[發明專利]一種具有波形圖像實時縮放功能的數字三維示波器

有效

• 申請號: 201010577600.6
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102109543A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 蔣俊;葉芃;曾浩;邱渡裕;孫潔
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02;G06T3/40
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于數字三維示波器技術領域，更為具體地講，涉及一種具有波形圖像實時縮放功能的數字三維示波器。

背景技術

數字示波器技術目前已從數字存儲示波器發展到數字三維示波器(中國國家標準《GB/T?15289-2009數字存儲示波器通用規范》定義)階段，且不斷朝著高采樣率、高波形捕獲率和深存儲等方向發展。

傳統的數字存儲示波器，由于采用串行處理的體系結構，導致其采集死區時間長，波形捕獲率低，通常在100wfms/s以內，容易遺失信號細節，錯過瞬態事件。此外，數字存儲示波器在顯示效果上沒有如模擬示波器般的輝度等級變化，只能以二維形式，即幅度、時間捕獲信號。

以美國泰克公司推出的數字熒光示波器(DPO)為代表的數字三維示波器，采用了并行處理的體系結構，新增加專用波形圖像處理器與系統微處理器并行工作，可有效地縮短采集死區時間，提高波形捕獲率，高端數字三維示波器的最高波形捕獲率可達400000wfms/s以上。同時，數字三維示波器采用三維數組，即幅度、時間和幅度隨時間的變化分布形式捕獲信號，顯示具有類似模擬示波器的輝度等級甚至彩色熒光效果。數字三維示波器超高的波形捕獲率結合三維波形顯示能力，能夠捕獲各種復雜動態信號中的細節和異常情況，增加了證明數字系統中瞬態事件的可能性。

圖1是現有技術數字三維示波器的結構框圖。

在現有技術中，如圖1所示，輸入模擬信號在信號調理電路中進行信號調理，然后進行ADC轉換，在觸發和時基電路的控制下，轉換的數據存入緩存中。

如圖1所示，數字三維示波器增加有波形圖像處理器，專職負責高速地繪制三維波形圖像，此過程也稱為波形映射，從而使微處理器可以從波形圖像處理過程中解放出來，并行去完成系統控制、數據運算等其他工作。

波形圖像的映射過程對應的是三維數據存儲陣列器中數據的不斷累加更新，其實質是將多幅二維波形圖像疊加在一起，并統計幅度隨時間變化的分布，即概率信息。當一個刷屏周期到來時，波形映射終止，三維數據存儲陣列器停止更新，顯示窗口選擇器選取三維數據存儲陣列器中的三維波形圖像的對應顯示窗口區域，輸出到顯示存儲器完成顯示，即將多幅波形疊加后的三維波形圖像按照概率分布，采用不同的輝度等級或彩色熒光效果在顯示屏上進行顯示，使用戶可直觀的觀察到信號的幅度、時間以及幅度隨時間的變化分布等三維信息。這是數字三維示波器技術的核心和優勢。

但是，現有的三維圖像處理技術普遍存在著一個缺陷：當用戶對數字三維示波器捕獲的三維波形圖像中的一些細節，例如疊加到一起的多幅波形中的某一幅或者夾雜在其中的某個瞬態信號感興趣時，一般會操作示波器停止采集，然后進行以下2種操作：

1、直接改變數字三維示波器的時基檔位，對波形圖像進行放大或縮小操作，進一步觀察信號細節；

2、操作數字三維示波器進入視窗擴展模式，在雙視窗中對比觀察擴展前和擴展后(放大)的波形圖像。

然而，這2個操作的結果卻都會導致數字三維示波器的顯示突然由三維波形圖像效果，轉換為如同普通數字存儲示波器的二維波形圖像效果，即顯示只保留了最后一次采集數據所繪制的一幅二維波形圖像，丟失了原本捕獲到的三維波形圖像中包含的多幅波形中的信號細節。其原因是由于上述波形映射的實質是將一幅幅的二維波形圖像不斷疊加到三維數據存儲陣列器中，其過程并沒有對原始的采集數據進行存儲，最終顯示的是一張事先疊加好的靜態波形圖像，系統無法從中剝離出疊加前的每一幅波形，因此無法重新繪制進行縮放操作或視窗擴展后的三維波形圖像，即不能對圖像進行動態的縮放處理。此缺陷直接導致目前絕大多數的數字三維示波器雖然具有超高波形捕獲率，能夠捕獲到各種復雜瞬態事件，但卻對瞬態事件的圖像縮放顯示和數據分析運算能力很弱。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有波形圖像實時縮放功能的數字三維示波器。

為實現上述目的，本發明具有波形圖像實時縮放功能的數字三維示波器，包括：信號調理模塊、采集與處理模塊以及控制與顯示模塊；

信號調理模塊將輸入的模擬信號調理到ADC轉換所需輸入范圍，然后送采集與處理模塊ADC中進行模數轉換，同時提供觸發脈沖信號給采集與處理模塊對波形數據的采集和處理進行控制；

采集與處理模塊包括ADC、波形圖像處理器、三維數據存儲陣列器和顯示窗口選擇器；

控制與顯示模塊包括微處理器、顯示存儲器以及顯示屏，微處理器對采集與處理模塊、顯示存儲器進行控制；

其特征在于：