專利名稱：在數(shù)字示波器中突出偶發(fā)事件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將采集到的、表示觀測信號行為的電壓時變數(shù)據(jù)處理成適于數(shù)字示波器顯示的格式，更具體地講，涉及這種數(shù)據(jù)的有效高速采集以及將這種數(shù)據(jù)光柵掃描為某種格式，這種格式包括用于可變強(qiáng)度或可變色彩顯示的每像素多比特強(qiáng)度信息，并根據(jù)操作員控制的、提供顯示選擇的傳遞函數(shù)將每像素多比特信息壓縮為每像素較少比特格式。
數(shù)字示波器通常利用光柵掃描顯示將電子信號的行為顯示給用戶。每個光柵掃描顯示，例如每天在計算機(jī)屏幕上見到的那些顯示，由二維像素陣列組成，每個像素的位置由行號和列號唯一地確定。最簡單、最廉價的這種顯示型式是“單比特”顯示，由其中引出待顯示信息的存儲器只有1比特對應(yīng)于該像素的強(qiáng)度信息。在這種顯示中，單比特信息確定與之相關(guān)聯(lián)的像素是否“打開”或“關(guān)閉”，“打開”表示利用預(yù)定的強(qiáng)度值照明像素，“關(guān)閉”表示完全不照明像素。
更加復(fù)雜、更加昂貴的單比特顯示的替代品是多比特顯示，這種顯示可以提供作為亮度指示的替換的可變強(qiáng)度(也稱為“灰度”)或色彩變化。與可變強(qiáng)度顯示的每個像素相關(guān)聯(lián)的存儲器地址包含多比特強(qiáng)度信息，指示用于照明的可變強(qiáng)度值級別。類似于單比特顯示中的像素，多比特顯示的像素也具有“關(guān)閉”或暗狀態(tài)，但它們具有多個照明值，而不是一個照明值。通常，可用的照明值數(shù)目是2N-1，其中N是光柵存儲器中每個地址上的存儲深度。因此，例如，四比特深度的光柵掃描存儲器可以支持十五級透射照明值，以及暗或“關(guān)閉”狀態(tài)。像素強(qiáng)度還可以變換成不同的色彩，以及強(qiáng)度或“亮度”。
利用這種更加豐富的數(shù)據(jù)，多比特顯示可以傳遞更多的、關(guān)于觀測電子信號波形行為的信息，特別是在信號的重復(fù)性很差，由此使其在某些部分的行為弱于其它信號的情況下。在此引用作為參考的、授予Katayama等人、題為“Digital Waveform Measuring Apparatus HavingA Shading-tone Display”的美國專利4,940,931描述了產(chǎn)生數(shù)字可變強(qiáng)度顯示的系統(tǒng)。
通常，數(shù)字示波器通過周期地采樣節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的電壓來采集關(guān)于電路節(jié)點(diǎn)行為的信息。示波器的探測脈沖與節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，探頭和示波器的前端精確地復(fù)制信號，或者是信號的某一預(yù)定分?jǐn)?shù)倍，或者是信號的某一預(yù)定整數(shù)倍，并將其輸送給模-數(shù)變換器。模-數(shù)變換器的輸出是一系列存儲在采集存儲器中的多比特字。連續(xù)采集的樣本存儲在采集存儲器中的順序相關(guān)的地址中，由此，是與時間尺度相關(guān)的。最終，這些地址將被變換回時間尺度，其中的一個表示為沿示波器的光柵掃描顯示的x-軸的水平距離。
在典型的數(shù)字示波器中，由采集存儲器地址中的數(shù)據(jù)內(nèi)容得到的電壓幅度值確定照明像素的垂直位置(行號)，而由采集存儲器地址獲得的時間值確定水平位置(列號)。將采集存儲器的內(nèi)容和地址展開以便為二維光柵存儲器產(chǎn)生內(nèi)容的過程稱為“光柵掃描”。
光柵掃描過程的輸出通常與光柵存儲器的某些前在內(nèi)容合并在一起，因此，最終的復(fù)合光柵內(nèi)容通常會受到某種余輝過程的影響。關(guān)于數(shù)字余輝的其它信息，可以參考在此引用作為參考的、授予Alappat等人、題為“Raster Scan Waveform Display Rasterizer With PixelIntensity Gradation”的美國專利5,440,676；授予Alappat等人、題為”Raster scan Display With Adaptive Decay”的美國專利5,387,896；和授予Long等人、題為“Digitally Synthesized Gray Scale ForRaster Scan Oscilloscope Displays”的美國專利5,254,983。
對于示波器顯示的設(shè)定和采集到的波形數(shù)據(jù)的任一特定組合，都存在某種函數(shù)將采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)映射到時間(x-軸)-電壓(y-軸)顯示光柵。映射函數(shù)包括待映射樣本數(shù)和光柵顯示的像素列數(shù)之間的某一比值。盡管該比值可以設(shè)定為1∶1，但是它通常設(shè)定為N∶1或1∶N。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)多于必須映射的像素列，那么就必須采取某種形式的數(shù)據(jù)壓縮和/或抽樣。抽樣的含義是每隔N個數(shù)據(jù)點(diǎn)抽取一個，由此放棄部分已獲得的信息。另一方面，壓縮的含義是將來自采集存儲器中多個時間地址的數(shù)據(jù)映射到光柵掃描顯示中的一個水平位置，即，單列像素。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)少于像素列，即上述的1∶N情況，將使用某種內(nèi)插方法或等效時間采樣。在本發(fā)明情況下，使用等效時間采樣，這將在下面詳細(xì)討論。
多年以來，數(shù)字示波器受到在探測脈沖上有效地進(jìn)行處理并顯示給用戶的行為的百分比的限制。盡管很少有老練的用戶和那些只熟悉模擬示波器的人員會認(rèn)為他們在數(shù)字示波器的探測脈沖上觀察到的是行為的大部分或全部，在許多情況下，顯示只示出一小部分在此發(fā)生的實(shí)際行為。這是因為，這些示波器處理信號的時間多于采集信號的時間。如果信號的重復(fù)性很好，那么這種“現(xiàn)場時間(live time)”損失不成問題，因為一個波形與另一個是自然相似的。然而，如果信號正在顯示某種間歇異常行為，那么這種低比例的現(xiàn)場時間將難以檢測到這種異常。因此，提高波形的處理量和用戶在探測脈沖處實(shí)際觀察到的信號行為的比例將是近期數(shù)字示波器設(shè)計的目標(biāo)。在此引用作為參考、授予Meadows、題為“Slow Display Method for Digital Oscilloscope WithFast Acquisition System”的美國專利5,412,579描述了一種示波器系統(tǒng)，其中采集合成到交替(也稱為“ping-ponging”)顯示緩沖器，這樣當(dāng)一個顯示緩沖器中的內(nèi)容用作顯示數(shù)據(jù)源時，另一個用來搜集和合成更多的數(shù)據(jù)。然而，該發(fā)明描述的低速顯示設(shè)計只為每個像素提供一個比特的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，因此沒有類似于模擬信號的灰度變化能力，即強(qiáng)度變化能力。
處理大量波形的能力是數(shù)字示波器中最期望得到的特性。在此引用作為參考、授予Etheridge等人、題為“Digital OscilloscopeArchitecture For Signal Monitoring With Enhanced Duty Cycle”的美國專利5,530,454描述了當(dāng)每個波形記錄較短而且觸發(fā)事件的頻率足夠高時，每秒能夠采集高達(dá)400,000個波形的示波器。這種示波器多少可以與模擬示波器性能相比，其“現(xiàn)場時間”比例由大約6％變化到接近99％，這決定于時間基準(zhǔn)的設(shè)定、打開的通道數(shù)和觸發(fā)事件的可用性。
Etheridge的’454專利中描述的結(jié)構(gòu)的速度可以利用兩個光柵存儲器實(shí)現(xiàn)，一個用于采集系統(tǒng)，另一個用于顯示系統(tǒng)。這些光柵存儲器中的第一個，稱為“光柵采集存儲器”，幾乎恒定地接收采集到的波形。這些波形以幾乎和高速采集光柵掃描儀以及類似的高速圖像合并器采集這些波形的速度一樣快的速度經(jīng)光柵掃描并合并到該光柵采集存儲器中。在合并多個波形之后，每像素單比特光柵采集存儲器中的內(nèi)容傳遞到每像素多比特顯示光柵存儲器，在此與先前的顯示數(shù)據(jù)合并。該顯示光柵存儲器中的內(nèi)容受數(shù)字余輝控制的影響，例如，前面描述的，每個像素的強(qiáng)度將在持續(xù)一定的時間之后消失。
對于許多用戶，特別是那些使用過模擬示波器的用戶，可變亮度可以傳遞關(guān)于觀測信號行為的信息。這些用戶中的大多數(shù)對于這些與模擬示波器類似的特性具有極大的傾向性。例如，當(dāng)模擬示波器在水平掃描間隔內(nèi)產(chǎn)生垂直擺動以便在探測脈沖上產(chǎn)生信號行為的實(shí)時圖像時，它們固有地傾向于隨它們產(chǎn)生的線的斜率的倒數(shù)的變化調(diào)節(jié)顯示的亮度。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，CRT的負(fù)極電子槍產(chǎn)生依賴于“亮度”控制設(shè)定的恒定數(shù)量的電子，單位時間內(nèi)覆蓋的軌跡長度幾乎不受與任一特定掃描速度相聯(lián)系的x-軸距離的影響，而是隨著任何和所有的y-軸偏移而增加。y-軸偏移可以是相應(yīng)的x-軸距離的好多倍，所以當(dāng)電子在更長的距離上傳播時，恒定的有效電子束能量顯著地減少。所以，模擬示波器固有地隨線條斜率的倒數(shù)的變化改變所繪線條的亮度。
模擬示波器或具有高的波形處理量的數(shù)字示波器的另一個、甚至是最期望獲得的特性是能夠檢測到出現(xiàn)在其它重復(fù)信號中的異常間歇信號。“現(xiàn)場時間”低得不可能觀測到間歇信號行為的老式數(shù)字示波器至少在沒有特定觸發(fā)模式下可以檢測特定類別的間歇信號行為。模擬示波器將顯示出指示存在這種間歇異常信號行為的模糊軌跡。當(dāng)然，如果信號是極其短暫的，那么軌跡的亮度可能極其模糊，以致于完全被操作員忽略。
然而，根據(jù)下述的光柵掃描方法，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行線性強(qiáng)度累加的含義是累加強(qiáng)度的一般值直接比例于累加的采集數(shù)目。在每次更新屏幕時，周期地清除或延遲消失這種光柵。如果更新間隔不是恒定的，這通常不是由于其它處理器行為、其它顯示行為或數(shù)據(jù)依賴光柵拷貝時間，那么累加采集光柵存儲器內(nèi)容的固定比例將產(chǎn)生可觀測到的、與信號無關(guān)的強(qiáng)度變化。同樣，如果將指數(shù)余輝衰減施加到顯示更新之間的累加采集光柵存儲器內(nèi)容，那么將在圖像中產(chǎn)生總體強(qiáng)度的初始過渡期建立，直到到達(dá)quo狀態(tài)。這些效應(yīng)均是不需要的、期望消除的贗像。
此外，將采集線性累加為強(qiáng)度變化在處理的光柵掃描儀端最容易實(shí)現(xiàn)，而用戶期望的最優(yōu)形式可能會更加非線性化。例如，用戶有時特別想關(guān)注極偶然的事件，因此可能期望將所有非零像素映射為顯示可以產(chǎn)生的最亮強(qiáng)度。另外，還可能存在一定的像素命中率范圍，和相應(yīng)的累加強(qiáng)度，用戶期望映射到可用強(qiáng)度的全部動態(tài)范圍，以便更加清楚地分辨受采集數(shù)據(jù)影響的頻率上的細(xì)微差別。還進(jìn)一步期望能夠有選擇地從視覺上突出偶然事件，以便示波器用戶更加容易地分析它們。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在波形圖像的可變強(qiáng)度顯示中突出偶然事件的方法。首先，通過光柵掃描和合并多個波形產(chǎn)生代表多個電子波形行為的連續(xù)事例的行為的可變強(qiáng)度光柵存儲器內(nèi)容。這種波形行為主要是重復(fù)性的，但是包含一些其行為相對于主要情況至少是部分變化的事例。產(chǎn)生的光柵存儲器內(nèi)容的最高強(qiáng)度值至少部分地與相同波形圖像的高度重復(fù)性的出現(xiàn)聯(lián)系在一起，而最低強(qiáng)度值至少部分地與變化類型波形圖像的偶然出現(xiàn)聯(lián)系在一起。在顯示圖像的正常模式中，光柵存儲器內(nèi)容直接提供給向用戶提供圖像的光柵顯示系統(tǒng)，顯示的較亮區(qū)域表示最普通的信號行為，較暗的區(qū)域表示最偶然的信號行為。然而，作為本發(fā)明的一種功能，還提供了替代操作模式，即將低強(qiáng)度值變換為高強(qiáng)度值，將高強(qiáng)度值變換為低強(qiáng)度值，然后顯示這些變換后的強(qiáng)度值，以幫助用戶識別和分析偶然發(fā)生的波形事件。更加復(fù)雜的功能，例如使用一個或多個查找表實(shí)現(xiàn)的功能，允許用戶突出任一特定的事件發(fā)生頻率。


圖1是采集數(shù)據(jù)流的簡化框圖，數(shù)據(jù)通過采集存儲器和光柵掃描部分，進(jìn)入示波器的顯示部分。
圖2是顯示光柵掃描過程如何處理采集存儲器提供的數(shù)據(jù)并為采集光柵存儲器產(chǎn)生數(shù)據(jù)的框圖。
圖3是顯示圖2&4示出的計數(shù)器模塊和鎖存器模塊的輸入、輸出和子部分的詳細(xì)框圖。
圖4是可變強(qiáng)度光柵掃描儀的特定優(yōu)選實(shí)施方案的框圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明在顯示準(zhǔn)備過程中進(jìn)行強(qiáng)度映射和突出偶然事件的簡化框圖。
圖6A&6B是示出可以執(zhí)行非線性校正的兩種方法。
圖7是以比例和增益可控的方式縮減每像素比特的強(qiáng)度映射電路的簡化圖。
首先，參考圖1，可以看到采集數(shù)據(jù)流的簡化框圖，根據(jù)本發(fā)明，數(shù)據(jù)通過采集存儲器和光柵掃描部分200，進(jìn)入示波器的顯示部分300。垂直比例函數(shù)和垂直偏置函數(shù)是在數(shù)字化之前施加的，因此在圖像中不是直接可見的，而是采集過程10的一部分。過程控制器180控制的觸發(fā)器電路15監(jiān)測輸入信號和其它判據(jù)(未示出)，并將滿足觸發(fā)條件的事件傳遞給采集電路10和過程控制器180。
過程控制器180包含允許其控制所有采集過程和光柵掃描過程的定時器和狀態(tài)機(jī)，包括一些將在下面討論、圖1中未示出的任選過程。如圖所示，它幾乎向采集存儲器和光柵掃描部分200的所有部分以及觸發(fā)器15和采集電路10發(fā)送命令和信息，并從那里接收各種信號。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時，它通知光柵合并器80。過程控制器180監(jiān)視觸發(fā)器電路15，并在適當(dāng)?shù)臅r刻，即存在足夠多的、可供光柵掃描的采集時，或者從第一次觸發(fā)或最后一次顯示更新起已經(jīng)經(jīng)過了很長時間、顯示110上的數(shù)據(jù)已經(jīng)失效時，啟動采集電路10和光柵掃描儀30。
當(dāng)顯示110上的數(shù)據(jù)失效時，過程控制器180啟動強(qiáng)度映射50，隨后啟動DMA電路70。如下面詳細(xì)討論的，過程控制器180還確定何時放棄采集、何時啟動觸發(fā)位置計算器以及何時計算斷點(diǎn)。
作為采集過程10的輸出，電壓時變數(shù)據(jù)-地址對存儲在采集存儲器20中。采集存儲器20可以保持兩個長達(dá)512K的樣本的波形記錄，或者多達(dá)256個均包含768個樣本的較短波形記錄。每個樣本地址包含定義了256種可能電壓幅度值中的一種電壓值的8比特信息。這些電壓幅度值中的200種對應(yīng)每像素21比特200×500采集光柵存儲器40的每列中的200個像素地址中的一個地址。
每個采集存儲器和光柵掃描部分200可以每秒采集100,000個波形記錄，每個波形記錄包含500個數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的采樣間隔為1ns，每次采集的總時間為500ns。多個采集存儲器和光柵掃描部分20，一般為兩個或四個，可以交叉在一起使每個示波器通道上可獲得的總處理量增加為兩倍或四倍。顯示部分300的光柵合并器80可以在顯示部分300中將多個采集存儲器和光柵掃描部分300的輸出多路復(fù)用在一起。
相反，可以將不止一個通道復(fù)用在一個采集存儲器和光柵掃描部分200中。光柵合并器80的另一種類型是將多個通道分離傳輸出較少的采集存儲器和光柵掃描部分200，通過使用顯示光柵存儲器90和100中的每個像素地址上的額外“標(biāo)志”比特，使它們作為獨(dú)立通道顯示在光柵顯示110上。標(biāo)志位允許設(shè)置通道的優(yōu)先權(quán)，或“層化”，這樣當(dāng)兩個或多個通道發(fā)生疊蓋時，只顯示處于頂層的通道強(qiáng)度。另外，如果需要，可以在發(fā)生通道疊蓋時將兩個或多個通道的強(qiáng)度值疊加在一起。
如果需要，在顯示光柵存儲器90和100以及光柵顯示110中作一些適當(dāng)?shù)闹С中愿膭?，光柵合并?0還可以將強(qiáng)度變化變換為色彩變化。
然后，參考圖2，注意，為了簡化，在該圖中沒有示出時鐘和定時信號以及過程控制器180發(fā)出的控制信號。光柵掃描過程30根據(jù)地址控制器31產(chǎn)生的地址訪問采集存儲器20中的適當(dāng)樣本。地址控制器31接收時間分隔設(shè)定，并利用表1示出的部分信息編程。由此，它可以將那些時間分隔設(shè)定變換為地址，該地址代表包含在每個像素的強(qiáng)度判定中的壓縮寬度和采集深度的預(yù)期組合。
地址控制器31按照過程控制器180指示的方向傳送采集數(shù)據(jù)(見圖1)，并向數(shù)據(jù)緩沖器32提供順序的樣本偏置和緩沖器選擇信息。地址控制器31還標(biāo)識每一列的端部，這樣，可以適當(dāng)?shù)貜?fù)位和鎖存計數(shù)器模塊36。實(shí)際上，這些控制是沿著數(shù)據(jù)管線傳送的，這樣控制可以跟蹤數(shù)據(jù)流。當(dāng)光柵更新的用時超過壓縮過程時，壓縮過程在當(dāng)前壓縮操作結(jié)束時中止。
表1時間/分隔編程表1時間/分隔編程
<p>表1包含用于不同時間分隔設(shè)定的值。表1示出的最左列包含可以訪問表中包含的特定數(shù)據(jù)行和數(shù)據(jù)組的索引號。下一列“時間分隔”包含體現(xiàn)本發(fā)明的第一個示波器的每一個水平設(shè)定的入口。“計數(shù)”列指示在相應(yīng)的“時間分隔”設(shè)定中有多少個采集記錄用作每個光柵掃描過程的輸入。在等效時間操作(下面進(jìn)一步描述)中，在每個光柵掃描循環(huán)中只處理256個記錄中的一個記錄。然而，只有在可比較的非-E.T.設(shè)定中，索引號#9，每分隔50ns，存儲器中的緩沖器數(shù)目256是數(shù)字128的兩倍?！俺叽纭绷斜硎驹谶@種設(shè)定中每一光柵掃描記錄內(nèi)存儲多少個數(shù)據(jù)點(diǎn)，而“使用”列表示在光柵掃描中實(shí)際使用多少個數(shù)據(jù)點(diǎn)。
列“E.T.或抽樣”包含由采集硬件執(zhí)行的、關(guān)于“等效時間”填充量或抽樣量(等效為“舍棄“)的信息。等效時間采樣是通過與實(shí)際上高于采集硬件執(zhí)行速度的掃描速度或采樣率相對應(yīng)的多次采集有效地采集數(shù)據(jù)的技術(shù)。在等效時間采集產(chǎn)生的采集記錄中，可能出現(xiàn)由“連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)”的非順序采集產(chǎn)生的采集記錄的假定特性和產(chǎn)生該記錄的采樣波形不具有精確重復(fù)性的事實(shí)而引起的異常。
倒數(shù)第二列“擴(kuò)展/壓縮”包含關(guān)于光柵掃描過程中執(zhí)行的擴(kuò)展量或壓縮量的信息。它是擴(kuò)展和壓縮因子以及前列中的、確定哪個樣本對采集存儲器20中的記錄有貢獻(xiàn)并最終確定哪個樣本影響傳送給采集光柵存儲器40的光柵掃描結(jié)果的等效數(shù)據(jù)填充或抽樣因子的組合。對于工作在單通道模式的單采集存儲器和光柵掃描部分，實(shí)際時間的6％用于采集，94％用于處理采集到的采集數(shù)據(jù)。
索引行#9，50ns時間分隔行，包含最高速的實(shí)時設(shè)定。行#9上方的所有行，即那些數(shù)據(jù)分隔快于50ns每分隔的行，需要使用等效時間采樣，即多個記錄的集合，并只使用每個記錄中的部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)建立合并數(shù)據(jù)記錄。例如，在行#0中，在250個采集中分別只選取兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)200ps每分隔。示波器每納秒采集一次樣本，這樣，每個記錄中只有兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)處于單個記錄的時間楨內(nèi)。在水平時基為200ps每分隔、每個顯示10個分隔時，每個顯示從一邊到另一邊只有2納秒。將每250個記錄中的兩個樣本合并在一起，500個記錄每個顯示，可以合成一個等效時間圖像。
在索引號#9下面的行中，使用抽樣限制記錄長度，使用壓縮縮短記錄中包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)在顯示屏上占據(jù)的距離。例如，在500ms每分隔時，10個分隔寬的屏幕表示5秒鐘。在一個樣本一納秒的采樣速率下，在5秒鐘內(nèi)可以顯示50,000,000,000個樣本。按照10,000進(jìn)行抽樣可以得到500,000個數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用壓縮因子1000壓縮這500,000個數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以在每個顯示中產(chǎn)生500個點(diǎn)，在每個分隔中產(chǎn)生50個點(diǎn)。
再次參考圖2，來自由地址控制器31指定的采集存儲器20的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)緩沖器32。盡管數(shù)據(jù)緩沖器32可以保存總共64×16字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是它實(shí)際上只是每16ns接收8字節(jié)。數(shù)據(jù)緩沖器32向樣本-矢量變換器33提供一組8字節(jié)的采集數(shù)據(jù)，另外8字節(jié)由采集存儲器20的下一次傳送填充。每16ns 8字節(jié)等效于每個采集數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)平均占用2ns的訪問時間。
來自采集存儲器20的8比特數(shù)據(jù)定義了256個垂直電壓值，而采集光柵存儲器具有包含200個像素的垂直列。由此，存在56個由8比特輸出定義的、不與200個垂直像素位置中的任何一個對應(yīng)的額外電壓值。當(dāng)然，28表示低于與顯示屏對應(yīng)的200個垂直像素位置的底部的電壓值，28表示高于200個垂直像素位置和屏幕頂部的電壓。屏幕通常示出具有定義了8個顯示垂直分隔的9條水平線顯示的標(biāo)線，每一分隔接收來自采集光柵存儲器40中的每一列內(nèi)的200個像素中的25個像素的數(shù)據(jù)。如下面進(jìn)一步描述的，在該數(shù)據(jù)到達(dá)實(shí)際屏幕之前，將進(jìn)行1-2垂直擴(kuò)展，所以，最終顯示的每個垂直(和水平)分隔對應(yīng)于50個像素。
盡管28個頂值和28個底值并不直接影響每列中的200個像素，但是如下面進(jìn)一步解釋的，它們通過確定那些將影響到該列中的200個像素的矢量的斜率的計算而施加間接作用。對矢量斜率計算的影響將對該矢量中的像素將接收的增量強(qiáng)度值產(chǎn)生作用。
28個頂值和底值還具有另一個作用。如果激活“限幅屏幕”功能，并且所有的當(dāng)前矢量均處于頂28個或底28個垂直地址中，即當(dāng)前列中的所有點(diǎn)均在一個方向或另一個方向上偏離屏幕，那么將在采集光柵存儲器40中的第1或第200地址上設(shè)置指示這種條件的特殊標(biāo)記比特。
繼續(xù)參考圖2，樣本-矢量變換器33檢查3個樣本點(diǎn)，N、N-1和N-2，并產(chǎn)生每個矢量頂信號和底信號。如果所有的信號數(shù)據(jù)均是單值的，那么兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)就足夠了。然而，在數(shù)據(jù)中存在拐點(diǎn)的可能性需要使用三個數(shù)據(jù)點(diǎn)。樣本-矢量變換器33向絕對值減法器34提供高(Hi)信號和低(Lo)信號。高信號和低信號可以具有最大為255個垂直增量的差異，因為它們是由每個8比特數(shù)據(jù)樣本能夠定義的全范圍值導(dǎo)出的。絕對值減法器34產(chǎn)生垂直(或電壓)變化值dV，并傳遞給查找表35。查找表35利用垂直變化值dV查找當(dāng)前矢量的適當(dāng)加權(quán)W。在此描述的實(shí)施方案中，W的取值從0到31。通常，W的取值與dV/dT成反比關(guān)系。對于特定的時間-分隔設(shè)定，dT與待光柵掃描的每列像素代表的距離具有恒定的關(guān)系。關(guān)于如何計算W的其它信息，可以參考在此引用作為參考的、授予Siegel等人、題為“Graded Display of Digitally CompressedWaveforms”的美國專利5,550,963。
樣本-矢量變換器33還向200計數(shù)模塊36提供一對頂信號和低信號。這些信號作為當(dāng)前樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)的結(jié)果分別定義了由1到200的、確定了待繪無符號向量長度的值。定義區(qū)域中的每個計數(shù)器的計數(shù)隨著W值(查找表35的矢量加權(quán)輸出)的增加而增加。應(yīng)當(dāng)指出，與每個數(shù)據(jù)點(diǎn)相聯(lián)系的8比特電壓幅度數(shù)據(jù)在光柵掃描過程中可能受到巨大的擴(kuò)展。因為它指定的位置對前數(shù)據(jù)點(diǎn)指定的位置的偏離可以達(dá)到全部垂直屏幕距離，所以作為矢量化一個采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的結(jié)果，可以更新多達(dá)200個像素。因為存在19比特計數(shù)器和4標(biāo)記比特，它們稍后在那些200個像素地址中的每一個上被壓縮成21比特的信息，所以對8比特的單數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行的所有光柵掃描過程可能影響21比特采集光柵存儲器40中的多達(dá)4,200個比特。由此，防止這種數(shù)據(jù)擴(kuò)展不必要地阻礙采集存儲器和光柵掃描部分200的波形處理量，也就是整個數(shù)字示波器的波形處理量，是十分重要的(假定可以得到有限數(shù)目的這種部分)。
現(xiàn)參考圖3，詳細(xì)地示出了200個計數(shù)器模塊36和鎖存器37及其輸入和輸出。圖3的左邊部分是一組200個4比特通道標(biāo)記寄存器36B。圖3的中間部分是一組200個19比特計數(shù)器36A。選擇計數(shù)器模塊36中的計數(shù)器長度為19比特，部分原因是為了與另一應(yīng)用中使用的同一電路兼容。因為W的最大值為31，219/31＝16912，所以由該深度得到的最大壓縮因子是16,000。
頂和底輸入信號的字長分別為8比特，表示200個19比特計數(shù)器的一個。加權(quán)W是指定值從0到31的5比特信號，頂和底定義的矢量中的每個19比特計數(shù)器將按照該加權(quán)遞增。圖3的右邊部分是一組200個23比特鎖存器37。這些200個23比特鎖存器37為輸出而保存200個4比特通道標(biāo)記寄存器36B和200個19比特計數(shù)器36A陣列的內(nèi)容，并(利用清除信號)清除那些寄存器和計數(shù)器，將其用于累加下一數(shù)據(jù)列。這種計數(shù)器陣列實(shí)現(xiàn)起來較昂貴，它通常能夠以低于可從采集存儲器訪問樣本數(shù)據(jù)的速率繪出矢量。在這些計數(shù)器中包含鎖存器37，有可能在更新當(dāng)前數(shù)據(jù)的同時在計數(shù)器中繪出下一列，由此充分利用了這一資源。
利用加法器38，在一系列讀取-修改-寫入操作中，將200個23比特鎖存器37組中的19比特強(qiáng)度數(shù)據(jù)添加到采集光柵存儲器40的適當(dāng)列中的已有內(nèi)容上。在同樣的讀取-修改-寫入操作中，4比特的通道標(biāo)記與來自采集光柵存儲器40的相應(yīng)比特位作或運(yùn)算。只夠描述復(fù)用到一個采集存儲器和光柵掃描部分200中的通道的數(shù)目的通道標(biāo)記比特通過舍棄強(qiáng)度描述能力的MSB而打包為每像素21比特。
當(dāng)使用優(yōu)先權(quán)編碼確定通道疊蓋區(qū)域中的強(qiáng)度時，每個通道具有較低的處理量，但需要的動態(tài)范圍較小。當(dāng)對于四個通道疊蓋區(qū)域均疊加在一起時會發(fā)生最壞的情況(不是由具有優(yōu)先權(quán)的通道確定顯示哪個強(qiáng)度)。那么只有17比特可用于強(qiáng)度信息，并且由于疊蓋強(qiáng)度的累加它們將很快飽和。因為最大強(qiáng)度更新加權(quán)W是31，所以導(dǎo)致飽和的最小更新數(shù)是217/31＝4338。當(dāng)每秒采集100,000個波形時，每4338次采集需要一次更新意味著所需的最小更新率為每秒23次。因為正常更新率在每秒30至60次之間，所以這一要求很容易滿足。通道標(biāo)記打包到每像素21比特中，拋棄了描述強(qiáng)度能力的MSB。只舍棄了處理在一個采集存儲器和光柵掃描部分200中進(jìn)行光柵掃描的通道的號碼所必須的比特。
采集光柵存儲器40需要268K字節(jié)的存儲器以支持200×500的像素陣列。可以同步訪問該存儲器的8個字節(jié)。因此，每一次訪問包含用于每3個像素的21比特數(shù)據(jù)(浪費(fèi)1比特)。200個像素的列需要67次每次訪問3個像素的訪問。由此，8(字節(jié)/訪問)×67(訪問/列)×500(列/顯示)＝268K(字節(jié)/顯示)。
現(xiàn)參考圖4，在實(shí)際構(gòu)造的實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)將采集存儲器20和采集光柵存儲器40合并到一個較大的復(fù)合采集存儲器20、40中是高效的。同樣，到目前討論到的內(nèi)容為止，所作的描述限于傳統(tǒng)的、電壓時變或“YT”顯示，從圖4可以看到，還可以將其它模式，例如“XY”和“XYZ”，集成到一個總體設(shè)計中。地址源選擇器46具有作為一個源的ET/XY/XYZ尋址源41，以及光柵地址發(fā)生器45和兩個在此表示為256×16 RAM 31A和2×8指針擴(kuò)展31B的地址控制器31(圖2的)部分。指針擴(kuò)展用于光柵掃描大于65536的單緩沖器。因為，光柵掃描過程要么在大量的小緩沖器上操作，要么在單個大緩沖器上操作，或者是介于兩者之間的某種緩沖器，所以必須在浪費(fèi)的RAM空間和一次光柵掃描所能覆蓋的長度及數(shù)量之間作出折衷。
繼續(xù)將圖4所示內(nèi)容與前面在圖2中討論的內(nèi)容相聯(lián)系的過程，樣本處理器33’對應(yīng)于樣本-矢量變換器33。圖4沒有示出在圖2中區(qū)分開的頂信號和底信號、高信號和低信號之間的差別，但是示出了底信號是通過多路復(fù)用器44到達(dá)尋址源ET/XY/XYZ 41的一個電壓輸入，它的另一個輸入是“選擇A/D數(shù)據(jù)”?！斑x擇A/D數(shù)據(jù)”在XY和XYZ模式中使用，在XY和XYX模式中沒有使用數(shù)據(jù)處理器、采集數(shù)據(jù)緩沖器、對強(qiáng)度映射的導(dǎo)數(shù)和采集隊列指針。在等效時間(ET)操作中沒有使用相對于強(qiáng)度的導(dǎo)數(shù)的映射34、35和計數(shù)器模塊36。
作為21比特飽和加法器的三個實(shí)例，圖4更加詳細(xì)地示出圖2所示的加法器38。飽和加法器不會溢出或產(chǎn)生MSB進(jìn)位，而是在它們飽和時保持在最大值。對(合并)采集存儲器20、40的讀取訪問和寫入訪問分別需要16ns和64比特的字寬。因此，在每32ns內(nèi)可以對三個21比特像素進(jìn)行讀取-修改-寫入循環(huán)。每個像素更新的平均時間為10.67ns。因此，更新列中的所有200個像素需要的最長時間是67×32ns或2.144μs。因此，如果每列的輸入數(shù)據(jù)包括來自采集存儲器20的134×8/7＝154個數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么采集光柵存儲器40的更新時間將不會限制光柵掃描的速度，而光柵掃描過程自身的速度將成為一個限制因素。因為可以訪問(合并)采集存儲器20、40使其每16ns就并行提供8字節(jié)的數(shù)據(jù)，所以讀取采集波形數(shù)據(jù)的速度8倍于數(shù)據(jù)處理速度是可能的。因為數(shù)據(jù)緩沖器32可以保存多達(dá)128個8字節(jié)的、用于并行處理的采集段，所以利用光柵掃描過程的輸出，(合并)采集存儲器帶寬的87.5％可以用于更新采集光柵存儲器。
在該設(shè)計中，如果每列的像素數(shù)目是200(M＝200像素/列)，更新像素所需的平均時間是10.67ns(P＝10.67ns/像素-更新)，光柵掃描儀的處理量速率是2.134μs/列(M×P＝2.134μs/列)。然后，如果描繪基于單個新數(shù)據(jù)點(diǎn)的向量所需的時間是16ns(D＝16ns/樣本對)，訪問采集數(shù)據(jù)的單個樣本對所需的平均時間是2ns(A＝2ns)，那么更新采集光柵存儲器的可用時間是D-A，或14ns。由此，用于保證光柵掃描儀完全充滿的、每列中的采集像素N和每列中的壓縮像素C的最大組合N×C(假定可以獲得足夠的觸發(fā))是N×C＝(M×P)/(D-A)，或N ×C＝(2134ns/列)/14ns，或N×C＝152.4像素。如果已知適當(dāng)?shù)膲嚎s因子C，那么就可以根據(jù)N＞152.4/C計算出N。這一有效功能對于圖4所示的設(shè)計是明確的，其中輸出帶寬和輸入帶寬共用單個總體存儲器帶寬，即D減去A。
結(jié)合圖2可以提出更加一般化的高效功能，其中輸入和輸出帶寬是相互獨(dú)立的。在這種情況下，當(dāng)C、P和M均已確定時，理想的采集數(shù)目N是N＝(M×P)/(C×D)。按照這種方式設(shè)計和控制示波器光柵掃描儀，就有可能在所有的時間/分隔上以恒定的樣本/秒速率向屏幕提供圖像，如果存在足夠數(shù)量的觸發(fā)。為了保持均勻的采集速率，具有的采集緩沖器是單次光柵掃描中所使用的采集緩沖器的兩倍是很重要的。這樣，采集持續(xù)地提供給當(dāng)前沒有用于光柵掃描的緩沖器。這些緩沖器或者可以配置成交替地進(jìn)行采集和光柵掃描的兩個組，或者配置成圓形緩沖器序列，光柵掃描在顯示更新的最后期限或者當(dāng)已經(jīng)采集到預(yù)定數(shù)目的記錄時開始。
再次參考圖1，200×500每像素21比特采集光柵存儲器40的內(nèi)容“映射到”50具有相同平面(200×500)尺度的第二、較淺深度的、每像素4比特采集光柵存儲器60中。該較短的每像素4比特采集光柵存儲器60仍包含200×500個像素地址，但是每個像素只具有與之相關(guān)的強(qiáng)度信息的每像素4比特，結(jié)果只能顯示16級強(qiáng)度。這種“映射”50是通過(單值地)定義了16種強(qiáng)度值邊界的15個斷點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。在一種實(shí)施方案中，映射器50可以在每16ns內(nèi)并行地處理三個21比特的像素值的輸入。這種方法需要在三個21比特像素值的16ns讀取時間和相應(yīng)地將五組，每組由三個4比特像素值組成，像素值輸出寫入8比特字寬的存儲器中所用的16ns寫入時間之間存在幾個管線延遲。因為，映射操作依賴于對存儲在采集光柵存儲器40中的數(shù)據(jù)的使用，所以輸出這種數(shù)據(jù)是對充分使用有限帶寬的另一個限制。對于每次顯示更新，用于映射的數(shù)據(jù)輸出耗費(fèi)的時間大約是600μs，或者大約是0.6ms/30ms。這使得光柵掃描過程的效率降低2％。
短的每像素4比特采集光柵存儲器60的內(nèi)容通過直接存儲器訪問(DMA)過程70直接傳送給顯示部分300中的光柵合并器80。顯示部分300包含兩個顯示光柵存儲器90和100。這些光柵存儲器也是每像素4比特的，或者可以包含用于通道標(biāo)識和著色的附加比特。四個標(biāo)識比特可以標(biāo)識多達(dá)四個獨(dú)立通道或16種通道組合。
盡管兩個顯示光柵存儲器90和100中的一個90向光柵顯示110提供用于當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)，但是其內(nèi)容還可以通過光柵合并器80與短的每像素4比特采集光柵存儲器60的內(nèi)容合并。該過程的輸出保存在另一個顯示光柵存儲器100中。在顯示100的垂直回掃時間內(nèi)，兩個顯示光柵存儲器90和100的功能互換，然后光柵合并器80的輸出存儲在相對的顯示光柵存儲器90中，而其輸入和光柵顯示110的輸入提供給顯示光柵存儲器100。在光柵合并過程中，采集光柵存儲器中的200個垂直地址在兩個顯示光柵存儲器90和100中擴(kuò)展為400個。在簡單實(shí)施方案中，這可以通過復(fù)制每條數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)，盡管，如果需要，可以使用更加精密的裝置，例如線上和線下進(jìn)行平均。
盡管在一種儀器中，每個采集存儲器和光柵掃描部分200只處理與示波器的一個通道相聯(lián)系的數(shù)據(jù)，但是在另一種實(shí)施方案中，有可能將來自多個通道的數(shù)據(jù)存入單獨(dú)的采集存儲器和光柵掃描部分200中。如果這樣，來自不同通道的樣本將在每個“采集”存儲器記錄中交叉在一起，這樣，來自特定通道的每個樣本對應(yīng)于數(shù)據(jù)記錄中的一部分恒定的、預(yù)定的地址號碼?；厮?harking)模擬示波器中的術(shù)語，其中有可能具有通過復(fù)用單個水平時基來顯示的兩個或多個信號的“斬波”視圖，這種使用采集存儲器和光柵掃描部分200的方式稱為“斬波”模式。當(dāng)來自不同通道的數(shù)據(jù)在斬波模式中交叉時，光柵掃描過程40在對應(yīng)于每個像素的額外比特中標(biāo)記與各個通道對應(yīng)的數(shù)據(jù)，這樣以后可以確定哪一個通道影響了每個像素的內(nèi)容。在200個計數(shù)器模塊36中，具有四個用于通道標(biāo)記的額外比特以及構(gòu)成計數(shù)器一部分的19比特。
為了在上述系統(tǒng)中保持最大處理量，采集數(shù)據(jù)是成批地進(jìn)行處理的。為了保證采集數(shù)據(jù)流恒定地以必須的速度提供給光柵掃描過程，下一次采集必須在從上次采集結(jié)束算起平均單次采集光柵掃描時間已經(jīng)結(jié)束之后啟動。然而，通過取樣數(shù)據(jù)，并將其移入采集存儲器而啟動采集，卻不知道下一次觸發(fā)什么時候出現(xiàn)，甚至不知道是否會出現(xiàn)。然而，采集存儲器和光柵掃描部分200的用途是保證數(shù)據(jù)沒有任何明顯中斷地流向顯示部分300。因此，光柵掃描過程30不能無限制地等待待接收的觸發(fā)，如果它持續(xù)輸出數(shù)據(jù)的能力由于行為原因而變得不可能的話。
為了處理這種問題，過程控制器180跟蹤下一次采集應(yīng)當(dāng)進(jìn)行卻沒有進(jìn)行之后所經(jīng)過的時間。當(dāng)這種“遲后觸發(fā)間隔”已經(jīng)結(jié)束時，過程控制器180詢問觸發(fā)電路15以確定是否已經(jīng)收到觸發(fā)。如果已經(jīng)收到觸發(fā)，那么放棄在任何情況下都即將完成的采集是無意義的。然而，如果沒有收到觸發(fā)，過程控制器180也沒有收到來自觸發(fā)電路15的、響應(yīng)于查詢的“觸發(fā)接收”信號，那么它將“放棄”當(dāng)前采集過程，并將部分結(jié)果發(fā)送給強(qiáng)度映射電路50(通過非線性校正電路130，如果存在的話)。通常，遲后觸發(fā)間隔是連續(xù)采集時間間隔的10倍。這允許大約在90％的時間里檢測到具有均勻分布的低速觸發(fā)。這種解決方法產(chǎn)生另一個問題，即存在按照大約等于正常采集延時加上遲后觸發(fā)間隔的間隔到達(dá)的周期性低速觸發(fā)。為了避免丟失幾乎所有的這些觸發(fā)，可以在某些時間內(nèi)隨機(jī)地調(diào)節(jié)遲后觸發(fā)間隔，例如，由正常采集速率值的10倍的50％變化到150％。
上述設(shè)計，及其每像素21比特采集光柵存儲器40和具有數(shù)據(jù)的高處理量可變強(qiáng)度光柵掃描過程30的深度統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)生在現(xiàn)有光柵掃描儀中觀察不到的可見贗像。具體地講，采集過程10中A/D差分的非線性(A/D DNL)使顯示110中出現(xiàn)水平帶狀物。同樣，當(dāng)時基的選擇需要使用等效時基設(shè)定時，時間內(nèi)插器的非線性(TINL)使顯示110中出現(xiàn)垂直帶狀物。
首先，參考圖5，隨著像素強(qiáng)度數(shù)據(jù)由采集光柵存儲器40移向強(qiáng)度映射過程50，非線性校正電路130可以補(bǔ)償這些因素。再參考圖6A和6B，各個像素強(qiáng)度可以連續(xù)地乘上校正系數(shù)，利用乘法器131校正A/D差分的非線性，利用乘法器132校正時間內(nèi)插的非線性，如圖6A所示，或者首先將A/D DNL和TINL校正系數(shù)相乘133，然后利用乘法器134將復(fù)合校正系數(shù)施加到像素強(qiáng)度上，如圖6B所示。
返回圖5，校正系數(shù)通過校正查找表150提供給非線性校正電路130。作為校正系數(shù)，A/D NDL和TINL均可以逐像素地變化，校正查找表150可以通過圖2所示的來自光柵地址發(fā)生器45的光柵地址進(jìn)行訪問(如果需要，可以具有適當(dāng)?shù)难訒r)。如果使用線性校正，那么強(qiáng)度映射電路50的輸入將來自圖6A中的乘法器132的輸出，或者來自圖6B中的乘法器134的輸出，在圖5中線性校正的一個或另一個表示為非線性校正模塊。
校正查找表150所需的校正系數(shù)可以在工廠確定，或者通過內(nèi)建的設(shè)備校正軟件確定。如果DNL和TINL相對于設(shè)備的壽命及其所處的溫度是穩(wěn)定的，那么一組工廠確定值將是有效的。否則，設(shè)備信號通路補(bǔ)償軟件將在需要提高精度時應(yīng)用戶的請求進(jìn)行校正。
確定A/D DNL補(bǔ)償系數(shù)可以通過向A/D變換器提供理想的正弦波或其它已知的理想波形、將波形數(shù)字化、并累計每一數(shù)字值的命中率的統(tǒng)計信息來完成。采集到的關(guān)于波形處于每個電壓值的時間比例的統(tǒng)計信息可以與已知的理想波形統(tǒng)計信息相比較，以確定使統(tǒng)計信息匹配的適當(dāng)校正系數(shù)。
為了確定針對時間內(nèi)插器的非線性校正系數(shù)，將與顯示器異步的快速觸發(fā)提供給觸發(fā)電路，并將撞擊的分布直方圖與理想的精確線性時間內(nèi)插器期望得到的均勻平均值相比較。再次，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償因子使實(shí)際數(shù)據(jù)產(chǎn)生理想的均勻性。
根據(jù)上述的光柵掃描方法，執(zhí)行采集數(shù)據(jù)的線性強(qiáng)度累加的含義是累加強(qiáng)度的一般值直接比例于累加的采集次數(shù)。每次更新屏幕時，該光柵都周期性地清除或余輝消失。如果兩次更新之間的時間不是恒定的，因為這通常不是由其它處理器行為、其它顯示行為、或與數(shù)據(jù)有關(guān)的光柵拷貝次數(shù)引起的，那么累加采集光柵存儲器內(nèi)容的固定比例可以引起可觀測到的、與信號無關(guān)的強(qiáng)度變化。同樣，如果在兩次顯示更新之間將指數(shù)余輝施加給累計采集光柵存儲器內(nèi)容，那么在映射中將存在一個總體強(qiáng)度的初始間歇建立，直到到達(dá)quo狀態(tài)。這些作用均是不需要的、期望消除的贗像。
盡管將采集線性累加為強(qiáng)度變化在過程的光柵掃描儀端是最容易實(shí)現(xiàn)的，但是用戶認(rèn)為的最優(yōu)顯示可能是更加非線性化的。例如，用戶有時可以強(qiáng)烈地關(guān)注最偶然事件，因此期望將所有的非零像素映射為顯示可以產(chǎn)生的最亮強(qiáng)度。另外，可能存在一定的像素命中率范圍，和相應(yīng)的累加強(qiáng)度，用戶期望將其映射到動態(tài)強(qiáng)度變量的所有范圍，以便更加清楚地區(qū)分受采集數(shù)據(jù)影響的頻率間的細(xì)微差異。
上述目的組可以利用用戶可控的、允許控制傳遞曲線的增益和偏置的映射函數(shù)實(shí)現(xiàn)。從用戶的觀點(diǎn)來看，這種控制可以分別是對比度和亮度。傳遞函數(shù)可以修改的裝置，當(dāng)它的實(shí)現(xiàn)如圖7顯示和描述的那樣時，可以控制最大像素強(qiáng)度參考值的幅度、控制組成映射函數(shù)的15個斷點(diǎn)部分的尺寸。15個斷點(diǎn)中的每一個由相應(yīng)部分乘以最大像素強(qiáng)度參考值來確定。各個部分定義了用戶可以修改的歸一化傳遞函數(shù)，而最大像素強(qiáng)度值為采集光柵存儲器中的預(yù)期數(shù)據(jù)累加提供比例因子。
現(xiàn)參考圖5&amp;7，強(qiáng)度映射過程50由斷點(diǎn)值控制。圖7示出這些斷點(diǎn)是如何用在強(qiáng)度映射器電路中以便以預(yù)期的方式實(shí)現(xiàn)每像素比特縮減的。15個斷點(diǎn)值的配置確定了將由每像素4比特映射產(chǎn)生的16個強(qiáng)度值的邊界。
圖7所示的電路在降低像素比特數(shù)時是作為連續(xù)近似數(shù)字化器工作的。然而，首先每像素21比特強(qiáng)度值必須經(jīng)過修正以去除所有的標(biāo)志比特。標(biāo)志比特，如果存在的話，將是最高位比特(MSB)，這種比特將至多有四個，四個MSB通過與門(AND)51與4比特標(biāo)志模板作與運(yùn)算。標(biāo)志比特/值表59示出存在的標(biāo)志比特數(shù)，示于左列，是如何利用示于右側(cè)的、表示十六進(jìn)制值的比特掩蔽的，由此由17比特產(chǎn)生完全代表輸入像素強(qiáng)度值的21比特。
輸入像素強(qiáng)度值與斷點(diǎn)8進(jìn)行比較52，該斷點(diǎn)的值對應(yīng)于掩蔽輸入像素強(qiáng)度值中的比特數(shù)的MSB，即最大輸入像素強(qiáng)度值的一半。如果輸入像素強(qiáng)度值大于斷點(diǎn)8的值，那么映射出的每像素4比特強(qiáng)度值中的比特3(MSB)將等于1。相反，如果輸入像素強(qiáng)度值小于斷點(diǎn)8的值，那么映射出的每像素4比特強(qiáng)度值中的比特3(MSB)將等于零。類似地，輸入像素強(qiáng)度值與分別代表輸入像素強(qiáng)度值范圍的1/4和3/4的斷點(diǎn)4或斷點(diǎn)12進(jìn)行比較。比較值是等于1/4還是3/4決定于根據(jù)前次比較52的結(jié)果選擇了多路復(fù)用器53的哪一個輸出。
類似地，頭兩次比較的結(jié)果選擇多路復(fù)用器55的某個輸出，輸入像素強(qiáng)度值與分別代表最大輸入強(qiáng)度值的1/8、3/8、5/8或7/8的斷點(diǎn)2、6、10或14進(jìn)行比較56。比較56的結(jié)果是映射出的4比特強(qiáng)度值的比特1。該過程額外重復(fù)一次，多路復(fù)用器57的輸出是斷點(diǎn)1、3、5、7、9、11、13、或15中的一個，這決定于頭三次比較52、54、56的結(jié)果，輸出與輸入像素強(qiáng)度值比較58以確定比特0的狀態(tài)。該過程的輸出，也可以用二進(jìn)制搜索確定映射出的值，是每像素4比特強(qiáng)度值。
盡管輸入像素強(qiáng)度值和斷點(diǎn)通常是21比特整數(shù)，如果存在標(biāo)志比特，那么輸入像素強(qiáng)度值的MSB強(qiáng)制為零，而且斷點(diǎn)限制在一定的范圍內(nèi)。這作為降低值最大像素強(qiáng)度參考值的一部分按比例降低了所有斷點(diǎn)的值。
除上面詳述的實(shí)現(xiàn)之外的其它實(shí)現(xiàn)也可以用來執(zhí)行實(shí)際映射。硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的查找表、或者軟件算法實(shí)現(xiàn)的二進(jìn)制搜索或其它分類功能也可以根據(jù)斷點(diǎn)及其表示的分?jǐn)?shù)將輸入像素強(qiáng)度值變換為輸出像素強(qiáng)度值。本發(fā)明最重要的部分和真正價值是可以按照不同的方式改變最大像素強(qiáng)度參考值，還能夠可變地定義斷點(diǎn)，由此定義了兩種像素強(qiáng)度表示之間的傳遞函數(shù)。輸入比特數(shù)和輸出比特數(shù)是可調(diào)節(jié)的，只要輸出比特數(shù)小于輸入比特數(shù)。可能的輸入強(qiáng)度值數(shù)目N可以不是2的乘方。用于實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的分?jǐn)?shù)和斷點(diǎn)的數(shù)目可以小于N-1，由此改變并部分地破壞映射函數(shù)的對稱性。
還存在許多有趣的、建立最大像素參考值的可行方法，以及簡單地確定由更多數(shù)目的輸入比特表示的最大像素強(qiáng)度值的方法。操作員通過使用“亮度”控制可以設(shè)定最大像素強(qiáng)度參考值。實(shí)際實(shí)現(xiàn)的另一種方法允許操作員在“自動亮度調(diào)節(jié)開啟”模式和“自動亮度調(diào)節(jié)關(guān)閉”模式之間進(jìn)行選擇。在自動亮度調(diào)節(jié)開啟模式中，最大像素參考值可以是最大輸入像素強(qiáng)度值的實(shí)際強(qiáng)度值的函數(shù)，如位于數(shù)據(jù)通路中某處的硬件或軟件所測量的。相反，在自動亮度調(diào)節(jié)關(guān)閉模式中，最大像素參考值可以是強(qiáng)度數(shù)據(jù)累加到采集光柵存儲器40中的時間量的函數(shù)。盡管前面使用的自動亮度調(diào)節(jié)模式概念在當(dāng)前是優(yōu)選實(shí)施方案，但是開啟模式依賴于除最大輸入像素強(qiáng)度值的實(shí)際強(qiáng)度值之外的一些其它因素，或關(guān)閉模式依賴于除采集時間之外的一些其它因素。
最大像素強(qiáng)度參考值還可以是存儲在采集光柵存儲器40中的像素的平均像素強(qiáng)度值的函數(shù)。另外，最大像素強(qiáng)度參考值還可以是存儲在采集光柵存儲器40中的像素的平均非零像素強(qiáng)度值的函數(shù)。
在自動亮度調(diào)節(jié)關(guān)閉模式，如開始在上面討論的，使用的最大像素值是直接比例于將采集累加到圖像中所用的時間量的理論最大像素強(qiáng)度值。這種自動亮度調(diào)節(jié)關(guān)閉選項是總過程復(fù)制模擬示波器的贗像，即顯示強(qiáng)度依賴于用戶觸發(fā)率。在某些情況下，這可以為用戶提供額外信息，具體地說是信號速率的定量指示。在其它情況下，這種行為是不能采用的，由此選擇自動亮度調(diào)節(jié)開啟模式，自動地將所有事件調(diào)節(jié)到實(shí)際滿偏強(qiáng)度。在與由根據(jù)接收到的實(shí)際最大像素強(qiáng)度的比例導(dǎo)出的圖像相比較時，使用只根據(jù)采集所用時間的理論最大像素強(qiáng)度能夠產(chǎn)生圖像失配。通常，當(dāng)存在大量觸發(fā)時，期望系統(tǒng)產(chǎn)生同樣的圖像，而不論使用哪一種參考。實(shí)際上，它們可能是不同的，因此期望允許用戶能夠控制所使用的方式。
根據(jù)最大擺動速率，將出現(xiàn)最大像素強(qiáng)度的寬動態(tài)范圍。例如，對于具有恒定電壓值的信號，最大像素強(qiáng)度值是在與一個像素列相關(guān)聯(lián)的時刻將顯示的所有200個電壓值擴(kuò)展開的信號的最大像素強(qiáng)度值的200倍。如果施加dV/dT加權(quán)因子W，那么這種總強(qiáng)度值的變化將更大。該加權(quán)因子W在具有最大值和無垂直變化的信號之間的強(qiáng)度差異中產(chǎn)生另一個因子31∶1，使總強(qiáng)度差異因子為6200∶1。一種補(bǔ)償與強(qiáng)度變化相關(guān)(與觸發(fā)相關(guān)相反)的這種信號的方法是用效率因子乘以時基理論最大像素強(qiáng)度。該效率因子是基于實(shí)際最大像素強(qiáng)度與期望理論最大像素強(qiáng)度之間的比值的，它等于壓縮因子乘以采集計數(shù)?？傊?，系統(tǒng)進(jìn)行如下計算理論最大像素強(qiáng)度＝采集計數(shù)×比例因子×(實(shí)際最大像素強(qiáng)度/(采集時間×壓縮因子))。
然而，計算最大像素強(qiáng)度參考值的另一種方法是根據(jù)平均非零像素強(qiáng)度或包括零值像素的平均像素強(qiáng)度。在一種實(shí)現(xiàn)中，硬件包括計數(shù)所有非零像素和全部像素強(qiáng)度和的裝置，可以使用這些方法中的一種。
再參考圖5，強(qiáng)度映射50的輸出由強(qiáng)度變換器120進(jìn)行處理，如果且只有當(dāng)偶然事件突出使能信號有效時。當(dāng)操作員想突出偶然事件、隱去經(jīng)常事件時，操作員控制可以激活該信號。當(dāng)信號有效時，強(qiáng)度變換器120改變像素亮度以突出偶然事件。在其最簡化實(shí)現(xiàn)中，這意味這補(bǔ)償所有的非零像素強(qiáng)度。這使最暗像素變得最亮，最亮像素變得最暗。中間亮度像素受到的影響很小，或完全不受影響。另外，利用一個或多個查找表可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的算法。這種表的產(chǎn)生和選擇都受用戶的控制，并可以包括各種映射，該映射允許用戶在出現(xiàn)頻率之間進(jìn)行選擇以確定是用強(qiáng)度還是用色彩來使人注目。
盡管已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是在更廣闊的范圍內(nèi)不偏離本發(fā)明的條件下可以作出一些變化和修改。因此，下述權(quán)利要求的意圖是覆蓋各個專利權(quán)授予國的專利法所允許的、所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.在波形圖像的可變強(qiáng)度或可變色彩顯示中突出偶然事件的方法，包括以下步驟a)產(chǎn)生代表電子波形行為的多個連續(xù)事件行為的可變強(qiáng)度光柵存儲器內(nèi)容，所述行為主要是重復(fù)性的，但是也包括至少是部分變化的行為事件，光柵存儲器內(nèi)容中的最高強(qiáng)度值至少部分地與相同波形圖像的高度重復(fù)性出現(xiàn)相聯(lián)系，最低強(qiáng)度值至少部分地與波形圖像的至少部分變化類型的偶然出現(xiàn)相聯(lián)系；和b)在正常操作模式中，將光柵存儲器內(nèi)容提供給光柵顯示系統(tǒng)，為用戶提供可變強(qiáng)度顯示或可變色彩顯示；或c)在替代操作模式中，將低強(qiáng)度值變換為高強(qiáng)度值，將高強(qiáng)度值變換為低強(qiáng)度值，然后將光柵存儲器內(nèi)容提供給光柵顯示系統(tǒng)，為用戶提供可變強(qiáng)度顯示或可變色彩顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)中的變換步驟包括補(bǔ)償所有非零值的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)中的變換步驟包括參考查找表的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)中的變換步驟包括為用戶提供根據(jù)出現(xiàn)頻率來強(qiáng)調(diào)選定事件的裝置的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中替代操作模式由用戶的第一動作選中，由用戶的第二動作去除。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中替代操作模式由用戶的動作選中，由動作的中斷去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中替代操作模式由用戶的動作選中，并在選擇之后的預(yù)定時間結(jié)束時由定時器去除。
全文摘要
一種新型示波器設(shè)計通過有效的高速采集和將這種數(shù)據(jù)變換為包含每像素多比特強(qiáng)度信息格式的光柵掃描提高了對采集到的電壓時變數(shù)據(jù)的處理能力。每像素多比特可變強(qiáng)度光柵掃描儀針對最大處理量和存儲器帶寬的最高效使用進(jìn)行優(yōu)化。在出現(xiàn)不規(guī)則觸發(fā)率時,光柵掃描中止功能提供了捕獲與低速觸發(fā)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)的高度可能性。電路用于補(bǔ)償采集時間和幅度的非線性。通過為操作員提供多種觀察能力的可控傳遞函數(shù),將每像素多比特強(qiáng)度信息映射為每像素較少比特格式。另一種操作模式利用變化的強(qiáng)度或色彩相對于經(jīng)常發(fā)生事件突出偶然事件。
文檔編號G09G5/00GK1243956SQ9910481
公開日2000年2月9日 申請日期1999年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月3日
發(fā)明者D·G·弗拉克內(nèi), E·P·埃瑟里奇, R·西格爾 申請人:特克特朗尼克公司