一种基于数字补偿的精度调节方法及数字示波器论文和设计-周旭鑫

全文摘要

一种基于数字补偿的精度调节方法及数字示波器，包括：获取信号的数字波形数据；对数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到该数据点的数值对应的多个补偿值；对各个补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值；截取各个配置值，分别得到与该数据点的数值同位数的第一值；根据第一值对信号的波形进行显示。由于获得的第一值呈现出数值连续、相同数值占比小的分布状态，且没有缺失中间数值，使得利用这些第一值进行波形显示时就会让波形呈现出无折线且平滑的显示效果，利于提高技术人员对信号波形的观察体验。

主设计要求

1.一种基于数字补偿的精度调节方法，其特征在于，包括：获取信号的数字波形数据；所述数字波形数据由所述信号经过模数转换而得到；对所述数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值；对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值；截取各个所述配置值，分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值；根据所述第一值对所述信号的波形进行显示。

设计方案

1.一种基于数字补偿的精度调节方法，其特征在于，包括：

获取信号的数字波形数据；所述数字波形数据由所述信号经过模数转换而得到；

对所述数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值；

对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值；

截取各个所述配置值，分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值；

根据所述第一值对所述信号的波形进行显示。

2.如权利要求1所述的精度调节方法，其特征在于，所述对所述数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值，包括：

根据预设的扩展位数对所述数字波形数据中每一个数据点的数值所对应的模数转换编码进行末端扩位，得到末端扩位后形成的多个随机值；

根据所述扩展位数对各个所述随机值进行第一数值量化处理，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值；所述第一数值量化处理是将各个所述随机数除以二的第一指数次幂，所述第一指数为所述扩展位数。

3.如权利要求2所述的精度调节方法，其特征在于，所述对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值，包括：

将各个所述补偿值分别乘以预先设置的乘法系数，以对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，依据计算结果得到各个所述补偿值一一对应的多个配置值。

4.如权利要求3所述的精度调节方法，其特征在于，所述乘法系数的设置过程包括：

获取可变增益放大器的理论系数和实际系数，以及获取所述扩展位数与所述模数转换编码的位数之和；所述可变增益放大器用于对所述信号进行放大调节，以将放大调节后的信号进行模数转换而得到所述数字波形数据；

根据所述实际系数与所述理论系数比较后的结果进行第二数值量化处理，计算得到所述乘法系数；所述第二数值量化处理是将所述实际系数与所述理论系数比较后的结果乘以二的第二指数次幂，所述第二指数为所述扩展位数与所述模数转换编码的位数之和。

5.如权利要求3所述的精度调节方法，其特征在于，所述截取各个所述配置值，分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值，包括：

对各个所述配置值分别进行舍入处理，以保留所述配置值的整数位上的数值；依据所述舍入处理的结果分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值。

6.如权利要求1-5中任一项所述的精度调节方法，其特征在于，所述根据所述第一值对所述信号的波形进行显示，之后还包括：

依次设置所述信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个所述第一配置值改变所述信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码，以根据所述偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整；所述第一配置值用于通过一个模拟偏置电压信号调整所述信号的波形中对应的一行显示像素，所述偏置编码用于通过多个模拟偏置电压信号调整所述信号的波形中对应的多行显示像素；

判断当前设置的所述第一配置值未引起所述偏置编码发生改变时，设置所述第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，以根据所述第二配置值对该行显示像素进行偏置显示补偿；所述第二配置值用于通过一个数字偏置波形调整所述信号的波形中对应的一行显示像素；

判断当前设置的所述第一配置值引起所述配置编码发生改变时，根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将所述第二配置值复位。

7.一种数字示波器，其特征在于，包括：

衰减网络，用于对输入的信号进行衰减调节，以输出第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出所述信号的数字波形数据；

控制器，与所述模数转换器连接，用于根据权利要求1-5中任一项所述的精度调节方法对所述数字波形数据进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一值控制形成所述信号的波形；

显示器，用于对所述信号的波形进行显示。

8.如权利要求7所述的数字示波器，其特征在于，还包括偏置调节电路、阻抗变换网络；所述控制器包括波形处理单元和中央处理单元；

所述中央处理单元与所述偏置调节电路、所述波形处理单元连接，所述中央处理单元依次设置所述信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个所述第一配置值改变所述信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码；在所述中央处理单元判断当前设置的所述第一配置值未引起所述偏置编码发生改变时，设置所述第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，且将所述第二配置值发送至所述波形处理单元；在所述中央处理单元判断当前设置的所述第一配置值引起所述配置编码发生改变时，根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将所述第二配置值复位；

所述偏置调节电路内设有数模转换器，用于响应于所述第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号；

所述阻抗变换网络与所述衰减网络、所述可调增益放大器和所述偏置调节电路连接，用于利用所述偏置调节电路产生的多个模拟偏置电压信号对所述衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至所述可调增益放大器，以使得所述可调增益放大器对所述新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得所述模数转换器对所述新的第二调节信号进行模数转换后输出所述信号的新的数字波形数据；

所述波形处理单元对所述新的数字波形数据进行精度调节，输出精度调节后得到的新的第一值；所述波形处理单元还用于根据所述第二配置值对所述新的第一值所对应的一行或多行显示像素进行偏置显示补偿，以及根据所述新的第一值和偏置显示补偿后的一行或多行显示像素形成所述信号的波形。

9.如权利要求8所述的数字示波器，其特征在于，所述中央处理单元还与所述可调增益放大器连接，用于对所述可调增益放大器的增益进行配置；

所述中央处理单元还用于生成所述信号的波形的配置菜单且将所述配置菜单发送至所述波形处理单元，以使得所述波形处理单元将所述配置菜单与所述信号的波形进行显示叠加，得到显示叠加数据；所述中央处理单元还用于将所述显示叠加数据发送至所述显示器以进行显示。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的精度调节方法。

设计说明书

技术领域

本发明涉及示波器技术领域，具体涉及一种基于数字补偿的精度调节方法及数字示波器。

背景技术

由于半导体技术的发展，运放底噪指标越来越好，电源纹波越来越低，使得示波器应用场景也越来越多，从测量运放底噪到测量开关电源，示波器需要使用到的电压档位也越来越广，档位支持从低至百uV级到高达数十V 级，并且，档位支持可以调整的偏置电压范围是各级电压档位的正负数十倍或更广范围。偏置电压的调整一般是通过DAC（数字模拟转换器）来实现，既要适配高至数十V级的范围，又要适配低至百uV级的电压档位，这对DAC以及DAC外围的运放电路要求较高。

直流增益精度（是指输入大于半个屏幕的直流信号在示波器测量到的误差值）和直流偏置精度（是指有偏置调节加上直流信号测量值后的误差值）作为数字示波器的重要技术指标，代表着数字示波器在垂直方向上的准确可信性。提高直流增益精度和直流偏置精度时，如果全部从硬件的设计考虑，成本就会比较高，有时候采用软件算法来满足一些性能指标，既降低了成本，还具有一定的灵活性。

当前，数字示波器的增益由衰减网络以及可调增益放大器共同决定，衰减网络是起到一个粗调作用，一般有一倍衰减至十倍衰减，几十倍衰减至一百倍衰减；而可调增益放大器起到一个细调作用，其放大倍数可从几十倍到零点几倍，但是也存在一定的步进值，步进值的精细度不一定能满足数字示波器所有档位下都具有很高的增益精度。这就造成了现代数字示波器在有些电压档位下的直流增益精度不够高，容易导致某些电压档位下的信号波形出现明显的折线，影响波形信号的观察效果；特别是在在小电压档位下，由于DAC分辨率不够高，导致调节通道偏移时会使得波形偏置要么不变化，要么是跳跃式变化，出现波形调节变化不连续显示的现象。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高现有数字示波器的直流增益精度和直流偏置精度，以及如何解决小电压档位下调节通道偏移和波形偏置显示变化不连续的问题。为解决上述技术问题，本申请提供一种基于数字补偿的精度调节方法及数字示波器。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于数字补偿的精度调节方法，包括：获取信号的数字波形数据；所述数字波形数据由所述信号经过模数转换而得到；对所述数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值；对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值；截取各个所述配置值，分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值；根据所述第一值对所述信号的波形进行显示。

所述对所述数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值，包括：根据预设的扩展位数对所述数字波形数据中每一个数据点的数值所对应的模数转换编码进行末端扩位，得到末端扩位后形成的多个随机值；根据所述扩展位数对各个所述随机值进行第一数值量化处理，得到所述数据点的数值对应的多个补偿值；所述第一数值量化处理是将各个所述随机数除以二的第一指数次幂，所述第一指数为所述扩展位数。

所述对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值，包括：将各个所述补偿值分别乘以预先设置的乘法系数，以对各个所述补偿值分别进行数字增益配置，依据计算结果得到各个所述补偿值一一对应的多个配置值。

所述乘法系数的设置过程包括：获取可变增益放大器的理论系数和实际系数，以及获取所述扩展位数与所述模数转换编码的位数之和；所述可变增益放大器用于对所述信号进行放大调节，以将放大调节后的信号进行模数转换而得到所述数字波形数据；根据所述实际系数与所述理论系数比较后的结果进行第二数值量化处理，计算得到所述乘法系数；所述第二数值量化处理是将所述实际系数与所述理论系数比较后的结果乘以二的第二指数次幂，所述第二指数为所述扩展位数与所述模数转换编码的位数之和。

所述截取各个所述配置值，分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值，包括：对各个所述配置值分别进行舍入处理，以保留所述配置值的整数位上的数值；依据所述舍入处理的结果分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值。

所述根据所述第一值对所述信号的波形进行显示，之后还包括：依次设置所述信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个所述第一配置值改变所述信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码，以根据所述偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整；所述第一配置值用于通过一个模拟偏置电压信号调整所述信号的波形中对应的一行显示像素，所述偏置编码用于通过多个模拟偏置电压信号调整所述信号的波形中对应的多行显示像素；判断当前设置的所述第一配置值未引起所述偏置编码发生改变时，设置所述第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，以根据所述第二配置值对该行显示像素进行偏置显示补偿；所述第二配置值用于通过一个数字偏置波形调整所述信号的波形中对应的一行显示像素；判断当前设置的所述第一配置值引起所述配置编码发生改变时，根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将所述第二配置值复位。

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，用于对输入的信号进行衰减调节，以输出第一调节信号；可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出所述信号的数字波形数据；控制器，与所述模数转换器连接，用于根据上述第一方面中所述的精度调节方法对所述数字波形数据进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一值控制形成所述信号的波形；显示器，用于对所述信号的波形进行显示。

所述的数字示波器还包括偏置调节电路、阻抗变换网络；所述控制器包括波形处理单元和中央处理单元；所述中央处理单元与所述偏置调节电路、所述波形处理单元连接，所述中央处理单元依次设置所述信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个所述第一配置值改变所述信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码；在所述中央处理单元判断当前设置的所述第一配置值未引起所述偏置编码发生改变时，设置所述第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，且将所述第二配置值发送至所述波形处理单元；在所述中央处理单元判断当前设置的所述第一配置值引起所述配置编码发生改变时，根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将所述第二配置值复位；所述偏置调节电路内设有数模转换器，用于响应于所述第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号；所述阻抗变换网络与所述衰减网络、所述可调增益放大器和所述偏置调节电路连接，用于利用所述偏置调节电路产生的多个模拟偏置电压信号对所述衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至所述可调增益放大器，以使得所述可调增益放大器对所述新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得所述模数转换器对所述新的第二调节信号进行模数转换后输出所述信号的新的数字波形数据；所述波形处理单元对所述新的数字波形数据进行精度调节，输出精度调节后得到的新的第一值；所述波形处理单元还用于根据所述第二配置值对所述新的第一值所对应的一行或多行显示像素进行偏置显示补偿，以及根据所述新的第一值和偏置显示补偿后的一行或多行显示像素形成所述信号的波形。

所述中央处理单元还与所述可调增益放大器连接，用于对所述可调增益放大器的增益进行配置；所述中央处理单元还用于生成所述信号的波形的配置菜单且将所述配置菜单发送至所述波形处理单元，以使得所述波形处理单元将所述配置菜单与所述信号的波形进行显示叠加，得到显示叠加数据；所述中央处理单元还用于将所述显示叠加数据发送至所述显示器以进行显示。

根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第一方面所述的精度调节方法。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种基于数字补偿的精度调节方法及数字示波器，该精度调节方法包括：获取信号的数字波形数据；对数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到该数据点的数值对应的多个补偿值；对各个补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值；截取各个配置值，分别得到与该数据点的数值同位数的第一值；根据第一值对信号的波形进行显示。该数字示波器包括衰减网络、可调增益放大器、模数转换器、控制器和显示器，以及包括偏置调节电路、阻抗变换网络。第一方面，由于对数字波形数据中的每一个数据点的数值进行了随机数补偿，那么可以在该数据点的数值的基础上通过扩位和量化处理产生多个相近的补偿值，这些补偿值是对原数值的扩充，可以为后续数字增益配置处理带来便利；第二方面，由于对获得的多个补偿值进行数字增益配置，从而能够获得一一对应的多个配置值，该些配置值不再为恒定某个数值，利于在对其进行截位处理后得到多个相同或邻近的第一值，从而可以避免仅对原数值进行增益配置而引起的中间数值丢失的情形发生；第三方面，由于获得的第一值呈现出数值连续、相同数值占比小的分布状态，且没有缺失中间数值，使得利用这些第一值进行波形显示时就会让波形呈现出无折线且平滑的显示效果；第四方面，由于判断当前设置的第一配置值引起偏置编码发生改变时，通过偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，反之通过设置第一配置值可调整的一行显示像素对应的第二配置值来对该行显示像素进行偏置显示补偿，使得多行显示像素和单行显示像素都能够得以偏置显示调整，可以有效地避免多行显示像素同时偏置而引起的波形显示失真、出现显示折线的情况发生，利于进一步地提高技术人员对信号波形的观察体验；第五方面，本申请请求保护的数字示波器充分利用了现有数字示波器的硬件构架，通过控制器来实现随机数补偿、数字增益配置、偏置显示调整、偏置显示补偿等功能，通过增益补偿和偏置补偿的方式优化了信号波形的显示状态，利于达到消除折线、平滑变化的显示效果；第六方面，该数字示波器对增益补偿和偏置补偿进行了算法优化，可以很好地实现所有电压档位都有较好的增益精度，还能够在小电压档位下支持偏置显示的改变并体现在波形显示上，从而增强波形显示的视觉效果，提高了技术人员的观察体验。

附图说明

图1为本申请中基于数字补偿的精度调节方法的流程图；

图2为对数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿的流程图；

图3为对各个补偿值分别进行数字增益配置的流程图；

图4为对多行显示像素进行偏置显示调整的流程图；

图5为本申请中一种实施例的数字示波器的结构示意图；

图6为本申请中另一种实施例的数字示波器的结构示意图。

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）。

实施例一、

请参考图1，本申请提供一种基于数字补偿的精度调节方法，该精度调节方法主要包括步骤S100-S500，下面分别说明。

步骤S100，获取信号的数字波形数据。

在本实施例中，可以通过对模拟信号进行采样的方式来获得该信号的数字波形数据，例如借助模数转换器件（ADC）来使得该信号经过模数转换而得到数字波形数据。

步骤S200，对数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到该数据点的数值对应的多个补偿值。在一个具体实施例中，见图2，该步骤S200可以包括步骤S210-S220，分别说明如下。

步骤S210，根据预设的扩展位数对数字波形数据中每一个数据点的数值所对应的模数转换编码进行末端扩位，得到末端扩位后形成的多个随机值。

需要说明的是，在模拟信号经过模数转换器件时，模数转换器件往往输出的是一组二进制的编码数据。如采用8位的模数转换器件对某一个时刻的模拟信号进行采样时，将输出一组8位的并行数据，从而形成一组模数转换编码，该组模拟转换编码通过进制转换之后即可得到一个数据点的数值。

在本实施例中，如果模数转换编码的位数（即模数转换器件的输出位数）是B<\/i>_{adc<\/i><\/sub>，预设的扩展位数是B<\/i>exp<\/i><\/sub>，那么可以在模数转换编码的末端再加上B<\/i>exp<\/i><\/sub>个二进制数来对模数转换编码进行末端扩位，从而形成位数为B<\/i>adc<\/i><\/sub>+B<\/i>exp<\/i><\/sub>的新编码，每一个随机产生的新编码通过进制转换之后将对应一个随机值。}

例如，假设数字波形数据中的一个数据点的数值（十进制数值）是50，其对应的B<\/i>_{adc<\/i><\/sub>=8位的模数转换编码是110010，对110010进行B<\/i>exp<\/i><\/sub>=2位的末端扩位，可以随机形成的新编码有11001000（对应十进制的随机值200）、11001001（对应十进制的随机值201）、11001010（对应十进制的随机值202）、11001011（对应十进制的随机值203）。}

步骤S220，根据扩展位数对各个随机值进行第一数值量化处理，得到该数据点的数值对应的多个补偿值。本实施例中，第一数值量化处理是将各个随机数除以二的第一指数次幂，第一指数为扩展位数。

例如，如果第一指数=扩展位数=B<\/i>_{exp<\/i><\/sub>=2，那么对于数据点的数值50经过末端扩位后形成的随机值200，通过200\/(2^{2<\/sup>)的运算方式进行第一数值量化处理之后，得到对应的补偿值为50。依此可知，对于随机值201、202、203在经过第一数值量化处理之后得到的补偿值分别为50.25、50.5、50.75。}}

步骤S300，对各个补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值。在一个具体实施例中，见图3，该步骤S300包括步骤S310-S330，分别说明如下。

步骤S310，获取可变增益放大器（VGA）的理论系数和实际系数，以及获取扩展位数与模数转换编码的位数之和。这里的可变增益放大器用于对信号进行放大调节，以将放大调节后的信号进行模数转换而得到步骤S100中的数字波形数据。

步骤S320，根据实际系数与理论系数比较后的结果进行第二数值量化处理，计算得到乘法系数。这里的第二数值量化处理是将实际系数与理论系数比较后的结果乘以二的第二指数次幂，该第二指数为扩展位数与模数转换编码的位数之和。

例如，假设可变增益放大器（VGA）的理论系数是V<\/i>_{1<\/sub>，实际系数是V<\/i>2<\/sub>，而扩展位数与模数编码位数之和是B<\/i>adc<\/i><\/sub>+B<\/i>exp<\/i><\/sub>，则通过公式l<\/i>=V<\/i>2<\/sub>\/V<\/i>1<\/sub>*2^(B<\/i>adc<\/i><\/sub>+B<\/i>exp<\/i><\/sub>)来进行第二数值量化处理。对于V<\/i>1<\/sub>=15.4，V<\/i>2<\/sub>=15，B<\/i>adc<\/i><\/sub>+B<\/i>exp<\/i><\/sub>=8+2=10，则通过15\/15.4*2^{10<\/sup>计算得到乘法系数为l<\/i>=997。}}

需要说明的是，在现有的技术方案中是不存在这个乘法系数的，在不考虑其他一些不确定性误差（包含一些随机的误差、测量上的误差）的情况下，那么一个测量档位下的增益误差为（V<\/i>_{1<\/sub>\/V<\/i>2<\/sub>-1）；在本发明技术方案加入了这个乘法系数之后，该测量档位的精益误差为（l<\/i>\/2^{^<\/sup>B<\/i>量<\/sub>*V<\/i>1<\/sub>\/V<\/i>2<\/sub>-1），其中B<\/i>量<\/sub>=B<\/i>adc<\/i><\/sub>+B<\/i>exp<\/i><\/sub>，最大误差为1\/(2^B<\/i>量<\/sub>+1)，B<\/i>量<\/sub>位越大，则误差越接近0。目前，数据处理器件（如FPGA）的内部乘法器输入位宽基本可达18位或者更高，所以理论上可设计的最大误差1\/(2^B<\/i>量<\/sub>+1)很接近0，远小于当前行业指标上标注的3%，从而使得本申请技术方案的理论性能高于现有的其它技术方案。}}

步骤S330，将各个补偿值分别乘以预先设置的乘法系数，以对各个补偿值分别进行数字增益配置，依据计算结果得到各个补偿值一一对应的多个配置值。

例如，如果预先设置的乘法系数是0.9，那么对于补偿值50、50.25、50.5、50.75，分别进行数字增益配置之后，得到计算结果45、45.225、45.454、45.675，那么补偿值50、50.25、50.5、50.75分别对应的配置值就是45、45.225、45.454、45.675。

需要说明的是，步骤S310和步骤S320主要是乘法系数的设置过程，往往在首次进行数字增益配置时计算得到该乘法系数，如果乘法系数已经预先设置完成，那么则可以忽略步骤S310-S320。

步骤S400，截取各个配置值，分别得到与数据点的数值同位数的第一值，这里的数据点是指步骤S200中涉及的数据点。

在一个具体实施例中，对各个配置值分别进行舍入处理，以保留配置值的整数位上的数值；依据舍入处理的结果分别得到与所述数据点的数值同位数的第一值。需要说明的是，这里的舍入处理可以采用四舍五入的处理方式，优选地为采用小数部分全部舍弃的处理方式。

例如，对于由数据点的取值50得到的配置值45、45.225、45.454、45.675，舍入处理后分别为45、45、45、45，该些舍入处理后的数值可以作为与数据点的数值50同位数（如都为八位二进制数值）的第一值。

例如，对于由数据点的取值51进行随机数补偿后得到的补偿值可以为51、51.25、51.5、51.75，对各个补偿值进行数字增益配置后得到的配置值可以为45.9、46.125、46.35、46.575，舍入处理后分别为45、46、46、46，该些舍入处理后的数值可以作为与数据点的数值51同位数（如都为八位二进制数值）的第一值。

再例如，对于由数据点的取值52进行随机数补偿后得到的补偿值可以为52、52.25、52.5、52.75，对各个补偿值进行数字增益配置后得到的配置值可以为46.8、47.025、47.25、47.475，舍入处理后分别为46、47、47、47，该些舍入处理后的数值可以作为与数据点的数值52同位数（如都为八位二进制数值）的第一值。

根据这些例子可以得知，对于数字波形数据中50、51、52的三个连续的数据点，得到的第一值中数值是45的个数为5个，数值是46的个数为4个，数值是47的个数为3个。那么，在加入的随机值概率均等的情况下，计算输出值为N出现的个数为M或M+1，随机值的位数越多，M就越大，M和M+1相差的1所占的比例就越低，在根据第一值进行波形显示时就可以让波形看起来很平滑，不出现固定的折线。

步骤S500，根据第一值对信号的波形进行显示。具体地，将所得到的各个第一值转换为信号波形的电压值，从而在显示屏幕上对信号的波形进行展示。

在本实施例中，对于数字波形数据中的每一个数据点的数值进行了随机数补偿，得到对应的多个补偿值，对各个补偿值进行数字增益配置，得到对应的多个配置值，截取各个配置值得到与数据点的数值同位数的第一值，由此实现对每一个数据点的数值进行合理地配置，从而在不丢弃波形显示时所需的中间数值的情况下，可以降低每一个输出值的连续输出的比例，为信号的波形带来平滑显示、消除折线的应用效果。

本领域的技术人员可以理解，本技术方案相比现有的波形显示技术具有一定的积极效果。因为，在现有的波形显示技术中，未有对数字波形数据进行进行随机数补偿，而是直接将数字波形数据中每一个数据点的数值与设定好的乘法系数进行相乘，再舍入处理得到波形显示所需要的输出值（即本技术方案中的第一值），例如，设定乘法系数为1.1（这里为了计算的简便，不考虑量化位数）时，对于数据点的取值为49的情况，计算得到的输出值为53（53.9做舍入处理后的结果）；对于数据点的取值为50的情况，计算得到的输出值为55；此时输出值直接由53跳跃至55，不可避免地丢弃了输出值54，如此使得显示波形时出现一段明显的垂直方向上的折线，将会应用技术人员对信号波形的观察体验。再例如，设定乘法系数为0.9时，对于数据点的取值为49的情况，计算得到的输出值为44（44.1做舍入处理后的结果）；对于数据点的取值为50的情况，计算得到的输出值恒定为45；对于数据点的取值为51的情况，计算得到的输出值为45（45.9做舍入处理后的结果）；此时输出值不再平缓变化，而是依然输出45，将在显示波形时出现一段明显的水平方向上的折线。然后，步骤S100-S500中所提供的技术方案则可以解决现有波形显示技术中遇到的这些问题。

此外，本领域的技术人员可以理解，现有技术中为了实现对信号波形的偏置显示，往往会在输入的模拟信号上叠加一个模拟偏置电压，该模拟偏置电压由一个配置值作用于DAC而得到，从而让模拟偏置电压和模拟信号进行叠加之后输入到ADC进行采样，该模拟偏置电压的调节精度为屏幕的一行显示像素所对应的电压值。然而在现有技术中，受限于DAC的量程范围，在相同的衰减档位下，要满足一个衰减档位里面最大电压档位的可调节范围，在比较小的电压档位下会存在1个DAC的码字（即DAC的二进制形式的数模转换编码）等效的电压值大于一行显示像素对应的电压值，则会出现改变多行显示像素偏置时才能真正改变1个DAC码字，从而导致在输入的模拟信号不变的情况下改变偏置时，ADC采样到的波形要么根本不会改变，要么突然跳动了多行显示像素的情况，为信号波形的偏置显示带来不利影响。

当上段介绍的多行显示像素同时偏置的情况发生时，将造成信号波形显示失真，出现无法预料到的显示折线，严重影响技术人员对信号波形的观察体验。而本申请为了解决这一问题，同时提高信号波形的稳定显示状态，对本实施例的技术方案进行了进一步地优化，请参考图4，在根据得到的第一值对信号的波形进行显示之后还包括步骤S600（即位于步骤S500之后），其包括步骤S610-S650，分别说明如下。

步骤S610，依次设置信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，第一配置值用于通过一个模拟偏置电压信号调整信号的波形中对应的一行显示像素。

需要说明的是，第一配置值可以在作用于DAC（数模转换）之后产生一个模拟偏置电压信号，从而让该模拟偏置电压信号和模拟信号进行叠加之后输入到ADC（模数转换）进行采样，该模拟偏置电压信号的调节精度为屏幕的一行显示像素所对应的电压值。

步骤S620，利用多个第一配置值改变信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码，以根据偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整。这里的偏置编码用于通过多个模拟偏置电压信号调整信号的波形中对应的多行显示像素。

需要说明的是，这里的偏置编码即为DAC的数模转换编码，当数模转换编码发生一位的二进制值改变时，将促使DAC输出另一个模拟偏置电压信号，该模拟偏置电压信号相较于上一个模拟偏置电压信号存在多个调节精度上的差异，从而致使对应的多行显示像素进行偏置显示调整。

步骤S630， 判断当前设置的第一配置值是否引起偏置编码的改变，若未引起改变则进入步骤S640，若引起改变则进入步骤S650。

需要说明的是，由于一个偏置编码可以调整对应的多行显示像素，一个第一配置值可以调整对应的一行显示像素，所以当通过第一配置值不断地调整连续的多行显示像素时，可能会引起偏置编码的改变。

步骤S640，判断当前设置的第一配置值未引起偏置编码发生改变时，设置第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，以根据第二配置值对该行显示像素进行偏置显示补偿。这里的第二配置值用于通过一个数字偏置波形调整信号的波形中对应的一行显示像素。

需要说明的是，当技术人员通过设置第一配置值来偏置显示某一行显示像素时，未对该行显示像素造成改变，则可以通过第二配置值来改变改行显示像素。这里的第二配置值直接是对显示时所需的数字信号作出调整，避免了使用第一配置值时需要对模拟信号进行叠加处理的局限性。

例如，在设置第1行显示像素对应的第一配置值而未造成DAC码字（即偏置编码）变化时，可以设置第二配置值来对该行显示像素进行偏置显示补偿，让波形显示偏置加1，即对该行显示像素所需的数字波形信号加1，从而使得该行显示像素偏置一个像素单位。在设置第2行显示像素对应的第一配置值未造成DAC码字变化时，可以设置第二配置值来对该行显示像素进行偏置显示补偿，让波形显示偏置加2。依次类推，直到在设置第n行显示像素对应的第一配置值会造成DAC码字变化时，则将波形显示偏置回调至0，即对该行显示像素所需的数字波形信号加0，从而保证波形的调整是平滑的。也就是说，在设置第N-1行显示像素对应的第一偏置值未造成DAC码字变化时，调整波形显示偏置为N-1，直到在调整第N行显示像素偏置会造成DAC码字变化时，则调整显示偏置回到0。

步骤S650，判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将第二配置值复位，也就是将波形显示偏置回调至0。

综上而言，本实施例中通过随机数补偿、数字增益配置、偏置显示调整、偏置显示补偿等功能对信号波形进行了显示优化，能够达到一些应用优势：（1）由于对数字波形数据中的每一个数据点的数值进行了随机数补偿，那么可以在该数据点的数值的基础上通过扩位和量化处理产生多个相近的补偿值，这些补偿值是对原数值的扩充，可以为后续数字增益配置处理带来便利；（2）由于对获得的多个补偿值进行数字增益配置，从而能够获得一一对应的多个配置值，该些配置值不再为恒定某个数值，利于在对其进行截位处理后得到多个相同或邻近的第一值，从而可以避免仅对原数值进行增益配置而引起的中间数值丢失的情形发生；（3）由于获得的第一值呈现出数值连续、相同数值占比小的分布状态，且没有缺失中间数值，使得利用这些第一值进行波形显示时就会让波形呈现出无折线且平滑的显示效果；（4）由于判断当前设置的第一配置值引起偏置编码发生改变时，通过偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，反之通过设置第一配置值可调整的一行显示像素对应的第二配置值来对该行显示像素进行偏置显示补偿，使得多行显示像素和单行显示像素都能够得以偏置显示调整，可以有效地避免多行显示像素同时偏置而引起的波形显示失真、出现显示折线的情况发生，利于进一步地提高技术人员对信号波形的观察体验。

实施例二、

请参考图5，本申请提供一种数字示波器1，该数字示波器主要包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14和显示器15，下面分别说明。

衰减网络11用于对输入的信号进行衰减调节，来调整电路中信号的大小，最终输出第一调节信号。这里输入的信号可以是模拟信号，那么输出的第一调节信号同样是模拟信号；衰减网络11可以有一倍衰减、十倍衰减、几十倍衰减到一百倍衰减，这里不做限制。由于衰减网络11是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。

可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。这里的可调增益放大器12又称可变增益放大器（VGA），其主要作用是调节信号的放大倍数，例如对于电压为1mV的第一调节信号，若可调增益放大器的增益是1000，则输出的第二调节信号的电压为1V。可调增益放大器12起到一个细调作用，其放大倍数可为零点几倍、几十倍、几百倍、几千倍不等，这里不做限制。由于可调增益放大器12是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。

模数转换器13又称ADC，用于对第二调节信号进行模数转换，以输出信号的数字波形数据。由于模数转换器是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。

控制器14与模数转换器13连接，用于根据实施例一中步骤S100-S500所公开的精度调节方法对数字波形数据进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一值控制形成信号的波形。

显示器15与控制器14连接，用于对信号的波形进行显示。

在本实施例中，控制器14可以包括获取模块、随机数补偿模块、数字增益配置模块、截取模块和显示控制模块。

获取模块用于获取信号的数字波形数据，这里的数字波形数据由信号经过模数转换而得到。关于获取模块的功能说明可以具体参考实施例一中的步骤S100，这里不再进行赘述。

随机数补偿模块用于对数字波形数据中每一个数据点的数值进行随机数补偿，得到该数据点的数值对应的多个补偿值。关于随机数补偿模块的功能说明可以具体参考实施例一中的步骤S200，这里不再进行赘述。

数字增益配置模块用于对各个补偿值分别进行数字增益配置，得到一一对应的多个配置值。关于数字增益配置模块的功能说明可以具体参考实施例一中的步骤S300，这里不再进行赘述。

截取模块用于截取各个配置值，分别得到与该数据点的数值同位数的第一值。关于截取模块的功能说明可以具体参考实施例一中的步骤S400，这里不再进行赘述。

显示控制模块用于根据得到的第一值对信号的波形进行显示。关于显示控制模块的功能说明可以具体参考实施例一中的步骤S500，这里不再进行赘述。

在另一个实施例中，参见图6，该数字示波器1还包括偏置调节电路16、阻抗变换网络17，并且控制器14包括波形处理单元141和中央处理单元142。下面分别说明。

中央处理单元142可以是CPU等运算处理器件，其与偏置调节电路16、波形处理单元141连接，用于根据实施例一中步骤S610-S650所提及的精度调节方法。具体地，中央处理单元142依次设置信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个第一配置值改变信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值未引起偏置编码发生改变时，设置第一配置值可调整的一行显示像素所对应的第二配置值，且将第二配置值发送至波形处理单元141，以使得波形处理单元141根据第二配置值对该行显示像素进行偏置显示补偿。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，将改变后的偏置编码发送至偏置调节电路，以使得偏置调节电路16根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将第二配置值复位。

偏置调节电路16内设有数模转换器（DAC），用于响应于第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号。由于偏置调节电路16是数字示波器中常用的数字信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。

阻抗变换网络17与衰减网络11、可调增益放大器12和偏置调节电路16连接，用于利用偏置调节电路16产生的多个模拟偏置电压信号对衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至可调增益放大器12，以使得可调增益放大器12对新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得模数转换器13对新的第二调节信号进行模数转换后输出信号的新的数字波形数据。

波形处理单元141可以是FPGA等可编程逻辑处理器件，其用于根据实施例一中步骤S100-S500所述的精度调节方法对所述新的数字波形数据进行精度调节，输出精度调节后得到的新的第一值；该波形处理单元141还用于根据第二配置值对新的第一值所对应的一行或多行显示像素进行偏置显示补偿，以及根据新的第一值和偏置显示补偿后的一行或多行显示像素形成信号的波形。在一个具体实施例中，波形处理单元141包括获取模块、随机数补偿模块、数字增益配置模块、截取模块和显示控制模块，从而通过该些功能模块来对新的波形数据进行精度调节。

进一步地，中央处理单元142还与可调增益放大器12连接，用于对可调增益放大器的增益进行配置。该中央处理单元142还用于生成信号的波形的配置菜单（这里的配置菜单可以包括状态栏、网络等项目），且将该配置菜单发送至波形处理单元141，以使得波形处理单元141将配置菜单与信号的波形进行显示叠加，得到显示叠加数据。那么，中央处理单元142还用于将显示叠加数据发送至显示器以进行显示。

综上所述，本实施例中请求保护数字示波器充分利用了现有数字示波器的硬件构架，通过控制器中的波形处理单元来实现随机数补偿、数字增益配置等功能，通过控制器中的中央处理单元来实现偏置显示调整、偏置显示补偿等功能，使得数字示波器能够利用增益补偿和偏置补偿的方式优化信号波形的显示状态，利于达到消除折线、平滑变化的显示效果。此外，该数字示波器对增益补偿和偏置补偿进行了算法优化，可以很好地实现所有电压档位都有较好的增益精度，还能够在小电压档位下支持偏置显示的改变并体现在波形显示上，从而增强波形显示的视觉效果，提高了技术人员的观察体验。

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。

设计图