引言

波形刷新率是評判數(shù)字示波器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，它直接體現(xiàn)了示波器抓取波形細(xì)節(jié)的能力，刷新率越高意味著捕獲異常的能力越強(qiáng)。目前國內(nèi)示波器的最高波形刷新率在200000wfms/s左右，而高于200000wfms/s的基本上依賴進(jìn)口。國內(nèi)示波器刷新率做不高的主要原因有2個(gè)：

①波形合成技術(shù)和國際先進(jìn)水平相比，差距還比較大；

②波形存儲采用外部存儲器。

本文通過對示波器波形合成技術(shù)的深入研究，提出一種基于FPGA的高刷新率的波形合成器，刷新率可達(dá)到400000wfms/s，該波形合成器已經(jīng)成功應(yīng)用在高刷新率示波器中。

1、波形三維映射模型

波形數(shù)據(jù)的三維信息包括：時(shí)間，幅度和幅度命中次數(shù)。在現(xiàn)代DSO中，可將多次觸發(fā)后采集到的多幀數(shù)據(jù)展現(xiàn)在屏幕上，并通過三維映射灰度圖來體現(xiàn)時(shí)間，幅度以及波形數(shù)據(jù)在每一個(gè)幅度上的命中次數(shù)。例如進(jìn)行10次采樣每次采樣700個(gè)樣點(diǎn)，那么進(jìn)行三維映射時(shí)，會將這10次采樣的波形進(jìn)行疊加，然后將疊加后的波形數(shù)據(jù)映射到三維數(shù)據(jù)庫中。

如圖1所示，三維波形數(shù)據(jù)庫可以看作是一個(gè)m×k的二維矩陣，m表示DSO屏幕的垂直分辨率（幅度），k表示DSO的水平分辨率（時(shí)間），而矩陣中元素amk表示幅度命中次數(shù)（概率），如圖所示。

圖1 ?三維波形數(shù)據(jù)庫

為了將三維波形數(shù)據(jù)庫中的信息轉(zhuǎn)換為方便用戶觀察的顯示畫面，需要將幅度命中次數(shù)轉(zhuǎn)換為波形灰度或顏色等級，所以波形三維映射模型實(shí)質(zhì)上是一種三維波形成像技術(shù)。它直接將每次采集到得數(shù)據(jù)映射到三維數(shù)據(jù)庫（灰度圖），然后將灰度圖以人眼可以接受的速率傳送到屏幕上顯示。對于圖2這個(gè)m×k矩陣，若其元素用c位存儲，則灰度圖需要的存儲空間為：m×k×2c/8字節(jié)，國內(nèi)示波器一般將這個(gè)三維數(shù)據(jù)庫（灰度圖）存放在外部存儲器中例如SRAM，SSRAM。很明顯，頻繁的訪問外部存儲器將會大大的減小數(shù)據(jù)映射速度，降低了波形刷新率。

圖2 ?三維數(shù)據(jù)庫矩陣