40GSPS示波器波形映射模块研究与设计

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电子信息产业发展至今,利用电子技术和信息技术实现了光纤通信,数字化通信,卫星通讯等一系列应用,同时各种电子系统的复杂程度急速增长,在研发阶段更需要对系统中存在的细微问题进行发现,定位并解决。示波器作为最常用的信号观测工具之一,能直接将被测系统中的信号进行采集并显示或运算,用户能够及时的发现电子系统中的异常信号。具有高采样率,高波形捕获率以及拥有易于肉眼观察的显示效果的数字示波器无疑成为当今电子设计或测试领域的必需品。为了适应于这一要求,研发出高采样率示波器的同时,如何提升波形捕获率以及设计出便于观察的显示效果也都同样成为了研究重点。极快的数据处理速度以及更少的处理过程都能够提高系统效率,也就提高了波形捕获率。而显示效果则需要从不同使用场合下的波形的显示方式上入手,结合电子系统中异常信号的特征进行研究。本文基于40GSPS示波器平台,将信号分为幅度,时间和幅度随时间变化的分布这三个维度的信息,以数字示波器中的三维映射系统为研究主题,呈现出上述三个波形信息,以提高波形捕获率和改善三维波形(三维:幅度,时间和幅度随时间变化的分布)显示效果为目的,结合实际使用对40GSPS示波器三维映射系统展开如下研究:1、基于交替传输与处理,多路并行化处理和流水线技术的三维映射系统。针对8片ADC采集到的数据,实现多路并行映射的数据准备工作。在多路并行映射过程中,控制多路状态机的关键状态之间的同步,对于矢量映射还需要增加状态来将每路映射区域间的数据进行矢量连点。控制采样数据的交替接收,传输和处理。最终实现将两组数据进行交替并行三维映射,结合流水线处理的方式,极大的提升映射效率,提高了波形捕获率,实际测试得出不低于1,000,000wfms/s。2、基于RGB颜色空间的三维波形单色系和跨色系显示及灰度调节方法。结合单色系下的灰度调节,克服单色系下三维波形部分概率信息显示不突出,缺少层次感的缺点,本文研究出两种跨色系方案,其一是将可显示的颜色空间划分为四部分用于四个通道的显示,每个通道的波形所跨颜色范围较小,但颜色范围之间无交集;另外一种方案显示颜色是将整个颜色空间同时用于四个通道显示。通过灰度调节实现不同灰度条件下突出显示不同概率信息的波形。由于不同时基档位下采集波形所需时间或映射效率不一致,本文研究出对不同时基档位下的概率值进行修正,以实现切换时基档位时显示效果保持一致。3、基于双时基和扫描刷新的三维波形显示方法。在三维映射模式下设计了双时基模式,也称为视窗模式。在任意一个时基档位下,可以对正常显示的三维波形进行约束范围内的任意倍数放大,易于观察信号中出现的“细微”信号。同时在慢速时基档下,采集一整幅波形的时间过长,超过屏幕刷新时间,因此设计针对慢速时基档位下的三维映射模式,称为SCAN模式下的三维映射,以解决采集时间和刷新时间之间的矛盾,使示波器在慢速档位下也拥有较好的三维波形显示效果,显示效果变为为波形从屏幕右侧滚动刷新至左侧,可在最慢20s/div时基档位下实时刷新三维波形。依托于40GSPS示波器平台,设计出了包含上述所有功能的三维映射系统,利用并行处理,流水线,乒乓交替,跨色系转换,双时基处理,扫描刷新等一系列操作与技术,实现对采集数据实时映射至三维数据库,并显示在屏幕上。
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