一種基于分段存儲(chǔ)的三維映射方法

楊擴(kuò)軍，田書林，宋金鵬，蔣 俊

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一種基于分段存儲(chǔ)的三維映射方法

楊擴(kuò)軍，田書林，宋金鵬，蔣 俊

(電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院 成都 611731)

三維波形映射技術(shù)提高了數(shù)字示波器的波形捕獲率，但死區(qū)時(shí)間仍然廣泛存在。提出了一種“分段存儲(chǔ)集中映射”三維成像方法。根據(jù)時(shí)基將高速大容量動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DDR3SDRAM)分成多段存儲(chǔ)區(qū)域，連續(xù)存儲(chǔ)多幅具有相同觸發(fā)條件的波形，將DDR3SDRAM中的多幅波形集中映射?；陔p口RAM的快速波形映射技術(shù)和多路并行映射技術(shù)大大縮短了映射時(shí)間，在保證高波形捕獲率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，使整個(gè)DDR3SDRAM存儲(chǔ)的波形時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫采集。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型證明了該系統(tǒng)能在更短時(shí)間內(nèi)捕獲到異常波形，雙脈沖測(cè)試法測(cè)出該系統(tǒng)的最高捕獲率為6 250 000 wfms/s，經(jīng)過(guò)分析得出系統(tǒng)死區(qū)時(shí)間比為43.86%。

數(shù)字三維示波器; 分段存儲(chǔ); 無(wú)縫采集; 三維映射; 波形捕獲率

數(shù)字示波器相對(duì)于模擬示波器有著較多的優(yōu)點(diǎn)，如可以存儲(chǔ)和分析波形數(shù)據(jù)、有豐富的觸發(fā)功能便于捕獲和觀察波形等。但數(shù)字示波器的一個(gè)重要不足是每次采樣后需要處理波形采樣數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理時(shí)不能對(duì)波形采樣，導(dǎo)致了“死區(qū)時(shí)間”的存在[1-4]。因此，具有極高波形捕獲率的數(shù)字熒光示波器和數(shù)字三維示波器應(yīng)運(yùn)而生，它們相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字示波器有著更短的死區(qū)時(shí)間，這一優(yōu)勢(shì)在分析瞬態(tài)偶發(fā)性事件時(shí)尤為突出。如何在最短時(shí)間內(nèi)捕獲異常事件，提高測(cè)試效率，已成為示波器技術(shù)的重要發(fā)展方向。各示波器生產(chǎn)商使用不同技術(shù)提高波形捕獲率，泰克DPO70000系列示波器最高波形捕獲率可達(dá)300 000 wfms/s；安捷倫Infuniium DSO90000A系列示波器最高波形捕獲率為400 000 wfms/s；R&S的RTO1000系列示波器擁有目前業(yè)界最高波形捕獲率1 000 000 wfms/s。大量文獻(xiàn)也對(duì)如何提高波形捕獲率進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[5-9]對(duì)數(shù)字三維示波器進(jìn)行了研究，提出了三維示波器的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。文獻(xiàn)[7]實(shí)現(xiàn)了最高500 000 wfms/s的波形捕獲率。但即使擁有1 000 000 wfms/s的波形捕獲率，死區(qū)時(shí)間依然廣泛存在。

為了進(jìn)一步縮短死區(qū)時(shí)間，解決現(xiàn)有的三維波形映射技術(shù)捕獲效率低、對(duì)測(cè)試電路的非預(yù)期性行為靈敏度不足等問(wèn)題，提出了一種“分段存儲(chǔ)集中映射”三維成像方法。根據(jù)時(shí)基將高速大容量動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DDR3SDRAM)分成多段存儲(chǔ)區(qū)域，連續(xù)存儲(chǔ)多幅具有相同觸發(fā)條件的波形，最后將DDR3SDRAM中的多幅波形集中映射。提出基于雙口RAM的快速映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)時(shí)鐘周期映射一個(gè)采樣點(diǎn)，大大提高了映射速度。利用多路并行映射技術(shù)進(jìn)一步縮短了處理時(shí)間。壓縮映射的提出使得在保證高波形捕獲率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，系統(tǒng)在整個(gè)DDR3存儲(chǔ)的波形時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫采集，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型證明了該系統(tǒng)能在更短時(shí)間內(nèi)捕獲到異常波形。最后通過(guò)雙脈沖測(cè)試法測(cè)出該系統(tǒng)的最高捕獲率為6 250 000 wfms/s，根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間比為43.86%，以上指標(biāo)較現(xiàn)有技術(shù)均有很大提升。

1 死區(qū)時(shí)間比與波形捕獲率

死區(qū)時(shí)間比是死區(qū)時(shí)間在整個(gè)采樣周期(采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間之和)中的百分比，可將其表示為：

波形捕獲率是單位時(shí)間內(nèi)捕獲并顯示的波形幅數(shù)，其計(jì)算公式為：

設(shè)示波器一幅波形由個(gè)采樣點(diǎn)構(gòu)成，采樣率為s，則采樣時(shí)間為：

(3)

將式(2)和式(3)代入式(1)可得死區(qū)時(shí)間比和波形捕獲率的關(guān)系為：

本文的RTO1000系列示波器采樣率為10 GS/s，10 ns/div時(shí)波形包含1 000點(diǎn)，波形捕獲率為1 000 000 wfms/s，則由式(4)可得其在10 ns/div時(shí)，死區(qū)時(shí)間比RDT為90%?？梢?jiàn)死區(qū)時(shí)間仍然占據(jù)很大比例，因此異常事件在短時(shí)間內(nèi)被捕獲仍無(wú)法保證。

2 分段存儲(chǔ)集中映射技術(shù)原理及捕獲效率分析

傳統(tǒng)的數(shù)字三維示波器是采集一幅波形后立即進(jìn)行波形三維映射[5]，稱之為單幅采集單幅映射(SSSM)。這種方式?jīng)Q定了一次采集完成后必須等待映射完成之后才能進(jìn)行新的采集，無(wú)論映射速度多快都會(huì)消耗一定時(shí)間，捕獲效率較低。

分段存儲(chǔ)集中映射技術(shù)(FCM)利用高速大容量存儲(chǔ)器，根據(jù)時(shí)基將存儲(chǔ)器分成多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域存入具有相同觸發(fā)條件的波形數(shù)據(jù)。當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后，對(duì)多幅波形進(jìn)行集中映射。如圖1所示，為存儲(chǔ)器的容量，d為分段后的單幅波形存儲(chǔ)容量，其隨時(shí)基檔位變化，變化關(guān)系為：

圖1 分段存儲(chǔ)集中映射技術(shù)原理

下面通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)兩種映射技術(shù)FCM和SSSM進(jìn)行偶發(fā)事件捕獲效率的對(duì)比分析。設(shè)示波器捕獲某異常信號(hào)(毛刺等)所用的最短時(shí)間為。若毛刺連續(xù)兩次出現(xiàn)的時(shí)間間隔與單幅波形采集周期可比，則該事件不具備瞬時(shí)偶發(fā)特性，不屬于本文討論范疇。當(dāng)毛刺連續(xù)兩次出現(xiàn)的時(shí)間間隔遠(yuǎn)大于單幅波形采集周期時(shí)，可近似認(rèn)為該異常事件發(fā)生時(shí)刻服從均勻分布[10]，其平均周期設(shè)為，設(shè)第個(gè)毛刺被捕獲到，對(duì)于連續(xù)采集有：

圖2 兩種映射技術(shù)示意

為了考察系統(tǒng)對(duì)波形的映射能力，引入指標(biāo)參數(shù)相對(duì)波形映射效率，定義為一幅波形采集存儲(chǔ)時(shí)間與映射時(shí)間之比，有：

(8)

若一次采集幅波形，如圖2所示，則捕獲該異常事件所用時(shí)間滿足：

將式(6)、式(8)代入式(9)并變換，最短時(shí)間捕獲異常事件的概率轉(zhuǎn)化為取最小值使式(10)成立的概率，有：

(10)

進(jìn)一步優(yōu)化模型，設(shè)：

模型最終簡(jiǎn)化為：

(12)

式中，表征波形事件被捕獲的時(shí)刻；描述波形事件的特征，即該事件與系統(tǒng)之間的匹配關(guān)系；右側(cè)的區(qū)間代表系統(tǒng)的采集時(shí)間范圍。求解模型，由式(11)有，構(gòu)造函數(shù)為：

式中，{}支持取的小數(shù)部分；表征任意系統(tǒng)與波形事件之間滿足匹配關(guān)系時(shí)，該波形事件最快可以在其第次出現(xiàn)時(shí)被系統(tǒng)捕獲。具有如下兩個(gè)性質(zhì)：

圖3 FCM與SSSM效率對(duì)比圖

3 分段存儲(chǔ)集中映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)

圖4為采用5GS/s采樣率的ADC和存儲(chǔ)容量為128 MB的DDR3構(gòu)建的FCM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)降速和時(shí)基控制后進(jìn)入波形預(yù)處理單元(SPU)。SPU中的數(shù)據(jù)送入DDR3中進(jìn)行存儲(chǔ)。DDR3存滿之后，停止采集，開(kāi)始三維映射。當(dāng)DDR3中的采樣數(shù)據(jù)全部映射完后，則將三維數(shù)據(jù)庫(kù)中的概率信息轉(zhuǎn)化成顏色信息存入顯存SRAM中。

利用FCM技術(shù)縮短死區(qū)時(shí)間主要需解決以下3方面問(wèn)題：1) 實(shí)現(xiàn)將具有相同觸發(fā)條件的多幅波形連續(xù)存入DDR3中；2) 提高波形映射速度，減小波形映射時(shí)間；3) 將DDR3中存儲(chǔ)的采樣點(diǎn)與對(duì)應(yīng)屏幕波形。下面分別對(duì)這3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖4 分段存儲(chǔ)集中映射實(shí)現(xiàn)框圖

3.1 單幅波形分段存儲(chǔ)

分段存儲(chǔ)集中映射首先需存儲(chǔ)多幅具有相同觸發(fā)條件的單幅波形。如果采樣數(shù)據(jù)直接存入DDR3，在此過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)，則在等待觸發(fā)信號(hào)到來(lái)過(guò)程中，難以控制DDR3的邊讀邊寫來(lái)保證預(yù)觸發(fā)深度不變。為了觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)時(shí)基控制的采樣數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)SPU再存入DDR3中。

SPU單元的主要作用是存儲(chǔ)一幅具有觸發(fā)的波形，然后送往DDR3。因?yàn)閱畏ㄐ未婧弥笮枰獜腟PU中讀取采樣數(shù)據(jù)，而讀取的過(guò)程新的采樣數(shù)據(jù)無(wú)法存入，產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間。因此，采用兩個(gè)FIFO進(jìn)行乒乓操作，SP_fifo1存滿之后，讀取SP_fifo1的數(shù)據(jù)存入DDR3，新的數(shù)據(jù)存入SP_fifo2。SP_fifo2存滿之后，讀取SP_fifo2的數(shù)據(jù)存入DDR3，新的數(shù)據(jù)存入SP_fifo1。如此往復(fù)直到DDR3被存滿。

3.2 基于雙口RAM的快速波形映射

式中，代表需映射的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；是單個(gè)采樣點(diǎn)需消耗的時(shí)鐘周期；是用于波形映射的時(shí)鐘周期。為減少，可以通過(guò)減小和來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于往往受到FPGA的最高時(shí)鐘頻率限制，故減小最可行。

根據(jù)文獻(xiàn)[5]中提出的波形三維映射的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法可知波形映射主要有3個(gè)基本步驟：首先根據(jù)采樣值大小和時(shí)間順序計(jì)算出該采樣點(diǎn)在三維數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的地址；然后讀出三維數(shù)據(jù)庫(kù)中該地址中原有的波形顏色信息；最后將該原有顏色信息加1，并寫回同一地址。如果按此流程每個(gè)時(shí)鐘完成一個(gè)步驟進(jìn)行波形三維映射，則每個(gè)采樣點(diǎn)需要3個(gè)時(shí)鐘周期，即=3。

為了減小，提出基于雙口RAM的快速波形映射方法。由前面提到的波形映射步驟可知，映射過(guò)程中需要對(duì)三維數(shù)據(jù)庫(kù)的同一地址進(jìn)行讀寫訪問(wèn)。為了能夠在一個(gè)時(shí)鐘映射一個(gè)采樣點(diǎn)，就需對(duì)三維數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)進(jìn)行讀寫訪問(wèn)，因此，采用擁有兩套獨(dú)立地址系統(tǒng)的雙口RAM來(lái)構(gòu)建三維數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，波形映射必須先讀取原有顏色信息，加1之后才能寫入。讀取和寫入操作顯然無(wú)法在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，故采用流水線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘周期完成單采樣點(diǎn)的映射。

具體實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示。1時(shí)刻，從FIFO中讀取采樣數(shù)據(jù)1；2時(shí)刻，讀取2，同時(shí)計(jì)算1的映射地址1；3時(shí)刻，讀取3、計(jì)算出2，同時(shí)從地址1中讀出原有顏色信息PR1；4時(shí)刻讀取4、計(jì)算出3，讀取PR2，同時(shí)將PR1加1之后寫入地址2，如此往復(fù)，直到所有采樣點(diǎn)被映射完。由圖5可知，采用基于雙口RAM的流水線技術(shù)之后，每一個(gè)采樣點(diǎn)的映射只用了一個(gè)時(shí)鐘周期，大大縮短了映射時(shí)間。

3.3 多路并行映射技術(shù)

為了進(jìn)一步縮短波形映射時(shí)間，采用多路并行映射技術(shù)，下面介紹其原理。

設(shè)ADC分辨率為，一次采集后獲得個(gè)采樣點(diǎn)，顯然，。定義一組2維的列向量：

式中，D是第次采樣的采樣值，向量的第D行為1，其余的元素均為0，將其分為D組并重新組合，有：

(16)

式中，下標(biāo)表示第次采樣。重組之后，是一個(gè)2行、/D列的矩陣，表示每個(gè)分組第次采樣的映射結(jié)果。D組被同時(shí)映射，經(jīng)過(guò)次采集后，第組的映射結(jié)果為：

最終，次采集的波形映射結(jié)果可以由式(17)中D個(gè)矩陣重組得到，組合后的矩陣有列、2行：

式中，e/D；表示矩陣的第列。由式(18)得到的矩陣稱為圖像數(shù)據(jù)矩陣(GDM)。由以上論述可知，采用多路并行映射后，每個(gè)分組只需處理e個(gè)采樣點(diǎn)，故映射時(shí)間為：

(19)

對(duì)比式(14)和式(19)可以看出，分組并行映射的映射時(shí)間相對(duì)于不分組時(shí)縮短了D倍，大大提高了處理速度。多路并行映射實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖6所示。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分段存儲(chǔ)后全部存儲(chǔ)在DDR3中，存儲(chǔ)完成后，讀取DDR3中的采樣數(shù)據(jù)存入FIFO便于繼續(xù)處理。讀取DDR3時(shí)，一次有32個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)輸出，故為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，D設(shè)為32。

圖6 多路并行映射原理框圖

3.4 壓縮映射

示波器顯示采用LCD，其能夠在屏幕上顯示的采樣點(diǎn)數(shù)與LCD中波形顯示區(qū)域的水平分辨率有關(guān)。設(shè)波形顯示區(qū)域水平分辨率為，則為了圖像顯示，可將GDM設(shè)為列、2行。然而，由于實(shí)際的采樣點(diǎn)數(shù)往往會(huì)大于，采樣點(diǎn)數(shù)與顯示列數(shù)無(wú)法一一對(duì)應(yīng)。如前所述，采用分段存儲(chǔ)之后，單幅波形的存儲(chǔ)深度為d，其在絕大部分時(shí)基檔位均大于，這就需將多個(gè)采樣點(diǎn)映射在同一列上，故稱之為壓縮映射，下面介紹其原理。

令為示波器屏幕上每個(gè)時(shí)基格包含的點(diǎn)數(shù)，則結(jié)合式(5)和式(20)可得：

(21)

故由式(21)可得：

定義個(gè)2維的列向量，且：

(23)

經(jīng)過(guò)次采集之后，波形三維映射的結(jié)果為：

(25)

4 系統(tǒng)性能測(cè)試和分析

首先對(duì)采用本文提出的基于分段存儲(chǔ)的三維成像方法與傳統(tǒng)映射方法的波形捕獲率進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。利用雙脈沖測(cè)試法[11]，在最快實(shí)時(shí)檔位10 ns/div輸入雙脈沖信號(hào)，第一脈沖寬度50 ns，第二脈沖寬度90 ns，不斷縮短兩個(gè)脈沖上升沿的間隔，直到只有一個(gè)脈沖被捕獲到。如此可以得到兩個(gè)脈沖均被捕獲到的最短間隔，它的倒數(shù)即為波形捕獲率。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)能夠捕獲到的最短間隔為160 ns，因此最大波形捕獲率為6 250 000 wfms/s。

表1中列出了國(guó)內(nèi)外四家示波器生產(chǎn)商波形捕獲率最高的產(chǎn)品型號(hào)及其波形捕獲率，可以看出，本文系統(tǒng)波形捕獲率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他廠家的產(chǎn)品。

表1 波形捕獲率對(duì)比

下面對(duì)本文設(shè)計(jì)的FCM系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間比進(jìn)行分析。本文系統(tǒng)由存儲(chǔ)深度決定，=128 MB，采樣率為5 GS/s，因此，為200 ps，所以系統(tǒng)采集時(shí)間為：

本文系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間是DDR3存滿之后開(kāi)始映射到映射完成的這段時(shí)間，該時(shí)間長(zhǎng)度由映射速度決定。映射時(shí)間由式(19)計(jì)算，為128 MB，D為32，所以e為4 MB；采樣基于雙口RAM的快速映射技術(shù)之后，一個(gè)時(shí)鐘周期可以處理一個(gè)點(diǎn)，即=1；系統(tǒng)映射模塊的時(shí)鐘為200 MHz，故map為5 ns。因此，有：

(27)

由式(27)以計(jì)算系統(tǒng)死區(qū)時(shí)間比為：

前面已經(jīng)計(jì)算出目前擁有業(yè)界最高波形捕獲率的RDO1000的死區(qū)時(shí)間比為90%，可見(jiàn)該方法大大縮短了死區(qū)時(shí)間。圖7為整機(jī)輸入調(diào)幅波之后波形的三維顯示效果圖。

圖7 調(diào)幅波三維顯示效果圖

5 結(jié) 論

本文提出的利用DDR3SDRAM進(jìn)行分段存儲(chǔ)的三維成像方法，彌補(bǔ)了現(xiàn)有三維波形映射技術(shù)對(duì)異常事件捕獲效率低，波形事件無(wú)法保存等方面的缺陷。在保證高波形捕獲率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了海量存儲(chǔ)，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有死區(qū)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫采集，具有業(yè)內(nèi)最高的波形捕獲率和最短的死區(qū)時(shí)間。對(duì)進(jìn)一步研究死區(qū)時(shí)間更短的示波器具有重要參考價(jià)值，該技術(shù)的研制成功也標(biāo)志著國(guó)內(nèi)已經(jīng)掌握了數(shù)字三維示波器的頂尖技術(shù)。

[1] PEREIRA J M D. The history and technology of oscilloscopes[J]. IEEE Trans Instrumentation & Measurement, 2006, 9(6): 27-35.

[2] BAI Y W, WEI H G. Loss waveform interval for the data buffering of a multiple-channel microcomputer-based oscilloscope system[J]. IEEE Trans Instrumentation and Measurement, 2005, 54(1): 45-51.

[3] 梁駒, 徐建芬, 劉玉軍, 等. 示波器的發(fā)展與合理選擇[J]. 現(xiàn)代儀器, 2006(6): 45-48.

LIANG Ju, XU Jian-fen, LIU Yu-jun, et, al. Choice and development of digital storage oscilloscopes[J]. Modern Instruments, 2006(6): 45-48.

[4] ROGER A. DPOs employ intuitive learning to raise productivity bar[J]. Electronic Design, 2004, 52(6): 25-37.

[5] 曾浩, 葉芃, 王厚軍, 等. 數(shù)字三維示波器波形映射技術(shù)研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2009, 30(11): 2399-2404.

ZENG Hao, YE Peng, WANG Hou-jun, et al. Research on waveform mapping technology of digital three-dimensional oscilloscope[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2009, 30(11): 2399-2404.

[6] 葉芃, 蔣俊, 曾浩. 一種三維波形顯示技術(shù)的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2008, 29(supple4): 624-626.

YE Peng, JIANG Jun, ZENG Hao. Research on the technology of 3-D waveform display[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2008, 29(supple4): 624-626.

[7] 葉芃, 曾浩, 潘卉青, 等. 10 GSPS數(shù)字三維示波器關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2012, 33(12): 2688-2696

YE Peng, ZENG Hao，PAN Hui-qing, et al. Key technology research on 10 GSPS digital three-dimensional oscilloscope[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2012, 33(12): 2688-2696.

[8] 魏莉, 葉芃, 曾浩. 數(shù)字示波器波形三維信息的軟件映射方法研究[J]. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào), 2010, 24(11): 1018-1023.

WEI Li, YE Peng, ZENG Hao. Research on software mapping technology of waveform three-dimensional information of digital oscilloscop[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2010, 24(11): 1018-1023.

[9] 蔣俊, 田書林. 一種顯示具有輝度等級(jí)的數(shù)字示波器研究[C]//中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)進(jìn)展. [出版地不詳]: [出版者不詳], 2008: 280-283.

JIANG Jun, TIAN Shu-lin. A display luminance levels of digital oscilloscope[C]//Chinese Instruments and Measurement and Control Technology are Reviewed. [S.l.]: [s.n.], 2008: 280-283.

[10] 張沁川, 王厚軍. 動(dòng)態(tài)采集過(guò)程的系統(tǒng)模型和評(píng)價(jià)方法研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2012, 33(1): 42-48.

ZHANG Qin-chuan, WANG Hou-jun. Research on system model and evaluation method of dynamic acquisition process[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2012, 33(1): 42-48.

[11] 葉芃, 曾浩, 向川云, 等. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率測(cè)試方法[J]. 計(jì)量學(xué)報(bào), 2010, 31(6): 551-554.

YE Peng, ZENG Hao, XIANG Chuan-yun, et al. The testing method of waveform capture rate for DSO[J]. Acta Metrologica Sinica, 2010, 31(6): 551-554.

編 輯 漆 蓉

A Three-Dimensional Mapping Method Based on Fragmentation

YANG Kuo-jun, TIAN Shu-lin, SONG Jin-peng, and JIANG Jun

(School of Automation Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 611731)

The application of three-dimensional mapping technology has improved the waveform capture rate of digital storage oscilloscopes (DSO), however it does not eliminate the dead time of DSO. In this research, a new 3D-imaging method, fragmentation and centralized mapping, is proposed. It divides high-speed large capacity dynamic memory (DDR3SDRAM) into several regions based on the time-base. In each region, the waveforms with the same triggering condition are stored, and the waveforms will be post-processed with three-dimensional mapping Technology. Dual-port RAM based fast waveform mapping technology and parallel waveform mapping technology decrease the mapping time greatly. This method guarantees high waveform capture rate and enable larger data storage capacity. It also enables seamless acquisition for the duration of each stored waveform. By mathematical modeling, it can be proven that our system can capture the sporadic transient event in shorter time. Through double pulse test method, it can be demonstrated that the highest capture rate of the system is measured to be 6 250 000 wfms/s. After analysis, it is obtained that the ratio of dead time is reduced to 43.86%.

digital 3D oscilloscope; fragmentation; seamless acquisition; three-dimensional mapping; waveform capture rate

TB971

A

10.3969/j.issn.1001-0548.2015.02.014

2014-03-13；

2014-12-22

國(guó)家自然科學(xué)基金(61301263，61301264)；中央高?；究蒲谢?A03007023801217，A03008023801080)

楊擴(kuò)軍(1986-)，男，博士生，主要從事數(shù)字存儲(chǔ)示波器、高速數(shù)據(jù)采集及處理等方面的研究.