[發明專利]一種具有全數字計頻功能的示波器

有效

• 申請號: 201110359956.7
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN103105514A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 龔桂強;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

本發明涉及測試、測量技術領域，特別是涉及一種具有全數字計頻功能的示波器。

背景技術

示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器，目前的示波器主要包括兩種：模擬示波器和數字示波器。參照圖1，示出了現有技術中一種模擬示波器的結構示意圖。示波器100的數據采樣單元101對被測信號a進行數據采樣，獲得數字化的采樣數據b；模擬比較器102對被測信號a進行比較處理，將被測信號a轉換為高低變化的比較信號c，為一方波信號；觸發控制單元103依據該比較信號c產生一個觸發控制信號d，采樣存儲單元104依據觸發控制信號d對采樣數據b進行存儲，產生用于波形顯示的波形顯示數據e。

參照圖2，示出了現有技術中一種數字示波器的結構示意圖。示波器200的數據采樣單元201對被測信號a進行數據采樣，獲得數字化的采樣數據b；數字比較器202對采樣數據b進行電平比較處理，獲得數字化的比較數據f，觸發控制單元203依據該比較數據f產生一個觸發控制信號d，采樣存儲單元204依據觸發控制信號d對采樣數據b進行存儲，產生波形顯示數據e。

隨著技術進步，示波器的功能越來越完善，某些示波器還會具備一個計頻功能，其主要作用是方便用戶在觀測信號的同時，可以精確的獲取被測信號的頻率。參照圖3，示出了現有技術中一種具有計頻功能的示波器的結構示意圖。示波器300包括數據采樣單元301、模擬比較器302、觸發控制單元303、采樣存儲單元304和頻率計數單元305，頻率計數單元305用于產生一個具有閘門時間T₀的閘門時間信號，并依據閘門時間信號對模擬比較器302產生的比較信號c進行頻率計數，其中，在閘門時間T₀的起始時刻，開始頻率計數；在閘門時間T₀的結束時刻，終止頻率計數，最終產生的計頻結果g即為被測信號a的頻率值。參照圖4，為現有技術的頻率計數的原理示意圖。

結合圖3，頻率計數單元305一般使用計頻的方法進行頻率計數。如圖4(a)所示，為采用計頻方法進行頻率計數的原理示意圖。該方法使用比較信號c作為計頻時鐘，計算一定的閘門時間內共有了多少個計頻時鐘，參考時鐘用于產生閘門時間信號，在計算頻率時根據公式：計頻結果g＝計頻時鐘的個數/閘門時間T₀。從圖4(a)中可以看出，由于閘門時間信號與比較信號c不同步，同步的時間為T，因此會導致閘門時間T₀不是比較信號c的整數倍。由于該方法沒有考慮T1、T2這兩段時間差，最終產生的計頻結果g會有0～1的頻率誤差。其中，T1為閘門時間T₀內，比較信號c的第一個上升沿到閘門時間T₀的起始時刻之間的時間差；T2為閘門時間T₀內，比較信號c的最后一個下降沿到閘門時間T₀的結束時刻之間的時間差。

此外，還有一種計周方式的頻率計數方法。如圖4(b)所示，為采用計周方式進行頻率計數的原理示意圖。該方法使用比較信號c的一個周期作為閘門時間T₀，利用參考時鐘去計算比較信號c的一個周期，根據該周期獲得最終的計頻結果g。從圖4(b)中可以看出，由于比較信號c與參考時鐘不同步，因此會導致比較信號c的周期不是參考時鐘的整數倍，實際測量的比較信號c的周期為T。由于沒有考慮到T3、T4這兩段時間差，同樣，也會因此帶來0～1的頻率誤差。其中，T3為閘門時間T₀內，參考時鐘的第一個上升沿到閘門時間T₀的起始時刻之間的時間差；T4為閘門時間T₀內，參考時鐘的最后一個下降沿到閘門時間T₀的結束時刻之間的時間差。

另外，還有一種等精度方式的頻率計數方法。如圖4(c)所示，為采用等精度方式進行頻率計數的原理示意圖。該方法將比較信號c作為時鐘，產生一個與比較信號c同步的、具有同步閘門時間T’的同步閘門時間信號，然后用參考時鐘去計算同步閘門時間信號中的同步閘門時間T’，根據同步閘門時間T’換算出比較信號的頻率。從圖2(c)中可以看出，由于同步閘門時間T’與參考時鐘不同步，同步的時間為T，因此會導致同步閘門時間T’不是參考時鐘的整數倍。由于沒有考慮到T5、T6這兩段時間差，同樣，也會因此帶來0～1的頻率誤差。其中，T5為同步閘門時間T’內，參考時鐘的第一個上升沿到同步閘門時間T’的起始時刻之間的時間差，T6為同步閘門時間T’內，參考時鐘的最后一個下降沿到同步閘門時間T’的結束時刻之間的時間差。

可以看出，上述三種方法都存在頻率計算的精度誤差。