具有高波形处理量的数字示波器制造技术

一种新型示波器设计通过有效的高速采集和将这种数据变换为包含每像素多比特强度信息格式的光栅扫描提高了对采集到的电压时变数据的处理能力。每像素多比特可变强度光栅扫描仪针对最大处理量和存储器带宽的最高效使用进行优化。在出现不规则触发率时，光栅扫描中止功能提供了捕获与低速触发相联系的数据的高度可能性。电路用于补偿采集时间和幅度的非线性。通过为操作员提供多种观察能力的可控传递函数，将每像素多比特强度信息映射为每像素较少比特格式。另一种操作模式利用变化的强度或色彩相对于经常发生事件突出偶然事件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将采集到的、表示观测信号行为的电压时变数据处理成适于数字示波器显示的格式，更具体地讲，涉及这种数据的有效高速采集以及将这种数据光栅扫描为某种格式，这种格式包括用于可变强度显示的每像素多比特强度信息。数字示波器通常利用光栅扫描显示将电子信号的行为显示给用户。每个光栅扫描显示，例如每天在计算机屏幕上见到的那些显示，由二维像素阵列组成，每个像素的位置由行号和列号唯一地确定。最简单、最廉价的这种显示型式是“单比特”显示，由其中引出待显示信息的存储器只有1比特对应于该像素的强度信息。在这种显示中，单比特信息确定与之相关联的像素是否“打开”或“关闭”，“打开”表示利用预定的强度值照明像素，“关闭”表示完全不照明像素。更加复杂、更加昂贵的单比特显示的替代品是多比特显示，这种显示可以提供作为亮度指示的替换的可变强度(也称为“灰度”)或色彩变化。与可变强度显示的每个像素相关联的存储器地址包含多比特强度信息，指示用于照明的可变强度值级别。类似于单比特显示中的像素，多比特显示的像素也具有“关闭”或暗状态，但它们具有多个照明值，而不是一个照明值。通常，可用的照明值数目是2N-1，其中N是光栅存储器中每个地址上的存储深度。因此，例如，四比特深度的光栅扫描存储器可以支持十五级透射照明值，以及暗或“关闭”状态。像素强度还可以变换成不同的色彩，以及强度或“亮度”。利用这种更加丰富的数据，多比特显示可以传递更多的、关于观测电子信号波形行为的信息，特别是在信号的重复性很差，由此使其在某些部分的行为弱于其它信号的情况下。在此引用作为参考的、授予Katayama等人、题为“Digital Waveform Measuring Apparatus HavingA Shading-tone Display”的美国专利4,940,931描述了产生数字可变强度显示的系统。通常，数字示波器通过周期地采样节点上出现的电压来采集关于电路节点行为的信息。示波器的探测脉冲与节点联系在一起，探头和示波器的前端精确地复制信号，或者是信号的某一预定分数倍，或者是信号的某一预定整数倍，并将其输送给模-数变换器。模-数变换器的输出是一系列存储在采集存储器中的多比特字。连续采集的样本存储在采集存储器中的顺序相关的地址中，由此，是与时间尺度相关的。最终，这些地址将被变换回时间尺度，其中的一个表示为沿示波器的光栅扫描显示的x-轴的水平距离。在典型的数字示波器中，由采集存储器地址中的数据内容得到的电压幅度值确定照明像素的垂直位置(行号)，而由采集存储器地址获得的时间值确定水平位置(列号)。将采集存储器的内容和地址展开以便为二维光栅存储器产生内容的过程称为“光栅扫描”。光栅扫描过程的输出通常与光栅存储器的某些前在内容合并在一起，因此，最终的复合光栅内容通常会受到某种余辉过程的影响。关于数字余辉的其它信息，可以参考在此引用作为参考的、授予Alappat等人、题为“Raster Scan Waveform Display Rasterizer With PixelIntensity Gradation”的美国专利5,440,676；授予Alappat等人、题为”Rasterscan Display With Adaptive Decay”的美国专利5,387,896；和授予Long等人、题为“Digitally Synthesized Gray Seale ForRaster Scan Oscilloscope Displays”的美国专利5,254,983。对于示波器显示的设定和采集到的波形数据的任一特定组合，都存在某种函数将采集到的数据点映射到时间(x-轴)-电压(y-轴)显示光栅。映射函数包括待映射样本数和光栅显示的像素列数之间的某一比值。尽管该比值可以设定为1∶1，但是它通常设定为N∶1或1∶N。如果数据点多于必须映射的像素列，那么就必须采取某种形式的数据压缩和/或抽样。抽样的含义是每隔N个数据点抽取一个，由此放弃部分已获得的信息。另一方面，压缩的含义是将来自采集存储器中多个时间地址的数据映射到光栅扫描显示中的一个水平位置，即，单列像素。如果数据点少于像素列，即上述的1∶N情况，将使用某种内插方法或等效时间采样。在本专利技术情况下，使用等效时间采样，这将在下面详细讨论。多年以来，数字示波器受到在探测脉冲上有效地进行处理并显示给用户的行为的百分比的限制。尽管很少有老练的用户和那些只熟悉模拟示波器的人员会认为他们在数字示波器的探测脉冲上观察到的是行为的大部分或全部，在许多情况下，显示只示出一小部分在此发生的实际行为。这是因为，这些示波器处理信号的时间多于采集信号的时间。如果信号的重复性很好，那么这种“现场时间(live time)”损失不成问题，因为一个波形与另一个是自然相似的。然而，如果信号正在显示某种间歇异常行为，那么这种低比例的现场时间将难以检测到这种异常。因此，提高波形的处理量和用户在探测脉冲处实际观察到的信号行为的比例将是近期数字示波器设计的目标。在此引用作为参考、授予Meadows、题为“Slow Display Method for Digital Oscilloscope WithFast Acquisition System”的美国专利5,412,579描述了一种示波器系统，其中采集合成到交替(也称为“ping-ponging”)显示缓冲器，这样当一个显示缓冲器中的内容用作显示数据源时，另一个用来搜集和合成更多的数据。然而，该专利技术描述的低速显示设计只为每个像素提供一个比特的强度数据，因此没有类似于模拟信号的灰度变化能力，即强度变化能力。处理大量波形的能力是数字示波器中最期望得到的特性。在此引用作为参考、授予Etheridge等人、题为“Digital OscilloscopeArchitecture For Signal Monitoring With Enhanced Duty Cycle”的美国专利5,530,454描述了当每个波形记录较短而且触发事件的频率足够高时，每秒能够采集高达400,000个波形的示波器。这种示波器多少可以与模拟示波器性能相比，其“现场时间”比例由大约6％变化到接近99％，这决定于时间基准的设定、打开的通道数和触发事件的可用性。Etheridge的’454专利中描述的结构的速度可以利用两个光栅存储器实现，一个用于采集系统，另一个用于显示系统。这些光栅存储器中的第一个，称为“光栅采集存储器”，几乎恒定地接收采集到的波形。这些波形以几乎和高速采集光栅扫描仪以及类似的高速图像合并器采集这些波形的速度一样快的速度经光栅扫描并合并到该光栅采集存储器中。在合并多个波形之后，每像素单比特光栅采集存储器中的内容传递到每像素多比特显示光栅存储器，在此与先前的显示数据合并。该显示光栅存储器中的内容受数字余辉控制的影响，例如，前面描述的，每个像素的强度将在持续一定的时间之后消失。对于许多用户，特别是那些使用过模拟示波器的用户，可变亮度可以传递关于观测信号行为的信息。这些用户中的大多数对于这些与模拟示波器类似的特性具有极大的倾向性。例如，当模拟示波器在水平扫描间隔内产生垂直摆动以便在探测脉冲上产生信号行为的实时图像时，它们固有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字示波器结构，包括： 显示部分，包括显示光栅存储器、光栅合并器和光栅显示；和 采集存储器和光栅扫描部分，包括： 采集存储器，在采集到波形记录时存储它们，并在需要时将采集到的波形记录提供给光栅扫描仪； 光栅扫描仪，压缩和／或合并采集到的波形记录数据，以产生具有详细强度信息的像素数据； 相对较长的采集光栅存储器，存储具有详细强度信息的像素数据； 强度映射器，接收具有详细强度信息的像素数据，并产生具有更加颗粒化的强度信息的像素数据； 相对较短的采集光栅存储器，存储具有更加颗粒化的强度信息的像素数据；和 数据变换装置，接收来自一个或多个采集存储器和光栅扫描仪部分的更加颗粒化的强度信息，并将更加颗粒化的强度信息提供给显示部分的光栅合并器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KT伊维尔斯，EP埃瑟里奇，KR克林曼，RI西格尔，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]