CN112098702B - 一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法，所述的校正方法先通过外部的输入信号对偏置调节电路进行校正，校正后，偏置调节电路可等效为数字示波器内部的一个标准信号源，再使用该等效为标准信号源的偏置调节电路对垂直档位的增益精度和偏移精度进行校正，缩短了校正时间，大大提高了生产效率，并改善用户使用体验。

Description

一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法

技术领域

本发明涉及数字示波器技术领域，具体涉及一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法。

背景技术

数字示波器作为一种使用广泛的通用仪器，使用非常广泛。示波器要观察信号，首先要经过模拟通道的调节后，才能进行有效观察。

对信号幅度测量的精度是示波器的一项关键指标，它表征了垂直系统对信号的测量准确程度。影响数字示波器对信号幅度测量精度有两个因素，即增益精度k和直流偏置精度b0。其中增益精度k是表征垂直系统对信号的衰减或放大的准确程度，而偏置精度b0则表征了信号在垂直方向上所处位置的准确度。

由于示波器使用环境不同，如温度、湿度的不同，数字示波器内部同一型号的不同批次的电子元件具有一定的差异性，此外，在长期使用过程中数字示波器中的电子元件也存在老化现象，这些因素必然会导致数字示波器的测量误差，因此需要对数字示波器的垂直档位进行校正，使得示波器能够真实的反馈所测量的信号。

发明内容

本发明旨在提供一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法，以对数字示波器的垂直档位进行校正。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于数字示波器的垂直档位校正方法，所述数字示波器包括用于调节信号偏置位置的偏置调节电路和用于放大信号的可调增益放大器，包括：

偏置调节电路校正步骤：响应于用户输入的偏置调节电路的校正指令，接收多个输入信号；

当接收到一输入信号时，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，得到多个偏置调节信号，所述偏置调节信号与所述偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值；

获取输入数字示波器的多个输入信号的电压值和其对应的偏置值；

基于多个输入信号的电压值和其对应的偏置值，拟合得到偏置校正曲线；

垂直档位校正步骤：响应于垂直档位的校正指令，切断输入信号，配置衰减倍数和VGA固定增益；

按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位；

当配置到任意一选定垂直档位时，配置当前选定垂直档位参考的VGA配置值，所述VGA配置值用于调节可调增益放大器的可调增益，所述可调增益放大器的放大增益包括VGA固定增益和可调增益；

基于偏置校正曲线，依次配置偏置调节电路多个偏置值；

当配置到任意一偏置值时，基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号；

基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号；

获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；

基于多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线；

基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

根据第二方面，一种实施例中提供一种数字示波器，包括：

衰减网络，用于对接收的输入信号进行衰减；

偏置调节电路，用于产生偏置调节信号，所述偏置调节电路的偏置值与所述偏置调节电路所产生偏置调节信号的电压值相关；

阻抗变换网络，用于根据衰减后的输入信号和所述偏置调节信号，产生VGA输入信号；

可调增益放大器，用于对VGA输入信号进行增益放大；

模数转换器，用于对可调增益放大器输出的信号进行模数转换，以获取显示信号；

显示模块，用于显示所述显示信号的信号波形和电压值；

控制器，用于响应于用户输入的偏置调节电路的校正指令，接收输入信号，所述输入信号按照第一预设规则输入数字示波器；

当接收到一输入信号时，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，得到多个偏置调节信号，所述偏置调节信号与所述偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值；

所述控制器获取输入数字示波器的所有输入信号的电压值和其对应的偏置值；

基于所有输入信号的电压值和其对应的偏置值，所述控制器拟合得到偏置校正曲线；

所述控制器响应于垂直档位的校正指令，切断输入信号，配置衰减倍数和VGA固定增益；

所述控制器按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位；

当配置到任意一选定垂直档位时，所述控制器配置当前选定垂直档位参考的VGA配置值，所述VGA配置值用于调节可调增益放大器的可调增益，所述可调增益放大器的放大增益包括VGA固定增益和可调增益；

基于偏置校正曲线，所述控制器依次配置偏置调节电路多个偏置值；

当配置到任意一偏置值时，所述控制器基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号；

所述控制器基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号；

所述控制器获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；

所述控制器基于多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线；

所述控制器基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

根据第三方面，一种实施例中提供一种数字示波器，包括：

衰减网络，用于对接收的输入信号进行衰减；

偏置调节电路，用于产生偏置调节信号，所述偏置调节电路的偏置值与所述偏置调节电路所产生偏置调节信号的电压值相关；

阻抗变换网络，用于根据衰减后的输入信号和所述偏置调节信号，产生VGA输入信号；

可调增益放大器，用于对VGA输入信号进行增益放大；

模数转换器，用于对可调增益放大器输出的信号进行模数转换，以获取显示信号；

显示模块，用于显示所述显示信号的电压值；

控制器，用于执行以实现上述实施例所述的方法。

依据上述实施例的数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法，先通过外部的多个输入信号对偏置调节电路进行校正，校正后，偏置调节电路可等效为数字示波器内部的一个标准信号源，再使用该等效为标准信号源的偏置调节电路对垂直档位的增益精度和偏移精度进行校正，缩短了校正时间，大大提高了生产效率，并改善用户使用体验。

附图说明

图1为一种数字示波器的结构示意图；

图2为一种数字示波器的电路结构示意图；

图3为一种实施例的数字示波器的结构示意图；

图4为一种实施例的用于数字示波器的垂直档位校正方法的流程示意图；

图5为一种实施例的偏置调节电路校正方法流程图；

图6为一种实施例的偏置校正曲线示意图；

图7为一种实施例的垂直档位校正方法流程图；

图8为标准偏置调节信号以及对应显示信号在显示屏显示的电压值位置示意图；

图9为一种实施例的可变增益g和VGA配置值的对应关系曲线示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图1，图1为一种数字示波器的结构示意图，包括信号输入端1、衰减网络2、阻抗变换网络3、可调增益放大器(VGA)4、偏置调节电路5、控制器6、模数转换器(ADC)7、可编程逻辑控制器(FPGA)8和显示屏9。外部的输入信号通过信号输入端1输入数字示波器，其先经过衰减网络2对输入信号进行衰减，并将衰减后的输入信号输入至阻抗变换网络3。偏置调节电路5由第一数模转换器(DAC1)和多组运放组成，分别与控制器6和阻抗变换网络3连接，由控制器6直接或间接配置偏置调节电路5的偏置值，偏置调节电路5根据所配置的偏置值输出偏置调节信号至阻抗变换网络3。阻抗变换网络3将接收的衰减后的输入信号和偏置调节信号叠加后发送给可调增益放大器(VGA)4。可调增益放大器(VGA)4分别与控制器6和模数转换器(ADC)7连接，由控制器6配置可调增益放大器(VGA)4的VGA配置值，以对阻抗变换网络3输出的信号输入给VGA放大后发送给模数转换器7。模数转换器7用于将放大后的VGA输入信号转化为数字信号并发送给FPGA8。FPGA8与控制器6和显示屏9连接，FPGA8由控制器进行配置，以对接收的数字信号进行波形数据处理和菜单叠加后发送给显示屏9。显示屏9用于显示输入信号的最终波形和菜单信息。

请参考图2，图2为一种数字示波器的电路结构示意图，其中控制器下发指令对第一数模转化器(DAC1)进行配置，DAC1输出直流信号V_{offset_DAC}，V_{offset_DAC}和信号输入端1的输入信号在阻抗变换电路201中进行叠加。

在进行垂直档位校正时，信号输入端1输入的信号是直流电压信号，通过式(1)可得到VGA输入信号V_{in_VGA}为：

式(1)中的Atten为衰减网络的衰减倍数。

式(1)还可以简化为式(2)：

V_{in_VGA}＝a×V_in-b×V_{offset_DAC} (2)

其中可调增益放大器(VGA)4的放大增益Vgain_VGA，由一级具备多个固定增益倍数G(如G＝1,2,5,10等)和一级可变增益倍数g组成，即Vgain_VGA＝G*g。其中可变增益g由VGA配置值控制，其通过VGA中的第二模数转换器DAC2的码字进行控制。

目前，数字示波器的垂直档位校正有两种方法，其中一种方法是通过不断的调整偏置调节电路的偏置值和VGA配置值来实现校正，该方法包括：

步骤101，配置选定粗调垂直档位V/div。

步骤102，在不输入信号的条件下，不断调节偏置调节电路的偏置值，使得显示信号的零电平偏移位于显示屏的中间。

步骤103，在当前的配置下，通过外部信号源输入两个已知直流信号Vin1，Vin2到信号输入端，针对每个输入信号，不断调节VGA配置值，使输入信号在显示屏上变化，当信号处于显示屏的n1 div，n2 div位置附近且小于一定的误差时，垂直档位满足关系式V/div＝(Vin1-Vin2)/(n1 div–n2 div)，停止调节VGA的可变增益倍数，记录当前VGA配置值，校正完成。

上述方法通过不断的调整偏置调节电路的偏置值和VGA配置值来实现校正，需要遍历较多的偏置值和VGA配置值，并且将增益校正和偏置精度校正分开，耗时较长且很不灵活。

另一种方法选择内部参考源的方法对垂直档位进行校正，包括VGA的增益放大倍数和偏置精度。

步骤201，选择需要校正的垂直档位，配置模拟通道的衰减倍数；

步骤202，零电平偏置精度校正：控制器配置内部参考源输出的电压为0V，控制器读取ADC采集到的信号，如果不为0V，则控制器不断调整偏置电路的输出电压，使其为0V，记录和保持当前的偏置电路的配置值；

步骤203，控制器配置内部参考源的输出电压，输出电压幅度在当前待校正档位的+n div位置；

步骤204，控制器读取ADC采集到的信号，并判断其是否处于+n div的位置，如果不处于+n div的位置，则不断调整VGA的增益倍数，使其处于+n div的位置，记录保存当前的VGA配置值；

步骤205，偏移精度校正：内部参考源输出+n2 div的信号，CPU配置偏移电路的配置值，将显示屏上的信号拉回到0V的位置，此时偏移电路的配置值为经过校正的通道的偏移值。

上述方法是将垂直档位的增益，零电平偏置精度和非零偏移精度是分开校正的，校正过程较为繁琐，并且额外增加一个内置参考源也增加了硬件成本。

在本发明实施例中，公开了一种数字示波器和用于数字示波器的垂直档位校正方法，先通过外部的输入信号对偏置调节电路进行校正，经过校正后的偏置调节电路可等效为数字示波器内部的一个标准信号源，再使用该等效为标准信号源的偏置调节电路对垂直档位的增益精度和偏移精度进行校正，缩短了校正时间，大大提高了生产效率，并改善用户使用体验。

请参考图3，图3为一种实施例的数字示波器的结构示意图，所述的数字示波器包括信号输入端10、衰减网络20、阻抗变换网络30、可调增益放大器40、偏置调节电路50、控制器60、模数转换器80和显示模块70。衰减网络20用于对信号输入端10接收的输入信号进行衰减；偏置调节电路50用于产生偏置调节信号，其中偏置调节电路50的偏置值与偏置调节电路50所产生偏置调节信号的电压值相关；阻抗变换网络30用于根据衰减后的输入信号和偏置调节信号，产生VGA输入信号；可调增益放大器40用于对VGA输入信号进行增益放大；模数转换器80用于对可调增益放大器40输出的信号进行模数转换，以获取显示信号；显示模块70用于显示所述显示信号的信号波形和电压值，显示模块70包括FPGA71和显示屏72。其中：

控制器60用于响应于用户输入的偏置调节电路50的校正指令，接收多个输入信号；当信号输入端10接收到一输入信号时，控制器60按照第一预设规则配置偏置调节电路50的偏置值，以产生多个偏置调节信号，其中偏置调节信号与偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值；控制器60获取输入数字示波器的多个输入信号的电压值和其对应的偏置值；基于多个输入信号的电压值和其对应的偏置值，控制器60拟合得到偏置校正曲线；控制器60响应于用户输入的垂直档位的校正指令，配置衰减网络20的衰减倍数和可调增益放大器40中的VGA固定增益；控制器60按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位；当配置到任意一选定垂直档位时，控制器60配置可调增益放大器40当前选定垂直档位参考的VGA配置值，其中VGA配置值用于调节可调增益放大器40的可调增益，可调增益放大器40的放大增益包括VGA固定增益和可调增益；基于偏置校正曲线，控制器60依次配置偏置调节电路50多个偏置值；当配置到任意一偏置值时，控制器60基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号；控制器60基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号；控制器60获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；控制器60基于多个偏置值对应的当前的显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线；控制器60基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

需要说明的是，在本发明实施例中，VGA输入信号与第一信号、第二信号均为阻抗变换网络30基于输入至阻抗变换网络30的信号而输出的信号，其根据输入至阻抗变换网络30的信号的不同为第一信号、第二信号或者VGA输入信号。同理，显示信号、第一显示信号和第二显示信号为可调增益放大器40分别对VGA输入信号、第一信号和第二信号进行增益放大后得到的信号。

请参考图4，图4为一种实施例的用于数字示波器的垂直档位校正方法的流程示意图，所述的校正方法包括：S30偏置调节电路校正步骤和S40垂直档位校正步骤。

请参考图5，图5为一种实施例的偏置调节电路校正方法流程图，其中S30偏置调节电路校正步骤包括：

步骤301，响应于用户输入的偏置调节电路的校正指令，接收多个输入信号。

在一实施例中，输入信号为直流电压信号，输入信号由外部标准信号源提供。

步骤302，当接收到一输入信号时，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，得到多个偏置调节信号，所述偏置调节信号与所述偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值。

在一实施例中，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，包括：

获取偏置调节电路的偏置值的取值范围；按照预设顺序将取值范围内的偏置值逐个进行配置。

本实施例中偏置调节电路包括第一数模转换器，偏置值为第一数模转换器DAC1的码字。

在一实施例中，步骤302包括：

步骤3021，假设当前接收到的输入信号为Vin1，Vin1为一标准的直流信号，并且偏置调节电路中第一数模转换器DAC1的最大码字的初始值为Code_max0，最小码字的初始值为Code_min0。

步骤3022，将码字Code_1＝(Code_max0+Code_min0)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对码字的取值范围进行更新，得到一次更新后的码字的最大值Code_max1和最小值Code_min1，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_max1＝Code_max0；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_min1＝Code_min0。

步骤3023，继续将码字Code_2＝(Code_max1+Code_min1)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对码字的取值范围进行更新，得到二次更新后的码字的最大值Code_max2和最小值Code_min2，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_max2＝Code_max1；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_min2＝Code_min1。

步骤3024，依此类推，经过上述m次迭代计算后，得到m次更新后的码字的最大值Code_max和最小值Code_min，即得到码字最新的取值范围，此时在该最新的取值范围中码字的数量为z个，z＝(Code_max-Code_min+1)，对于一个12或16-bit的第一数模转换器，z优选取8。其中，m为大于1且小于n的整数，n为第一数模转换器的位数。

步骤3025，对于码字取值范围内的z个码字，逐一配置该z个码字至第一数模转换器，并保存每个码字配置后显示屏上显示信号的电压值，得到z个显示信号的电压值，获取z个显示信号中其电压值的绝对值最小的显示信号对应的码字，并将该码字作为当前的输入信号Vin1对应的码字。

步骤303，获取输入数字示波器的多个输入信号的电压值和其对应的偏置值。

本实施例中，外部标准源继续输出直流电压Vin2，Vin3…Vinq给数字示波器，对于每个输入电压，重复步骤3022～3025的计算过程，即可得到多个输入信号的电压值和其对应的偏置值(DAC1的码字)。

步骤304，基于多个输入信号的电压值和其对应的偏置值，拟合得到偏置校正曲线。

针对已记录的一组数据(Code1_1,Vin1),((Code1_2,Vin2))……(Code1_q,Vinq)，其中Code1_q表示输入信号Vinq对应的偏置调节电路的偏置值(DAC1的码字)，采用最小二乘法进行线性拟合，得到偏置校正曲线y＝k₀x+b₀。

请参考图6，图6为一种实施例的偏置校正曲线示意图，偏置校正曲线反应了偏置调节电路的偏置值(DAC1的码字)和外部标准信号源的关系。因此，按照偏置校正曲线校正后的偏置调节电路可以等效为一个内部标准源，使用该标准源即可对示波器的垂直档位进行校正。

请参考图7，图7为一种实施例的垂直档位校正方法流程图，其中S40垂直档位校正步骤包括：

步骤401，响应于用户输入的垂直档位的校正指令，切断输入信号，配置衰减倍数和VGA固定增益。此时数字示波器不再接收外部标准信号源输入的输入信号，其通过偏置调节电路作为内部标准信号源来提供标准信号。

步骤402，按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位。

在本实施例中，可等间隔选择多个垂直档位作为选定垂直档位。

步骤403，当配置到任意一选定垂直档位时，配置当前选定垂直档位参考的VGA配置值，所述VGA配置值用于调节可调增益放大器的可调增益，所述可调增益放大器的放大增益包括VGA固定增益和可调增益。

在本实施例中，可调增益放大器包括第二数模转换器DAC2，VGA配置值为第二数模转换器DAC2的码字。

假设此时选择的未校正的当前选定垂直档位为V1_uncal/div，该垂直档位默认的VGA的固定增益为G1，可变增益为g1。可变增益g1对应的VGA上DAC2的码字(VGA配置值)为Code_VGA_DAC1。

步骤404，基于偏置校正曲线，依次配置偏置调节电路多个偏置值。

在一实施例中，根据偏置校正曲线y＝k₀x+b₀，控制器配置m个DAC1码字到偏置调节电路，本实施例中m＝5。

步骤405，当配置到任意一偏置值时，基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号。

本实施例中，对于一系列的DAC1码字x0～x5，对应的偏置调节电路输出的标准偏置调节信号的电压值为y0～y5。

步骤406，基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号。

步骤407，获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值。

本实施例中，当偏置调节电路输出的标准偏置调节信号的电压值为y0～y5时，落在显示屏垂直方向上的位置分别为+n2 div，+n1 div，+n0 div，-n3 div，-n4 div，如图8所示。此时数字示波器测量的5个对应显示信号的电压值分别为+v2，+v1，+v0，-v3，-v4，由于V1_uncal/div没有经过校正，因此5个对应显示信号的电压值也是不准确的。

步骤408，基于多个偏置值对应的当前的显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线y＝k₁x+b₁。

本实施例根据最小二乘法，对(+v2，y2),(+v1，y1),(+v0，y0),(-v3，y3),(-v4，y4)进行线性拟合，得到当前选定垂直档位的校正曲线y＝k₁x+b₁。

步骤409，基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

在一实施例中，基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正，包括：

获取当前选定垂直档位的档位值V_1uncal/div。

基于当前选定垂直档位的校正曲线和当前选定垂直档位的档位值V_1uncal/div，获取当前选定垂直档位校正后的档位值V_1cal/div和截距b₁。

获取当前选定垂直档位校正后的档位值V_1cal/div对应的VGA配置值Code_VGA_DAC1。

保存当前选定垂直档位校正后的档位值V_1cal/div、校正后的档位值对应的VGA配置值Code_VGA_DAC1和截距b₁。

本实施例根据以下公式得到当前选定垂直档位校正后的档位值：

V_1cal/div＝(V_1uncal/div)/k₁

其中，V_1cal/div为当前选定垂直档位校正后的档位值，V_1uncal/div为当前选定垂直档位的档位值，k₁为当前选定垂直档位的校正曲线的斜率。

在一实施例中，所述的校正方法还包括：

在相同的衰减倍数和VGA固定增益的配置下，继续选择一个选定垂直档位作为当前选定垂直档位V_2uncal/div，重复步骤401至步骤409，得到校正后的垂直档位为V_2cal/div＝(V_2uncal/div)/k₂和截距b₂，保存V_2cal/div、对应的VGA配置值Code_VGA_DAC2和截距b₂，其中k₂为当前选定垂直档位V_2uncal/div的校准曲线的斜率。

这样重复对步骤402中按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位进行校正后，可得到多组校正后的选定垂直档位的档位值和对应的VGA配置值之间的对应关系。即获取多个选定垂直档位的校正后的档位值和校正后的档位值对应的VGA配置值；基于多个选定垂直档位的校正后的档位值和校正后的档位值对应的VGA配置值，得到校正后的档位值和VGA配置值的对应关系列表；基于校正后的档位值和VGA配置值的对应关系列表，对任意一选定垂直档位进行校正；任意一选定垂直档位不属于对应关系列表中的选定垂直档位。

对于理想的VGA，其可变增益g和DAC2的码字之间是严格的线性关系，但是实际VGA中两者有一定的非线性，请参考图9，图9为可变增益g和VGA配置值的对应关系曲线示意图，由于VGA上可变增益g和VGA配置值(VGA上DAC2的码字)在整体上线性度不是很好。因此，如果只对数字示波器的粗调垂直档位进行校正，或者细调垂直档位校正方式不合理，则不能保证数字示波器测量的准确度，导致较大的测量误差。对此，本实施例将可变增益g和VGA配置值曲线切割成一小段后，在该小段内VGA配置值和可变增益g可以近似为线性关系。

因此，对所选择的任意一选定垂直档位V_select/div，假设该选定垂直档位V_select/div处于已校正垂直档位V_1cal/div和V_2cal/div之间时，本实施例采取线性插值的方法来计算选定垂直档位V_select/div所对对应的VGA配置值，也就得到了对应的可变增益gselect。根据已经校正的坐标(V_1cal/div，Code_VGA_DAC1)和(V_2cal/div，Code_VGA_DAC2)，根据以下两个公式可得到选定垂直档位V_select/div的VGA配置值(VGA上DAC2的码字)Code_VGA_DACx和截距bselect：

其中，Code_VGA_DAC_x表示垂直档位V_select/div对应的VGA配置值，b_select表示选定垂直档位V_select/div对应的校正曲线的截距。

上述方法对显示信号在选定垂直档位的增益进行了校正，然而，上述步骤中的截距b₁、截距b₂和截距b_select分别为选定垂直档位V_1cal/div、V_2cal/div和V_select/div在垂直方向上没有信号输入时候显示屏上显示信号的零偏移误差。为了校正该零偏移误差，本实施例以选定垂直档位V_1cal/div为例说明，所述的校正方法还包括：

基于当前选定垂直档位的校正曲线y＝k₁x+b₁，获取当前选定垂直档位对应的截距b₁；

根据当前选定垂直档位对应的截距b₁，确定偏置调节电路的偏置补偿值x₀；

基于偏置调节电路的偏置补偿值x_o，修正偏置校正曲线，修正后的偏置校正曲线为y＝k₀(x-x₀)+b₀，以对偏置调节电路进行修正。

上述方法对所配置的某个衰减倍数和VGA固定增益下的选定垂直档位进行了校正，待校正完成后，切换衰减倍数和VGA固定增益，重复上述步骤，直至所有衰减倍数和VGA固定增益下的电压的档位均校正完成。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于数字示波器的垂直档位校正方法，所述数字示波器包括用于产生偏置调节信号的偏置调节电路和用于放大信号的可调增益放大器，其特征在于，包括：

偏置调节电路校正步骤：响应于用户输入的偏置调节电路的校正指令，接收多个输入信号；

当接收到一输入信号时，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，得到多个偏置调节信号，所述偏置调节信号与所述偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值；

获取输入数字示波器的多个输入信号的电压值和其对应的偏置值；

基于多个输入信号的电压值和其对应的偏置值，拟合得到偏置校正曲线；

垂直档位校正步骤：响应于用户输入的垂直档位的校正指令，切断输入信号，配置衰减倍数和VGA固定增益；

按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位；

当配置到任意一选定垂直档位时，配置当前选定垂直档位参考的VGA配置值，所述VGA配置值用于调节可调增益放大器的可调增益，所述可调增益放大器的放大增益包括VGA固定增益和可调增益；

基于偏置校正曲线，依次配置偏置调节电路多个偏置值；

当配置到任意一偏置值时，基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号；

基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号；

获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；

基于多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线；

基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，包括：

获取偏置调节电路的偏置值的取值范围；

将取值范围内的偏置值逐个配置至偏置调节电路。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏置调节电路包括第一数模转换器，所述偏置值为第一数模转换器的码字；

所述可调增益放大器包括第二数模转换器，所述VGA配置值为第二数模转换器的码字。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取偏置调节电路的偏置值的取值范围，包括：

获取偏置调节电路的偏置值的初始取值范围，即得到偏置值的初始最大值Code_max0和初始最小值Code_min0；

将偏置值Code_1＝(Code_max0+Code_min0)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对偏置值的取值范围进行更新，得到一次更新后的偏置值的最大值Code_max1和最小值Code_min1，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_max1＝Code_max0；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_min1＝Code_min0；

将偏置值Code_2＝(Code_max1+Code_min1)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对偏置值的取值范围进行更新，得到二次更新后的偏置值的最大值Code_max2和最小值Code_min2，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_max2＝Code_max1；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_min2＝Code_min1；

经过m次迭代后，得到m次更新后的偏置值的最大值Code_maxm和最小值Code_minm，即得到偏置值的取值范围，其中m为大于1且小于n的整数，n为第一数模转换器的位数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正，包括：

获取当前选定垂直档位的档位值；

基于当前选定垂直档位的校正曲线和当前选定垂直档位的档位值，获取当前选定垂直档位校正后的档位值；

获取当前选定垂直档位校正后的档位值对应的VGA配置值；

保存当前选定垂直档位校正后的档位值和校正后的档位值对应的VGA配置值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取多个选定垂直档位的校正后的档位值和校正后的档位值对应的VGA配置值；

基于多个选定垂直档位的校正后的档位值和校正后的档位值对应的VGA配置值，得到校正后的档位值和VGA配置值的对应关系列表；

基于校正后的档位值和VGA配置值的对应关系列表，对任意一选定垂直档位进行校正；所述任意一选定垂直档位不属于对应关系列表中的选定垂直档位。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于当前选定垂直档位的校正曲线，获取当前选定垂直档位对应的截距；

根据当前选定垂直档位对应的截距，确定偏置调节电路的偏置补偿值；

基于所述偏置调节电路的偏置补偿值，修正偏置校正曲线，以对偏置调节电路进行修正。

8.一种数字示波器，其特征在于，包括：

衰减网络，用于对接收的输入信号进行衰减；

偏置调节电路，用于产生偏置调节信号，所述偏置调节电路的偏置值与所述偏置调节电路所产生偏置调节信号的电压值相关；

阻抗变换网络，用于根据衰减后的输入信号和所述偏置调节信号，产生VGA输入信号；

可调增益放大器，用于对VGA输入信号进行增益放大；

模数转换器，用于对可调增益放大器输出的信号进行模数转换，以获取显示信号；

显示模块，用于显示所述显示信号的信号波形和电压值；

控制器，用于响应于用户输入的偏置调节电路的校正指令，接收输入信号，所述输入信号按照第一预设规则输入数字示波器；

当接收到一输入信号时，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，得到多个偏置调节信号，所述偏置调节信号与所述偏置调节电路的偏置值一一对应；基于当前的输入信号和多个偏置调节信号，得到多个第一信号；对多个第一信号进行增益放大得到多个第一显示信号；查找多个第一显示信号中电压值的绝对值最小的第一显示信号，基于所查找到的第一显示信号，确定其对应的偏置调节信号，即得到对应的偏置值，将该偏置值作为当前的输入信号对应的偏置值；

所述控制器获取输入数字示波器的所有输入信号的电压值和其对应的偏置值；

基于所有输入信号的电压值和其对应的偏置值，所述控制器拟合得到偏置校正曲线；

所述控制器响应于用户输入的垂直档位的校正指令，切断输入信号，配置衰减倍数和VGA固定增益；

所述控制器按照预设顺序依次配置多个选定垂直档位；

当配置到任意一选定垂直档位时，所述控制器配置当前选定垂直档位参考的VGA配置值，所述VGA配置值用于调节可调增益放大器的可调增益，所述可调增益放大器的放大增益包括VGA固定增益和可调增益；

基于偏置校正曲线，所述控制器依次配置偏置调节电路多个偏置值；

当配置到任意一偏置值时，所述控制器基于偏置校正曲线，产生一标准偏置调节信号；

所述控制器基于当前的标准偏置调节信号，得到第二信号；再对第二信号进行增益放大得到第二显示信号；

所述控制器获取第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；即得到多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值；

所述控制器基于多个偏置值对应的第二显示信号的电压值和标准偏置调节信号的电压值，拟合得到当前选定垂直档位的校正曲线；

所述控制器基于当前选定垂直档位的校正曲线，对当前选定垂直档位进行校正。

9.如权利要求8所述的数字示波器，其特征在于，按照第一预设规则配置偏置调节电路的偏置值，包括：

获取偏置调节电路的偏置值的取值范围；

将取值范围内的偏置值逐个配置至偏置调节电路；

所述获取偏置调节电路的偏置值的取值范围，包括：

获取偏置调节电路的偏置值的初始取值范围，即得到偏置值的初始最大值Code_max0和初始最小值Code_min0；

将偏置值Code_1＝(Code_max0+Code_min0)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对偏置值的取值范围进行更新，得到一次更新后的偏置值的最大值Code_max1和最小值Code_min1，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_max1＝Code_max0；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max1＝(Code_max0+Code_min0)/2，Code_min1＝Code_min0；

将偏置值Code_2＝(Code_max1+Code_min1)/2进行配置，获取此时第一显示信号的电压值；对偏置值的取值范围进行更新，得到二次更新后的偏置值的最大值Code_max2和最小值Code_min2，若第一显示信号的电压值大于0，Code_min2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_max2＝Code_max1；若第一显示信号的电压值小于0，Code_max2＝(Code_max1+Code_min1)/2，Code_min2＝Code_min1；

经过m次迭代后，得到m次更新后的偏置值的最大值Code_maxm和最小值Code_minm，即得到偏置值的取值范围，其中m为大于1且小于n的整数，n为第一数模转换器的位数；

其中，所述偏置调节电路包括第一数模转换器，所述偏置值为第一数模转换器的码字。

10.一种数字示波器，其特征在于，包括：

衰减网络，用于对接收的输入信号进行衰减；

偏置调节电路，用于产生偏置调节信号，所述偏置调节电路的偏置值与所述偏置调节电路所产生偏置调节信号的电压值相关；

阻抗变换网络，用于根据衰减后的输入信号和所述偏置调节信号，产生VGA输入信号；

可调增益放大器，用于对VGA输入信号进行增益放大；

模数转换器，用于对可调增益放大器输出的信号进行模数转换，以获取显示信号；

显示模块，用于显示所述显示信号的信号波形和电压值；

控制器，用于执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。

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