[发明专利]一种可配置复用数字内插和数字滤波功能的数字示波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字示波器，尤其涉及一种可配置复用数字内插和数字滤波功能的数字示波器，属于电磁测量仪器技术领域。

背景技术

数字示波器是由数据采集单元、A/D转换器、扫描振荡器等组成的新型示波器，在科研、生产中发挥着十分重要的作用。数字示波器除了具有常规的波形采样功能之外，通常还应具有波形分析和显示功能。因此，在数字示波器的小时基档位下通过数字内插技术实现波形重构是十分有用的。

数字内插是一种在实际波形采样点之间生成插值点的技术，它是数字示波器的一项重要功能。当前，在数字信号处理中比较流行的内插方法包括线性内插方式和Sinc内插方式。其中线性内插方式是在采样点之间线性插入插值点。图1所示的是一个2倍线性内插运算，即在2个采样点中间插入1个插值点的例子。从该图可以看出插值点处于两个采样点之间的连线上，所以即使有再多的插值点也只会出现在连线上。这样对于信号重构而言是存在很大误差的。经过理论分析，只有在示波器采样率与输入信号最高频率成分之比高于10∶1时，线性内插才能很好地重构波形，否则随着比率越低偏差越大。目前，更为准确的Sinc内插方式被越来越广泛地运用到波形重构运算中来。根据数字信号处理理论分析，当输入波形信号的最高频率成分的2倍小于采样频率时，通过Sinc内插公式可以准确还原出原始波形信号，相关计算如公式(1)所示：

y(t)=Σn=-∞+∞x(nT)h(t-nT)---(1)]]>

由公式(1)可以看出，内插之后的输出波形为采样输入波形x(nT)与Sinc内插函数h(t-nT)的乘累加计算结果，实际上相当于将采样输入波形经过滤波过程完成的插值处理，而插值运算过程完全由Sinc内插函数h(t-nT)的系数决定。公式(2)为Sinc内插函数表达式，图2为Sinc内插函数波形图。

h(t-nT)=sinπT(t-nT)πT(t-nT)---(2)]]>

目前，市场上主流的数字示波器的内插运算基本都采用还原波形能力更加出色的Sinc内插方式，例如泰克、安捷伦、力科等厂商均默认采用Sinc内插方式。在数字示波器中，有关内插运算是在FPGA内部通过乘累加结构加以实现的。这种内插运算显然会占用不少的硬件资源。

另一方面，滤波运算同样是一种用于波形分析的重要手段。在数字示波器显示波形时，打开滤波功能可以帮助用户滤除无用信号，只显示有用的波形信号。