數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法，將偏置電壓作為內(nèi)部校正源，分別對(duì)偏置電壓進(jìn)行下調(diào)和上調(diào)，求得兩次偏置電壓時(shí)的采集數(shù)據(jù)的平均值的相對(duì)距離，然后計(jì)算相對(duì)距離的標(biāo)準(zhǔn)值，比較相對(duì)距離和相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算得到增益調(diào)節(jié)值，對(duì)增益調(diào)節(jié)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，重新設(shè)置偏置電壓并采集數(shù)據(jù)，計(jì)算相對(duì)距離，直到相對(duì)距離在標(biāo)準(zhǔn)值誤差范圍以內(nèi)則當(dāng)前通道下該垂直靈敏度的校正結(jié)束。本發(fā)明通過兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)的采集數(shù)據(jù)的平均值，計(jì)算其相對(duì)距離，從而計(jì)算增益的調(diào)節(jié)量來進(jìn)行增益的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正，從而節(jié)約人力資源，不存在人為因素，提高校正精度，提高校正效率。
【專利說明】
數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于數(shù)字示波器校正技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種數(shù)字示波器垂直 靈敏度自校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于數(shù)字示波器，傳統(tǒng)的垂直靈敏度校正方法是手動(dòng)校正，在通道耦合方式為交 流耦合條件下，輸入一個(gè)1kHz的方波信號(hào)，在每個(gè)垂直靈敏度下根據(jù)當(dāng)前的垂直靈敏度 (HD)設(shè)置輸入方波信號(hào)的幅度值Vpp = HD*6,即使輸入信號(hào)的幅度在當(dāng)前垂直靈敏度下 占波形顯示區(qū)垂直方向6格(div)。通過肉眼判斷輸入信號(hào)幅度是否在波形顯示區(qū)垂直方向 占6div，否則調(diào)整增益使輸入信號(hào)的幅度達(dá)到要求。每個(gè)通道下的每個(gè)垂直靈敏度都需要 按照上述的方法依次重復(fù)校正。傳統(tǒng)校正方法的劣勢(shì)包括以下五個(gè)方面：
[0003] ①使用環(huán)境的濕度、溫度改變時(shí)，影響元器件的精度，導(dǎo)致增益誤差不達(dá)標(biāo)，此時(shí) 得重新手動(dòng)校正；
[0004] ②手動(dòng)校正時(shí)需要輸入不同幅度值的方波信號(hào)，當(dāng)用戶設(shè)備不齊全，無信號(hào)源時(shí)， 導(dǎo)致校正無法實(shí)施；
[0005] ③手動(dòng)校正的依據(jù)是觀測(cè)輸入信號(hào)的幅度是否有6div，那么要求輸入信號(hào)幅值的 精度盡可能高，即要求信號(hào)源精度高，以減小信號(hào)源精度對(duì)垂直靈敏度校正精度的影響；
[0006] ④手動(dòng)校正是人為觀測(cè)判斷，誤差大，精度低，且耗時(shí)長，復(fù)雜程度高；
[0007] ⑤即使采用自動(dòng)輸出不同幅值的方波信號(hào)并自動(dòng)采集判斷信號(hào)是否達(dá)到目標(biāo)值 的半自動(dòng)校正方法，其精度略高于手動(dòng)校正，但是自動(dòng)改變輸出波形，需要額外的設(shè)備來支 撐，進(jìn)一步要求了用戶的設(shè)備齊全性，局限了此功能的使用條件。
[0008] 可以看出，傳統(tǒng)校正方法要求額外設(shè)備支撐，易受人為因素影響，精度低，而且過 程復(fù)雜，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正 方法，以偏置電壓為內(nèi)部校正源，通過兩次偏置電壓的相對(duì)量來計(jì)算增益調(diào)節(jié)量來進(jìn)行垂 直靈敏度調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法包括以下步驟： [0011] S1:初始化示波器，設(shè)置數(shù)字示波器需要校正的通道，設(shè)置通道的耦合方式為直流 耦合、觸發(fā)耦合方式為直流耦合、采集方式為平均采樣，垂直靈敏度為垂直靈敏度范圍中的 最大值；
[0012] S2:設(shè)置偏置電壓VoffsetF-KAYID，其中YID表示當(dāng)前的垂直靈敏度，心表示預(yù)設(shè) 的正常數(shù)，心的取值范圍為0<心<0/2,0表示波形顯示區(qū)垂直方向的div數(shù);計(jì)算得到當(dāng)前 采集數(shù)據(jù)量化值的平均值Vadl;
[0013] S3:再次設(shè)置偏置電壓表示預(yù)設(shè)的正常數(shù)，K2的取值范圍為0< K2<D/2;計(jì)算得到當(dāng)前采集數(shù)據(jù)量化值的平均值Vad2;
[0014] S4:計(jì)算兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)采集數(shù)據(jù)的平均值的相對(duì)距離AV = Vad2-Vadl;
[0015] S5:計(jì)算相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值 A Vst= (Ki+K2)*YdotsPerDiv，其中YdotsPerDiv表示波 形顯示區(qū)垂直方向中每個(gè)div所代表的量化值個(gè)數(shù)；
[0016] S6:如果AVe[ AVst-S，AVst+S]，當(dāng)前垂直靈敏度的校正結(jié)束，進(jìn)入步驟S8,否則 進(jìn)入步驟S7;
[0017] S7:計(jì)算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier:
[0018] Amplif ier = 201g( A Vst/ A V)
[0019] 根據(jù)增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier計(jì)算增益調(diào)節(jié)器件的調(diào)節(jié)量，如果存在調(diào)節(jié)量，則對(duì)增 益調(diào)節(jié)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，返回步驟S2,如果增益調(diào)節(jié)器件不存在調(diào)節(jié)量，進(jìn)入步驟S8;
[0020] S8:如果所有垂直靈敏度都校正結(jié)束，該通道校正結(jié)束，否則切換至下一垂直靈敏 度，返回步驟S2。
[0021] 本發(fā)明數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法，將偏置電壓作為內(nèi)部校正源，分別對(duì) 偏置電壓進(jìn)行下調(diào)和上調(diào)，求得兩次偏置電壓時(shí)的采集數(shù)據(jù)的平均值的相對(duì)距離，然后計(jì) 算相對(duì)距離的標(biāo)準(zhǔn)值，比較相對(duì)距離和相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算得到增益調(diào)節(jié)值，對(duì)增益調(diào)節(jié) 器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，重新設(shè)置偏置電壓并采集數(shù)據(jù)，計(jì)算相對(duì)距離，直到相對(duì)距離在標(biāo)準(zhǔn)值誤差 范圍以內(nèi)則當(dāng)前通道下該垂直靈敏度的校正結(jié)束。本發(fā)明通過兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)的采集 數(shù)據(jù)的平均值，計(jì)算其相對(duì)距離，從而計(jì)算增益的調(diào)節(jié)量來進(jìn)行增益的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波 器垂直靈敏度自校正，從而節(jié)約人力資源，不存在人為因素，提高校正精度，提高校正效率。
【附圖說明】
[0022] 圖1是數(shù)字示波器中模擬通道垂直調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示例圖；
[0023]圖2是本發(fā)明數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0025]為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，首先對(duì)數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正以舉例 形式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
[0026]數(shù)字示波器的垂直靈敏度就是指垂直方向上單位顯示長度（一格)所代表的電壓 值(V/div)，垂直靈敏度自校正實(shí)質(zhì)是對(duì)通道中增益進(jìn)行校正，使被測(cè)信號(hào)讀出的幅度值的 精度達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。數(shù)字示波器在不同垂直靈敏度下的增益有所不同，而所需的增益 是由多個(gè)模塊共同完成的。表1是數(shù)字示波器各個(gè)檔位所需增益的示例。

[0028]表 1
[0029]模擬通道垂直調(diào)理模塊是數(shù)字示波器的主要模塊之一，其具體結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)字示波 器的設(shè)計(jì)不同而有所不同。圖1是數(shù)字示波器中模擬通道垂直調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示例圖。如圖1 所示，數(shù)字示波器中模擬通道垂直調(diào)理模塊包括粗衰減/直通網(wǎng)絡(luò)1、阻抗變換網(wǎng)絡(luò)2、數(shù)字 步進(jìn)衰減器(DSA，Digital Step Attenuator)3、固定增益運(yùn)放4、ADC(Analog-to-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)驅(qū)動(dòng)器5、ADC6。粗衰減/直通網(wǎng)絡(luò)1根據(jù)硬件設(shè)計(jì)的不同，在直通檔 位下不進(jìn)行任何處理，在衰減檔位則根據(jù)不同的阻抗條件衰減固定的倍數(shù)。數(shù)字步進(jìn)衰減 器3是可控增益衰減器，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的連續(xù)調(diào)節(jié)，保證信號(hào)幅度的精確性。固定增益 運(yùn)放4實(shí)現(xiàn)增益固定放大功能。通過數(shù)字步進(jìn)衰減器3和固定增益運(yùn)放4的級(jí)聯(lián)，構(gòu)成增益調(diào) 節(jié)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娣糯蟆榱吮ＷC所有垂直靈敏度下的增益都滿足ADC對(duì)輸入信號(hào)電 平的要求，數(shù)字步進(jìn)衰減器3的最大衰減量、固定增益運(yùn)放4的增益以及ADC6內(nèi)部提供的增 益必須合理匹配。因此本實(shí)施例中增益調(diào)節(jié)器件為數(shù)字步進(jìn)衰減器和ADC，增益調(diào)節(jié)量即為 數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量和ADC的內(nèi)部增益。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)數(shù)字示波器的具體結(jié) 構(gòu)來選擇增益調(diào)節(jié)器件，可以選擇一個(gè)單獨(dú)調(diào)節(jié)，也可以選擇多個(gè)進(jìn)行組合調(diào)節(jié)。
[0030] 在每個(gè)垂直靈敏度下，模擬通道垂直調(diào)理模塊是直通、衰減還是放大增益，在硬件 設(shè)計(jì)完成時(shí)已經(jīng)固定，且增益值也固定完成，在切換垂直靈敏度時(shí)這些工作就同時(shí)完成了。 垂直靈敏度校正只是需要微調(diào)增益使幅度測(cè)量誤差達(dá)到技術(shù)指標(biāo)即可。本發(fā)明在垂直靈敏 度自校正時(shí)沒有采用外部輸入信號(hào)，利用偏置電壓作為內(nèi)部校正源，通過算法實(shí)現(xiàn)增益自 校正，使幅度測(cè)量誤差達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，且垂直靈敏度自校正不依賴于外部設(shè)備。
[0031] 圖2是本發(fā)明數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明數(shù) 字示波器垂直靈敏度自校正方法包括以下步驟：
[0032] S201:初始化數(shù)字示波器：
[0033]設(shè)置數(shù)字示波器需要校正的通道，設(shè)置通道的耦合方式為直流耦合、觸發(fā)耦合方 式為直流耦合、采集方式為平均采樣，垂直靈敏度為垂直靈敏度范圍中的最大值。本實(shí)施例 中平均次數(shù)為16次，時(shí)基檔位為示波器的最快實(shí)時(shí)采樣檔。
[0034] S202:下調(diào)偏置電壓后采集：
[0035] 調(diào)節(jié)偏置電壓Voffsetii-KAHD，其中HD表示當(dāng)前的垂直靈敏度，h表示預(yù)設(shè)的正 常數(shù)，也就是使信號(hào)波形位于顯示區(qū)零點(diǎn)電平的下方的正的常數(shù)值，代表了示波器顯示區(qū) 域垂直方向上的div數(shù)。然后計(jì)算得到當(dāng)前采集數(shù)據(jù)的平均值V adl。
[0036]當(dāng)偏置電壓超出數(shù)字示波器的波形顯示區(qū)域的垂直方向時(shí)，就超過了ADC的量化 范圍，則為了校正的精度，偏置電壓不得超出波形顯示區(qū)域的垂直方向的范圍。以數(shù)字示波 器的波形顯示區(qū)垂直方向劃分成8div為例，則h最大不能超過4,為了保證校正的精度，心的 最大值一般不能取到4。因此本發(fā)明設(shè)置心的取值范圍為表示波形顯示區(qū)垂直 方向的div數(shù)。一般來說，h的值稍微大一點(diǎn)會(huì)有利于校正精度，而且當(dāng)仏取整數(shù)時(shí)會(huì)有助于 步驟S204中標(biāo)準(zhǔn)值的精確計(jì)算，即最好取與D/2最接近且小于D/2的整數(shù)，因此本實(shí)施例中 設(shè)置Ki = 3。
[0037] S203:上調(diào)偏置電壓后采集：
[0038]調(diào)節(jié)偏置電壓VrffsetszK^YID，也就是使信號(hào)波形位于顯示區(qū)零點(diǎn)電平的上方。然 后計(jì)算得到當(dāng)前采集數(shù)據(jù)的平均值Vad2。同樣地，K2的取值范圍為0<K2<D/2,同樣也代表了 波形顯示區(qū)域垂直方向上的div數(shù)，心和心的值可以相同，也可以不同，K 2也最好取與D/2最 接近且小于D/2的整數(shù)，本實(shí)施例中同樣設(shè)置K2 = 3。
[0039] S204:計(jì)算兩次偏置電壓時(shí)的采集數(shù)據(jù)值的相對(duì)距離：
[0040]計(jì)算兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)的采集數(shù)據(jù)平均值的相對(duì)距離AV = Vad2-Vadl，該相對(duì)距 離表示兩次采集數(shù)據(jù)平均值之間的量化值個(gè)數(shù)。
[0041 ]根據(jù)A V定義可知，A V是兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)采集數(shù)據(jù)間的相對(duì)量，理論上有(A +K2)div個(gè)量化值，因此本方案采用的是相對(duì)誤差校正方法，擺脫了基線對(duì)偏置電壓的影 響，從而可以保證垂直靈敏度的精度。
[0042] S205:計(jì)算相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值：
[0043]由于步驟S204中計(jì)算的相對(duì)距離A V是采集量化值的差值，也就是說其結(jié)果是區(qū) 間內(nèi)量化值的個(gè)數(shù)，因此相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ) Vst&需要以量化值的個(gè)數(shù)為單位，表示波形顯 示區(qū)垂直方向的（Ki+K2)div理論上所代表的量化值的個(gè)數(shù)，可知A Vst= (K1+K2)* YdotsPerDiv，其中YdotsPerDiv表示波形顯示區(qū)垂直方向上每個(gè)div所代表的量化值個(gè)數(shù)。 例如，8bit ADC，其量化值有256個(gè)，映射到波形顯示區(qū)垂直方向的量化值是200個(gè)，均分成 與波形顯示區(qū)垂直方向?qū)?yīng)的8d i v，則每d i v對(duì)應(yīng)2 5個(gè)量化值。那么當(dāng)h = 3、K2 = 3時(shí)，相對(duì) 距離標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ) Vst= 150。
[0044] S206:判斷是否A Ve [ A Vst-S，A Vst+S]，S表示預(yù)設(shè)的容差點(diǎn)數(shù)，即允許的誤差范 圍，其值可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求的設(shè)計(jì)精度進(jìn)行設(shè)置。如果A Ve [ A Vst_S，A Vst+S]，說明 數(shù)字示波器的當(dāng)前垂直靈敏度精度達(dá)到了要求，該垂直靈敏度校正結(jié)束，進(jìn)入步驟S208，否 則進(jìn)入步驟S207。
[0045] S207:增益調(diào)節(jié)：
[0046] 本發(fā)明中假設(shè)粗調(diào)和細(xì)調(diào)的調(diào)節(jié)步進(jìn)都是以分貝（dB)為單位進(jìn)行的，因此在計(jì)算 增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier時(shí)，也以dB為單位，增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier的計(jì)算公式為：
[0047] Amplif ier = 201g( A Vst/ A V)
[0048] 根據(jù)增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier計(jì)算增益調(diào)節(jié)器件的調(diào)節(jié)量，如果存在調(diào)節(jié)量，則對(duì)增 益調(diào)節(jié)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，返回步驟S202,如果增益調(diào)節(jié)器件不存在調(diào)節(jié)量，進(jìn)入步驟S208。一 般來說增益調(diào)節(jié)器件都存在調(diào)節(jié)步長，因此要根據(jù)調(diào)節(jié)值和調(diào)節(jié)步長來計(jì)算調(diào)節(jié)量，當(dāng)增 益調(diào)節(jié)值小于調(diào)節(jié)步長時(shí)，則無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，即不存在調(diào)節(jié)量。顯然，A V> A Vst時(shí)， AmplifierCO,需要增大衰減量或者減小放大倍數(shù)；當(dāng)A V< A Vst時(shí)，Amplifier>0,需要減 小衰減量或提高放大倍數(shù)。
[0049] 本實(shí)施例中增益調(diào)節(jié)器件選用數(shù)字步進(jìn)衰減器和ADC，將增益的調(diào)節(jié)分為粗調(diào)和 細(xì)調(diào)，增益的粗調(diào)是調(diào)節(jié)模擬通道垂直調(diào)理模塊中的數(shù)字步進(jìn)衰減器，增益的細(xì)調(diào)是調(diào)整 ADC6內(nèi)部提供的增益。對(duì)數(shù)字步進(jìn)衰減器和/或ADC內(nèi)部增益的調(diào)節(jié)，可以同時(shí)調(diào)節(jié)，也可以 一次只調(diào)節(jié)一個(gè)器件，其具體算法可以根據(jù)需要來設(shè)置，本實(shí)施例中采用直接計(jì)算出調(diào)節(jié) 量的方法來實(shí)現(xiàn)，通過粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩者結(jié)合使垂直靈敏度精度更高。其具體方法為：
[0050] 計(jì)算《=|如?/;/(77("'/.你/)_('0<：//:?'」，其中8七6。_(30&186表不粗調(diào)步進(jìn)，即數(shù)字步進(jìn) 衰減器的調(diào)節(jié)步進(jìn)，以dB為單位，L」表示向下取整。如果a關(guān)0,說明此時(shí)可以采用粗調(diào)，那 么設(shè)置數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量coarse = coarse_a X step_coarse，coarse>0。當(dāng)a>0，即 Amplif ier>0時(shí)，衰減量coarse變小，即減小衰減器的衰減量，粗調(diào)量為| aX step_coarse ;反之當(dāng)a<0時(shí)，增大衰減器的衰減量，粗調(diào)量為| aX step_coarse |。再返回步驟S202判 斷。
[0051] 如果a = 〇，則說明不能進(jìn)行粗調(diào)，可能需要進(jìn)行細(xì)調(diào)，那么計(jì)算 /? = |_乂/??/;/汾r/.s?吵_./丨w」，step_f ine表示細(xì)調(diào)步進(jìn)，即ADC的增益調(diào)節(jié)步進(jìn)，以dB為單 位。如果b矣0，說明此時(shí)可以采用細(xì)調(diào)，那么設(shè)置ADC的內(nèi)部增益f ine = f ine+b X step_ fine，其中fineE [finemin，finemax]，finemin<0，finemax>0。這是因?yàn)锳DC內(nèi)部增益可以為 正也可以為負(fù)，當(dāng)增益為負(fù)時(shí)，相當(dāng)于進(jìn)行了衰減。顯然當(dāng)為衰減（即fine<0)時(shí)，其調(diào)節(jié)與 數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量調(diào)節(jié)類似，即當(dāng)b>0,內(nèi)部增益fine的值增大，相當(dāng)于減小了衰減 量，細(xì)調(diào)量為|bXstep_fine |，反之當(dāng)b<0時(shí)，內(nèi)部增益fine的值減小，相當(dāng)于增大了衰減 量，細(xì)調(diào)量為|bXstep_fine |。當(dāng)ADC為放大（即fine>0)時(shí)，當(dāng)b>0,增大了內(nèi)部增益fine， 放大倍數(shù)增大，細(xì)調(diào)量為|bXstep_fine|，反之當(dāng)b<0時(shí)，減小了內(nèi)部增益fine，放大倍數(shù) 減小，細(xì)調(diào)量為I bX step_fine |。再返回步驟S202判斷。如果b = 0,那么此時(shí)數(shù)字步進(jìn)衰減 器和ADC均不存在調(diào)節(jié)量，則進(jìn)入步驟S208。根據(jù)ADC內(nèi)部增益的調(diào)節(jié)可知，在調(diào)節(jié)過程中， 有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)ADC工作方式的切換，即fine的正負(fù)切換，也就是從放大轉(zhuǎn)換為衰減，或是從 衰減轉(zhuǎn)換為放大。
[0052] 根據(jù)以上調(diào)節(jié)算法可以看出，該調(diào)節(jié)算法先采用粗調(diào)，粗調(diào)完成或不能粗調(diào)時(shí)再 進(jìn)行細(xì)調(diào)。這是因?yàn)榇终{(diào)的調(diào)節(jié)步進(jìn)一般大于細(xì)調(diào)的調(diào)節(jié)步進(jìn)，只有粗調(diào)達(dá)不到精度要求 時(shí)才進(jìn)行細(xì)調(diào)，細(xì)調(diào)的小步進(jìn)調(diào)節(jié)使垂直靈敏度精度更高，采用這種方式可以使校正更有 效率。在調(diào)節(jié)過程中，如果遇到極端情況，數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量和ADC內(nèi)部增益已經(jīng)調(diào) 整到了極限值仍然不能達(dá)到校正要求，這時(shí)候只能結(jié)束校正。但是一般來說，在數(shù)字示波器 設(shè)計(jì)時(shí)，其增益偏差不會(huì)太大，也會(huì)預(yù)留足夠的校正余量，除非是數(shù)字示波器內(nèi)部電路存在 故障，才有可能出現(xiàn)這種極端情況，而本發(fā)明針對(duì)的是正常的數(shù)字示波器的垂直靈敏度自 校正，因此未將該極端情況考慮在內(nèi)。
[0053] 下面以一個(gè)具體例子為例，來說明本實(shí)施例中所提出的調(diào)節(jié)算法具體執(zhí)行過程。 假設(shè)當(dāng)前數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量coarse = 20dB，ADC內(nèi)部增益fine = -0.02dB，step_ coarse = 0 ? 25dB，step_fine = 0 ? 017dB。當(dāng) A Vst/ A V = 1 ? 04，可以計(jì)算得到Amplifier ? 0.34dB，那么a = 1，此時(shí)數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量coarse = 20-1 X 0.25 = 19.75dB，返回再 次設(shè)置偏置電壓，獲取兩次偏置電壓調(diào)整的相對(duì)距離，重新計(jì)算Amplifier，假設(shè)此時(shí)A Vst/ 厶7 = 0.993，可以計(jì)算得到厶11^11;1^61'?-0.06(113，那么3 = 0，因此計(jì)算匕=-3，此時(shí)厶0(]的內(nèi) 部增益行1^ = -0.02+3\0.017 = -0.031(^。返回再次設(shè)置偏置電壓，此時(shí)計(jì)算得到的八￥在 AVe[ AVst-S，AVst+S]內(nèi)，那么垂直靈敏度校正結(jié)束。
[0054] S208:判斷是否所有垂直靈敏度都校正結(jié)束，如果是，該通道校正結(jié)束，否則進(jìn)入 步驟S209。
[0055] S209:切換至下一垂直靈敏度，返回步驟S202。
[0056]本發(fā)明通過公式計(jì)算來得到需要調(diào)整的增益值，對(duì)數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量和/ 或ADC的內(nèi)部增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述流程是一個(gè)通道下所有垂直靈敏度下的校正流程，當(dāng)數(shù)字 示波器不止一個(gè)通道時(shí)，需要對(duì)每個(gè)通道分別進(jìn)行校正，即分別進(jìn)行步驟S201至步驟S209 的校正過程。
[0057]本發(fā)明將垂直靈敏度自校正建立在偏置電壓基礎(chǔ)之上，將偏置電壓作為一個(gè)內(nèi)部 校正源，是整個(gè)自校正過程的基礎(chǔ)。采用兩次偏置的相對(duì)量判斷增益是否達(dá)到精度要求，再 直接計(jì)算出需要調(diào)整的變化量，減少反復(fù)的調(diào)節(jié)次數(shù)，提高垂直靈敏度自校正效率。表1是 本發(fā)明與垂直靈敏度手動(dòng)校正的對(duì)比。
[0059] 表 2
[0060] 從表2可知，根據(jù)本發(fā)明可以編寫軟件程序來控制調(diào)節(jié)，避免了人為調(diào)整的繁瑣以 及精度低等問題，節(jié)省大量的人力和時(shí)間，提高了精度，簡(jiǎn)化校正過程。不需要額外的設(shè)備 支持，極大地拓展了該功能的使用環(huán)境。
[0061] 盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些 變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)字示波器垂直靈敏度自校正方法，其特征在于，包括以下步驟： Si:初始化示波器，設(shè)置數(shù)字示波器需要校正的通道，設(shè)置通道的耦合方式為直流耦 合、觸發(fā)耦合方式為直流耦合、采集方式為平均采樣，垂直靈敏度為垂直靈敏度范圍中的最 大值； S2:設(shè)置偏置電壓Vciffsetl = -KAYID,其中YID表示當(dāng)前的垂直靈敏度，K1表示預(yù)設(shè)的正 常數(shù)，K1的取值范圍為(XK1SD/^, D表示波形顯示區(qū)垂直方向的格(div)數(shù);計(jì)算得到當(dāng)前 采集數(shù)據(jù)量化值的平均值Vadl; S3:再次設(shè)置偏置電壓Vciffset2 = K^YID, K2的取值范圍為0<K2<D/2;計(jì)算得到當(dāng)前采集 數(shù)據(jù)量化值的平均值Vad2; S4:計(jì)算兩次設(shè)置偏置電壓時(shí)采集數(shù)據(jù)的平均值的相對(duì)距離AV = Vad2-Vadl; S5:計(jì)算相對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)值Δ Vst= (Ki+K2)*YdotsPerDiv，其中YdotsPerDiv表示波形顯示 區(qū)垂直方向中每個(gè)d i V所代表的量化值個(gè)數(shù)； S6:如果Δ Ve [ Δ Vst-δ，Δ Vst+δ]，該垂直靈敏度校正結(jié)束，進(jìn)入步驟S8，否則進(jìn)入步驟 S7; S7:計(jì)算增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier: Amplif ier = 201g( Δ Vst/ Δ V) 根據(jù)增益調(diào)節(jié)值A(chǔ)mplifier計(jì)算增益調(diào)節(jié)器件的調(diào)節(jié)量，如果存在調(diào)節(jié)量，則對(duì)增益調(diào) 節(jié)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，返回步驟S2,如果增益調(diào)節(jié)器件不存在調(diào)節(jié)量，進(jìn)入步驟S8; S8:如果所有垂直靈敏度都校正結(jié)束，該通道校正結(jié)束，否則切換至下一垂直靈敏度， 返回步驟S2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直靈敏度自校正方法，其特征在于，所述參數(shù)KjPK2等于與 D/2最接近且小于D/2的整數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直靈敏自校正方法，其特征在于，所述步驟S7中對(duì)增益調(diào)節(jié) 器件包括數(shù)字步進(jìn)衰減器和ADC，其調(diào)節(jié)方法為： 計(jì)算a = I ，其中step_coarse表示數(shù)字步進(jìn)衰減器的調(diào)節(jié)步 進(jìn)，U表示向下取整;如果0，設(shè)置數(shù)字步進(jìn)衰減器的衰減量⑶81^ = coarse_a X step_ coarse;如果a = 0，計(jì)算? = .《釋/與，step_fine表示ADC的增益調(diào)節(jié)步長;如 果b 關(guān)0，設(shè)置ADC 的內(nèi)部增益fine = fine+b X step_fine，其中fine e [finemin, finemax]， finemin<0，f inemax>0;如果b = 0，那么此時(shí)數(shù)字步進(jìn)衰減器和ADC均不存在調(diào)節(jié)量。
【文檔編號(hào)】G01R35/00GK105891760SQ201610331684
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】曾浩, 趙佳, 邱渡裕, 楊擴(kuò)軍, 張沁川, 趙勇
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)