中，盘驱动扇区数据的一系列250个获取的表面映像被显示。数据以序列模式被获取，并有获取之间的最小死时间。除了数据区，所有传感器数据区被保持常量。表面映像中的垂直线表示没有数据的变化。变化示出为虚垂直线。由于这个数据为数字的，颜色变化将被限定于两个基本颜色。因此，不管读取数字还是模拟数据，适当的三维表面映像可被提供。

由此将看到，以上提出的目的都被有效达到，这些目的都可从前述的描述显而意见，并且由于在实现以上方法的过程中以及在所提出的构造中可进行某些变化，而无需背离本发明的精神和范围，因此有意的是，被包含于以上描述并在附图中被示出的所有事物应被理解为示意性的，而不是限定性的。