數字示波器的連續響應及預測自動設置功能的製作方法
2023-05-04 08:51:51 2
專利名稱：數字示波器的連續響應及預測自動設置功能的製作方法
技術領域：
本發明涉及示波器或類似儀器的自動設置，更具體地講，涉及這樣一種設置功能對輸入信號類型作出連續響應並根據輸入信號的特徵為用戶提供預測用戶需求的選項。多組信號視圖與多組信號視圖相聯繫，所述組的每個構件都處於可運行的聯接狀態以易於訪問該組的其他構件。
在現有技術中，具有自動設置功能的示波器由於難以從一個合適的視圖得到另一個合適的視圖而有時在實際使用中受到限制。需要一個新型的示波器操作員接口控制的範例，一個可在一組相關視圖中的不同信號視圖間提供即時連接及傳輸的範例。
一段時間以來，示波器已能夠根據如正弦波或方波這樣的簡單信號輸入自動確定垂直增益、垂直位置、觸發電平及水平時標設置。然而，這些自動設置的有效性有時會因需要對輸入信號的特性做出假設而受到危害。
示波器通常加電至「出廠」或「加電」設置。這樣做具有幾個功能。這通常是要頻繁使用的設置，因此有可能就是用戶當前想要作的合適設置或接近用戶當前想要做的合適設置。即便不是這樣，也能夠提供繼續工作的穩定起點。假定沒有已知的存儲設置更接近起點，由於具有用戶所熟悉的穩定起點，因此用戶能夠作出快速、最小調整來達到當前任務的理想設置。如果示波器是與其他用戶共用的，對於發現示波器已經被接通的當前用戶來說，通常希望能確認儀器被接通至出廠時的初始設置而不是處於最後使用的用戶所留下的某種陌生模式。這是假定加電設置處於所存儲的可調用的設置當中，否則需要斷電然後再接通電源才能得到同樣的結果。為了在遠程程序或遙控情況下使用，將示波器加電至已知狀態也是有用的。與為了確保儀器的終態已知而必須為每一個可能的可控參數發送命令相反，這允許遙控程度或操作員僅發送從初態的變化。
最初，自動功能僅限於初始設置，一旦完成設置並經用戶驗收，該自動功能就結束其例行程序。然而，最近一些示波器上的自動功能能夠在運行期間連續控制設置，儘管這種模式通常是任選的且可被用戶關閉。在工業領域中，這種特徵被稱為「自變換量程」或「連續設置」，以區別於初始設置後終止設置參數控制的「自動設置」。在響應輸入變化時，通過修改水平掃描設置、垂直增益設置，或在某些情況下，甚至是觸發電平設置，自變換量程示波器響應簡單輸入中的簡單變化。
本文通過參考加以結合的Holcomb的題為「數字示波器的極快速自動量度拓樸」的美國專利U.S.5,155,431中，描述了一種示波器，該示波器通過利用峰值檢測電路找到信號最大值和信號最小值，以快速完成適當的設置。本文通過參考加以結合的Wiggers的題為「具有自動時基的數字存儲示波器」的美國專利5,397,981中，描述了一種示波器，該示波器即使在輸入信號的頻率發生變化的情況下，仍可以在操作期間調整其時基，從而在屏幕上保持恆定的周期數。另外，顯然在同類應用中，這種示波器顯示屏的時間軸可以以度為單位來代替以時間為單位。
現有技術中的一些示波器已經能進行一種或多種與簡單輸入信號自動匹配的測量值，這些簡單輸入信號例如為正弦波或方波。必須由操作員選擇的這些測量可以包括頻率(或周期)、佔空比、峰-峰幅值、上升時間和下降時間。例如，本文通過參考加以結合的Menlove的題為「時間間隔測量器」的美國專利4,362,394中，描述了一種可以對複雜的重複性波形進行精確測量的方法和儀器。
本文通過參考加以結合的Skolnick等的題為「非標準波形的電壓、電流及頻率測量」的美國專利4,779,044中，描述了一種方法，其可以通過檢測過渡期並利用計數器確定過渡期之間的間隔來測量規則的二進位信號的周期。
本文通過參考加以結合的Kmetz的題為「具有波形的光電指示的數字式電壓表」的美國專利4,271,39l中，公開了一種數字式電壓表，該數字式電壓表以最大可用垂直幅度顯示波形並同時將電壓電平顯示為數值。
在本文通過參考加以結合的Shank等的題為「自動脈衝顯示」的美國專利4,716,345中，描述了一種利用兩個觸發檢測電路在脈衝波形的兩個相反斜坡上以相同電平觸發的方法。這就提供了一種計算波形佔空比並將其定位在屏幕上的方法。這種示波器可以自動放大並顯示輸入信號中的窄脈衝以使正部分充滿大部分的顯示屏。當脈衝式信號的佔空比(在信號整個周期中「高」態所佔的百分比)非常低時會很便利。
本文通過參考加以結合的Carder的題為「波形測量」的美國專利5,637,994中，公開了一種測量具有不確定即可變到達時間的波形的特徵的方法。當其中一個閾值點移動時，測量兩個分開的閾值交叉點之間的時間，就可以逐點重構以可變間隔出現的重複性波形。
本文通過參考加以結合的Foley等的題為「採用計數器/計時器的統計波形仿形工具機」的美國專利4,985,844中，描述了一種示波器系統，該示波器系統能夠重複進行脈衝寬度測量，利用這個特徵，系統能自動確定適當清晰度及偏移量設置。本文通過參考加以結合的Holcomb的題為「用於數字示波器的極快速自動量程拓樸」的美國專利5,155,431中，描述了一種具有專用峰值檢測器硬體的示波器，該示波器硬體與觸發計數器共同運行以快速設定縱軸、偏移量及水平掃描速率。
梯級頻率分布圖(histogram)為波形分析及儀器控制提供了一種有力的工具。本文通過參考加以結合的Foley等的題為「採用計數器/計時器的統計波形仿形工具機」的美國專利4,985,844中，描述了一種基於梯級頻率分布圖的計數裝置，該計數裝置對重複輸入信號進行測量，並利用測量結果作為產生梯級頻率分布圖的基礎。儘管比本文其他地方所描述的一些專用計算法要慢一些，但梯級頻率分布圖仍可以為自動測量提供基礎。
本文通過參考加以結合的deVries的題為「在示波器中用梯級頻率分布圖建立穩定的、成比例顯示的信號分析方法」的美國專利5,495,168中，描述了一種既利用幅度梯級頻率分布圖又利用時間梯級頻率分布圖的示波器系統。首先用幅度梯級頻率分布圖方法確定信號的最小、最大波幅電平。然後再用時間梯級頻率分布圖方法確定輸入信號中出現的主要時間間隔。
本文通過參考加以結合的Johnson的題為「概率密度梯級頻率分布圖顯示」的美國專利5,003,248中，公開了一種任意提供概率密度梯級頻率分布圖的示波器，該概率密度梯級頻率分布圖在常規電壓-時間波形時域顯示的旁邊。本文通過參考加以結合的Kucera等的題為「從多值函數中自動提取脈衝參數」的美國專利5,343,405中，顯示了梯級頻率分布圖如何跟蹤多路採集中出現的眼形圖數據。在測試中，定義各種信號特徵的脈衝參數可以由這些梯級頻率分布圖確定，這實際上是在顯示中加入了第三維。
本文通過參考加以結合的Frisch的題為「基於梯級頻率分布圖的模擬信號測試」的美國專利5,793,642中，描述了參考頻率分布圖如何提供快速有效的數據路徑，以便將所獲得的波形信息與參考波形相比較並利用有限的信息帶寬快速傳遞結果。本文通過參考加以結合的Sasaki等的題為「電壓轉換器的實時不間斷時間間隔」的美國專利5,122,996中，描述了一種與示波器有關的特徵，該特徵即使當這些周期和所得到的電壓一個周期一個周期地變化時，仍允許將信號周期視作電壓。
本文通過參考加以結合的Wiggers的題為「具有自動時基的數字存儲示波器」的美國專利5,397,981中，描述了一種示波器系統，在該系統中，操作員可對於水平軸及所需信號周期數進行選擇，產生並保持適當的顯示。本文通過參考加以結合的Odenheimer等的題為「自調節示波器」的美國專利4,743,844中，描述了一種示波器系統，在該系統中，能根據輸入信號對垂直放大器增益和偏移量、觸發電平及數字轉換器的取樣率進行自動控制。
某些類似示波器的專用儀器被製造或被設計成恰當地響應更複雜的輸入信號，例如電視視頻信號。本文通過參考加以結合的Kleck等的題為「示波器的多標準視頻選項」的美國專利5,027,058中，描述了一種能確定電視視頻信號適應何種視頻標準並相應調整水平掃描的示波器。用水平同步脈衝、雙電平或三電平以及每幀線寬和線數來確定使用的是哪種視頻標準。
象其他競爭者提供的示波器一樣，Tektronix TDS300也提供了FFT(快速傅立葉變換)波形分析，用以將譜分析器以及傳統示波器的一些功能合併到一個儀器中。這種內置的基於諧波(頻率)的顯示在電源設計和通信應用中證明是有用的。無論怎樣，信號功率-頻率視圖都會提高洞察力。
本文通過參考加以結合的Berchin的題為「在例如數字示波器的數據採集系統中調整採集參數的方法和儀器」的美國專利5,375,067中，公開了另一種也在頻域內分析信號的數字示波器。為了使性能最佳，該示波器針對特定的重複性波形自動將所獲得的參數調整到最佳值。當在波形存儲容量範圍之內調節全部或基本全部波形時，對所獲得的參數進行調節，使取樣率足以避免輸入波形的最高有效頻率成分產生偽信號。
本文通過參考加以結合的Hansen等的題為「數字帶通示波器」的美國專利4,802,098中，描述了一種能夠同時顯示時域波形和頻域譜的示波器。自動調節通帶帶寬，以使時域顯示中產生的偽信號最小。
本文通過參考加以結合的Ferguson的題為「用於調製域測量顯示的自動定標」的美國專利5,138,252中，描述了一種方法，該方法用於檢驗輸入信號並將調製域測量儀器設定為一種狀態，這種狀態將自動產生測量結果及穩定的、居中的、適當定標的信號顯示。
本文通過參考加以結合的Jenq的題為「用於數據序列的採集、計算以及顯示說明的測試系統」的美國專利5,081,592中，描述了一種電子設備測試系統，該系統具有可以對數據序列進行一組數學運算中的任一種運算並在新窗口中顯示結果波形的附加性能。
現在市場上的示波器允許操作員觸發由振幅(例如矮短脈衝)、邏輯狀態或時間模式定義的脈衝，或由時間，例如脈衝寬度、短時脈衝波形擾動、轉換速率、設置及保持、或超時限定的事件。將擴展的與常規的觸發器結合也有助於顯示視頻及其他難於捕獲的信號。在安裝測試程序時，諸如此類的先進觸發性能帶來了很大的靈活度並極大地簡化了測量任務。此外，現在市場上也可以得到自動進行並簡化了功率測量、圖像跳動分析及磁碟驅動器測量方面的軟體。
在最新的一些示波器用戶接口中，通過使用縱軸和水平軸旋鈕或滑鼠，用戶可以觀看放大或縮小的信號波形。「圖像縮放」特徵是既能「放大」又能「縮小」，通過「放大」放大圖像，通過「縮小」壓縮圖像。通過在感興趣的一個波形特徵周圍拖曳出一個框(例如用滑鼠)，可以對該功能進行控制，然後在另一個垂直位置中觀察被框住的放大為更詳細視圖的波形部分。
一個示波器廠家允許多達8種不同的視圖波形垂直層疊，即全長但高度縮減。這些視圖可以包括多達4個不同通道的視圖，由一個數學函數計算器對那些通道的組合進行處理，並放大或縮小窗口。這些視圖中的每一個都必須由操作員設置，並且所有視圖至少在水平(時間)維度上彼此部分相關。一些示波器早已提供了顯示「XY」顯示的性能，還提供了常規的幅度-時間(YT)顯示。XY顯示將一個信號表示為另一個信號的函數(代替了作為時間的函數)。
現代數字示波器一般為用戶提供一些存儲並對所期望返回的設置進行標註的方法。這些頻繁使用設置可以節省操作員的時間並避免不必要的混亂，或者記住如何達到相對模糊不清或偶爾使用的設置。這些現代示波器一般以菜單形式提供各種各樣的設置選項，並可能會具有在上述某種「自動設定」或「自變換量程」的特徵。如上所述，今天市場上很多數字示波器能夠完成各種各樣的自動測量。至少會有一個廠家提供表示拖出波形特徵的測量圖標，以使示波器能夠進行由圖標所表示的測量。
操作員觀察不到波形是如何重顯為它看上去的樣子的，出現在操作員面前的是圖標以及即時或滯後的標記，例如「工具提示」類型的標記，這種類型的功能用文字、縮略語、縮寫詞進行描述。這些文字、縮略語、縮寫詞僅在光標停止移動並靜止在圖標上時才出現。為使用這種特徵，操作員必須要知道特定圖標代表哪種測量。操作員通常看不到下一個波形圖是怎樣真實復現在視圖中的，這種界面可以構造成這樣如果光標停在上面，可以通過「彈出式」臨時消息來擴充永久消息。
所希望的是一種不同的、有更多圖形的、有用的方法，該方法可將設置選擇和進入其他視圖的便利途徑不斷呈現在示波器操作員面前。
通過分時使用示波器的採集硬體產生信號的多個視圖。儀器軟體對輸入信號進行一組測量，並根據測量結果對輸入信號進行分類。特殊類型的信號暗示選擇信號視圖組。當相關視圖是主視圖時，操作員還看到其他視圖的示例。初始主視圖是用於這種類型信號的第一個推薦視圖。顯示較大且詳細，並在屏幕上顯示出測定值。以「活動」微縮視圖顯示備擇視圖，以簡化形式並排顯示在主視圖旁邊。通過點擊它們，這些備擇視圖會變為主視圖。操作員可以添加及修改這些視圖。
每個視圖都來自於自動完成並在屏幕上顯示波形的一組測量。這些預選的測量是立即自動執行的，從而通常不需要進行任何操作就能滿足操作員的需要。示波器軟體也會設法預測並給出一個或多個用戶所需的備擇設置。不同的信號視圖來自於不同的自動測量，這些測量結果作為對波形圖像的註解顯示出來。這些下一步的備擇設置可列於常規菜單列表中，或以縮小尺寸顯示，既可以是靜態圖標也可以是微縮的「活動」顯示。這些圖標的「活動」版本可以向用戶準確展示下一個可用顯示會是什麼樣子的，同時通過在一個相對最大尺寸的視圖中對其進行顯示來強調當前所顯示的設置。
圖1是「不規則」數字邏輯脈衝幾個周期的顯示示例。計算出高、低邏輯電平、過衝及下衝並顯示在波形旁邊，「不規則」是指信號的周期可變。
圖2是顯示上升沿的示例。自動測量上升時間、過衝及高、低邏輯電平並顯示在波形旁邊。
圖3是具有可變佔空係數即脈寬調製的「規則」邏輯信號的顯示示例。「規則」指的是信號周期的周期恆定，而不是指佔空比的變化或脈寬調製的出現。自動計算高、低電壓電平及正、負過衝並顯示在波形旁邊。
圖4是「規則」時鐘脈衝的顯示示例。顯示的是大約一個半周期。自動計算周期、頻率、正寬度及佔空係數並顯示在波形旁邊。
圖5是交流電源電壓的顯示示例。顯示了稍多於一個周期。自動測量周期-均方根電壓、周期-平均電壓及交流頻率並顯示在波形旁邊。
圖6是交流電源瞬態信號的顯示示例。顯示了稍多於一個周期。自動測量最大、最小電壓，以及周期-均方根電壓、周期-平均電壓並顯示在波形旁邊。
圖7是半波整流交流信號的顯示示例。所顯示的頻率是整流後的信號頻率。自動測量頻率、振幅及周期-均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖8是全波整流交流信號的顯示示例。自動測量整流波形的頻率、振幅及周期-均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖9是直流電壓電平的顯示示例。自動測量平均電壓及峰-峰電壓並顯示在波形旁邊。
圖10是附加在直流電平上的明顯的交流成分的顯示示例。自動測量交流成分的頻率和峰-峰電壓以及整個信號的平均-均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖11是當沒有明顯的交流成分時附加在直流電平上的噪聲的顯示示例。自動計算噪聲的峰-峰電壓、直流電平的平均電壓及均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖12是NTSC格式的電視視頻信號的顯示示例。該信號被自動定位，並提供增益、適當的刻度板以便在屏幕上顯示最大信息量。
圖13是PAL格式的電視視頻信號的顯示示例。該信號被自動定位，並提供增益、適當的刻度板，以便在屏幕上顯示最大信息量。
圖14是規則數字時鐘信號波形的全尺寸顯示示例。在該示例中，用圖標表示的預測電流的視圖和與下一步設置選擇相關的視圖顯示在右側。該視圖具有波形所顯示的與時間相關的許多測量結果，且這些視圖是由右側微縮顯示的備擇設置產生的。
圖15是與圖14所示同樣的規則數字時鐘信號的另一個全尺寸顯示示例。在這個視圖中，伴有許多與振幅有關的測量結果。此外，該視圖是由右側微縮顯示的立即可用的備擇設置產生的。
圖16是圖14和15所示規則數字時鐘信號的上升沿的全尺寸視圖，全尺寸視圖右側的五個微縮視圖中間是該全尺寸視圖的微縮視圖。
圖17是圖14和15所示規則數字時鐘信號的下降沿的全尺寸視圖，全尺寸視圖右側的五個微縮視圖中的第四個所顯示的是該全尺寸視圖的微縮視圖。
圖18是電視視頻信號的全尺寸視圖，在其旁邊的是備擇視圖及以文字顯示的與主顯示有關的視頻標準和示波器設置。
圖19是微縮視圖中前一個圖的該圖第二個備擇視圖所示的部分視頻信號的全尺寸視圖。
圖20是微縮視圖中前兩個圖的該圖第三個備擇視圖所示的部分視頻信號的全尺寸視圖。
圖21是微縮視圖中前三個圖的該圖第四個備擇視圖所示的部分的、載色訊號視頻信號的全尺寸視圖。
圖22是具有顯著過衝的微處理器時鐘信號的全尺寸視圖及四個微縮視圖。
圖23是與圖22所示相同波形的全尺寸視圖，但在該圖中，信號用與振幅相關的測量結果來標註。
圖24是圖22，23，24和25中第三個備擇視圖所示的放大了的上升沿的全尺寸視圖。
圖25是圖22，23，24和25中第四個備擇視圖所示的放大了的下降沿的全尺寸視圖。
圖26顯示是的交流電信號的電壓-時間關係曲線視圖，該信號與時間及電壓相關的測量結果用文字顯示在底部。
圖27全尺寸顯示了標記為奇次諧波的振幅-頻率譜。該視圖在圖26中微縮顯示。
圖28是交流電幹線中性線的電壓-時間的全尺寸視圖。該視圖與時間及電壓相關的測量結果標註。
圖29是微縮顯示在圖28中第二位的信號全尺寸頻率-時間譜，用奇次諧波標記。
以簇的形式給出成組的示波器設置，這些設置按照設置在適合於在對相同波形類型的適用性來進行分組。測試時，根據信號類型為操作員提供一個初始視圖，然後該信號的備擇取樣視圖以微縮的「活動」波形圖像形式提供給操作員選擇。點擊取樣波形來選取它並將其顯示為主要波形。可以通過信號或測量類型，或通過操作員的選擇，將視圖組彼此連結起來。
輸入信號可以根據類型自動分類，這些類型包括不規則數字邏輯信號，即那些具有兩個主要電壓電平及可變周期的信號；規則邏輯信號，即那些以雙電平信號為主，但循環-循環周期恆定(儘管脈衝佔空係數不必恆定)的信號；交流功率電壓，例如那些頻率在50Hz、60Hz或400Hz的電壓；已整流的交流功率電壓，即包括半波、全波，又包括直流電壓，包括其噪聲及「嗡嗡聲」分析。以及，總結一個未必完整的清單，根據如NTSC及PAL的許多標準中的任何一種的電視視頻信號。
示波器要儘可能地設計成能夠預先考慮到操作員下一步要進行的選擇。因此，一個或更多的備擇設置被自動作為下一組易於得到的設置選擇，這些備擇設置是用戶可能會選用的。這些備擇下一步設置可以有效地建立在一個常規菜單列表上，或微縮顯示為靜態圖標或縮小的「活動」顯示。這些「活動」型圖標可以準確向用戶展示下一個有效的顯示的樣子，同時在當前視圖中將其全尺寸顯示來加以強調。或者，可以選擇一種類擬數字萬用表的顯示器。在這種顯示器中，信號視圖以縮圖形式出現，而大部分顯示空間用於傳送與信號有關的信息，特別是各種各樣測量的結果。
根據本發明的示波器連續基於將輸入信號預定義為若干已預定義信號類型中的一種，提供一種自動設定功能。適當的儀器設置或設置組與每個信號類型分類有關。「設置」包括水平時基設置、垂直幅度放大係數(放大/衰減)設置、垂直信號偏移量設置、觸發條件設置以及顯示餘輝及亮度設置。與給定信號類型相關的其中一種設置是預設視圖，該預設視圖一直使用到用戶從對該信號類型有效的選擇中選擇另一個視圖或使用通過示波器的選項及特徵引出的裝置。做為下一個視圖的有效選擇可以用靜態圖標或該視圖的微縮活動顯示來表示。
本發明的數字示波器具有「專家系統」，該「專家系統」可對信號類型以及從各自類型中提取出來的信息類型進行識別。通過進行一系列的自動測量並將測量結果與結合了每種不同信號類型定義的測量特性進行比較，將出現於示波器輸入端的信號劃分為其中一種已知類型。所進行的測量次數以及順序會隨前面的測量結果變化。或者，如果有足夠的時間，每次要將信號分類時都進行所有測量。
通常，電壓具體值梯級頻率分布圖是各種各樣有助於信號分類的初始測量的依據。如果有的話，就將高、低電壓電平顯示為信號的正、負極值。從上述本發明背景技術部分中通過參考加以結合併討論的專利審查可見，梯級頻率分布圖的產生及解釋在數字示波器領域中公知的。自動測量組也包括連續正向及負向觸發信號之間的時間測量。信號也被自動轉化到頻域中，在頻域中可以提取與該信號有關的更多信息。
進一步劃分成「規則」或「不規則」的邏輯信號可以通過「頂部」和「底部」兩種截然不同的電壓電平加以識別。如果是規則的邏輯信號，例如時鐘信號，這些信號就具有在其基本頻率上的主頻頻譜信號。不規則邏輯信號具有大量與其邊沿相關的奇次諧波成分。根據頻譜特性，可以測量出超出「頂部」和「底部」電壓電平以外的偏移，並確定出過衝和下衝、噪聲或交流成分。
在交流功率、有或沒有交流「嗡嗡聲」成分的直流電平、或噪聲和瞬態的情況下，非邏輯信號的信號可以是正弦波。非邏輯信號也可以更複雜，例如電視視頻信號，既包含交流和直流部分，又包含不同頻率及電壓電平的複雜組合區域。
圖1是「不規則」數字邏輯信號幾個周期的顯示示例。計算出高、低邏輯電平和過衝、下衝並在波形旁邊顯示出來。「不規則」是指信號的周期可變。不管它們的周期或佔空比如何，只顯示三或四個周期的不規則信號。該顯示中其他可選視圖還有上升沿、下降沿、或脈寬變化(疊加的)。
圖2是上升沿的顯示示例。自動測量出上升時間、過衝以及高、低邏輯電平並在波形旁邊顯示出來。為產生該顯示，觸發電平設定為50％(高、低電平之差的)。選擇水平時基和位置以顯示全部轉變，以顯示器的中間三分之一為中心，顯示器的頭三分之一和後三分之一顯示上升沿前後的電平。
通過調整時基以顯示最寬脈衝，可以顯示不規則邏輯信號的脈寬變化，最好能夠在有限時間內對其進行確定，然後在10％位置上觸發並選擇矢量積累和無限持久。
圖3是具有可變脈衝佔空係數或脈寬調製的「不規則」邏輯信號的顯示示例。「不規則」是指信號周期的周期可變，而不是指佔空比的變化或脈寬調製的出現。自動計算周期、頻率、正脈衝寬度以及佔空比並顯示在波形旁邊。
圖4是「規則」時鐘脈衝的顯示示例。顯示的是大約一個半周期。自動計算周期、頻率、正寬度以及佔空比並顯示在波形旁邊。
圖5是交流電源電壓的顯示示例。顯示的是稍多於一個周期。自動測量周期-均方根電壓、周期-平均電壓以及交流頻率並顯示在波形旁邊。
圖6是交流電瞬態信號的顯示示例。給出的仍是稍多於一個周期。自動測量最大及最小電壓以及周期-均方根電壓、周期-平均電壓並顯示在波形旁邊。該視圖是在交流電源電壓顯示中的可選視圖之一。
圖7是半波整流交流信號的顯示示例。自動測量頻率、振幅及周期-均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖8是全波整流交流信號的顯示示例。自動測量振幅及周期-均方根電壓並顯示在波形旁邊。由於噪聲的高電平處于波形的較低部分，因此測量梯級頻率分布圖是「模糊的」並顯示「不穩定梯級頻率分布圖」的消息。在另一實施例中，與其說是由軟體確定該波形出現特殊的測量問題且不能顯示已測出的振幅，不如說是由信息警告操作員該問題的性質(當信號振幅低時，由於得到該特殊圖象，「低信號振幅」警告也會顯示出來)。
圖9是直流電壓電平的顯示示例。自動測量平均電壓及峰-峰電壓並顯示在波形旁邊。
圖10是附加在直流電平上的明顯的交流成分的顯示示例。自動測量交流成分的頻率和峰-峰電壓以及整個信號的平均-均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖11是當沒有明顯交流成分時附加在直流電平上的噪聲顯示示例。自動計算噪聲的峰-峰電壓、直流電平的平均電壓及均方根電壓並顯示在波形旁邊。
圖12是NTSC格式的電視視頻信號的顯示示例。該信號被自動定位，並提供增益、適當的刻度板以便在屏幕上顯示最大信息量。
圖13是PAL格式的電視視頻信號的顯示示例。該信號被自動定位，並提供增益、適當的刻度板以便在屏幕上顯示最大信息量。
信號類型的確定可指示使用哪組測量設置來顯示信號。其中一種是預設設置，該預設設置自動用於信號的初始視圖中。操作員可以選擇這組設置中的其他設置，也可以用其他設置中的其中一種作為該組的預設設置。當前信號類型的另一種適當的設置由操作員選擇，這些設置可以以菜單項、圖標乃至測試中的信號在其他設置中微縮「活動」視圖的形式出現。
顯示備擇「活動」微縮視圖，需要將多重設置復用到儀器的控制流中。該儀器硬體以分時、多任務操作模式運行，以使所需全部「活動」顯示看起來好象「同時」顯示出來。顯然，各自時間密集的設置的集中多重設定可能使波形「停滯的」或「急動的」變化，但在通常情況下這不是問題。
圖14顯示的是幾個與時間有關的所示測量結果的規則數字時鐘信號。這些信號包括周期、頻率、正寬度、負寬度以及脈衝佔空係數。屏幕右側所示四個微縮顯示分別為具有與時間相關的測量結果的當前全顯示，所示波形相同但測量結果是所有與振幅相關而不是與時間相關的顯示，上升沿以及下降沿。用於這種信號類型的該組設置不包括第五種選擇，因此底部備擇顯示視圖為空白。注意在頂部微縮顯示中的水平箭頭表示其代表與時間相關測量結果的波形顯示，而在第二個(從頂部開始)微縮顯示中的垂直箭頭表示其代表與振幅相關測量結果的波形顯示。
圖15顯示的是與圖14右側第二個方框中微縮所示相同的規則數字時鐘信號。該波形的這個版本來自於收集的與振幅相關的測量結果。這些結果包括高、低電壓電平、電壓振幅、平均電壓、峰-峰電壓以及周期-均方根電壓。此外，屏幕右側所示的四個微縮顯示分別為圖14中與時間相關的測量結果的顯示，與其振幅相關的測量結果的當前顯示，上升沿視圖及下降沿視圖。正如圖14所示，由於該組設置不包括第五個視圖，因此底部備擇顯示視圖為空白。此外，在頂部的微縮顯示中的箭頭表示其代表如圖14所示的與時間相關的測量結果的波形顯示。同樣，在第二個(從頂部開始)微縮顯示中的垂直箭頭表示其代表與振幅相關的測量結果的波形顯示，該波形在圖15中全尺寸顯示。
圖16是圖14、15和16中第三個微縮視圖所示規則數字時鐘信號的上升沿的全尺寸視圖。圖16右側的頂部和第二個微縮視圖分別與圖14和15中的全尺寸視圖所示的波形相對應。圖17以全尺寸視圖顯示圖14、15、16和17中第四個微縮視圖所示規則數字時鐘信號的下降沿。在圖16右側的頂部和第二個微縮視圖分別與圖14和15的全尺寸視圖所示的波形相對應。圖17右側中間的微縮視圖是與圖16全尺寸所示相同的上升沿。
圖18顯示的不僅是視頻實線的視頻波形。觸發方式是在每條線上觸發。顯示方式為使用灰色標度將活動的頻率分布圖作為第三維顯示信號。示值讀數表示這是一個每幀525線的NTSC電視視頻信號的全尺寸視圖。與垂直軸及水平軸示波器設置和頻道顯示一樣，該信息以文字形式顯示在屏幕上。通過不同電視設置得到的備擇視圖在右側微縮顯示。頂部視圖與全尺寸顯示內容相同。下一個視圖是可在任何區域觸發的視圖，再下一個視圖為用戶可選擇線數的視圖，最後一個視圖是載色訊號視圖。在電視視頻信號顯示中可以任意使用特殊電視刻度板。這種顯示包括IRE及mV視頻刻度板。
圖19顯示的不僅是一個完整的視頻幀。這是右側第二個微縮視圖的全尺寸版本，與圖18所示視圖相同。圖20顯示的是該系列中的第三個圖形，該視圖全尺寸顯示了屏幕右側所示的該電視信號的第三個微縮視圖。圖20是顯示垂直回掃期間的視頻波形。觸發方式為在新幀開始時觸發。右側第四個微縮視圖為載色訊號，在圖21中全尺寸顯示，為該電視信號系列中的最後一個。
圖22、23、24和25顯示了具有相當大過衝的微處理器時鐘信號的不同視圖。與圖14-17一樣，在該序列中的每個連續全尺寸視圖與每個圖中右側所示微縮視圖中的其中一個相對應。圖22是該信號的全尺寸視圖，該信號與時間相關的測量結果用文字顯示在屏幕底部。圖23是相同視圖，在屏幕底部用文字顯示與振幅相關的測量結果。在該視圖中也可以顯示平均過衝的電壓值。圖24是上升沿的放大視圖，圖25是相同信號下降沿的放大視圖。後兩個信號分別用高、低電壓電平、其差值以及上升和下降時間間隔作注釋。
圖26顯示的是交流電信號的電壓-時間視圖，底部文字所示為該信號與時間和電壓相關的測量結果。在圖27中全尺寸顯示圖26右側所示的第二個微縮視圖。這是一個標註有奇次諧波的振幅-頻率譜。圖28是交流電主中性線的電壓-時間視圖。用與時間及電壓相關的測量結果作注釋。圖29全尺寸顯示了圖28和29所示的第二個微縮視圖。圖28所示信號的振幅-頻率譜也用奇次諧波標註。
下面的信號類型表顯示了各種信號類型的來源、屬性以及自動測量，但不一定是對其進行分類的全面或唯一方法。
信號類型表
可以選擇已存儲的用戶選項，或先建立然後再選擇來設置模板。無論何時，當用戶建立唯一的設置並通過按鈕或點擊屏幕上的指示點表示該設置應當被保存時，都可以形成用戶建立的模板。然後要求操作員建立一個用於識別並進入該新設置模板的名稱。除與預設設置有關的設置外，操作員也可以進行新設置或其他組設置中已存在的部分設置。與操作員相關的設置組既可以是以前就有的，也可以是新的。先有的設置組既可以是儀器提供的，也可以是用戶以前建立的。
儀器軟體所提供的設置組具有標準的名稱，這些名稱描述了信號類型或其所要使用的工作環境的類型。用戶建立的那些設置組也可以具有面向信號、面向工作環境的名稱、基於個體的名稱或基於這些名稱組合的名稱。這將允許不同的用戶能夠對在功能上與那些其他個體相似的設置組進行用戶定製，儘管如此，卻可將它們區分開。
設置組也具有軟體能夠對其功能進行識別的屬性。這些屬性可以包括以下功能特性觸發、測量與時間相關的特徵、測量與振幅相關的特徵、比較等。用戶可以要求查看按照特徵信息組織起來的設置組，從而允許其尋找特殊類型的設置，以及那些最初由軟體或示波器提供的設置組。
儘管已經圖示並描述了本發明的最佳實施例，但對於本領域的技術人員來說，可以在不脫離本發明必要特徵的情況下，對本發明做出修改和變化，這是顯而易見的。以下的權利要求書覆蓋了所有這些變化和修改。
權利要求
1.一種用於響應輸入信號特徵從而控制數字示波器操作的方法，該方法由以下步驟組成定義一組信號類型，每種信號類型具有可區別特徵的信號特徵；為示波器預定至少一種設置，所述設置適於為每種信號類型產生適當的視圖；對輸入信號進行多種測量以確定一種或多種測定特徵；通過將測定特徵與特徵信號特徵相比較，將輸入信號劃分為信號類型組中的一種；以及根據使用預定設置的信號類型來控制數字示波器。
2.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，在定義信號類型組步驟中的信號類型組包括規則數字、雙電壓電平二進位信號，具有相對恆定的重複信號周期的數位訊號成分。
3.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，在定義信號類型組步驟中的信號類型組包括不規則數字類型信號；這種信號主要具有兩個電壓電平及可變的信號周期。
4.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，在定義信號類型組的步驟中的信號類型組包括具有平均頻率的正弦信號。
5.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，處於定義信號類型組步驟中的信號類型組包括電視視頻信號。
6.根據權利要求5的控制數字示波器操作的方法，其中，電視視頻信號包括各種各樣的電視視頻信號，每種電視視頻信號符合不同的標準。
7.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，進行多種測量的步驟包括測量輸入信號周期的步驟。
8.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，對輸入信號進行多種測量的步驟包括構造梯級頻率分布圖的步驟。
9.根據權利要求8的控制數字示波器操作的方法，還包括從梯級頻率分布圖信息中導出一個或多個被測特徵的步驟。
10.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，進行多種輸入信號測量的步驟包括將數據轉換到頻域的步驟。
11.根據權利要求10的控制數字示波器操作的方法，還包括從頻域中的信息確定一個或多個被測特徵的步驟。
12.根據權利要求1的控制數字示波器操作的方法，其中，為示波器預定設置的步驟包括為至少一種信號類型預定多種備擇設置。
13.根據權利要求12的控制數字示波器操作的方法，其中，控制數字示波器的步驟包括根據多種備擇設置向操作員呈現適當視圖選擇的步驟。
14.根據權利要求13的控制數字示波器操作的方法，其中，呈現步驟包括對操作員所選擇的視圖做出響應將所選視圖放大為主視圖的步驟。
15.根據權利要求13的控制數字示波器操作的方法，其中，為操作員呈現適當視圖選擇的步驟依賴於「活動數據」，所述「活動數據」在分時基礎上從備擇設置應用中獲得。
16.根據權利要求13的控制數字示波器操作的方法，其中，在較大窗口中顯示主視圖，在較小窗口中顯示適當視圖。
17.根據權利要求16的控制數字示波器操作的方法，其中，為操作員呈現適當視圖選擇的步驟依賴於「活動數據」，所述「活動數據」在分時基礎上從備擇設置應用中獲得。
全文摘要
通過分時使用示波器的採集硬體產生信號的多個視圖。儀器軟體對輸入信號進行一組測量,並對輸入信號進行分類。特定類型的信號暗示選擇信號視圖組。當相關視圖是主視圖時,操作員還可看到其他視圖的示例。備擇視圖以簡化形式顯示在主視圖的旁邊。通過點擊將這些備擇視圖變為主視圖。操作員可增加和修改視圖。信號的不同視圖來自不同的自動測量,並將這些測量結果作為波形圖象的注釋顯示出來。其他備擇設置為微縮「活動」顯示。
文檔編號G01R15/00GK1273365SQ0010685
公開日2000年11月15日 申請日期2000年4月20日 優先權日1999年4月20日
發明者M·A·戈蘭德, S·K·蘇利範, R·I·西格爾, F·A·阿青格, C·L·薩克斯 申請人:特克特朗尼克公司