专利名称：用于生成门控密度位图的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试和测量仪器，且更特别地涉及密度位图。
背景技术：
实时频谱分析器，例如购自俄勒网州比弗顿的泰克公司的RSA6100和RSA3400系列，实时触发、捕获并分析RF信号。这些测试和测量仪器无缝地捕获RF信号使得，不像常规扫频频谱分析器和矢量信号分析器，在指定带宽内没有数据被遗漏。泰克实时频谱分析器使用被称为“数字荧光(Digital Phosphor)”或者被称为 "DPX ”的技术以产生被称为“DPX频谱”的显示。DPX频谱通过以下方式形成数字化输入信号以产生连续的数字数据流且然后通过将它转换成一系列的频谱，再然后在数据库中累加频谱来实时地处理数字数据。数据库提供在输入信号占据幅度或功率对频率的空间 (也被称为“DPXDensity ”)的特定位置的测量周期期间时间百分比的精确测量。DPX采
集和显示技术揭示信号细节，诸如完全被常规频谱分析器和矢量信号分析器所漏掉的短时或偶发事件。要了解更多关于DPX的信息，参见在http://WWW. tek. com/上可找到的标题为"DPX Acquisition Technology for Spectrum Analyzers Fundamentals，，泰克文档号为37W-19638的文档。
发明内容
在某些例示中，使用者可能想观察脉冲化的RF信号的DPX频谱。可惜的是，DPX 频谱有时候呈现如在图1中示出的那样，其中脉冲化的RF信号105被幻像痕迹(phantom trace) 110和噪声下限痕迹(noise floor trace) 115所掩盖。噪声下限痕迹115对应于当不存在RF脉冲时的时间。幻像痕迹110是以下现实的结果RF脉冲没有与DPX处理同步， 因此，偶尔地频谱是基于表示RF脉冲的上升沿或下降沿的数字数据段产生的。当这样的不连续时域波形被转换到频域时，其呈现出输入信号在相邻频率窗口(frequency bin)中包含能量。这种效应被称为“频谱扩展”或者“频谱泄漏”。实时频谱分析器使用时间窗口化以减轻频谱扩展，然而，即使时间窗口化也不能在所有的情况下防止频谱扩展。本发明的发明人已经认识到为了避免频谱扩展，所需要的就是只当RF脉冲充分导通(on)时才能够将频谱累加到数据库的实时频谱分析器。由此，本发明的实施例提供了一种测试和测量仪器，其将表示输入信号的数字数据转换成一系列的频谱并且响应选通信号将频谱累加到位图数据库中。在一些实施例中，当输入信号的瞬时功率违背功率阈值时， 生成选通信号。当结合权利要求和附图进行阅读时，通过下文的详细说明，本发明的目的、优点、 和其它新颖的特征将显而易见。
图1描绘了常规的DPX频谱显示。
图2描绘了常规的实时频谱分析器的高级方块图。图3示出了如何处理数字数据以产生常规的位图数据库。图4示出了在位图数据库中如何累加频谱。图5示出了根据本发明的第一实施例如何处理数字数据以产生位图数据库。图6示出了根据本发明的第二实施例如何处理数字数据以产生位图数据库。图7描绘了根据本发明的实施例产生的DPX频谱显示。图8示出了在图6所示实施例是如何正确地生成选通信号，即使当输入信号包括一系列的具有不同脉冲宽度的RF脉冲的时候。图9示出了根据本发明的第三实施例如何处理数字数据以产生位图数据库。图10示出了根据本发明的第四实施例如何处理数字数据以产生位图数据库。
具体实施例方式现在参看图2，实时频谱分析器200接收射频(RF)输入信号且可选地使用混频器 205、本地振荡器(LO) 210、和滤波器215对其进行降频转换以产生中频(IF)信号。模拟至数字转换器(ADC)220数字化IF信号以产生表示IF信号的连续数字数据流。数字数据在两条路径上被处理。在第一路径上，数字数据被输入到实时分析数字数据的处理器225。在第二路径上，数字数据被输入到存储器235(在一些实施例中，其包括环形缓冲器)并且还被输入到触发检测器对0，触发检测器240实时地处理数字数据并且把处理过的数据与使用者规定的触发标准进行比较。当处理过的数字数据满足触发标准时，触发检测器240生成使存储器235存储数字数据块的触发信号。然后处理器225非实时地分析存储的数字数据。在由处理器225处理后，数字数据可在显示装置230上显示或存储在存储装置中(未示出)。现参看图3，为了提供DPX处理，处理器225通过使用窗函数305对数字数据的时间段进行时间窗口化(time window)来实时处理连续的数字数据流以产生一系列时间窗口化的时间段，使用频率变换310(诸如快速傅里叶变换(FFT)、线性调频(chirp) Z变换或类似变换)将这些系列的时间窗口化的时间段变换成一系列频谱，且然后使用累加器315在被称作“位图数据库”的数据结构中累加频谱。累加器135可以各种方式累加频谱。在图 4中显示的一个实施例中，每个频谱405被栅格化(rasterize)以产生“栅格化频谱”410。 栅格化频谱包括排列成一系列的行和列的单元(cell)阵列，每行表示特定幅度或功率值并且每列表示特定频率值。每个单元的值或者为“1”，也被称为“命中(hit)”，其表明在测量周期期间在幅度或功率对频率的空间的那个特定位置存在输入信号，或者为“0”(描绘为空白单元)，其表明不存在输入信号。栅格化频谱410的相对应的单元的值被合计在一起以形成位图数据库415，且然后位图数据库415中的每个单元的值除以栅格化频谱410的总数，使得其指示在测量周期期间除以栅格化频谱410的总数的命中总数，或等效地，在测量周期期间输入信号占据幅度或功率对频率的空间的那个特定位置的时间百分比，也被称为“DPX Density ”或者可替换地被称为“密度(density)”。为简单起见，栅格化频谱405 和位图数据库415被描绘成具有十行和十一列，然而，应了解在实际实施例中，栅格化频谱 410和位图数据库415可具有数百行和列。位图数据库415本质上是三维直方图，其中χ轴为频率，y轴为幅度或功率，且ζ轴为密度。位图数据库415可显示于显示装置230上，其中每个单元的密度由颜色分级的像素表示。可替换地，位图数据库415可被存储在存储装置中(未示出)。在本发明的一些实施例中，只有当选通信号被确证(asserted)时(S卩，当选通信号指示逻辑1时)，累加器才累加频谱到位图数据库中。可以各种方式来实施这种功能。例如，如图5中所示，选通信号可施加于窗函数505的使能输入，使得只有当选通信号被确证时，窗函数505才传送时间窗口化的时间段到频率变换510，且由此频率变换510才传送频谱到累加器515。当选通信号未被确证时(即，当选通信号指示逻辑零时)，窗函数505不传送时间窗口化的时间段到频率变换510，并且由此频率变换510不传送频谱到累加器515。 应了解选通信号可替代地施加于频率变换510或累加器515的使能输入以产生等效结果。在一些实施例中，选通信号在外部生成并且被输入到实时频谱分析器200。例如， 选通信号可由另一测试和测量仪器生成。在其它实施例中，选通信号在实时频谱分析器200 内生成。在一些实施例中，当测试的信号的瞬时功率违背使用者规定的功率阈值时，处理器225就生成选通信号。可以各种方式来实施这种功能。在图6中示出了一个实例，其中， 功率计算器620计算数字数据的瞬时功率，并且比较器625把计算的瞬时功率与使用者规定的功率阈值进行比较且当计算的瞬时功率违背使用者规定的功率阈值时生成选通信号。 “违背”意味着或者“超过”或者“低于”，这取决于使用者规定的选择。在图6显示的实施例对于测量RF脉冲特别有用。例如，如果使用者将功率阈值设置为刚刚低于RF脉冲的峰值且规定“违背”意味“超过”时，那么只有当RF脉冲的瞬时功率在那个值之上时，就是说，只有当RF脉冲充分导通时，才生成选通信号，且由此累加器615才累加频谱。就是说，当RF 脉冲正在接通、正在切断、或完全不存在的时间，累加器615将不会累加任何频谱，且因此所得到的DPX频谱将不会遭受频谱扩展，如图7中所显示的。无频谱扩展使得使用者更容易识别当存在RF脉冲705时发生的间歇性异�：推渌斐Ｐ形�。重要地，即使当输入信号包括一系列具有不同脉冲宽度的RF脉冲时，在图6中所显示的实施例也正确地生成选通信号。例如，考虑到图8中所显示的情况，其中输入信号包括RF脉冲805、810、和815，其每一个都具有不同的脉冲宽度。如果功率阈值820被设置成刚刚低于那些RF脉冲的峰值，那么在对应于RF脉冲805、810和815充分导通的时间的 TIME UTIME 2 JPTIME 3期间将生成选通信号，且由此累加器615将累加频谱。应了解没有常规的频谱分析器能够以这种方式采集数据。在替代实施例中，只有当选通信号未被确证时，累加器才累加频谱到位图数据库中。这个实施例对于测量RF脉冲特别地有用。例如，如果使用者设置功率阈值为刚刚高于 RF脉冲的截止功率(off-power)且指定“违背”意味“超过”，那么只有当输入信号的瞬时功率在那个水平之下时，也就是说，当RF脉冲完全截止(off)时，累加器才累加频谱。以这种方式，只当不存在RF脉冲时，使用者才会观察输入信号。现在参考图9，在一些实施例中，首先利用具有使用者规定特性的滤波器930过滤输入到功率计算器920的数字数据。以这种方式，当在使用者规定的频带内的输入信号的瞬时功率违背使用者规定的功率阈值时，产生选通信号。滤波器可为任何种类的滤波器， 包括低通、高通、带通、带阻等等。可以各种方式来实施滤波器930。在一些实施例中，滤波器930被实施为离散时间滤波器，诸如有限脉冲响应(FIR)滤波器。在其它的实施例中，滤波器930通过以下方式来来数字数据滤波将数字数据转换成频谱，将该频谱乘以滤波函数，将修改的频谱变换回时域，然后传送所得到的波形作为滤波过的数字数据。在替代实施例中，滤波器930将数字数据变换成频谱且然后传送那个频谱作为滤波过的数字数据。在那种情况下，功率计算器920计算频谱的每个频率窗口中的频域功率，且当频率窗口中的一个或多个频率窗口的频域功率违背使用者规定的功率阈值时，比较器925就生成选通信号。应了解在不偏离本发明的精神和范围的情况下无数其它实施方式将实现基本相似的功能。在一些实施例中，选通信号的定时(timing)可由使用者来调整。可以各种方式来实施这种功能。在图10中示出了一个实例，其中，比较器1025的输出在其被输入到累加器 1015之前被输入到脉冲生成逻辑1030。当比较器1025产生边沿时，脉冲生成逻辑1030生成脉冲，在该脉冲被确证时，其使累加器1015累加频谱。在一些实施例中，脉冲的宽度为使用者规定的。在其它实施例中，在使用者规定的延迟后，脉冲生成逻辑1030产生脉冲。在一些实施例中，响应比较器1025的输出的上升沿，脉冲生成逻辑1030产生脉冲。在其它实施例中，响应比较器1025的输出的下降沿，脉冲生成逻辑1030产生脉冲。利用这些各种使用者可规定的参数，使用者可以观察脉冲化的RF信号的各种方面。例如，使用者可以观察在每个RF脉冲的上升沿之后的10微秒长的时间窗，无论RF脉冲的实际宽度如何。对于另一实例，使用者可以观察在每个RF脉冲的下降沿之后5微秒开始的100微秒长的时间窗。 应了解也可在选通信号在外部生成且被输入到实时频谱分析器200时使用脉冲生成逻辑。在一些实施例中，处理器225自动地确定在输入信号中的RF脉冲的峰值功率并且基于那个值设置功率阈值。处理器225可通过检测所计算的瞬时功率的最大值来确定RF 脉冲的峰值功率。应了解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对本文中描述的实施例做出各种修改以便实现不同的性能特性。例如，在一些实施例中，通过将每N个相连的数字数据值分组成不同的时间段将连续的数字数据流转换成连续系列的时间段，其中N为整数，无论选通信号的状态如何。例如，通过将每IOM个相连的数字数据值分组成不同的时间段而将连续的数字数据流转换成连续系列的时间段，无论选通信号的状态如何。在其它的实施例中，每当选通信号被确证时，就开始新系列的时间段，由此使时间段与输入信号同步。例如， 在选通信号被确证后，第一 IOM个数字数据值构成了第一时间段，第二 IOM个数字数据值构成了第二时间段，以此类推。在一些实施例中，只有在相对应的时间段开始时选通信号被确证和在相对应的时间段结束时选通信号仍被确证的情况下，累加器才累加频谱。在其它实施例中，在相对应的时间段期间在任何时候选通信号都被确证的情况下，累加器累加频谱。在一些实施例中，输入到窗函数的数字数据通过延迟元件(未示出)延迟以便补偿其它电路元件(例如滤波器、功率计算器、比较器等)的插入延迟。在各种实施例中，处理器225可以硬件、软件、或这两者的组合来实施，且可包括和/或被实行在通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或类似物上。本文中所描述的各种参数被描述为“使用者规定的”。然而，应了解在各种其它实施例中那些参数可由处理器225自动确定或由标准来限定。从前述讨论应了解本发明代表了在测试和测量设备领域中的重大进步。尽管为了说明起见，已经示出并且描述了本发明的具体实施例，但应了解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种修改。因此，除了受到权利要求限制外，本发明不应受到限制。
权利要求
1.一种测试和测量仪器，包括模拟至数字转换器，其用于将输入信号转换成连续的数字数据流；以及，处理器，其用于通过将所述数字数据转换成一系列频谱并且响应选通信号将频谱累加到数据库中来实时地处理所述数字数据。
2.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其特征在于，当所述选通信号被确证时，所述处理器将频谱累加到所述数据库中。
3.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其特征在于，当所述选通信号未被确证时， 所述处理器将频谱累加到所述数据库中。
4.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其特征在于，所述选通信号在所述测试和测量仪器的外部生成。
5.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其特征在于，所述选通信号在所述测试和测量仪器内生成。
6.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其特征在于，当所述输入信号的瞬时功率违背功率阈值时，所述处理器就生成所述选通信号。
7.根据权利要求6所述的测试和测量仪器，其特征在于，当在频带内的所述输入信号的瞬时功率违背所述功率阈值时，所述处理器就生成所述选通信号。
8.根据权利要求6所述的测试和测量仪器，其特征在于，所述处理器基于所述数字数据自动地确定所述功率阈值。
9.根据权利要求4所述的测试和测量仪器，其特征在于，所述选通信号的定时是可调整的。
10.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其特征在于，所述选通信号的定时是可调整的。
11.一种方法，其包括以下步骤将输入信号转换成连续的数字数据流；以及，通过将所述数字数据转换成一系列频谱并且响应选通信号将频谱累加到数据库中来实时地处理所述数字数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述选通信号被确证时，将频谱累加到数据库中。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述选通信号未被确证时，将频谱累加到数据库中。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述输入信号的瞬时功率违背功率阈值时，就生成所述选通信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当在频带内的所述输入信号的瞬时功率违背所述功率阈值时，就生成所述选通信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，基于所述数字数据自动地确定所述功率阈值。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选通信号的定时是可调整的。
全文摘要
一种测试和测量仪器，其将表示输入信号的数字数据转换成一系列频谱并且响应选通信号将频谱累加到位图数据库中。在一些实施例中，当输入信号的瞬时功率违背功率阈值时，生成选通信号。
文档编号G01R23/16GK102419396SQ20111018978
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者A·K·小希尔曼 申请人:特克特朗尼克公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
