一種具有可變階數數字濾波器的數字示波器制造技術

本發明專利技術公開了一種具有可變階數數字濾波器的數字示波器。該數字示波器包括輸入模塊和具有外部存儲器的控制處理模塊，還包括可變階數數字濾波器，輸入模塊、可變階數數字濾波器分別連接控制處理模塊，輸入模塊用于產生一個配置指示；控制處理模塊用于根據配置指示產生對應的濾波器系數并輸出至可變階數數字濾波器。在數字示波器中使用上述可變階數數字濾波器，可以使數字示波器不再需要計算機來專門進行數字濾波運算，大大方便了現場測試等應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種具有可變階數數字濾波器的數字示波器，屬于電磁測量儀器

技術介紹
濾波器是一種對輸入信號進行波形處理，達到濾除不需要的信號，保留需要信號的信號處理裝置。濾波器按照所處理信號的性質可分為：模擬濾波器和數字濾波器兩種。其中由于計算機技術及大規模集成電路技術的發展，數字濾波器已可用計算機軟件實現，也可使用大規模數字硬件電路實現。數字濾波器具有高精度、高可靠性、可控性以及方便實現等優點，因此在數字信號處理系統中，數字濾波器是十分重要的組成部分。另外，濾波器從功能上又可分為：低通、高通、帶通、帶阻四種類型，每種濾波器都有其不同的應用范圍。y(n)=Σi=0N-1h(i)x(n-i)---(1)]]>參照上述的式(1)，由于數字濾波算法就是將輸入數據x(i)與濾波器參數h(i)乘累加的過程，所以其算法實現起來非常方便。采用計算機軟件計算和數字硬件計算均可實現。數字存儲式示波器(DSO)是市場上主流的示波器類型，通過模擬前端采集的信號量通過A/D轉換芯片轉換成數字信號后，由于待測量信號大多存在著干擾噪聲，如果觀察者想要看到更純凈的信號，就必須加入濾波器對信號加以過濾實現。在數字示波器中加入數字濾波功能可以極大的方便用戶觀測波形信號，而且可調濾波截止頻率和濾波功能的數字濾波器的實際使用價值很高，可以方便用戶濾除各種頻段的干擾信號。比如：輸入的10MHz有效信號中包含有有1KHz的低頻干擾信號和100MHz的高頻干擾信號，這時通過選用數字帶通濾波器并配置好通帶的上下限頻率就可以同時將低頻、高頻干擾信號同時濾除，再現有效信號的信息。目前多數型號的DSO示波器的通道設置中均擁有帶寬限制這一功能，將輸入信號限定在某一固定頻率值之下，而高于固定頻率的部分則被去除，就其實現方式來看，就是使用了固定截止頻率的濾波器，這種類型的濾波器大多使用硬件電路搭建而成，無法根據不同情況控制其濾波截止頻率和濾波功能的變換。比如安捷倫公司生產的Agilent?5000系列示波器的通道帶寬限制打開時，將會濾除25MHz以上的輸入信號，而泰克公司生產的Tek?4000系列示波器的通道帶寬限制則包括250MHz和20Mhz兩種設置，這些設置均為固定不變的。用硬件電路直接搭建而成的濾波器，不能更改其濾波截止頻率和濾波器功能。在Tek?2000系列數字示波器中采用的FilterVU功能實現了可調截止頻率的低通濾波器，但其濾波器功能卻被限制為低通濾波器，不能改變。從現有各種數字示波器中對數字濾波器的應用來看，目前尚無一款通過硬件實現的截止頻率、階數及濾波器功能(低通、高通、帶通、帶阻)均能改變的數字濾波器。對于具備功能不可調的數字濾波器的示波器，在一些干擾信號復雜的環境下可能-->無法清晰地顯示信號。比如：輸入信號中夾雜了低頻部分的干擾噪聲，那么像帶寬限制或者FilterVU這種低通濾波器顯然是不能起到作用的。另外，雖然Agilent、Tek的數字示波器均提供了可在計算機上用于數字濾波計算的擴展計算軟件，但在這些軟件占用資源大，只能在計算機上運行。然而，在現場測試中，不方便隨身攜帶計算機。通過軟件實現數字濾波的工作，在計算機上完成容易，但是一旦將這套算法移植到類似DSP這樣的芯片中，并且當DSP還負責了數字示波器其他的控制、運算任務時，用于數字濾波計算所占用的DSP資源則非常大，通常會導致整個示波器運行速度下降。現在測試的信號更加多樣化，測試環境更加復雜，信號質量也會因此受到影響，如何在復雜紛繁的信號中去除干擾，找到所需要的信號，這是示波器產業發展所面臨的一項難題。因此，需要一種能夠根據需要，通過設置來改變功能、階數和截止頻率的數字濾波器以及使用這樣的數字濾波器的示波器。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種具有可變階數數字濾波器的數字示波器。該可變階數數字濾波器不僅可以改變濾波器類型和截止頻率還能改變階數。為實現上述的專利技術目的，本專利技術采用下述的技術方案：一種數字示波器，包括輸入模塊和具有外部存儲器的控制處理模塊，還包括可變階數數字濾波器，所述輸入模塊、所述可變階數數字濾波器分別連接所述控制處理模塊，所述輸入模塊用于產生一個配置指示；所述控制處理模塊用于根據所述配置指示產生對應的濾波器系數并輸出至所述可變階數數字濾波器。所述濾波器系數是通過所述控制處理模塊運算得到的。所述外部存儲器中存儲有多組濾波器系數，所述多組濾波器系數與所述配置指示對應，所述控制處理模塊通過查找所述外部存儲器產生所述濾波器系數。所述可變階數數字濾波器包括依次連接的數據存儲單元、數據延遲鏈單元、以及數據計算單元，其特征在于，所述數據存儲單元包括：接收外部輸入的N個輸入數據的存儲區控制單元、連接所述存儲區控制單元的輸入數據存儲區，以及連接所述存儲區控制單元的濾波器系數存儲區，所述濾波器系數存儲區內存儲有N個濾波器系數，所述存儲區控制單元控制所述濾波器系數存儲區在一個時鐘周期將所述N個濾波器系數輸入到所述數據延遲鏈單元；將所述N個輸入數據存儲到所述輸入數據存儲區，并且控制所述輸入數據存儲區在一個時鐘周期將所述N個輸入數據以與所述N個濾波器系數同步的方式輸入到所述數據延遲鏈單元，所述數據計算單元包括M個N階乘累加計算單元以及用于將所述M個N階乘累加計算單元的計算結果相累加的后續累加計算單元，所述數據延遲鏈單元由N-2級延遲電路構成，每一級延遲電路比前一級延遲電路多延遲一個時鐘周期；所述M和N為正整數。上述可變階數數字濾波器的優點在于：同模擬濾波器相比較，數字濾波器具有穩定性高、精度好、可配置等諸多特點。相比Agilent?6000或Tek?4000系列示波器的有限檔位帶寬限制功能，數字濾波器同樣可以-->起到限制帶寬的作用，而且不單實現低通功能，還可以通過配置濾波器系數實現高通、帶通、帶阻的濾波功能，同樣突出的特點還在于可以實現多個截止頻率，可以更好的滿足用戶各種操作環境及工作領域的需求。同軟件實現的數字濾波器相比較，采用FPGA(現場可編程門陣列)搭建的數字濾波器速度更快，這在像Falcon這種由DSP作為系統控制器的示波器架構下，顯得更加重要。由于DSP承擔了示波器的絕大多數交互控制工作，并且完成多種基礎和高級運算功能以及顯示任務，DSP的線程開銷十分巨大，像數字濾波器這種大量采用乘累加運算的程序會占用極大的DSP系統帶寬，使整個系統運行速度變慢。而且，由于DSP中代碼是逐條執行的，數字濾波程序本身就會運算很慢。如果將數字濾波器采用硬件搭建，使數字濾波器的運算速度得到顯著提升，并且也會使DSP負荷減輕。在數字示波器中使用本可變階數數字濾波器，可以使數字示波器不再需要計算機來專門進行數字濾波運算，大大方便了現場測試等應用。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步的說明。圖1是本專利技術中的可變階數數字濾波器結構示意圖；圖2是圖1中的濾波器系數存儲區的操作示意圖；圖3是圖1中的輸入數據存儲區的操作示意圖；圖4是圖1中的11階乘累加計算單元的結構示意圖；圖5是一種具有可變階數數字濾波器的數字示波器的結構示意圖；圖6是圖5的數字示波器的工作示意圖。具體實施方式本專利技術中的可變階數數字濾波器采用FPGA來實現數字濾波的功能，解決了用基于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字示波器，包括輸入模塊和具有外部存儲器的控制處理模塊，其特征在于：所述數字示波器還包括可變階數數字濾波器，所述輸入模塊、所述可變階數數字濾波器分別連接所述控制處理模塊，所述輸入模塊用于產生一個配置指示；所述控制處理模塊用于根據所述配置指示產生對應的濾波器系數并輸出至所述可變階數數字濾波器。

【技術特征摘要】
1.一種數字示波器，包括輸入模塊和具有外部存儲器的控制處理模塊，其特征在于：所述數字示波器還包括可變階數數字濾波器，所述輸入模塊、所述可變階數數字濾波器分別連接所述控制處理模塊，所述輸入模塊用于產生一個配置指示；所述控制處理模塊用于根據所述配置指示產生對應的濾波器系數并輸出至所述可變階數數字濾波器。2.如權利要求1所述的數字示波器，其特征在于：所述濾波器系數是通過所述控制處理模塊進行運算得到的。3.如權利要求1所述的數字示波器，其特征在于：所述外部存儲器中存儲有多組濾波器系數，所述多組濾波器系數與所述配置指示對應，所述控制處理模塊通過查找所述外部存儲器產生所述濾波器系數。4.如權利要求1所述的數字示波器，其特征在于：所述可變階數數字濾波器由FPGA構成。5.如權利要求4所述的數字示波器，其特征在于：所述可變階數數字濾波器包括依次連接的數據存儲單元、數據延遲鏈單元和數據計算單元，其特征在于：所述數據存儲單元包括接收外部輸入的N個輸入數據的存儲區控制單元、連接所述存儲區控制單元的輸入數據存儲區，以及連接所述存儲區控制單元的濾波器系數存儲區，所述濾波器系數存儲區內存儲有N個濾波器系數，所述存儲區控制單元控制所述濾波器系數存儲區在一個時鐘周期將所述N個濾波器系數輸入到所述數據延遲鏈單元；將所述N個輸入數據存儲到所述輸入數據存儲區，并且控制所述輸入數據存儲區在一個時鐘周期將所述N個輸入數據以與所述N個濾波器系數同步的方式輸入到所述數據延遲鏈單元，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王悅，王鐵軍，李維森，
申請(專利權)人：北京普源精電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]