CN101393234B - 波形自动量测***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种波形自动量测方法，包括如下步骤：接收用户设定的波形区域个数以及多重筛选条件；产生并发送控制指令，使仪器检测设备进行内部初步触发，捕获原始波形数据；接收原始波形数据以及仪器状态参数；根据多重筛选条件对原始波形数据进行筛选；若原始波形中不存在符合条件的波形区域，重新使仪器检测设备进行内部初步触发，若存在符合条件的波形区域，储存该符合条件的波形；在符合条件的波形区域个数大于或等于用户设定的波形区域个数时，对符合条件的波形进行分析与统计，并输出结果。本发明还提供一种波形自动量测***。本发明能够对多通道信号进行自动捕获、筛选以及分析，减少人力和时间消耗，提高测量效率。

Description

波形自动量测***及方法
技术领域
本发明是关于一种量测电路信号的***及方法，特别是关于一种根据多重筛选条件进行波形自动量测的***及方法。
背景技术
目前产业学术界常用的电气测量仪器(如示波器、频谱仪)一般通过触发***(Trigger System)来过滤信号，并且得到稳定的波形。以示波器为例，示波器对待测电路中的模拟信号提供一组信号过滤机制(称为示波器的触发***)，以便测试工程师能够依据需求设置触发条件，将符合该触发条件的波形稳定地显示在示波器屏幕上。若没有此触发***，示波器屏幕上将只会显示许许多多杂乱无章的波形，无法进行有意义的信号测量。
电气测量仪器一般有多个模拟通道(以下称通道)，以便同时测量多个模拟信号(以下称信号)，目前高阶的数字示波器一般有四个通道。现阶段波形触发***的主要型态有：
(1)单通道触发。通常是设定时间轴或是电压轴上的触发参数(如斜率、振幅、正/负脉冲宽度、稳态高/低电压、上升/下降沿等)，对某单一通道上的信号进行过滤与筛选。若该通道的信号符合触发条件，假定其它通道上存在其它有意义且必须同时测量的信号，则同时将所有通道上的信号一起撷取并显示在示波器屏幕上。
(2)双通道触发。通常是指当通道A符合如同型态(1)的某些触发条件，且通道B也符合如同型态(1)的某些触发条件时，假定其它通道上也存在其它有意义且必须同时测量的信号，则同时将所有通道上的信号一起撷取并显示在示波器屏幕上。
(3)四通道触发。是对四个通道上的信号分别设定电压门限，四个通道的信号电压值可分别指定大于或小于所对应的电压门限，四个通道的逻辑关系可定义为与、或、与非、或非，将符合结果的四个通道信号同时显示在示波器屏幕上。
目前，随着高性能电路***的速度和复杂程度的不断提高，利用触发***捕获特定波形(即符合条件的波形)的局限性也在逐步凸显。型态(1)与型态(2)的触发方式对于多通道信号撷取的限定条件常常无法满足，而型态(3)的触发方式只能针对高低电压门限来过滤波形，而不能针对诸如上升/下降时间、正/负脉冲宽度、时序关系等条件来过滤波形。以现阶段服务器主板上DDR与CPU等高速信号的测量为例，存在多个信号并且信号之间时序交互相关的测量项目，测量时四个通道必须同时接上待测信号，用户不能直接通过示波器的触发***捕获符合条件的波形，而需要在示波器上按下单次捕获按键，使仪器每撷取一次波形就停止，用户靠肉眼去鉴别与过滤四个通道上的波形，等符合多重筛选条件的波形出现之后，才能进行测量。这种用肉眼筛选波形的方法测量效率低，导致大量时间与人力的耗费。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种波形自动量测***，该***包括：仪器检测设备，提供多个通道与待测电路连接，用于通过所述的多个通道从待测电路中捕获原始波形数据；计算机，与仪器检测设备连接，包括一个自动量测装置，该自动量测装置包括：仪器控制单元，用于产生并发送控制命令给仪器检测设备进行内部初步触发，以捕获原始波形数据；波形筛选单元，用于根据多重筛选条件对原始波形数据进行筛选以得到符合多重筛选条件的波形；及波形分析单元，用于对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计。
鉴于以上内容，还有必要提出一种波形自动量测方法，该方法包括如下步骤：接收用户设定的波形区域个数以及多重筛选条件；产生并发送控制指令给仪器检测设备，使仪器检测设备进行内部初步触发，通过多个通道从待测电路中捕获原始波形数据；接收原始波形数据以及仪器检测设备的状态参数；根据多重筛选条件对原始波形数据进行筛选；若原始波形中不存在符合多重筛选条件的波形区域，则返回使仪器检测设备进行内部初步触发的步骤，若原始波形中存在符合多重筛选条件的波形区域，将符合多重筛选条件的波形存入存储设备；及在符合多重筛选条件的波形区域个数大于或等于用户设定的波形区域个数时，对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计，并输出分析与统计结果。
相较于现有技术，所述的波形自动量测***及方法可以对多通道模拟信号进行自动捕获、筛选以及分析，同时可以减少测量所需的人力和时间，提高测量效率。通过实施本发明，用户还可以实现许多目前无法靠人工达成的测量，并且可以延伸应用于高速总线或编码式信号的自动测量与分析，例如DDR的眼图(Eye Diagram)制作、SATA的信号测量等。
附图说明
图1是本发明波形自动量测***较佳实施例的架构图。
图2是图1中计算机的自动量测装置的功能单元图。
图3是本发明波形自动量测方法的流程图。
图4是图3中步骤S303的详细流程图。
图5是图4中步骤S401中构建特征点矩阵的方法示意图。
图6、图7是图4中步骤S402中构建SI测量参数矩阵的方法示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明波形自动量测***较佳实施例的架构图。该波形自动量测***包括仪器检测设备1、计算机2、存储设备3以及显示设备4。
仪器检测设备1通过探头和电缆与待测电路5连接，该仪器检测设备1用于从待测电路5中捕获原始波形数据。所述的仪器检测设备1可以是示波器、频谱仪或者任何一种可以用于测量波形的仪器，本较佳实施例以示波器为例进行说明。所述的仪器检测设备1提供至少一个通道，本较佳实施例的仪器检测设备1提供A、B、C、D四个通道，其中一个通道(可以是任意一个通道)用于传输待测电路的时钟信号，其余三个通道用于传输其他待测信号。所述的原始波形数据是信号随时间变化的电压数据，可以存储为*.csv格式、*.xls格式或其它格式的文件。
本较佳实施例将仪器检测设备1的一个通道连接时钟信号，从待测电路5捕获包含时钟信号的多通道波形，以时钟周期为分割长度，沿时间轴将原始波形分割为等长度(即时钟周期)的波形区域(时钟周期数即为波形区域的个数)，判断各个波形区域是否符合多重筛选条件，若存在符合多重筛选条件的波形区域，该波形即为符合多重筛选条件的波形。用户还可以不连接时钟信号，利用演算法处理原始波形数据。
计算机2包括一个自动量测装置20，该自动量测装置20用于产生并发送控制命令给仪器检测设备1以捕获原始波形数据，根据多重筛选条件对该原始波形数据进行筛选得到符合多重筛选条件的波形，对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计，并输出分析与统计结果至显示设备4。所述的多重筛选条件是对多通道待测信号的多个筛选条件，该多重筛选条件包括通道之间的时序关系条件、单一通道的SI测量参数条件及通道之间的SI测量参数条件，用户可以根据实际需要选择不同的筛选条件。
在本实施例中，仪器检测设备1可采用串口、GPIB口、以太网(LAN)口或者任何一种公知的接口与计算机2连接，用户可以根据实际的状况选择不同的连接方式。
存储设备3与计算机2连接，用于储存波形量测过程中产生的中间数据和符合多重筛选条件的波形。所述的中间数据包括原始波形数据、仪器检测设备1的状态参数(以下称仪器状态参数)、特征点矩阵、信号完整性(Signal Integrity，SI)测量参数矩阵、通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道SI判定逻辑矩阵、通道之间SI判定逻辑矩阵等。其中，原始波形数据是仪器检测设备1从待测电路5中捕获的多通道波形数据，仪器状态参数包括带宽、分辨率、采样率等。储存所述的符合多重筛选条件的波形是将该波形的原始波形电压矩阵、SI测量参数矩阵存入存储设备3。
显示设备4与计算机2连接，用于显示来自计算机2对符合多重筛选条件波形的分析与统计结果。
如图2所示，是图1中计算机2的自动量测装置20的功能单元图。该自动量测装置20包括：仪器控制单元201、数据存取单元202、波形筛选单元203、波形分析单元204。
仪器控制单元201，用于产生一种控制指令，并将该控制指令发送给仪器检测设备1来控制仪器检测设备1执行相应动作。所述的控制指令包括建立连接、初始化、初步触发等。
数据存取单元202，用于从存储设备3中存取波形量测过程中产生的中间数据和符合多重筛选条件的波形。
波形筛选单元203，用于根据多重筛选条件对原始波形数据进行自动筛选，以得到符合多重筛选条件的波形。该波形筛选单元203包括参数矩阵构建模块2031以及判定模块2032。该参数矩阵构建模块2031用于对原始波形数据构建原始波形电压矩阵、特征点矩阵、SI测量参数矩阵、通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道SI判定逻辑矩阵、通道之间SI判定逻辑矩阵。该判定模块2032用于根据多重筛选条件判断原始波形的各个波形区域是否符合通道之间的时序关系条件、是否符合单一通道SI测量参数条件、是否符合通道之间SI测量参数条件，判断符合多重筛选条件的波形区域个数是否小于用户设定的波形区域个数。
波形分析单元204，用于对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计。所述的分析与统计是根据实际需要进行的信号处理，例如时域分析、频域分析、异常信号分析与统计。
如图3所示，是本发明波形自动量测方法的流程图。需要说明的是，本实施例以波形区域来计数，用户设定的波形区域个数是用户所需的符合多重筛选条件的波形区域个数，仪器检测设备1每一次从待测电路5捕获的原始波形可能包含不止一个符合多重筛选条件的波形区域。用户还可以选择以波形个数来计数，一次捕获的波形即使包含多个符合多重筛选条件的波形区域，也只是一个符合多重筛选条件的波形。
步骤S300，数据存取单元202接收用户在计算机2中设定的波形区域个数及多重筛选条件。
步骤S301，仪器控制单元201产生并发送控制指令给仪器检测设备1，使仪器检测设备1进行内部初步触发，捕获原始波形数据。所述的内部初步触发是指利用仪器检测设备1的触发***进行波形触发，触发型态可以是仪器检测设备1所具有的任意触发型态。用户可以设定仪器检测设备1的基本筛选条件作为触发条件，如设定时钟信号的上升沿作为触发条件。在本较佳实施例中，将仪器检测设备1设为最大存储模式，使仪器检测设备1对其所能提供的最大时间长度的波形进行采样，捕获最大时间长度的原始波形数据，因而可以增加得到符合多重筛选条件波形的几率。用户可以根据实际的状况和需求选择不同的触发条件和仪器检测设备存储模式。
步骤S302，数据存取单元202接收原始波形数据以及仪器状态参数。
步骤S303，波形筛选单元203对原始波形的各个波形区域进行多重筛选条件筛选，从而实现对该原始波形的多重筛选条件筛选。该步骤的详细流程将在图4中进行说明。
步骤S304，判定模块2032判断原始波形中是否存在符合多重筛选条件的波形区域。若不存在符合多重筛选条件的波形区域，返回步骤S301重新使仪器检测设备1进行内部初步触发。
步骤S305，若存在符合多重筛选条件的波形区域，数据存取单元202将该符合多重筛选条件的波形的原始波形电压矩阵、SI测量参数矩阵存入存储设备3。
步骤S306，判定模块2032判断存储设备3中符合多重筛选条件的波形区域个数是否小于用户设定的波形区域个数。若符合多重筛选条件的波形区域个数小于用户设定的波形区域个数，返回步骤S301重新使仪器检测设备1进行内部初步触发。
步骤S307，若符合多重筛选条件的波形区域个数大于或等于用户设定的波形区域个数时，波形分析单元204对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计，并输出分析与统计结果。
如图4所示，是图3中步骤S303的详细流程图。
步骤S400，参数矩阵构建模块2031根据原始波形数据构建原始波形电压矩阵。所述的原始波形电压矩阵是原始波形数据对应的矩阵，其列数等于仪器检测设备1的采样点数。
步骤S401，参数矩阵构建模块2031对信号个别周期确定特征点并构建特征点矩阵，其中构建特征点矩阵的方法将在图5进行详细的描述。
步骤S402，参数矩阵构建模块2031对信号个别周期测量SI测量参数并构建SI测量参数矩阵，其中构建SI测量参数矩阵的方法将在图6和图7进行详细的描述。
步骤S403，判定模块2032判定各个波形区域是否符合通道之间的时序关系条件，并由参数矩阵构建模块2031构建通道之间时序判定逻辑矩阵。所述的通道之间时序判定逻辑矩阵表示各个时钟周期通道之间的时序关系是否符合相应的筛选条件，其列数等于时钟信号的周期数。判定结果可以用数值、字符串或布尔量表示，从而得到表示该通道之间时序判定逻辑的数值矩阵、字符串矩阵或布尔矩阵。
步骤S404，判定模块2032判定各个波形区域是否符合单一通道SI测量参数条件，并由参数矩阵构建模块2031构建单一通道SI判定逻辑矩阵。所述单一通道SI判定逻辑矩阵表示各个时钟周期单一通道的SI测量参数是否符合相应的筛选条件，其列数等于时钟信号的周期数。单一通道筛选条件可以是正/负脉冲宽度、上升/下降时间、直流高/低电压或其它物理参数，例如筛选条件为通道A的正脉冲宽度介于1.775ns~1.975ns之间，假设通道A的正脉冲宽度为[0，1.780，1.525，1.850，0]，若以“0”表示逻辑真(true)，“1”表示逻辑假(false)，则判定结果是[0，1，0，1，0]。判定结果可以用数值、字符串或布尔量表示，从而得到表示该单一通道SI判定逻辑的数值矩阵、字符串矩阵或布尔矩阵。
步骤S405，判定模块2032判定各个波形区域是否符合通道之间SI测量参数条件，并由参数矩阵构建模块2031构建通道之间SI判定逻辑矩阵。所述通道之间判定逻辑矩阵表示各个时钟周期通道之间的SI测量参数是否符合相应的筛选条件，其列数等于时钟信号的周期数。例如筛选条件为通道A的正脉冲宽度大于通道B的正脉冲宽度，则依次比较各个时钟周期通道A的正脉冲宽度与通道B的正脉冲宽度。判定结果可以用数值、字符串或布尔量表示，从而得到表示通道之间SI判定逻辑的数值矩阵、字符串矩阵或布尔矩阵。
步骤S406，判定模块2032根据多重筛选条件对判定逻辑矩阵进行总体判定，得到符合多重筛选条件的波形。所述的判定逻辑矩阵是步骤S403至步骤S405中所构建的通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道SI判定逻辑矩阵、通道之间SI判定逻辑矩阵。
本较佳实施例构建的判定逻辑矩阵包括通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道SI判定逻辑矩阵、通道之间SI判定逻辑矩阵，用户可以根据实际的筛选条件建立相应的判定逻辑矩阵。
如图5所示，是图4步骤S401中构建特征点矩阵的方法示意图。对任意通道的任意波形中一个拥有完整周期的区间，可利用集成电路(IC)设计规格由输入高电压(VIH)、参考电压(VREF)及输入低电压(VIL)与此周期区间内的波形产生七个时间上的特征点(图中p1～p7)，依信号周期数n可以得到P1～P7矩阵，其中P1＝[p11，p12，Λ，p1n]，...，P7＝[p71，p72，Λ，p7n]。对各个待测信号分别构建该信号的特征点矩阵，每一个待测信号特征点矩阵的列数与该信号的周期数相同。由特征点p1～p7可以计算信号的周期、正/负脉冲宽度、上升/下降时间等物理参数，本实施例用到的时序关系、SI测量参数都是基于特征点来计算。
如图6、图7所示，是图4步骤S402中构建SI测量参数矩阵的方法示意图。SI测量项目包括电压值参数，如图6所示的“a”表示过冲(Overshoot)、“b”表示下冲(Undershoot)、“c”表示直流高电压(DC Voltage High)、“d”表示直流低电压(DC Voltage Low)、“e”表示铃音震荡下缘(RingDown，即正半波稳态区间的震荡最低边缘)、“f”表示铃音震荡上缘(RingUp，即负半波稳态区间的震荡最高边缘)、“g”表示幅度(Amplitude)、“h”表示回沟(RingBack)；SI测量项目还包括时间值参数，如图7所示的“a”表示周期(Period)、“b”表示正脉冲宽度(+Pulse Width)、“c”表示负脉冲宽度(-PulseWidth)、“d”表示上升时间(Rise Time)、“e”表示下降时间(Fall Time)。由特征点p1～p7可计算个别周期的SI测量参数，如Period＝p7-p1，+Pulse Width＝p4-p1，-Pulse Width＝p7-p4。由此计算每个时钟周期的SI测量参数，从而构建SI测量参数矩阵，其列数等于时钟信号的周期数。
本较佳实施例波形自动量测***及方法是以一般信号的测量为例进行说明，其还可延伸应用于编码式信号的测量，例如SATA，对于编码式信号需要对信号作数字序列转换，此处不再赘述。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种波形自动量测***，能够对多通道信号进行自动捕获、筛选以及分析，其特征在于，该***包括：
仪器检测设备，提供多个通道与待测电路连接，用于通过所述的多个通道从待测电路中捕获原始波形数据；
计算机，与仪器检测设备连接，包括一个自动量测装置，该自动量测装置包括：
仪器控制单元，用于产生并发送控制命令给仪器检测设备进行内部初步触发，以捕获原始波形数据；
波形筛选单元，用于根据多重筛选条件对原始波形数据进行筛选以得到符合多重筛选条件的波形，所述多重筛选条件包括通道之间的时序关系条件、单一通道信号完整性测量参数条件及通道之间信号完整性测量参数条件，所述波形筛选单元包括参数矩阵构建模块及判定模块，其中：
所述参数矩阵构建模块，用于根据原始波形数据构建原始波形电压矩阵、特征点矩阵、信号完整性测量参数矩阵、通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道信号完整性判定逻辑矩阵及通道之间信号完整性判定逻辑矩阵；
所述判定模块，用于根据通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道信号完整性判定逻辑矩阵及通道之间信号完整性判定逻辑矩阵判断原始波形中是否存在符合多重筛选条件的波形区域，以及判断符合多重筛选条件的波形区域个数是否小于用户设定的波形区域个数；及
波形分析单元，用于对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计。
2.如权利要求1所述的波形自动量测***，其特征在于，该***还包括一个显示设备，该显示设备与计算机连接，用于显示波形分析与统计结果。
3.如权利要求1所述的波形自动量测***，其特征在于，该仪器检测设备是示波器。
4.如权利要求1所述的波形自动量测***，其特征在于，该***还包括一个存储设备，该存储设备与计算机连接，用于储存波形量测过程中产生的中间数据和符合多重筛选条件的波形。
5.一种波形自动量测方法，能够对多通道信号进行自动捕获、筛选以及分析，其特征在于，该方法包括如下步骤：
接收用户设定的波形区域个数以及多重筛选条件，所述多重筛选条件包括通道之间的时序关系条件、单一通道信号完整性测量参数条件及通道之间信号完整性测量参数条件；
产生并发送控制指令给仪器检测设备，使仪器检测设备进行内部初步触发，通过多个通道从待测电路中捕获原始波形数据；
接收原始波形数据以及仪器检测设备的状态参数；
根据原始波形数据构建原始波形电压矩阵；
对信号个别周期确定特征点并构建特征点矩阵；
对信号个别周期测量信号完整性测量参数并构建信号完整性测量参数矩阵；
构建通道之间时序判定逻辑矩阵；
构建单一通道信号完整性判定逻辑矩阵；
构建通道之间信号完整性判定逻辑矩阵；
根据通道之间时序判定逻辑矩阵、单一通道信号完整性判定逻辑矩阵及通道之间信号完整性判定逻辑矩阵判断原始波形中是否存在符合多重筛选条件的波形区域；
若原始波形中不存在符合多重筛选条件的波形区域，则返回使仪器检测设备进行内部初步触发的步骤，或者若原始波形中存在符合多重筛选条件的波形区域，将符合多重筛选条件的波形存入存储设备；及
若符合多重筛选条件的波形区域个数小于用户设定的波形区域个数，则返回使仪器检测设备进行内部初步触发的步骤，或者若符合多重筛选条件的波形区域个数大于或等于用户设定的波形区域个数，则对符合多重筛选条件的波形进行分析与统计，并输出分析与统计结果。
6.如权利要求5所述的波形自动量测方法，其特征在于，所述的波形分析与统计是根据实际需要对符合多重筛选条件的波形进行时域分析、频域分析以及异常信号的分析与统计。
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