[實用新型]具有等效采樣功能的數字示波器

有效

• 申請號: 200920246548.9
• 申請日: 2009-11-02
• 公開（公告）號: CN201548603U
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及電信號測量領域，特別涉及具有等效采樣功能的數字示波器。

背景技術

在數字示波器技術中，常用的采樣方法有兩種：實時采樣和等效采樣。實時采樣通常是等時間間隔的對周期或非周期信號進行采樣，實時采樣的最高采樣頻率是奈奎斯特極限頻率。等效采樣(Equivalent?Sampling)是指對周期性信號的多個周期連續采樣并組合為一個周期來復現信號波形。利用等效采樣的方法可以復現頻率大大超過奈奎斯特極限頻率的信號的波形。

請參考圖1，圖1示出的是一種傳統的具有等效采樣功能的數字示波器1，該數字示波器1包括一個信號輸入端11、一個A/D轉換模塊12、一個數據處理模塊13、一個控制模塊14、一個時鐘模塊15、兩個存儲器16、17、一個顯示模塊18和一個輸入模塊19。信號輸入端11連接到A/D轉換模塊12，A/D轉換模塊12連接到數據處理模塊13，數據處理模塊13連接到控制模塊14，控制模塊14分別與存儲器16、17、顯示模塊18、輸入模塊19以及時鐘模塊15相連接，時鐘模塊15連接到A/D轉換模塊12。

數字示波器1工作時，信號輸入端11輸入一個周期性的被測信號，A/D轉換模塊12可在時鐘模塊15提供的采樣時鐘信號的控制下對該被測信號進行采樣，所述的控制模塊14可控制時鐘模塊13發出的采樣時鐘信號的頻率和相位，所述的控制模塊14還負責對A/D轉換模塊12采集的采樣數據進行處理、保存以及控制顯示模塊18顯示該采樣數據等工作。時鐘模塊13是由FPGA實現。

下面結合參考圖1和圖2具體說明該數字示波器1等效采樣的過程和原理。

為了方便對比和描述，圖2中將被測信號100的多個周期僅以一個周期的形式示出。

首先，控制模塊14將一個等效采樣率傳送給時鐘模塊15，時鐘模塊15根據該等效采樣率計算出一個相應的相位步進值Δt。其中，該等效采樣率可以是用戶通過輸入模塊19輸入的，也可以是數字示波器1內部預先配置好的默認等效采樣率。

然后，時鐘模塊輸出一個采樣時鐘信號191。在采樣時鐘信號191的控制下，A/D轉換模塊12對被測信號100的第一個周期進行第1輪采樣，在多個采樣點a、b、c采集對應的采樣數據。該控制模塊14將該多個采樣點a、b、c對應的采樣數據存入該第一存儲器16。該采樣數據中記載著采樣點信息以及采樣點位置被測信號的幅度信息等。

第1輪采樣之后，時鐘模塊15在采樣時鐘信號191頻率不變的基礎上增加一個相位步進值Δt，而得到了采樣時鐘信號192，使得控制采樣的脈沖上升沿延遲Δt到來。在采樣時鐘信號192的控制下，A/D轉換模塊12對被測信號100的第二個周期內的多個采樣點d、e、f進行第2輪采樣，獲得多個采樣點d、e、f對應的采樣數據。與第1輪采樣相同，控制模塊14將多個采樣點d、e、f對應的多個采樣數據也存入第一存儲器16。

類似的，第三輪采樣在采樣點g、h、i上采樣，第四輪采樣在采樣點j、k、l上采樣。以此類推，每一輪采樣之后，該采樣時鐘信號都會增加該相位步進值Δt，并對被測信號的下一個周期進行采樣，直到該相位步進值Δt已經累積步進了采樣時鐘信號的一個周期。控制模塊14將每個周期內采集到的多個采樣數據存入第一存儲器16。

然后，控制模塊14將第一存儲器16當中的采樣數據按照其采樣點的先后順序進行重組在同一個周期當中。由于每一輪采樣與前一輪采樣相比延遲了Δt，而且，每一輪采樣當中采樣點之間的間隔時間相同，因此該先后順序可以按照如下規律：第1至第N輪采樣的第1個采樣點、第1至第N輪采樣的第2個采樣點、……、第1至第N輪采樣的第M個采樣點。其中，N表示采樣輪數的最大值，M表示一輪采樣內采樣點數的最大值。具體到本舉例，該先后順序是采樣點a、d、g、j、b、e、h、k、c、f、i、l。控制模塊14將重組后的采樣數據按照重組后的順序存儲在第二存儲器17當中。

然后，控制模塊14根據第二存儲器17當中的重組后的采樣數據繪制成曲線，顯示在顯示模塊17上，即實現了等效采樣的過程。

如上所述，由于時鐘模塊15需要對采樣時鐘信號進行相位步進操作，因此始終模塊15是由成本較高的FPGA來實現的。

但是，傳統的具有等效采樣功能的數字示波器1卻存在著如下問題：

由于每個周期采樣之后，該采樣時鐘信號需要增加一個相位步進值Δt，而利用FPGA實現的時鐘模塊15所產生的相位步進值Δt會受到FPGA本身精度的限制。

實用新型內容