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Hintergrund der Erfindung
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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen den Bereich der Signalmessung
und im besonderen genaue Messungen und die genaue Analyse von Zeitintervalle
betreffenden Parametern periodischer Signale, beispielsweise elektronischer
Taktsignale.
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Erläuterung des Standes der Technik
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Zu
Zeitintervalle betreffenden Parametern eines elektrischen Signals
gehören
im wesentlichen Periodendauer, Impulsbreite, Anstiegszeit, Abfallzeit
und Frequenz. Diese und weitere zugehörige Merkmale des Signals werden
von einem zu testenden System gemessen. Typischerweise ist das Signal
periodisch. Da das Signal jedoch sehr oft nicht ideal ist, zeigen
Schwankungen der Periodendauer, der Impulsbreite, der Frequenz und
anderer Parameter die Wellenformstabilität des Signals insgesamt an.
Diese Schwankungen werden als Flattern bezeichnet. Zur Zeit gibt
es zwei Arten von Ausrüstungen,
die zur Analyse von Signalen zur Verfügung stehen, um Zeitintervalle
betreffende Parameter und Wellenformstabilität zu ermitteln.
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Zu
der ersten Art von Ausrüstungen
zählen
Oszilloskope. Oszilloskope funktionieren allgemein, indem sie Zeitfenster
einer Wellenform überwachen
und Abschnitte der überwachten
Zeitfenster anzeigen. Beispielsweise kann man ein Oszilloskop derart
einstellen, daß es
bei einer speziellen Spannungsschwelle einer Wellenform ausgelöst wird.
Wie in 20 zu sehen ist, überwacht
das Oszilloskop die Wellenform 200 während eines ersten Zeitfensters 202 und
zeigt von dem Zeitpunkt, zu dem die eingestellte Schwelle erfaßt wurde,
den Beginn der Wellenform 204 während des ersten Zeitfensters 202 an.
Es ist eine Totzeit 203 vorhanden, wonach das Oszilloskop
die Wellenform während
eines zweiten Zeitfensters 206 überwacht und den Teil der Wellenform 208 von
dem zweiten Zeitfenster 206 an anzeigt, der zu einem Zeitpunkt
beginnt, zu dem die eingestellte Schwelle erfaßt wurde. Diese Abfolge wiederholt
sich viele Male sehr schnell, beispielsweise bei einem dritten Zeitfenster 209,
so daß ein
menschliches Auge nicht erfaßt,
daß eine
Totzeit 203, 205 zwischen den überwachten Zeitfenstern besteht.
Die Totzeit kann man auch als Wiedereinrichtzeit bezeichnen, da
sie oft die Zeit ist, die das Oszilloskop braucht, um den Auslöser wieder
einzurichten.
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Ein
Benutzer betrachtet die Anzeige 210, die Teile der Wellenform übereinander
liegend enthält,
und interpretiert bestimmte Parameter. Beispielsweise wird die Dauer
der Wellenform 212 in der in 21 gezeigten
Weise von der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anstiegszeiten
bestimmt. Da die Wellenform sehr oft nicht vollkommen ist, zeigt
das Anzeigefeld des Oszilloskops eine Anzahl von Linien, die einer
Anzahl von Fällen
einer ansteigenden Flanke der Wellenform entsprechen, die in 21 bei 214 gezeigt
ist. Die Linien können
einer Rekonstruktion einer digitalen Wellenform oder einer Zusammensetzung
von diskreten Punkten entstammen. Das Intervall zwischen dem äußersten
linken Rand der zweiten ansteigenden Flanke und dem äußersten
rechten Rand der zweiten ansteigenden Flanke wird als Flattern bezeichnet,
das als 216 gezeigt ist. In 21 tritt
das Flattern als Zeitintervall auf, obwohl es eigentlich eine Schwankung
der Anstiegszeiten unter mehreren Zyklen darstellt. Das Flattern
kann jede Zeitschwankung eines Wellenformparameters bezeichnen und
wird auch Wellenformstabilität
genannt. Andere Beispiele sind Periodenflattern, Impulsbreitenflattern
und Frequenzflattern. Das Flattern kann momentan auftreten und von
Zyklus zu Zyklus sehr stark schwanken, oder ein langfristiges sein,
in dem das Flattern selbst Verhaltenseigenschaften aufweist, die
sich über
die Zeit verändern.
Das Flattern ist ein entscheidender Parameter in Bezug auf die Wellenformanalyse,
da es unter anderem die Gesamtgleichmäßigkeit der Wellenform darstellt.
Diese Messung kann insbesondere bei sehr schnell verlaufenden Verarbeitungsanwendungen
entscheidend sein.
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In
einem Oszilloskop bestehen viele Fehlerquellen, die sich nachteilig
auf die Meßgenauigkeit
auswirken, beispielsweise auf das Flattern. Wie oben beschrieben,
können
die Totzeiten 203, 205 zu Ungenauigkeiten bei
der Messung des Flatterns führen,
da die Totzeiten 203, 205 viele Beispiele für Zyklen
der Wellenform darstellen, die von einem Oszilloskop einfach nicht
analysiert werden. Weiterhin stellt die auf dem Anzeigefeld beobachtete
Ansicht nur einen Teil 204 des Fensters 202 dar,
welches überwacht
wurde. Deshalb stellt die Anzeige nur einen Bruchteil sämtlicher
Zyklen der Wellenform dar, die während
der Meß-
und Anzeigezeit aufgetreten sind. Des weiteren ist ja die Anzeige
eine Zusammensetzung von vielen ansteigenden und abfallenden Flanken,
und deshalb können
aus der Anzeige die Eigenschaften benachbarter Zyklen nicht mit
Sicherheit bestimmt werden, auch wenn das Verhalten benachbarter
Zyklen äußerst wichtig
sein kann.
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Eine
andere Fehlerquelle in Oszilloskopen wird als Auslöseflattern
oder Auslöseinterpolationsflattern bezeichnet.
In einem digitalisierenden Oszilloskop wird die Wellenform zuerst
in eine Reihe von Spannungen gewandelt. Dann wird die Reihe von
Spannungen interpoliert, um eine kontinuierliche anzuzeigende Spannungswellenform
bereitzustellen. Da die Wellenform jedoch interpoliert wird, muß auch der
Punkt interpoliert werden, an welchem die Wellenform die Auslöseschwelle
kreuzt, so daß sich
der tatsächliche
Auslösepunkt aus
einer Interpolation ergibt. Demgemäß weisen selbst die allerbesten
Echtzeit-Oszilloskope Fehler von bis zu 36 Picosekunden in einer
Messung des Flatterns aus der Auslöseinterpolation heraus auf.
Andere, weniger kostspielige Ausrüstungen weisen noch viel mehr
Interpolations-Auslöseflattern
auf.
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Oszilloskope
können
entweder Echtzeit- oder Äquivalentzeit-Oszilloskope
sein. Bei Echtzeit-Oszilloskopen ist das Abtasttaktflattern eine
weitere Fehlerquelle der die Zeitintervalle betreffenden Parameter.
Die digitalen Oszilloskope führen
Analog-Digital-Wandlungen
aus, die von einem Taktimpuls ausgelöst werden. Wenn der zum Auslösen der
Analog-Digital-Wandlung verwendete Taktimpuls ungenau ist, dann
spiegelt die zum Zeitpunkt des Taktimpulses gewandelte Spannung
diese Ungenauigkeit wider. Äquivalentzeit-Oszilloskope
können
genauer sein, jedoch nicht auf der Basis von Zyklus zu Zyklus, da
die entstandene Anzeige eine Zusammensetzung von mehreren Meßfenstern
ist. Weiterhin stützt
sich ein Äquivalentzeit-Oszilloskop
auf mehrere Auslöseereignisse
für eine
Wellenformdarstellung und kann bei jedem Auslöseereignis einen Fehler einbringen.
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Eine
weitere Fehlerquelle bei Echtzeit- wie auch bei Äquivalentzeit-Oszilloskopen
ist das vorderseitige Analograuschen, d.h. das den analogen Abschnitten
des Oszilloskops innewohnende Rauschen. Zum Gesamtfehler trägt auch
der Quantisierungsfehler bei, da ein Analog-Digital-Wandler eine
endliche Anzahl von Bits aufweist, mit denen die Spannung der Wellenform
an einem speziellen Punkt dargestellt wird. Auch bei der Erzeugung
der Signalanzeige kann ein Fehler auftreten. Dieser Fehler, der
als Digitalsignalverarbeitungsfehler bezeichnet wird, kann durch
unvollkommene Interpolation oder andere Ungenauigkeiten bei der
Erzeugung und Interpretation der Signalanzeige entstehen. Wie bei
den meisten diskreten Zeitsystemen ist auch die Faltungsfrequenz
eine Fehlerquelle. Schließlich
gibt es Fehler bei der Rekonstruktion und Interpolation aus den
quantisierten Daten, sobald diese auf dem Oszilloskop angezeigt
werden sollen.
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Während das
Auslöseinterpolationsflattern
allein für
ein Rauschen von 36 oder mehr Picosekunden sorgt, verbinden sich
sämtliche
von den oben beschriebenen Fehlerquellen, um einen zusammengesetzten Fehler
zu erzeugen. Auf Grund dieses zusammengesetzten Fehlers liegt die
entstandene Ungenauigkeit selbst der zur Zeit erhältlichen
Oszilloskope von höchster
Qualität
im Bereich von 50 Picosekunden oder darüber.
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Eine
zweite Art von Ausrüstungen,
die gewöhnlich
zur Zeit-/Wellenform-Analyse verwendet wird, sind die Zeitintervallanalysatoren.
Ein Zeitintervallanalysator ist im wesentlichen ein sehr schnell
laufender Zähler, der
mit einer Schwelle und einem Neigungsdetektor verbunden ist, welcher
eine Wellenform überwacht.
Ein Benutzer wählt
eine Schwelle und eine Neigung, und jedes Mal dann, wenn die gewählte Schwelle
und die Neigung erfaßt
werden, wird der Zähler
ausgelöst,
und es wird der Zeitpunkt, zu dem die Neigung erfaßt wird, als
entsprechender Wert des Zählers
zu diesem Zeitpunkt registriert. Der Zeitintervallanalysator führt die
Analyse an den entstehenden Reihen von Auslösungspunkten aus.
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In
einem Zeitintervallanalysator sind mehrere Fehlerquellen vorhanden.
Eine große
Fehlerquelle sind die vorderendigen Analogschaltkreise, die dem
Rauschen stark unterworfen sind. Eine andere Fehlerquelle ist der
Zähler
selbst, da die Genauigkeit des Zählers
stark von einem Taktwerk abhängt,
das den Zähler
laufen läßt. Des
weiteren kann zwischen Taktimpulsen ein Auslösungsereignis an dem Zähler auftreten,
und der Zähler
rundet entweder den vorhergehenden oder den nachfolgenden Zählerwert
ab. Diese Fehlerquellen verbinden sich oft, um selbst bei den zur
Zeit erhältlichen
Zeitintervallanalysatoren höchster
Qualität
für ein
Flattern von annähernd
600 Picosekunden zu sorgen.
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In
dem Dokument US-A-4 540 938 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines
Videosignals offenbart, das sich zu Darstellung einer sich wiederholenden
Wellenform eignet, die an einer Rasterabtastungs-Anzeigevorrichtung
angezeigt werden soll. Die Vorrichtung umfaßt einen Differenzialverstärker, der
ein Ausgangssignal bildet, das eine beschnittene Version der momentanen
Differenz zwischen der Spannung der Wellenform und einer Spannung
darstellt, welche die Position der dann auszuführenden Rastabtastlinie darstellt.
Dann empfängt
ein Absolutwert-Schaltkreis das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers und
erzeugt ein Ausgangssignal, das den absoluten Wert des Ausgangssignals
des Differenzialverstärkers
gegenüber
einem Bezugspegel darstellt. Das Absolutwert-Signal wird umgekehrt
und im Pegel umgesetzt und wird derart verstärkt, so daß seine Ausschläge eine
vorgegebene Größe aufweisen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft die Verbesserung der Genauigkeit bei der Analyse
von Signalwellenformen. Durch Festhalten von Wellenformdaten und
sehr genaues Erzeugen einer Zeitmarkierungsliste, welche dem Auftreten
eines Ereignisses von Interesse entspricht, wird der Auslösungsinterpolationsfehler
sehr stark vermindert. Die Zeitmarkierungsliste wird genau generiert,
indem entweder eine Reihe von Proben linear interpoliert wird, welche
die Wellenformdaten darstellt, oder die Abtastrate bei der Reihe
von Proben erhöht
wird und die in der Abtastrate erhöhten Reihen zwecks Bestimmen
der Zeitmarkierungen interpoliert werden. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung steht eine Mehrzahl an Interpolationsfiltern zur Verfügung. Einer
dieser Filter, der als zeitoptimaler Filter bezeichnet wird, wird
zwecks genauer Reproduktion der ansteigenden und abfallenden Flanken
der Wellenform optimiert.
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Die
Zeitmarkierungsliste kann zur Darstellung des Auftretens des Ereignisses
von Interesse sowie der Statistik für das Ereignis von Interesse
verwendet werden. Deshalb wird bei einer Ausführungsform der Erfindung eine
Analyse von benachbarten Zyklen einer interessierenden Wellenform
zustande gebracht. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Bestimmen
von zugehörigen
Nulldurchgängen
zwischen zwei verschiedenen Signalen erleichtert. Bei einer anderen
Ausführungsform
wird ein Jitterspektrum bzw. Flatterspektrum angezeigt, das dem
Frequenzspektrum des Wellenformflatterns entspricht.
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Eine
veranschaulichende Ausführungsform
der Erfindung ist ein Verfahren zum Analysieren von Zeitintervalldaten
einer Wellenform, umfassend das Umwandeln der Wellenform in eine
Reihe von digitalen Wörtern,
wobei jedes Wort der Reihe von digitalen Wörtern eine Spannung der Wellenform
und eine Abtastzeit darstellt, zu welcher die Spannung auftrat,
das Auswählen
eines Ereignisses von Interesse, das durch eine Eigenschaft der
Wellenform definiert ist, und das Interpolieren der Reihe von digitalen
Wörtern,
um eine Mehrzahl an Ereignismarkierungen zu erzeugen, wobei die
Ereignismarkierung eine Reihe von Zeitmarkierungen umfaßt und jede
von der Reihe von Zeitmarkierungen einen Zeitpunkt darstellt, zu
dem das Ereignis von Interesse aufgetreten ist.
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Der
Schritt des Interpolierens kann das Interpolieren gemäß einem
von einem linearen Interpolationsfilter und einem zeitoptimalen
Interpolationsfilter enthalten, der eine Kombination eines nichtlinearen
Interpolationsfilters und des linearen Interpolationsfilters ist.
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Der
Schritt des Auswählens
eines Ereignisses von Interesse kann das Auswählen einer Schwellenspannung
enthalten, wobei die Reihe von digitalen Wörtern einer Abtastfrequenz
entspricht. Des weiteren kann der Schritt des Interpolierens gemäß einem
Interpolationsfilter die Schritte des Bestimmens eines ersten digitalen
Worts und eines zweiten digitalen Worts, welche die Schwellenspannung
umgeben, des Bestimmens eines ersten Unterschieds zwischen dem ersten
digitalen Wort und dem zweiten digitalen Wort, des Bestimmens eines
zweiten Unterschieds zwischen dem ersten digitalen Wort und der
Schwelle, des Bestimmens einer relativen Zeit als zweiten Unterschied,
geteilt durch ein Multiplikationsprodukt des ersten Unterschieds
und der Abtastfrequenz, und des Bestimmens von einer von der Reihe
von Zeitmarkierungen als gleich einer Summe der Abtastzeit des ersten
digitalen Worts und der relativen Zeit enthalten.
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Der
Schritt des Auswählens
eines Ereignisses von Interesse kann das Auswählen einer Differenzialmessung
enthalten. Des weiteren kann der Schritt des Wandelns den Schritt
des Wandelns einer ersten Wellenform in eine erste Reihe von digitalen
Wörtern
und den Schritt des Wandelns einer zweiten Wellenform in eine zweite
Reihe von digitalen Wörtern
enthalten, wobei jedes von der ersten Reihe von digitalen Wörtern einem
von der zweiten Reihe von digitalen Wörtern entspricht, wobei die
erste und die zweite Reihe von digitalen Wörtern einer Abtastfrequenz
entsprechen. Auch kann der Schritt des Interpolierens gemäß einem
linearen Interpolationsfilter umfassen, die Schritte des Bestimmens
eines Unterschieds zwischen jedem digitalen Wort der ersten Reihe
und dem entsprechenden digitalen Wort der zweiten Reihe zwecks Erzeugung
einer Reihe von Unterschieden, des Bestimmens eines ersten Unterschieds
und eines zweiten Unterschieds, welchen einen Nullwert umgeben,
des Bestimmens eines dritten Unterschieds zwischen dem ersten Unterschied
und dem zweiten Unterschied, des Bestimmens einer relativen Zeit
als ersten Unterschied, geteilt durch ein Multiplikationsprodukt
des dritten Unterschieds und der Abtastfrequenz sowie des Bestimmens
enthalten, daß die Zeitmarkierung
gleich einer Summe der Abtastzeit, zu welcher die digitalen Wörter abgetastet
wurden, welche dem ersten Unterschied entsprechen, und der relativen
Zeit ist.
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Weitere
Ausführungsformen
enthalten Schritte des Erhöhens
der Abtastrate bei der Reihe von digitalen Wörtern, um eine Reihe von digitalen
Wörtern
mit erhöhter
Abtastrate zu erzeugen, des Bestimmens eines ersten digitalen Worts
und eines zweiten digitalen Worts der Reihe von digitalen Wörtern mit
erhöhter
Abtastrate, welche die Schwellenspannung umgeben, und des Durchführens einer
linearen Interpolation zwischen dem ersten digitalen Wort und dem
zweiten digitalen Wort, um eine Zeitmarkierung zu bestimmen, welche
dem Ereignis von Interesse entspricht. Die Wellenform kann eine
Mehrzahl von Zyklen enthalten, wobei jeder von der Mehrzahl von
Zyklen eine ansteigende und eine abfallende Flanke aufweist, und
der Schritt des Erhöhens der
Abtastrate kann das Bereitstellen eines Filters mit Eigenschaften,
die optimiert werden, um die Wellenform an jeder ansteigenden und
jeder abfallenden Flanke wieder genau zu erzeugen, des Einsetzens
eines digitalen Worts mit einem Nullwert zwischen jedem benachbarten
Paar von digitalen Wörtern
in der Reihe von digitalen Worten, um eine Reihe von einen Nullwert
aufweisenden digitalen Wörtern
zu erzeugen, und des Filterns der einen Nullwert aufweisenden Reihe
von digitalen Wörter
gemäß dem Filter
umfassen, um die Reihe von digitalen Wörtern mit erhöhter Abtastrate
zu erzeugen.
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Weitere
Ausführungsformen
umfassen das Bestimmen statistischer Eigenschaften der Zeitmarkierungsliste,
das Anzeigen der Zeitmarkierungsliste und der statistischen Eigenschaften
der Zeitmarkierungsliste in einem von einem Basismodus und einem
Abweichungsmodus als einem von einer linearen Grafik, einem Text,
einem Histogramm und einem Flatterspektrum. Der Schritt des Auswählens eines Ereignisses
von Interesse kann Schritte des Auswählens eines zu analysierenden
Parameters als einem von Periodendauer, Impulsbreite, Frequenz und
Verzögerung
enthalten. Der Schritt des Auswählens
eines Ereignisses von Interesse kann des weiteren einen des Festlegens
einer Schwellenspannung, des Auswählens einer vorgegebenen Spannung
als eine von einer standardmäßigen TTL-Spannung,
einer TTL-Spannung von 3,3 Volt, einer standardmäßigen ECL-Spannung, einer positiven
ECL-Spannung, einer verschobenen ECL-Spannung und einer Erdungsspannung
und einen des Auswählens
von mehreren Schwellenspannungen von 0,8 Volt, 1,5 Volt und 2,0
Volt enthalten, von denen jede ein Ereignis von Interesse darstellt.
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Bei
weiteren Ausführungsformen
werden örtlich
synthetisierte Daten erzeugt und interpoliert.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
werden eine Analyse zwischen Erfassungen an verschiedenen Wellenformen
oder verschiedene Erfassungen der gleichen Wellenform durchgeführt.
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Eine
Ausführungsform
der Vorrichtung umfaßt
eine Meßkontrolleinheit,
einen Zeitmarkierungsinterpolator und einen Ergebnisanalysator.
Die Meßkontrolleinheit
weist einen Eingang für
das Empfangen der Wellenform und einen Ausgang auf, welcher eine
Eingangsdatei bereitstellt, wobei die Eingangsdatei eine Reihe von
digitalen Wörtern
enthält,
wobei jede von der Reihe von digitalen Wörtern eine Spannung der Wellenform und
einen Eingangszeitpunkt darstellt, zu welcher die Spannung aufgetreten
ist. Der Zeitmarkierungsinterpolator besitzt einen mit der Meßkontrolleinheit
verbundenen Eingang zum Empfangen der Eingangsdatei und einen Ausgang,
der eine Zeitmarkierungsliste gemäß einer Interpolation bereitstellt,
wobei die Zeitmarkierungsliste eine Reihe von Zeitmarkierungen enthält, wobei
jede von der Reihe von Zeitmarkierungen einen Ausgangszeitpunkt
darstellt, zu welcher das Ereignis von Interesse während der
Wellenform aufgetreten ist. Der Ergebnisanalysator besitzt einen
Eingang, der mit dem Zeitmarkierungsinterpolator zum Empfangen der Zeitmarkierungsliste
verbunden ist, und einen Ausgang, der die Reihe von Zeitmarkierungen
und die Statistiken der Reihe von Zeitmarkierungen bereitstellt.
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Der
Ergebnisanalysator kann des weiteren einen Ausgang enthalten, um
die Reihen von Zeitmarkierungen und die Statistiken der Reihe von
Zeitmarkierungen an einen von einer Anzeige und einer Ausgangsdatei
bereitzustellen.
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Der
Zeitmarkierungsinterpolator kann einen Tiefpaßfilter, der einen Eingang
aufweist, der die Eingangsdatei empfängt, zum Erzeugen eines interpolierten
Datenstroms mit erhöhter
Abtastrate als Ausgang, einen linearen Interpolationsfilter, der
einen Eingang aufweist, der die Eingangsdatei empfängt, zum
Interpolieren basierend auf linearen Beziehungen zwischen Zeitmarkierungen,
einen Zeitmarkierungsgenerator, der einen Eingang aufweist, der
den interpolierten Datenstrom mit erhöhter Abtastrate empfängt, zum
Vergleichen des interpolierten Datenstrom mit erhöhter Abtastrate
mit dem Ereignis von Interesse enthalten, um die Zeitmarkierungslisten
zu erzeugen.
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Die
Wellenform kann eine Abtastfrequenz aufweisen, und der Tiefpaßfilter
kann einen zeitoptimalen Filter und mindestens einen Hybridfilter
enthalten. Der zeitoptimale Filter kann einen Tiefpaßfilter
von 500 Punkten mit einem Durchlaßband bis 0,25, multipliziert
mit der Abtastfrequenz, und ein Stoppband, das bei 0,35 beginnt,
multipliziert mit der Abtastfrequenz, Mittel zum Versehen des Tiefpaßfilters
von 500 Punkten mit einer höheren
Abtastfrequenz in Bezug auf sich selbst, um einen Tiefpaßfilter
mit 2500 Punkten zu erzeugen, einen Tiefpaßfilter von 1000 Punkten mit
einem Paßband
bis 0,25, multipliziert mit der Abtastfrequenz, und ein Stoppband,
das bei 0,4 beginnt, multipliziert mit der Abtastfrequenz, und Mittel
zum Versehen des Filters von 2500 Punkten mit einer höheren Abtastfrequenz
in Bezug auf einen Filter mit 1000 Punkten enthalten, um einen Filter
mit 25 000 Punkten zu erzeugen. Der mindestens eine Hybridfilter
kann eine Kombination des linearen Interpolationsfilters und des
zeitoptimalen Filters sein. Der zeitoptimale Markierungsinterpolator
kann des weiteren eine Filterwahlvorrichtung enthalten, um einen
von dem zeitoptimalen Filter und dem mindestens einen Hybridfilter
auszuwählen.
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Der
Ergebnisanalysator kann des weiteren einen Ereignisprozessor mit
einem Eingang, der die Ereignismarkierungsliste zum Verarbeiten
der Ereignismarkierungsliste in Bezug auf das ausgewählte Ereignis
von Interesse empfängt,
um Daten zu erzeugen, die das Ereignis von Interesse als Ausgang
anzeigen, einen statistischen Prozessor mit einem Eingang, der die
Daten empfängt,
die für
das Ereignis von Interesse kennzeichnend sind, um eine statistische
Analyse zu den Daten durchzuführen,
die für
das Ereignis von Interesse kennzeichnend sind, um statistische Daten
als Ausgang zu erzeugen, und eine Anzeige-/Ausgangssteuerung umfassen,
die mit dem statistischen Prozessor und dem Ereignisprozesor verbunden
ist, und die einen Eingang aufweist, der die Daten, die für das Ereignis
von Interesse kennzeichnend sind, und die statistischen Daten empfängt, und
die einen Ausgang aufweist, der Anzeigedaten bereitstellt, welche
den Daten, die für
das Ereignis von Interesse kennzeichnend sind, und den statistischen
Daten entspricht.
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Eine
andere Ausführungsform
der Vorrichtung umfaßt
Mittel zum Wandeln der Wellenform in eine Reihe von digitalen Wörtern, wobei
jedes Wort der Reihe von digitalen Wörtern eine Spannung der Wellenform und
einen Abtastzeitpunkt kennzeichnet, zu dem die Spannung aufgetreten
ist, Mittel zum Auswählen
eines Ereignis von Interesse, das durch eine Eigenschaft der Wellenform
definiert ist, und Mittel zum Interpolieren der Aufzeichnung, um
eine Zeitmarkierungsliste zu erzeugen, wobei die Zeitmarkierungsliste
eine Reihe von Zeitmarkierungen enthält, wobei jede der Reihe von
Zeitmarkierungen einen Zeitpunkt kennzeichnet, zu dem das Ereignis
von Interesse während
der Wellenform aufgetreten ist.
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Eine
andere Ausführungsform
des Verfahrens zum Interpolieren einer diskreten Zeitreihe, die
Spannungen einer Wellenform kennzeichnet, umfaßt das Erhöhen der Abtastrate bei einer
diskreten Zeitreihe, um eine diskreten Zeitreihe mit erhöhter Abtastrate
zu erzeugen, das Bestimmen eines ersten digitalen Worts und eines
zweiten digitalen Worts der Reihe von digitalen Wärtern mit
erhöhter
Abtastrate, welche die Schwellenspannung umgeben, und das Durchführen einer
linearen Interpolation zwischen dem ersten digitalen Wort und dem
zweiten digitalen Wort, um eine Zeitmarkierung zu bestimmen, die
dem Punkt entspricht, an dem die Wellenform die Schwellenspannung
kreuzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist eine Vorrichtung zum Interpolieren einer diskreten Zeitreihe,
die Spannungen einer Wellenform darstellt, und umfaßt Mittel
zum Erhöhen
der Abtastrate bei der diskreten Zeitreihen, um diskrete Zeitreihen
mit erhöhter
Abtastrate zu erzeugen, Mittel zum Bestimmen eines ersten digitalen
Worts und eines zweiten digitalen Worts der Reihe von digitalen
Wörtern
mit erhöhter
Abtastrate, welche die Schwellenspannung umgeben, und Mittel zum
Durchführen
einer linearen Interpolation zwischen dem ersten digitalen Wort
und dem zweiten digitalen Wort, um eine Zeitmarkierung zu bestimmen,
die dem Punkt entspricht, an dem die Wellenform die Schwellenspannung
kreuzt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform hervor, wobei die
Beschreibung an Hand der anliegenden Zeichnungen erfolgt, in denen
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1 eine
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 Schritte
einer Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
zeigt;
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3A Schritte
einer alternativen Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
zeigt;
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3B Schritte
einer anderen Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
zeigt;
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4 eine
weitere Einzelheit des in 3 gezeigten
Schritts 30 zeigt;
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5 eine
weitere Einzelheit des in 4 gezeigten
Schritts 40 zeigt;
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6 eine
weitere Einzelheit des in 4 gezeigten
Schritts 42 zeigt;
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7 eine
weitere Einzelheit des in 3 gezeigten
Schritts 36 zeigt; die 8, 9, 10 und 11 Ausführungsformen
des in 7 gezeigten Schritts 78 zeigen;
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10A ein Diagramm der Filterkoeffizienten zur Verwendung
bei einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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die 12, 13, 14, 15, 15A, 15B, 16 und 16A entstandene Anzeigen gemäß mehreren Ausführungsform
der Erfindung zeigen;
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die 17, 18 und 19 Anzeigen
zeigen, die für
in 3 gezeigte Schritte verwendet werden können;
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20 eine
Wellenform zeigt und eine Datenerfassung mit Hilfe eines Oszilloskops
darstellt;
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21 eine
Anzeige einer Wellenform zeigt;
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22 eine
Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt;
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23 ein
Blockschaltbild für
eine Meßsteuereinheit
zeigt;
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24 ein
Blockschaltbild für
einen Zeitmarkierungsinterpolator zeigt; und
-
25 ein
Blockschaltbild für
einen Ergebnisanalysator zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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In
dieser Beschreibung werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben. Die Beschreibung betrifft die Weise, in welcher eine
Ausführungsform
der Erfindung mit externen Systemen zusammenwirken kann. Es folgt
eine ausführliche
Beschreibung eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Beispiele
für Anzeigen
werden ebenfalls beschrieben und werden von einer Beschreibung einer
Ausführungsform
einer Schaltung und von Abtastdateien gefolgt.
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1 zeigt
eine veranschaulichende Ausführungsform
der Erfindung. In 1 ist ein zu testendes System 2 über eine
Datenschnittstelle 8 mit einem Meßsystem 4 verbunden.
Das Meßsystem 4 kann
beispielsweise ein modulares Oszilloskop der Reihe Hewlett-Packard
54700 sein. Alternativ liegt jede Datenquelle innerhalb des Umfangs
der Erfindung. Beispielsweise kann eine Computerdatei mit Daten
darin den Eingang darstellen. Die Datenschnittstelle 8 kann
ein einziger Oszilloskopsensor sein, es können mehrere Oszilloskopsensoren,
verschiedene Oszilloskopsensoren, ein Stromtester oder jedes Datenerfassungselement
sein, das zum Übertragen
von Daten zu dem Meßsystem 4 verwendet
wird. Zum Überwachen
eines Spannungssignals wird ein Stromtester verwendet, um Informationen,
normalerweise in Form eines analogen Spannungssignals, zu dem Meßsystem 4 zu übertragen.
Ein Oszilloskopsensor ist physisch mit einem Punkt an dem zu testenden System 2 verbunden,
der elektrisch mit einer Klemme verbunden ist, welche die Wellenlänge von
Interesse führt.
Diese physische Verbindung stellt auch eine elektrische Verbindung
her, so daß ein
Strom in den Oszilloskopsensor fließt. Normalerweise ist erwünscht, daß ein Oszilloskopsensor
eine hohe Impedanz wie auch einen hohen Widerstand und einen niedrigen
kapazitiven Widerstand aufweist, so daß Stromflüsse durch den Sensor hindurch
minimiert werden. Auf diese Weise werden nachteilige Wirkungen von
dem Oszilloskopsensor auf das Wellenformsignal selbst minimiert.
Aus dieser sehr kleinen Strommenge erzeugt ein Oszilloskopsensor
ein stärkeres
Signal, das die Spannung des zu überwachenden
Signals kennzeichnet, und überträgt das verstärkte Signal
zu dem Meßsystem 4,
beispielweise zu einem digitalen Oszilloskop oder einem Analog-Digital-Wandler mit
Spezialzweck.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist ein Analysesystem 6 über einen Schnittstellenbus 10 mit
dem Meßsystem 4 verbunden.
Bei dieser Ausführungsform
kann der Schnittstellenbus 10 beispielsweise ein Hewlett-Packard-Schnittstellenbus
(HPIB), der von Hewlett Packard erhältlich ist, oder ein Universalzweck-Schnittstellenbus (GPIB)
sein, der unter anderem von Hewlett Packard, Tektronix und National
Instruments erhältlich
ist.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
des Analysesystems 6, bei welcher eine Zentraleinheit (CPU) 22 durch
einen Verarbeitungsbus 18 mit einem Speicher 24,
einem Speicher 25 und einer externen Schnittstelle 28 verbunden
ist. Die CPU 22 umfaßt
typischerweise einen Mikroprozessor und eine Ansteuerlogik. Es ist
vorherzusehen, daß optische
Computer mit ähnlichen
Fähigkeiten
zur Verfügung
stehen werden. Die durch das Analysesystem 6 zu verarbeitenden
Daten können
Daten sein, die in einem Computer gespeichert waren, unbegrenzt
gespeichert waren und zu einem anderen Analysesystem 6 übertragen
wurden. Weiterhin können
die Daten mehrmals verarbeitet werden. Der Speicher 24 und
der Speicher 25 können
jeweils ein Festplattenlaufwerk, eine Diskette, ein elektronischer
Speicher wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein löschbarer
programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), ein elektrisch löschbarer
Festwertspeicher (EEPROM), magnetische, optische oder magnetooptische
Aufzeichnungsmedien oder Bänder
und andere nichtflüchtige,
linear zugängliche
Medien oder eine Kombination derselben sein. Typischerweise ist
der Speicher 24 ein flüchtiger
Direktzugriffsspeicher, der entweder statisch oder dynamisch sein
kann, und der Speicher 25 ist ein nichtflüchtiger Speicher,
beispielsweise ein Festplattenlaufwerk. Alternativ kann eine einzige
Speichereinheit genügen.
Die externe Schnittstelle 28 stellt einen Schnittstellenanschluß 20 bereit,
der mit dem Schnittstellenbus 10 verbunden werden kann.
Mit der CPU 22 ist über
einen Benutzer-Schnittstellenbus 16 eine Benutzeroberfläche 26 verbunden.
Bei einer Ausführungsform
kann die Benutzeroberfläche 26 ein
Computeranzeigefeld, eine Tastatur und eine Maus sein. Die Benutzeroberfläche 26 ist
typischerweise ein physisches Objekt, mit dem der Benutzer Befehle
in die CPU 22 eingibt und Informationen aus dieser erhält. Die
Benutzeroberfläche 26 kann
eine Tastatur, eine Maus, ein Berührungsbildschirm, ein Steuerknüppel, eine
Rollkugel, ein Berührungstablett
oder eine Kommunikationsvorrichtung wie ein Netz, eine Netzschnittstelle,
ein Modem usw. sein. Normalerweise stellt ein Anzeigefeld den primären Ausgang
der CPU 22 dar, jedoch können auch gedruckte Medien
und ein elektronischer Ausgang verwendet werden.
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Zu
den Anzeigevorrichtungen gehören
Videanzeigen, beispielsweise Flüssigkristallanzeigen
(LCDs), Kathodenstrahlröhrenanzeigen
(CRTs) und andere Anzeigen.
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Wenn
die Erfindung in einer Client-Server-Beziehung verwendet wird, kann
die Benutzeroberfläche 26 auch
eine elektronische Schnittstelle zu einem Leitrechner bereitstellen.
Bei einer solchen Aufführungsform
ist der Leitrechner der Benutzer und kann die Befehle und Rückmeldungen
bereitstellen, die in Bezug auf einen Benutzer erläutert werden.
Das Analysesystem 6 kann in jedem Universalzweckprozessor
ausgeführt
sein und ist bei dieser Ausführungsform
ein Personalcomputer, beispielsweise ein PC IBM 486 mit
einer standardmäßigen Hewlett-Packard-HPIB-Instrumententafel
als externe Schnittstelle 28. Der Petrsonalcomputer IBM 486 enthält ein DOS-Betriebssystem
und eine WINDOWS-Umgebung und kann Programmiersprachen wie C++ unterstützen.
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3 ist
ein Ablaufschema, das ein Verfahren gemäß der Erfindung beschreibt. 3 kann
in Bezug auf 1 interpretiert werden. In Schritt 30 stellt
der Benutzer oder ein externes System das Analysesystem auf. Das
zu testende System 2 stellt elektrische Signale bereit,
die von Interesse sind. Diese Signale, normalerweise analoge Signale,
werden in Schritt 32 von dem Meßsystem 4 erfaßt und werden
in Schritt 34 in eine Informationsaufzeichnung gewandelt.
Diese Informationsaufzeichnung kann die Form einer Computerdatei aufweisen
und kann als Matrixfeld angeordnete Daten enthalten. Im wesentlichen
ist die Wellenform eine periodische Welle, beispielsweise eine Sinuswelle
oder eine Impulsfolge. Oft enthält
eine solche Wellenform Eigenschaften, welche die Wellenform unvollkommen
machen, beispielsweise Spitzenschwankungen in den Amplituden oder
den Impulsbreiten. Eine Impulsfolge ist eine zeitliche Abfolge,
in welcher die Signalspannung zwischen einer hohen Spannung und
einer niedrigen Spannung alterniert. Idealerweise ist eine solche
Wellenform eine vollkommene Impulsserie. Jedoch können die
Eigenschaften schwanken, insbesondere bei sehr hohen Frequenzen.
Zu diesen Eigenschaften zählen
Frequenzschwankungen, Impulsbreitenschwankungen, Schwankungen der
Periodendauer und dergleichen.
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Die
in Schritt 34 erzeugte Informationsaufzeichnung enthält eine
Reihe von Spannungen, die als diskrete digitale Signale einer Anzahl
von Bits dargestellt sind, die gewöhnlich als Wort bezeichnet
wird. Die Reihe von digitalen Wörtern
kann man auch Abtastungen nennen. Jede der Abtastungen in der Reihe
ist einem Zeitpunkt zugeordnet, zu dem die Wellenform in eine der
Abtastungen gewandelt wurde. Wenn beispielsweise das Meßsystem 4 auf
eine Abtastrate von 2 GHz eingestellt wird, dann würde eine
beispielhafte Aufzeichnung idealer weise eine fortlaufende Liste
von 250 000 Abtastungen enthalten, was 250 000 Spannungen entspricht, die über einen
Zeitraum von 125 Mikrosekunden gemessen werden. Die Anzahl der tatsächlichen
Punkte in einer Aufzeichnung hängt
jedoch von mehreren Faktoren ab. In dem Beispiel würde jede
aufeinanderfolgende Abtastung in der fortlaufenden Liste die Spannung
darstellen, die 0,5 Nanosekunden nach der vorhergehenden Spannung
gemessen wird. Das Analysesystem analysiert die Aufzeichnung in
Schritt 36 und zeigt die Ergebnisse in Schritt 38 an. 29 zeigt ebenfalls ein Beispiel für eine Aufzeichnung
von diskreten Spannungen.
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3A zeigt
eine Ausführungsform,
in welcher auch örtlich
synthetisierte Daten für
die Analyse zur Verfügung
stehen. Diese Schritte können
nach dem Schritt 30 ausgeführt werden, in dem das Analysesystem aufgestellt
wird. Örtlich
synthetisierte Daten, die vorgespeichert werden können, werden
in Schritt 31 gewählt. Die örtlich synthetisierten
Daten werden in Schritt 33 in der gleichen Weise analysiert,
wie die digitale Aufzeichnung in Schritt 36 analysiert
wird. In Schritt 38 werden die Ergebnisse angezeigt, so
daß ein
Benutzer die Gültigkeit
der Parameter feststellen kann, die in Schritt 30 eingestellt
wurden. Wie im folgenden ausführlicher
erläutert
ist, kann ein Benutzer beispielsweise einen von mehreren Filtern
auswählen.
Deshalb kann der Benutzer die Ergebnisse der verschiedenen Filter
an einer idealen Wellenform, beispielsweise den örtlich synthetisierten Daten,
betrachten wollen.
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3B zeigt
eine Ausführungsform,
in welcher Schritt 32, Schritt 34 und Schritt 36 bei
mehreren verschiedenen Wellenformen oder bei der gleichen Wellenform
zu verschiedenen Zeitpunkten wiederholt werden. In Schritt 35 werden
zwischen den Erfassungen liegende Statistiken erzeugt, und die Ergebnisse
werden in Schritt 37 angezeigt. Zwischen den Erfassungen
liegende Statistiken können
sich aus den Verarbeitungen von Statistiken ergeben, die an den
aus mehreren Wellenformen erzeugten Statistiken ausgeführt wurden.
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In 4 sind
beispielhafte Einzelheiten von Schritt 30 gemäß 3 gezeigt. 4 zeigt
den Schritt 40 zum Wählen
einer Messung, den Schritt 42 zum Festlegen einer Schwelle,
Schritt 44 zum Wählen
eines Interpolationsfilters und Schritt 46 zum Initiieren
der Messung. Diese Schritte dienen dazu, ein Ereignis von Interesse
auszuwählen.
Ein Ereignis von Interesse kann beispielsweise jedes Mal dann vorliegen,
wenn die Spannung der Wellenform 0,4 Volt überschreitet und dabei eine
positive Neigung aufweist. "Positive
Neigung" heißt einfach,
daß die
Spannung zu dem Zeitpunkt ansteigt, zu dem der Schwellenwert überschritten
wird.
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In 5 sind
beispielhafte Einzelheiten von Schritt 40 gezeigt. In Schritt 52 wird
ein zu analysierender Parameter ausgewählt. Es können beispielsweise Periodendauer,
Impulsbreite, Frequenz oder Verzögerung ausgewählt werden.
In Schritt 54 wird ein Präsentationsformat gewählt. Das
Präsentationsformat
kann beispielsweise ein Liniendiagramm für Zeitreihen, einen Text für Zeitreihen
oder ein Histogramm enthalten. In Schritt 56 wird eine
Analyseart gewählt,
die normalerweise eine Grundart oder eine Abweichung ist. In Schritt 54 kann
auch ein Flatterspektrum gewählt
werden, um Frequenzkomponenten der Flatterparameter anzuzeigen.
Die Frequenzkomponenten der Flatterparameter lassen sich beispielsweise
durch Umformen eines Zeitbereichsignals ermitteln, das die Umformung
des Flatterparameters in ein Zeitbereichsignal darstellt.
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6 zeigt
beispielhafte Einzelheiten von Schritt 42 zum Festlegen
einer Schwelle. In Schritt 60 kann ein Benutzer die Art
des Eingangs entweder als differentiell oder als einseitig wählen. Wenn
eine differentielle Eingabe gewählt
wird, werden in Schritt 61 die Kanäle für die differentielle Messung
gewählt,
und in Schritt 62 wird die Polarität der Kanäle für jeden in Schritt 61 gewählten Kanal
gewählt.
Wenn in Schritt 61 eine einseitige Eingabe gewählt wird,
dann werden in Schritt 63 die Kanäle gewählt, die während der Messung aktiv sein
sollen. Bei einseitigen Messungen wird in Schritt 64 eine
Neigung für
jeden Kanal gewählt.
Nach Schritt 64 kann der Benutzer in Schritt 65 eine
spezielle Schwellenspannung festlegen oder kann in Schritt 66 eine
vorgegebene Spannung wählen
oder in Schritt 67 mehrere Spannungsanalysen wählen. Die
Schritte 65, 66 und 67 sind als Wahlschritte
gezeigt, da alternativ eine Vorgabe verwendet werden kann.
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Zu
den Spannungen, die gewählt
werden können,
gehören:
eine
standardmäßige Transistor-Transistor-Logikspannung
(TTL-Spannung);
eine TTL-Spannung von 3,3 Volt;
eine standardmäßige emittergekoppelte
Logikspannung (ECL-Spannung);
eine positive ECL-Spannung;
eine
verschobene ECL-Spannung; und
eine Erdungsspannung.
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Weiterhin
können
mehrere Spannungen gewählt
werden, damit jede Analyse an der gleichen Wellenform für jede Spannung
ausgeführt
wird. Bei einer Ausführungsform
betragen diese Spannungen 0,8 Volt, 1,5 Volt und 2,0 Volt. Infolge
dessen könnte
beispielsweise dann, wenn die gewählte Statistik für die Analyse
die Dauer der Wellenformen wäre,
die Periodendauer der Wellenform für eine Wellenform in einer
Verarbeitungsabfolge dreimal analysiert, je einmal für jeweils
0,8 Volt, 1,5 Volt und 2,0 Volt. Diese Fähigkeit ist von besonderem
Nutzen, um Schaltungen zu testen, wenn in den Anforderungen für die Schaltungen
Parameter festgelegt sind, die für
mehrere Spannungen zu überprüfen sind.
Durch das Merkmal der mehreren Spannungen wird die Überprüfung solcher
Schaltungen erleichtert, da nur eine einzige Messung notwendig ist.
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Wieder
in 3 kann bei den Schritten 32 und 34 zum
Erfassen von Daten und zum Wandeln der Daten in eine digitale Aufzeichnung
jedes herkömmliche
Verfahren angewandt werden. In 7 ist eine
weitere Einzelheit von Schritt 36 gezeigt, welcher die
digitale Aufzeichnung analysiert. 7 zeigt
Schritt 72 zum Empfangen der Aufzeichnung, welche eine
Liste von Spannungen ist, und Schritt 74 zum Bestimmen
der durchschnittlichen Abtastrate. Der Kehrwert der durchschnittlichen
Abtastrate ist der Zeitbetrag zwischen zwei benachbarten Abtastungen
innerhalb der Aufzeichnung. In Schritt 76 wird die Abtasterhöhungsrate
bestimmt, die ebenfalls von der Art des gewählten Filters abhängt. Die
Abtasterhöhungsrate
wird auch als Interpolationsverhältnis
bezeichnet. In Schritt 78 wird eine Zeitmarkierung für ein Ereignis
von Interesse innerhalb der Aufzeichnung bestimmt. Ein Beispiel
für ein
Ereignis von Interesse ist eine Spannung oder eine Überschreitung
des Stromschwellenwertes mit einer positiven Neigung. In diesem
Beispiel würde
die in Schritt 79 erzeugte Zeitmarkierungsliste eine Liste
von Zeitpunkten enthalten, wobei jeder Zeitpunkt die zugehörige Zeit
darstellt, zu welcher die Wellenform von Interesse die gewählte Spannungsschwellenwert
gekreuzt hat und dabei ansteigt, d.h. eine positive Neigung aufweist.
Die Zeitmarkierungsliste wird zum Anzeigen von Ergebnissen wie in
Schritt 38 gemäß 3 verwendet,
was im folgenden ausführlicher
erläutert
wird.
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8 zeigt
die innerhalb von Schritt 78 ausgeführten Schritte für den Fall,
in welchen ein linearer Interpolationsfilter für eine einseitige Messung gewählt wird.
In Schritt 82 wird der Vorgang derart gesteuert, daß er weitergeht,
bis alle Datenpunkte der Aufzeichnung analysiert sind. In Schritt 84 werden
die ersten und zweiten Datenpunkte analysiert, um festzustellen,
ob sie die gewählte
Schwelle mit der gewählten
Neigung umgeben. In diesem Zusammenhang ist die gewählte Neigung
von zwei Datenpunkten umgeben, wenn der eine der zwei Datenpunkte
eine Größe von mehr
als der gewählten
Schwelle aufweist und der andere der zwei Datenpunkte eine Größe von weniger
als der gewählten
Schwelle aufweist. Weiterhin ist dann, wenn die gewählte Neigung
positiv ist, der erste der zwei Datenpunkte normalerweise der Datenpunkt,
der eine Größe von weniger
als der gewählten
Schwelle aufweist. In ähnlicher
Weise ist dann, wenn die gewählte
Neigung negativ ist, der erste der zwei Datenpunkte normalerweise
der Datenpunkt, der eine Größe von mehr
als der gewählten Schwelle
aufweist. Wenn die zwei Datenpunkte die gewählte Rampe mit der gewählten Neigung
umgeben, wird in Schritt 86 die Neigung zwischen diesen
Punkten berechnet, welche den Unterschied zwischen den Punkten darstellt,
multipliziert mit der Abtastfrequenz, da der Zeitunterschied zwischen
zwei benachbarten Punkten die Abtastdauer oder der Kehrwert der
Abtastfrequenz ist. Dann wird in Schritt 88 die relative
Zeitmarkierung der Schwellenüberschreitung
als Unterschied zwischen der Schwelle und der Spannung des ersten Datenpunktes
ermittelt, geteilt durch den Unterschied zwischen den ersten zwei
Punkten und weiter geteilt durch die Frequenz der Eingangsabtastungen.
Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der erste Datenpunkt abgetastet wurde,
wird die zugehörige
Zeitmarkierung addiert, um eine tatsächliche Zeitmarkierung zu erzeugen.
Die Interpolation kann mit der folgenden Gleichung dargestellt werden,
in welcher VTH die Schwellenspannung ist, V1 die Spannung des ersten
Datenpunktes ist und FS die Abtastfrequenz ist:
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Wenn
der erste und der zweite Datenpunkt die gewählte Schwelle nicht umgeben,
dann wird Schritt 84 wiederholt, und es wird ein Datenpunktpaar
gesetzt, welches die Schwelle nicht umgibt. Die Schritte 86 und 88 werden
normalerweise für
je ein Datenpunktpaar ausgeführt,
das die Schwelle umgibt.
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Zur
Erklärung
dieser Schritte wird ein Beispiel gegeben. In dem Beispiel ist die
gewählte
Neigung positiv, und die gewählte
Schwelle beträgt
4 Volt. Der erste Datenpunkt beträgt 3,5 Volt und tritt zu der
Zeit = 10 Nanosekunden auf, und der zweite Datenpunkt beträgt 5 Volt
und tritt zu der Zeit = 10,5 Nanosekunden auf. Demgemäß würden der
erste Datenpunkt und der zweite Datenpunkt als die Schwelle mit
der gewählten
Neigung umgebend angesehen, da der Wert 4 überschritten wird, wenn eine
kontinuierliche Wellenform von 3,5 auf 5 ansteigt. Da die Abtastrate
2 GHz beträgt,
würde die
relative Zeitmarkierung mit (4 – 3,5)/((5 – 3,5) × 2) = 0,166
ermittelt. Die tatsächliche
Zeitmarkierung betrüge
0,166 Nanosekunden nach dem Zeitpunkt, zu welchem der erste Datenpunkt
abgetastet wurde. Deshalb beträgt
die tatsächliche
Zeitmarkierung 10,166 Nanosekunden.
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9 zeigt
die innerhalb von Schritt 78 ausgeführten Schritte für den Fall,
in welchem ein linearer Interpolationsfilter für eine differentielle Messung
gewählt
wird. In einem solchen Fall wird der Vorgang in Schritt 92 derart
gesteuert, daß jeder
Datenpunkt untersucht wird. Jeder Datenpunkt in einer differentiellen
Meßsituation
umfaßt
zwei Spannungen, je eine aus jedem Kanal. In Schritt 94 kann
eine Datenumkehrung zwischen beliebigen zwei benachbarten Punkten
erfaßt
werden. Die Datenumkehrung stellt einen Periodendauerausgangspunkt
in einem differentiellen Signal dar. Eine Datenumkehrung kann als
ein Punkt definiert werden, an welchem der Unterschied zwischen
zwei Signalen entweder vom Negativen zum Positiven oder vom Positiven zum
Negativen kreuzt. In einem differentiellen Signal können sich
die Signale in beiden Kanälen
verändern,
so daß das
Ereignis von Interesse gewöhnlich
der Punkt ist, an welchem sich die zwei Signale in jedem Kanal in der
Amplitude kreuzen. Alternativ kann das Ereignis von Interesse eine
relative Schwellenkreuzung zwischen zwei Signalen sein. Wenn eine
Datenumkehrung erfolgt ist, wird in Schritt 96 die relative
Zeitmarkierung durch lineares Interpolieren der Schnittstelle zweier
Linien, welche die Spannung der zwei Kanäle darstellen, und Dividieren
des Ergebnisses durch die Frequenz der Eingangsabtastungen ermittelt.
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Wenn
beispielsweise ein erster Datenpunkt den Kanal 1 mit 4 Volt und
den Kanal 2 mit 1 Volt definiert und ein zweiter Datenpunkt den
Kanal 1 mit 2 Volt und den Kanal 2 mit 3 Volt definiert, soll eine
Datenumkehrung mit negativer Neigung stattgefunden haben. In diesem
Beispiel wäre
die relative Zeitmarkierung gleich dem Zeitpunkt, zu welchem sich
die von den beiden Abtastungen von Kanal 1 definierte Linie mit
der von den beiden Abtastungen von Kanal 2 definierten Linie schneidet.
Wenn die zwei Linien mit der Formel y = mx + b dargestellt werden,
dann wird die erste Linie durch y = –2x + 6 dargestellt, und die
zweite Linie wird durch y = 2x – 1
dargestellt. Die Schnittstelle erhält man durch eine Lösung für x, wenn
die Werte für
y gleich sind. In diesem Fall ergibt das, wenn der erste Datenpunkt
bei 1 Nanosekunde aufträte
und der zweite Datenpunkt bei 2 Nanosekunden aufträte, die
relative Zeitmarkierung von 0,75 Nanosekunden und eine tatsächliche
Zeitmarkierung von 1,75 Nanosekunden.
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10 zeigt
die innerhalb von Schritt 78 ausgeführten Schritte für den Fall,
in welchem ein hybridartiger Interpolationsfilter oder ein zeitoptimaler
Filter gewählt
wird. Der hybridartige Interpolationsfilter ist sehr geeignet, da
er die Genauigkeit einer sin(x)/x-Interpolation mit der Geschwindigkeit
bzw. Rate eines linearen Filters kombiniert. Der hybridartige Interpolationsfilter
erhöht
die Abtastrate bei der Frequenz, mit welcher die Wellenform abgetastet
wurde, um zusätzliche
Datenpunkte zu erzeugen. Dann werden die zusätzlichen Datenpunkte als die
tatsächlichen
Datenpunkte behandelt, wie sie in dem oben beschriebenen linearen
Interpolationsfilter behandelt wurden. Alternativ können mehrere
Erhöhungen
der Abtastrate rekursiv vorgenommen werden, um die zusätzlichen
Abtastungen zu erzeugen.
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Im
allgemeinen kann ein digitaler Filter zum Erzeugen von zusätzlichen
Datenpunkten verwendet werden, indem zusätzliche Nullabtastungen zwischen
die tatsächlichen
Zeitabtastungen eingefügt
werden. Wenn Abtastungen durch einen Tiefpaßfilter geführt und mit der höheren Rate
(der entstandenen Rate, wenn die eingefügten Nullabtastungen einbezogen
werden) abgetastet werden, erbringt der Filter zusätzliche
Abtastungen an den Punkten, an denen die Nullabtastungen eingegeben
wurden.
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Konzeptionell
werden durch Einfügen
von Nullabtastungen zusätzliche
Komponenten in den Frequenzbereich eingebracht. Deshalb besitzt
die Reihe, in der die Nullwerte vorhanden sind, mehrere Spektraldichten,
jede mit einer halben Breite der Anfangsdichte, wobei angenommen
wird, daß zwischen
je zwei tatsächlichen
Eingabepunkten nur eine Null eingefügt wurde. Der Tiefpaßfilter
beseitigt die zusätzlichen
Spektraldichten, so daß nur
eine von den Spektraldichten verbleibt und eine umgekehrte diskrete
Transformation an lediglich der unteren der zwei Spektraldichten
vorgenommen werden kann. Auf diese Weise würde, wenn 8 tatsächliche
Zeitabtastungen mit 8 Nullabtastungen an einen 16 Punkte aufweisenden
Filter angelegt würden, das
Ergebnis 16 Datenpunkte in dem Zeitbereich betragen. Wenn 4 tatsächliche
Zeitabtastungen mit 12 Nullabtastungen bereitgestellt würden, betrüge das Ergebnis
ebenfalls 16 Punkte in dem Zeitbereich. Diese 16 Punkte werden als
genauere Darstellung einer Wellenform betrachtet. Demgemäß ist die
zwischen diesen 16 Punkten ausgeführte lineare Interpolation
genauer als eine zwischen den ursprünglichen 8 Punkten ausgeführte lineare
Interpolation.
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Da
die Einheits-Reaktion in dem Zeitbereich eines Tiefpaßfilters
eine Wellenform mit den allgemeinen Merkmalen einer Gleichung y
= sin(x)/x ist, nennt man dieses Verfahren zur Erhöhung der
Abtastrate sin(x)/x-Interpolation. Es gibt jedoch viele verschiedene
Tiefpaßfilter
und mehrere verschiedene Methoden zum Ausführen von jedem derselben. Deshalb
wird diese Ausführungsform
auf Grund der Merkmale der ausgewählten Filter sowie durch die
Ausführung
unter weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sehr vorteilhaft gegenüber den
zur Zeit zur Verfügung
stehenden.
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Eine
Ausführungsform
umfaßt
einen Hybridfilter mit 5 Punkten, der 500 Filterkoeffizienten enthält, die ein
sin(x)/x-Diagramm kennzeichnen. Bei dem Hybridfilter mit 5 Punkten
können
zwecks effektiver Erhöhung der
Abtastrate von 5 vier Nullen zwischen je zwei benachbarten Eingangsabtastungen
in einer Eingangsreihe eingefügt
werden.
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Eine
Ausführungsform
des Hybridfilters mit 25 Punkten enthält 2500 Filterkoeffizienten,
die ein sin(x)/x-Diagramm kennzeichnen. Bei dem Filter mit 25 Punkten
können
zwecks effektiver Erhöhung
der Abtastrate von 25 vierundzwanzig Nullen zwischen je zwei benachbarten
Eingangsabtastungen in einer Eingangsreihe eingefügt werden.
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Eine
Ausführungsform
des zeitoptimalen Filters enthält
25 000 Filterkoeffizienten. Bei dieser Ausführungsform werden zweihundertneunundvierzig
Nullen zwischen jede Eingangsspannung in der Eingangsreihe eingefügt. Zwar
könnte
der Filter mit 25 000 Punkten mit einer Faltungsmaschine mit einem
Schieberegister mit 25 000 Elementen, 25 000 Vervielfachern und
einem Addierer für
25 000 Eingaben darin ausgeführt
werden, jedoch würden
die Vervielfacher nicht für
die Nullwerte benötigt,
da die Nullwerte bei Multiplizierung mit einem Koeffizienten immer
noch Null ergeben würden.
Demgemäß tragen
die Nullwerte nichts zu der Summe bei, die den Ausgang des Filters
darstellt. Deshalb ist es normalerweise wirksamer, die Nullen effektiv
durch selektives Auswählen
von Koeffizienten einzufügen,
die beispielsweise in einer Koeffizientenmatrix gespeichert sind.
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Bei
einer Ausführungsform
werden 100 Berechnungen während
des Faltungsschritts für
den Filter verwendet, um einen neuen Punkt für jeden von dem Hybrid mit
5 Punkten, dem Hybrid mit 25 Punkten und den zeitoptimalen Filter
zu interpolieren. Bei dieser Ausführungsform weist der Hybridfilter
mit 5 Punkten 500 Koeffizienten auf und wird um einen Faktor fünf in der
Abtastrate erhöht,
der Hybridfilter mit 55 Punkten weist 2500 Koeffizienten auf und
wird um einen Faktor 25 in der Abtastrate erhöht, und
der zeitoptimale Filter weist 25 000 Punkte auf und wird um einen
Faktor 250 in der Abtastrate erhöht.
Da die Berechnungen normalerweise nur an den nicht Null betragenden
Datenpunkten ausgeführt
werden, sind für
jeden Filter in diesem Fall nur 100 Berechnungen notwendig.
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Die
Filterkoeffizienten können
von der Abtastrate abhängig
sein. Da ein Benutzer normalerweise eine Abtastrate wählen wird,
die hoch genug zur Einhaltung der Nyquist-Grenzwerte ist, kann die
gewählte
Abtastrate oft mit der Primärfrequenz
der Wellenform von Interesse korreliert werden. Alternativ könnte ein
Benutzer einzelne gewünschte
Koeffizienten wählen
oder aus Filtern auswählen,
die für
jede Wellenform optimiert sind. Die Filter, die in Ausführungsformen
der Erfindung wirken, sind in Bezug auf die ansteigenden und abfallenden
Flanken der Wellenform optimiert, da das die Bereiche von Interesse
sind, welche im wesentlichen zeitabstandsbezogene Parameter definieren.
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10A zeigt eine grafische Darstellung der Filterkoeffizienten
bei einer Ausführungsform,
die einen Filter mit 25 000 Punkten enthält. Bei dieser Ausführungsform
wird der Filter mit 25 000 Punkten erzeugt, indem bei einem Filter
mit 500 Punkten die Abtastrate mit sich selbst um einen Faktor von
fünf erhöht wird,
um einen Filter mit 2500 Punkten zu erzeugen. Dann wird bei dem
Filter mit 2500 Punkten die Abtastrate um einen Faktor von zehn
mittels eines Filters von 1000 Punkten erhöht, um den Filter mit 2500
Punkten zu erzeugen.
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Der
Filter mit 500 Punkten weist ein Paßband mit dem 0,25-fachen der
Abtastfrequenz der Eingangswellenform auf. Die Abtastfrequenz ist
der Kehrwert des Intervalls zwischen je zwei diskreten Abtastungen
in der Reihe von Abtastungen. Das Stoppband des Filters mit 500
Punkten wird um 0,35 mit der Abtastfrequenz multipliziert. Demgemäß weist
der Filter mit 500 Punkten ein Übergangsband
von 0,1 auf, multipliziert mit der Abtastfrequenz.
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Der
Filter mit 1000 Punkten weist ein Paßband, das um 0,25 mit der
Abtastfrequenz multipliziert ist, und ein bei 0,40 beginnendes Stoppband
auf, das mit der Abtastfrequenz multipliziert ist, und umfaßt ein Übergangsband
von 0,15, multipliziert mit der Abtastfrequenz.
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Sowohl
der Filter mit 500 Punkten als auch der Filter mit 1000 Punkten
weisen einen Paßbandbrummfaktor
von weniger als 0,1 dB auf, und das Stoppband befindet sich 60 dB
unterhalb des Paßbands.
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Demgemäß wird in
Schritt 100 die Anzahl der Filterpunkte bestimmt, und in
Schritt 101 beginnt sich die Eingangsreihe von Spannungen
zu falten, um einen Startpunkt zu erzeugen. Der Startpunkt stellt
den ersten Ausgang des Filters dar. Die Eingangsreihe umfaßt Nullwerte,
die in der oben beschriebenen Weise eingefügt sind. In Schritt 102 wird
der Vorgang derart gesteuert, daß die geeigneten Datenpunkte
durch Inkrementieren jedes Punktes zur Ermittlung eines nächsten Punktes
analysiert werden, bis eine ausreichende Anzahl von Punkten gefaltet
ist. Die Faltung erfolgt in Schritt 103 zum Erzeugen des
nächsten
Punktes, und in Schritt 104 wird festgestellt, ob die gefilterten
Punkte, die durch die Faltung entstanden sind, die Schwelle umgeben. Wenn
ja, dann erfolgt in Schritt 105 eine binäre Suche,
um festzustellen, welche interpolierten Punkte die Schwelle umgeben,
so daß dann
eine lineare Interpolation zwischen zwei benachbarten, interpolierten
Punkten vorgenommen werden kann, um die Überschreitung der Schwelle
zu ermitteln. Natürlich
kann einer von den Punkten, welche die Schwelle umgeben, auch eine
Originalabtastung sein. In Schritt 106 wird die Neigung der
Punkte berechnet, welche die Schwelle umgeben. In Schritt 107 wird
aus der Schwelle, dem interpolierten Punkt vor der Schwelle und
der Neigung die Zeitmarkierung errechnet. Diese Schritte können wiederholt
werden, um jede Zeitmarkierung zu bestimmen, zu welcher die Spannung
mit der gewählten
Neigung gekreuzt wird.
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11 zeigt
den Faltungsvorgang für
ein gegebenes Datenfeld von Werten, die an dem Element positioniert
sind, das "Punkt" genannt wird. Der
Beginn wurde in Schritt 100 gemäß 10 als
Ausgangspunkt in dem Datenfeld berechnet und kann gleich der halben
Anzahl der Filterkoeffizienten sein. In Schritt 112 wird der
Vorgang derart gesteuert, daß er
sich einmal pro jedem der Filterkoeffizienten wiederholt. In Schritt 114 wird
jeder nicht Null betragende Datenpunkt mit einem entsprechenden
Filterkoeffizienten multipliziert, und die entstandenen Produkte
werden summiert. Diese Ergebnisse werden in Schritt 116 durch
Multiplikation mit einem Normierungsfaktor normiert, um einen gefalteten
Wert zu erzeugen. In diesem Fall besitzt der Normierungsfaktor einen
Wert von 250.
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Die 12–16 stellen
Abtastungsanzeigen dar, die aus den Schritt 38 "Anzeige von Ergebnissen" gemäß 3 erzeugt
werden können,
der auf den Schritt 54 "Auswahl
Präsentationsformat" gemäß 5 ansprechfähig ist.
Jeder dieser Bildschirme kann statistische Analysedaten enthalten,
beispielsweise Minimumwert, Maximumwert, Mittelwert, Standardabweichung,
größte negative
Phasenverschiebung, größte positive Phasenverschiebung
und Populationsgröße. Diese
Statistiken beruhen auf dem gewählten
Ereignis von Interesse, beispielsweise der Breite, Dauer, Frequenz
oder Verzögerung
von Impulsen. Die größte negative
Phasenverschiebung bezieht sich auf den größten Betrag, um den das Ereignis
von Interesse zwischen benachbarten Zyklen bei einer speziellen
Wellenform abnahm. Wenn beispielsweise das gewählte Ereignis von Interesse
die Impulsbreite ist, wird die Impulsbreite jedes Zyklus analysiert
und mit der Impulsbreite des vorhergehenden Zyklus verglichen. Der
größte negative
Unterschied zwischen beliebigen benachbarten Zyklen innerhalb der
Aufzeichnung, welche die Wellenform darstellt, ist die größte negative
Neigungsverschiebung, während
der größte positive
Unterschied die größte positive
Neigungsverschiebung ist.
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12 zeigt
benachbartes Zyklusflattern. Dieser Bildschirm enthält sämtliche
Zeitgabeinformationen für
jeden Zyklus einer Wellenformaufzeichnung einschließlich von
Informationen über
die Reihenfolge des Eintreffens. Abhängig von der Wellenformwiederholungsrate
befinden sich Zehntausende von aufeinanderfolgenden Zyklen in einer
einzigen Aufzeichnung und stehen daher zur Anzeige zur Verfügung. Diese
zyklenweise Anzeige ist von Nutzen, wenn ermittelt wird, ob eine
Periodizität
bei der unbeabsichtigten Phasenmodulation der Wellenform vorhanden
ist, sowie das zeitliche Verhalten dieser Modulationen ermittelt
wird. In 12 ist beispielsweise die x-Achse
die Anzahl der Zyklen, während
die y-Achse die Zeit in Nanosekunden für die Dauer jedes Zyklus ist.
Des weiteren kann die in 12 gezeigte
Anzeige gegenüber
einem sich bewegenden Fensterdurchschnitt modifiziert werden, wie
im folgenden in Bezug auf 15B erläutert ist.
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13 stellt
ein Histogramm dar, das aus den Zeitmarkierungsdaten erzeugt werden
kann. 13 zeigt die gleichen Daten
wie 12, jedoch geordnet, um das relative Auftreten
verschiedener Flatterwerte zu zeigen. Zwar bewahrt das Histogramm
keine Informationen über
die Abfolge der Änderungen
in der Dauer auf, jedoch ist es sehr nützlich zum Bestimmen der Gesamtverteilung
des Flatterverschiebung.
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14 zeigt
eine Zeitreihenansicht im Textformat. Dadurch lassen ich die den
einzelnen Ereignissen von Interesse zugeordneten Werte betrachten.
Weiterhin können
die Textdaten zwecks Verwendung in den Analyseprogrammen, Diagnoseprogrammen
oder zur Analyse von Kalkulationsprogrammen in eine Textdatei oder
andere Computerdateien eingefügt
werden. Neben der Textdatenausgabe, welche die Zeitmarkierungsdaten
enthält,
können
zusätzliche
Textdatenausgaben erzeugt werden, welche die Ergebnisse enthalten,
die auf einem der Bildschirme angezeigt werden. Beispielsweise kann
die Textdatei Minimum-, Maximum- und Durchschnittswerte für die Parameter
von Interesse enthalten.
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15 zeigt
eine Anzeige für
die Abweichungsansicht, die in Schritt 56 gemäß 5 gewählt werden kann.
Die Abweichungsansicht stellt eine Größe für die Änderung zwischen benachbarten
Zyklen für
das Ereignis von Interesse dar. Beispielsweise stellt die Grafik
in der in 15 gezeigten Ansicht einen Unterschied des
Flatterns zwischen benachbarten Zyklen dar. Deshalb kann die Abweichungsansicht
als erste Ableitung der Grundansicht gemäß 12 betrachtet
werden.
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15A zeigt eine Ansicht eines Flatterspektrums.
In der Ansicht des Flatterspektrums ist das Flattern des Ereignisses
von Interesse in dem Frequenzbereich aufgezeichnet. Auf diese Weise
können
die Ursachen des Flatterns diagnostiziert werden. Beispielsweise
können
Frequenznuancen, welche eine verhältnismäßig niedrige Frequenz im Vergleich
zu dem Signal von Interesse sind, an einer normalen Anzeige schwer wahrzunehmen
sein. Wenn jedoch das Flatterspektrum ermittelt und angezeigt wird,
kann es klare Spitzen zeigen. In dem in 15A gezeigten
Beispiel liegt eine sehr markante Spitze bei 33 MHz vor, die anzeigen
kann, daß ein
Taktimpuls von 33 MHz zumindest eine Komponente des Flatterns verursacht.
Alternativ kann eine Spitze mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, beispielsweise
von 30 KHz, eine Schaltfrequenz zur Stromversorgung anzeigen.
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15B zeigt eine Alternative zum Diagnostizieren
eines Flatterns. In 15B wurde ein sich bewegender
Durchschnittswert gewählt,
so daß die
Anzeige einen zehn Zyklen umfassenden Durchschnittswert der Periodendauer
und nicht die tatsächlichen
Werte der Perioden anzeigt. Das kann man auch Schiebefenstermittlung
nennen. Auf diese Weise wird eine Hochfrequenzmodulation für die Anzeige
wirksam gefiltert, und ein Benutzer kann eine eindeutig abnehmende
Tendenz in der Periodendauer betrachten. Natürlich kann diese Ansicht für andere
Parameter als die Periodendauer verwendet werden, und zur Ermittlung
der Anzahl der Zyklen pro Durchschnittswert kann jede ganze Zahl
verwendet werden.
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In 16 sind
Skalierungs- und Verschiebungsmerkmale der Anzeigen beispielhaft
dargestellt. Mit diesen Merkmalen kann ein Benutzer beispielsweise
bei einer minimalen oder maximalen Periodendauer die größte positive
oder negative Flatterverschiebung zoomartig einstellen oder die
allgemeinen Zeitgabeeigenschaften eines Bereichs von Interesse in
der Gesamtaufzeichnung untersuchen. In dieser Anzeige können statistische
Daten sowohl für
die gesamte Aufzeichnung als auch für den skalierten Bereich getrennt
berechnet werden. Auf diese Weise kann ein Benutzer die statistischen
Daten nur von den skalierten Bereichen betrachten, so daß sie mit
den statistischen Daten der gesamten Aufzeichnung verglichen werden
können.
Das kann beispielsweise dann sehr nutzvoll sein, wenn ein Benutzer
in einem speziellen Bereich skalieren würde, weil der Bereich einen
Maximalwert enthielt. Durch Betrachten der statistischen Daten des
skalierten Bereichs kann der Benutzer ermitteln können, daß andere
statistische Parameter innerhalb des skalierten Bereichs korrelieren,
und kann mithin zu diagnostischen Schlußfolgerungen kommen. An allen
Anzeigen sind Anzeigemarken vorhanden, um einen Benutzer bei der
Analyse zu unterstützen.
Wenn der Benutzer entweder das in 16 gezeigte
Skalierungsmerkmal oder die in 14 gezeigte
Textausgabe nutzt, kann er benachbarte Zyklusparameter tatsächlich zwecks
Analyse betrachten.
-
16A zeigt eine Anzeige, welche für zwischen
den Anzeigen angefertigte Statistiken verwendet wird. In 16A werden in der in Zusammenhang mit 3A erläuterten
Weise die Ergebnisse von mehreren einzelnen Erfassungen 168 angezeigt.
Des weiteren enthält
die Anzeige eine Zusammenfassung 169, die Statistiken der
Statistiken enthält.
Beispielsweise kann in der Anzeige die Standardabweichung der Standardabweichung über mehrere
Aufzeichnungen errechnet werden, damit ein Benutzer weiteren Einblick
in die Wellenform oder die Wellenformen von Interesse gewinnen kann.
-
17 zeigt
eine Anzeige zum Ausführen
der dem Schritt 30 gemäß 3 zugeordneten
Schritte zum Aufbau eines Analysesystems. 17 zeigt
Taster, die als Hardware-Schalter oder als wählbare Menus in einem Anzeigefenster
in einem mit Maus betätigten
System, beispielsweise einer auf Fenstern basierenden Software-Umgebung, ausgeführt werden
können.
Der Taster 171 wird zum Aktivieren einer Anzeige zum Auswählen einer
Messung verwendet, die in 18 gezeigt
ist. Der Taster 172 wird zum Aktivieren einer Anzeige zum
Festlegen einer Schwelle verwendet, die in 19 gezeigt
ist. Die Taster 173 dienen zum Auswählen unter einer Anzahl von
Interpolationsfiltern. Zu den Wahlmöglichkeiten, die nominell zur
Verfügung
stehen, zählen ein
linearer Filter, ein Filter mit 5 Hybriden, ein Filter mit 25 Hybriden
und ein zeitoptimaler Filter entsprechend der obigen Erläuterung.
Die Taster 174 dienen für
Funktionen wie das manuelle Initiieren der Messung, das Initiieren
der sich wiederholenden Messung, das Stoppen des Meßsystems
und das Erzeugen von Ausgängen und
das Ausführen
weiterer administrativer Funktionen. Durch diese Taster kann beispielsweise
ein Oszilloskop gesteuert werden, so daß es beim Erfüllen einer
Schwellenbedingung eine Anzahl von Punkten erfaßt, und das System nimmt die
gewählte
Analyse an dieser Anzahl von Punkten vor und zeigt die fertige Analyse
an. Alternativ kann das Oszilloskop einen kontinuierlichen Strom
von Datenpunkten erfassen, und dann kann das System die gewählte Analyse
kontinuierlich ausführen
und die Anzeige, beispielsweise das Histogramm, kontinuierlich aktualisieren.
-
18 zeigt
eine Anzeige zum Wählen
von Meßoptionen,
wie im Hinblick auf 5 beschrieben wurde. 19 zeigt
eine Anzeige zum Festlegen einer Schwelle, wie im Hinblick auf 6 beschrieben
wurde.
-
22 stellt
eine Ausführungsform
dar, in welcher Interimdateien zum Erzeugen der Ausgänge verwendet
werden, und stellt auch eine Ausführungsform der Vorrichtung
dar. Beispielsweise wurde die Eingangsdatei 220 als Ergebnis
von Befehlen aus der Meßsteuereinheit 221 aus
dem Meßsystem 4 erzeugt.
Der Zeitmarkierungsinterpolator 223 interpoliert die Abfolge
von Spannungen innerhalb der Eingangsdatei 220 zwecks Erzeugens
einer Zeitmarkierungsliste 222. Die Zeitmarkierungsliste
kann von dem Ergebnisanalysator 224 verwendet werden, um
die Anzeigefenster 225 oder Ausgangsdateien 226, 227 anzulegen.
Die Ausgangsdatei 226 kann die Textversionen für die Ergebnisse
der Analyse enthalten. Die Ausgangsdatei 227 kann beispielsweise
eine Grafikdatei sein, die zum Neugenerieren der Anzeigen verwendet
werden kann. Bei einer Ausführungsform,
bei welcher ein Computer auf Pentium-Basis mit einer WINDOWS-Betriebssystem-Umgebung
verwendet wird, ist die Ausgangsdatei 227 eine Bitmap-Datei,
die mit einer Zwischenablage-Funktion der Betriebssystem-Umgebung angelegt
wurde. Es kann jedoch jedes Verfahren zum Anlegen einer Ausgangsdatei verwendet
werden. Demgemäß kann die
Ausgangsdatei 227 angezeigt oder zwecks weiterer Analyse
in andere Dateien eingegeben werden. Beispielsweise deutet in dem
Betriebssystem DOS eine Erweiterung .TXT in einem Dateinamen auf eine
Datei hin, die einem Textstandard angehört, und eine Erweiterung .TIF
in einem Dateinamen deutet auf eine Datei hin, die einem Grafikstandard
angehört.
In einer Umgebung, in der das Betriebssystem DOS verwendet wird,
kann die Ausgangsdatei 226 eine .TXT-Datei sein, während die
Ausgangsdatei 227 eine .TIF-Datei ist. Der Zeitmarkierungsinterpolator 223 sowie
der Ergebnisanalysator 224 können als Schaltkreise, als
in dem Speicher eines Universalcomputers befindliche Software oder
als Kombination von Schaltkreisen und Software ausgeführt sein. 22 zeigt
auch örtlich
synthetisierte Daten 228, die in der in Bezug auf 3A erläuterten
Weise zur Validierung der Anwendbarkeit der gewählten Parameter verwendet werden.
-
23 zeigt
ein Blockschaltbild einer Meßsteuereinheit 221.
Dieses Blockschaltbild kann zwar in Software ausgeführt werden,
ist jedoch beispielhaft für
die Ausführung
einer Hardware. Die Meßsteuereinheit 221 kann
eine Meßwähl-/Steuereinheit 231 umfassen,
die für
eine Gesamtsteuerung sorgt. Des weiteren speichert die Meßwähl-/Steuereinheit 231 die
Spezifik der gewählten
Messungen, beispielsweise eine Schwellenspannung. Die Meßsteuereinheit 221 empfängt Eingabebefehle über eine
Benutzeroberfläche/externe
Schnittstelle 232. Mit einer Meßsteuerschnittstelle 233 wird
für die
Steuerung des Meßsystems 4 über eine
Datenschnittstelle 235 gesorgt. Ebenfalls über die
Datenschnittstelle 235 werden die Ursprungsdaten von dem
Meßsystem 4 empfangen.
Diese Ursprungsdaten können
jede Form aufweisen. Eine Meßdatenschnittstelle 234 liefert
die Ursprungsdaten zu einem Datenwandler 237, der wiederum über einen
Ausgang 236 die Eingangsdatei 220 bereitstellt.
-
24 zeigt
ein Blockschaltbild eines Zeitmarkierungsinterpolators 223.
Der Zeitmarkierungsinterpolator 223 umfaßt einen
Filterwähler 241 und
eine Ereignisverarbeitungs-Steuereinheit 242. Der Filterwähler 241 wählt unter
Filtern zum Interpolieren aus, beispielsweise einem zeitoptimalen
Filter 244, einem Filter 245 mit 25 Hybriden,
einem Filter 246 mit 5 Hybriden und einem linearen Filter 247.
In dem Zeitmarkierungsinterpolator können auch zusätzliche
Filter ausgeführt
sein. Die Ereignisverarbeitungs-Steuereinheit 242 empfängt Daten
von der Eingangsdatei 220 und steuert den geeigneten Filter
oder die Kombination von Filtern zum Verarbeiten der Daten gemäß dem Ereignis
von Interesse. Wenn beispielsweise das Ereignis von Interesse eine Schwelle
ist, dann steuert die Ereignisverarbeitungs-Steuereinheit den geeigneten
Filter zwecks Interpolierung gegenüber der Schwelle. Ein Zeitmarkierungsgenerator 248 empfängt Ausgänge aus
den Filtern und erzeugt die Zeitmarkierungsliste 222 aus
dem Ausgang 249.
-
25 zeigt
ein Blockschaltbild für
einen Ergebnisanalysator 224. Die Zeitmarkierungsliste 222 wird über den
Eingang 252 durch einen Ereignisprozessor 251 empfangen.
Der Ereignisprozessor 251 analysiert die Zeitmarkierungsliste
gemäß Daten,
die von der Benutzeroberfläche 254 empfangen
werden, welche Befehle bezüglich
der Wahl der Anzeige usw. von einem Benutzer oder einer externen
Schnittstelle empfängt.
Ein Statistikprozessor 253 liefert statistische Daten wie
die mittlere, die standardmäßige Abweichung
usw. Eine Anzeige-/Ausgangs-Steuereinheit 255 steuert eine
Anzeige über
einen ersten Ausgang 256 und kann über einen zweiten Ausgang 257 Ausgangsdateien 226, 227 bereitstellen.
-
Tabelle
1 zeigt ein Beispiel für
eine aus einer Textansicht erzeugte Datei. Die Erfassungsdaten umfassen
solche Informationen wie Schwelle, ausgewählten Filter und statistische
Daten, die von Zeitmarkierungen für einzelne Ergebnisse gefolgt
werden.
-
TABELLE 1
-
Erfassungsdaten
-
- Schwellwert 1,0
- Oszilloskopauflösung
250 ps
- Filter LIN
- Messart der Impulsbreite – Grundart
- Neigung negativ
- Anzahl der Zyklen 894
- Minimalwert 4,17 ns
- Maximalwert 51,993 ns
- Mittelwert 14,871 ns
- Standardabweichung 12,71 ns
- Größte positive
Verschiebung 44,433 ns
- Lagestelle 886
- Größte negative
Verschiebung 44,792 ns
- Lagestelle 887
| Zeitmarkierung | Ergebnis |
| 0 | |
| 1777155075e-008 | 5.018e-009 |
| 3.776980428e-008 | 1.1553e-008 |
| 6.184929037e-008 | 3.5535e-008 |
| 1.023602928e-007 | 1.0262e-008 |
| 1.192196405e-007 | 4.427e-009 |
| 1.370735534e-007 | 7.52e-009 |
| 1.593523688e-007 | 5.1953e-008 |
| 2.208885971e-007 | 7.161e-009 |
| 2.380314614e-007 | 4.592e-009 |
| 2.574774215e-007 | 1.0683e-008 |
| 2.813039791e-007 | 3.5321e-008 |
| 3.227623283e-007 | 1.1113e-008 |
| 3.395404002e-007 | 4.788e-009 |
| 3.571734497e-007 | 6.811e-009 |
| 3.789129594e-007 | 1.478e-008 |
| 4.040659724e-007 | 3.603e-008 |
| 4.412413692e-007 | 7.89e-009 |
| 4.0583096699e-007 | 4.304e-009 |
| 4.772528012e-007 | 9.848e-009 |
-
Tabelle
2 zeigt ein Beispiel für
eine aus einer Ansicht einer linearen Grafik erzeugte Datei und
enthält Erfassungsdaten ähnlich den
in Tabelle 1 gezeigten sowie Fensterdaten, welche die Daten beschreiben,
die dem Anzeigefenster entsprechen, sowie die der linearen Grafik
entsprechenden Ergebnisse.
-
TABELLE 2
-
Erfassungsdaten
-
- Schwellwert 1,0
- Oszilloskopauflösung
250 ps
- Filter LIN
- Meßart
des Zyklus – Basic
- Neigung negativ
- Anzahl der Zyklen 895
- Minimalwert 15,925 ns
- Maximalwert 61,934 ns
- Mittelwert 25,003 ns
- Standardabweichung 10,944 ns
- Größte positive
Verschiebung 44,83 ns
- Größte negative
Verschiebung 39,919 ns
- Eingabe Fenster
- Anzahl der Zyklen 895
- Minimalwert 15,925 ns
- Maximalwert 61,934 ns
- Größte positive
Verschiebung 44,83 ns
- Größte negative
Verschiebung 39,919 ns
-
Ergebnis
-
- 2.1454e-008
- 1.7545e-008
- 1.6729e-008
- 4.1932e-008
- 2.3689e-008
- 1.9186e-008
- 1.7104e-008
- 6.1934e-008
- 2.2015e-008
- 1.7736e-008
- 1.682e-008
- 4.0986e-008
- 2.3958e-008
- 1.9717e-008
- 1.7184e-008
-
Tabelle
3 zeigt ein Beispiel für
eine aus einer Ansicht eines Histogramms erzeugte Datei. Wie zu
sehen ist, enthält
Tabelle 3 auch Erfassungsdaten, beispielsweise die gewählte Schwelle,
den gewählten
Interpolationsfilter und statistische Daten. Tabelle 3 enthält des weiteren
auch tatsächliche
Ergebnisdaten in einem Listenformat, welches einer Histogrammanzeige
entspricht.
-
TABELLE 3
-
Erfassungsdaten
-
- Schwellwert 1,0
- Bereichsauflösung
250 ps
- Filter LIN
- Meßart
der Frequenz – Basic
- Neigung negativ
- Anzahl der Zyklen 895
- Minimalwert 16,146 MHz
- Maximalwert 62,794 MHz
- Mittelwert 45,706 MHz
- Standardabweichung 13,727 MHzN
- Spitze zu Spitze 46,648 MHz
| Startzeile | Anzahl
der Zyklen |
| 20.00259393 | 0. |
| 20.51572411 | 0. |
| 21.02885439 | 0. |
| 21.54198457 | 0. |
| 22.05511475 | 22. |
| 22.56824493 | 22. |
| 23.08137321 | 22. |
| 23.5935034 | 23. |
| 24.10763168 | 23. |
| 24.62076187 | 22. |
| 25.13389206 | 22. |
| 25.64702034 | 0. |
| 26.16015053 | 22. |
-
Tabelle
4 zeigt ein Beispiel für
eine Datei, die eine Eingabe in die Meßsteuereinheit 221 darstellt.
Die Datei enthält
eine Kopfzeile mit von einem Benutzer eingegebenen deskriptiven
Informationen, Schwelleninformationen, Bereichsanfangsinformationen
und einer Liste von Ursprungsdatenpunkten. Die Liste der Ursprungsdatenpunkte
in diesem Beispiel entspricht einem Bildschirmpositionswert eines
digitalen Oszilloskops.
-
Damit
eine Eingangsdatei 220 angelegt wird, die eine Reihe von
diskreten Spannungen enthält,
kann der Bildschirmpositionswert in eine entsprechende diskrete
Spannung umgewandelt werden.
-
TABELLE 4
-
Vorspann
-
- 0.
- 0.
- 89599.
- 0.
- 2.5e-010
- 0.
- 0.
- 0.
- 0.
- 0.
-
Länge
-
-
Daten
-
- 0.
- 0.4629789588
- 0.9235251591
- 1.379220757
- 1.827677644
- 2.266552091
- 2.693559109
- 3.106486455
- 3.503208186
- 3.881697684
- 4.240040066
- 4.576443905
- 4.889252195
- 5.17695248
- 5.438186094
- 5.671756462
- 5.876636386
- 6.051974303
- 6.197099446
- 6.311952904
- 6.39495553
- 6.447279703
- 6.468579914
- 6.459127182
- 6.419380304
-
Ebenfalls
in der in Tabelle 4 gezeigten Datei enthalten sein können die
Abtastfrequenz und die Startzeit, so daß die relative und die tatsächliche
Zeit jeder entsprechenden diskreten Spannung erzeugt werden kann.
-
Gemäß der Erfindung
kann eine genaue Zeitmarkierungsliste erzeugt werden, welche dem
Auftreten eines Ereignisses von Interesse in Wellenform entspricht.
Durch Erzeugen der Zeitmarkierungsliste durch lineare Interpolation
oder durch eine Kombination der Erhöhung der Abtastfrequenz und
der linearen Interpolation läßt sich
der Auslöseinterpolationsfehler
bei der Zeitintervallmessung sehr stark vermindern. Weiterhin können Informationen
bezüglich
benachbarter Zyklen einer Wellenform von Interesse genau interpretiert
werden. Ebenso können
relative Nullkreuzungen zwischen zwei differentiellen Signalen ermittelt
werden.
-
Es
sind mehrere Umsetzungen der Erfindung vorstellbar, darunter auch
eine, bei welcher die Erfindung einen Personalcomputer umfaßt, der
mit einem Oszilloskop verbunden ist. Weitere Ausführungen
enthalten eine Softwarestruktur, die sich in einem Universalcomputer
befindet, einen selbständigen
Personalcomputer, der Computerdateien aufnimmt und eine Offline-Analyse
bereitstellt, oder Spezial-Hardware,
die der Ausführung
der beschriebenen Funktionen gewidmet ist.
-
Es
wurden mithin zwar mehrere spezielle Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, jedoch werden für
den Fachmann ohne weiteres verschiedene Änderungen, Modifizierungen
und Verbesserungen erkennbar. Beispielsweise kann bei der Erfindung
ein anderer Universalcomputer als ein offenbarter genutzt werden,
und sie kann mit anderen Meßsystemen
ausgeführt
werden. Des weiteren können
weitere Verbesserungen an den offenbarten Filtern vorgenommen werden,
um für
genauere Darstellungen der Wellenform zu sorgen, oder um gewünschte Ergebnissen
in kürzerer
Zeit oder mit weniger Berechnungseinrichtungen zu erzielen. Auch
betreffen die Ausführungsformen
der oben erläuterten
Erfindung elektrische Spannungsmessungen. Die Erfindung ist auch
auf Strommessungen und andere Arten von Signalwellenformen anwendbar.
Demgemäß ist die
vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft und soll nicht einschränkend sein.