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专利名称：用于在频谱分析仪中自动地设置频率跨度的方法
用于在频谱分析仪中自动地设置频率跨度的方法相关申请数据
本申请要求于2011年4月29日提交的美国临时申请No. 61/480，494的权益，其因此被通过引用结合。
背景技术：
频谱分析仪是被工程师和技术人员广泛地使用以测量RF信号的频率内容以及包括功率和时间的其它功能的测试及测量工具。因为技术已经进步，所以曾经被手动地控制的一些常规功能变得更自动化，从而使得要求由用户执行更少的设置和配置动作。例如，美国专利No. 4，607，215讨论了一种频谱分析仪，其中针对避免由于失真，即主要由于当施加大振幅信号时由混频器频率转换特性的非线性引起的谐波失真而导致频谱分析仪内的寄生信号分量的生成，由该频谱分析仪的输入衰减器所提供的衰减度能够被自动地设置为最佳值。 尽管如此，在提取有用的测量结果或产生有用的频谱之前，人们基于信号的知识或者其特性来手动地配置特定设定在传统的频谱分析仪中仍然是必要的。假定频谱分析仪的特征集与多频带架构、混合域示波器(MDO)等等的复杂性一起继续扩展，将期望使初始配置设定中的更多自动化。因此，对于能自动地设置中心频率、跨度(span)和/或下变频器信号路径的改进的频谱分析仪的需求继续存在。


图I图示出了根据本发明的示例实施例的、包括采集电路和RF功率阈值单元的测试和测量仪器的部件的方框图。图2图示出了包括图I的部件的测试和测量仪器的方框图。图3图示出了根据本发明的另一示例实施例的、与频带选择器相关联的重叠频带的图。图4图示出了示范根据本发明的另一示例实施例的、用于自动地设置频率跨度和其它有关的配置设定的技术的流程图。
具体实施例方式图I图示出了根据本发明的示例实施例的、包括采集电路103和RF功率阈值单元150的测试和测量仪器的部件的方框图100。图2图示出了包括图I的部件的测试和测量仪器101的方框图。现对图I和图2进行参考。测试和测量仪器101优选地是频谱分析仪或混合域示波器(MDO)，虽然将理解的是，本发明的实施例不仅仅限于这些类型的仪器。例如，本文中所描述的实施例能够被结合在其它合适的测试及测量设备中或以其它方式与其它合适的测试及测量设备相关联。为了清楚和一致性但不是限制性起见，测试和测量仪器101在本文中将通常被称为频谱分析仪。
频谱分析仪101能够具有一个或多个通道或者RF输入端105。虽然频谱分析仪101的某些部件被示出为彼此直接地耦合，但是应该理解的是，频谱分析仪能够包括各种其它电路或软件部件、输入、输出和/或接口，其未必被示出但是能够被布置在频谱分析仪101的所图示的部件之间或以其它方式与频谱分析仪101的所图示出的部件相关联。将理解的是，频谱分析仪101和本文中所描述的其部件中的任何一个部件都能够通过硬件、软件和/或固件、或其任何组合来加以实现。频谱分析仪101能够包括RF前端103或其它采集电路以用于采集并且处理一个或多个RF输入信号。该一个或多个RF输入信号能够包括被测试的一个或多个电输入信号。采集电路103能够包括耦合到一个或多个RF输入端子105以接收被测试的一个或多个输入信号的衰减器和/或放大器110。低频带滤波路径(例如，频带I)、中频带滤波路径(例如，频带2)以及高频带滤波路径(例如，频带3)能通过开关115 I禹合到衰减器110。开关115被耦合到衰减器110并且被构建成使一个或多个输入信号转移到低频带、中频带以及高频带滤波路径中的至少一个，从而分别产生低频带、中频带以及高频带。中频带和高频带与对应的下变频器频带(down converter band)相关联。
低频带、中频带以及高频带能够具有重叠频率范围，其能够被预定义或以其它方式预编程为具有特定的频率范围和/或重叠结构或特性。滤波器120能够被用来对不同路径的信号进行滤波，从而创建具有不同广度的不同的频带。例如，能够使用低通滤波器122来对低频率路径进行滤波，从而使得低频带包括达到3. 8 GHz或在那附近的频率范围。能够使用带通滤波器126来对中频率路径进行滤波，从而使得中频带包括从2. 75 GHz或在那附近的至4. 5 GHz或在那附近的频率范围。能够使用带通滤波器124来对高频率路径进行滤波，从而使得高频带包括从3. 5 GHz或在那附近的至6 GHz或在那附近的频率范围。将理解的是，能够使用其它种类的滤波器。虽然在本文中图示出并且描述了三个频带，但是将理解的是，能够使用两个或更多个不均匀的重叠频带。低频带、中频带以及高频带中的每一个对应于全频率跨度的一部分。换句话说，如果全频率跨度是6 GHz或在那附近，则低频带表示全频率跨度的较低部分，中频带表示全频率跨度的中间部分，而高频带表示全频率跨度的较高部分。将理解的是，虽然这些表明的范围是优选的范围，但是能够使用不同的重叠范围，其具有相同的或不同的比例。滤波器126和滤波器124的输出能够被经由开关117馈送到混频器127。该混频器能够将本地振荡器信号125与经滤波的信号中的一个或多个进行混合以产生混合的信号128。经混合的信号128能够被使用低通滤波器135来进一步地滤波。低通滤波器135能够例如在3 GHz或在那附近工作或以其它方式来滤波。开关140能够在低通滤波器122的输出与低通滤波器135的输出之间选择。一个或多个高速模拟至数字转换器(ADC) 145能够使从开关140接收到的信号数字化，并且输出数字化的信号146。频谱分析仪101还包括RF功率阈值单元150，所述RF功率阈值单元150被配置成自动地针对每个频带检测功率电平。RF功率阈值单元150包括电平检测器155和耦合到该电平检测器155并且被配置成使从电平检测器155接收到的信号数字化并产生数字化的测量信号161的低速ADC 160。一个或多个比较器175被配置成接收并且将从电平检测器155接收到的信号与一个或多个触发电平信号165相比较，并且被配置成产生一个或多个触发信号180。
频谱分析仪101能够包括控制单元205，所述控制单元205能够包括控制器215、RF功率阈值单元150、频带选择器210以及参考电平调节器220，在下文中更详细地对其进行描述。控制器单元205能够被耦合到用户接口部225和具有显示器235的显示部230。RF功率阈值单元150的电平检测器155的输出测量哪一个频带具有最多的功率，并且因此，能够自动地设置频率跨度从而使得具有最多的功率的频带被用于捕获并且显示频域数据。这给予频谱分析仪的用户起始点以进行进一步的调整以便以用户所期望的方式来查看频域数据。每个下变频器频带旨在用于特定频率范围的捕获，并且可以被同样地使用。如上文所提到的那样，在频带和每个下变频器频带的不同的频率响应之间能够存在频率重叠。由于每个频带能够具有不同的本底噪声(noise floor)，所以针对哪个频带提供了最多的所检测功率的其它更简单的测试是不充分的。作为替代，能够反复地比较每个频带中的相对功率电平，并且在分析不同的功率电平量之后，能够自动地选择适当的频带以便使用。频谱分析仪的参考电平表示分析仪显示器的最上面的方格线。换句话说，如果参 考电平被设置为+10 dBm，则+10 dBm的输入信号频率分量峰值将被显示为向上延伸到+10dBm的最高刻度。从诸如+5 dBm之类的高参考电平,或换句话说低电平衰减值开始,能够自动地针对每个频带测量功率电平。如果在频带之一中未找到合适的最小功率，则能够自动地并且反复地降低参考电平直到找到合适的最小功率为止，或者直到达到了最敏感的功率电平为止。这确保足够的灵敏度以正确地确定信号功率电平并且不基于噪声做出决定。当任何频带上的功率大于预定义噪声标准时，则能够选择具有最高的功率电平的频带，并且能够自动地设置测量最多的功率的频带的中心频率和跨度。例如，参考电平调节器220能够将参考电平设置为初始值，优选地是高值，如上文所提到的那样。电平检测器155能够依照参考电平来检测第一频带的功率电平。下变频器频带能够被设置为第二频带，诸如中频带。电平检测器155能够依照参考电平来检测第二频带的功率电平。下变频器频带能够被设置为第三频带，诸如高频带。电平检测器155能够依照参考电平来检测第三频带的功率电平。如果所有频带上的功率都小于预定义噪声标准，则参考电平调节器220能够减少参考电平。换句话说，能够减小衰减电平直到刚高于每个频带的本底噪声为止，其中每个频带的功率电平被沿着该路线测量。换言之，随着参考电平被减少，电平检测器155依照参考电平的每次反复(iteration)重复地测量每个频带的功率电平。用这种方式，能够避免或防止电路的过度驱动。如果任何频带上的功率被测量为大于预定义噪声标准，则不需要进一步减少参考电平。在任何频带上的功率被测量为大于预定义噪声标准并且已经依照该参考电平测量了频带中的每一个的功率电平之后，频带选择器210能够自动地选择具有最高的功率电平的频带。换句话说，为了确定适当的频带，将每个频带的功率电平与其它频带的功率电平相比较。控制器215然后能够自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。为了解决信号突发，能够依照特定的参考电平在一段时间内重复地测量相关的频带的功率电平读数，从而使得能够为该频带确定峰值功率电平。换句话说，可能存在信号内的“死”期间和在该死期间的任一端上的突发。在读周期期间能够记录峰值或最大值，从而使得至少一个突发电平读数(burst level reading)被捕获并且被用作针对该频带和该参考电平的峰值功率电平读数，从而即使在存在突发信号的情况下也记录准确的峰值功率电平。在某些情况下，在两个或更多个频带上相同的或基本上类似的功率电平读数可以产生。能够表征每个频带的频率对功率响应。使用这个信息，能够确定如果例如在所有的频带内找到了在所设立的功率电平差内的相同功率，则能够自动地选择中频带。或者例如，如果仅在较高的两个频带中找到了在所设立的功率电平差内的相同功率，则能够自动地选择高频带。通过另一示例，如果低频带是具有可测量的功率的唯一频带，则能够自动地选择低频带。用户接口部225能够接收诸如“自动设置”选择240之类的用户输入，其能够使频谱分析仪101执行自动频带选择、中心频率的自动设定和/或跨度的自动设定。在频谱分析仪101已经自动地对上文中所描述的配置参数进行初始化之后，用户还能够把注意力集 中在感兴趣的指定的频率跨度上。换句话说，用户能够在所自动选择的频带内选择更多感兴趣的特定的或特别的频率跨度。在这样的实例中，不需要执行缝合(其是将分开的频带重新组合成单个相干频谱的处理)。并且，用户能够在所自动选择的频带内对标准进行触发。图3图示出了重叠频带305的图。频带选择器210能够依照如上文所详细地阐述的方法和实施例来自动地选择低频带325、中频带320和/或高频带315中的一个。控制器215能够基于所测量的功率电平自动地为被自动地选择的频带设置中心频率和/或跨度，如上文中所详细地解释的那样。频带305的低频带325与低频带滤波路径即频带I相关联。频带305的中频带320与中频带滤波路径即频带2以及相关的下变频器频带相关联。频带305的高频带315与高频带滤波路径即频带3以及相关的下变频器频带相关联。图4图示出了示范了根据本发明的另一示例实施例的、用于自动地设置频率跨度和其它有关的配置设定的技术的流程图400。该技术在405处开始，在那里Ref_LeVel值被初始化为高值。在410处，频谱分析仪的参考电平被设置为Ref_LeVel。流程继续进行到415,在那里BandNumber (频带号)被优选地初始化为低值,或换句话说为低频带。在420处，下变频器频带被设置为BandNumber并且在425处针对该频带来测量功率电平。随后，在430处增加BandNumber,从而使得接下来能够测量更高的频带。在435处,做出BandNumber是否小于或等于预定义的最大频带号的决定。如果是，则流程返回到420，在那里下变频器频带被设置为新的BandNumber并且在425处测量新的频带的功率电平。在430处再次增加BandNumber。能够重复这些步骤直到在435处确定BandNumber大于预定义的最大频带号为止。当做出了这样的决定时，流程沿着否路径到440，并且做出任何频带上的功率是否大于预定义噪声标准的另一决定。如果否，则流程继续进行到445，并且减少参考电平。否则，如果是，则意味着至少一个频带上的功率曾大于预定义噪声标准，则流程继续进行到455，在那里能够设置测量最多的功率的频带的中心频率和跨度。如果流程继续通过445方框，并且在减少Ref_Level之后，则在450处做出Ref_Level是否小于预定义的最小参考电平值的又一决定。如果否，则流程返回到410并且重复该循环直到Ref_LeVel小于预定义的最小值为止。在针对一反复系列的参考电平反复地测量每个频带的功率电平之后，并且在450处确定Ref_LeVel小于预定义的最小参考电平值之后，则流程继续进行到455，在那里能够设置测量最多的功率的频带的中心频率和跨度。用这种方式，用户不需要遍及每个频带手动地搜索以试图找到其中能够找到能量含量(energy content)的频带,用户也不必手动地设置中心频率和跨度,从而节省了时间并且简化了测试和测量设置。触发标准能够由用户来选择并且频谱分析仪能够在所自动选择的频带内对该标准进行触发。尽管已经描述了特定实施例，但是将了解的是，本发明的原理不限于那些实施例。例如，频谱分析仪和其它类似的MDO设备在它们的性能方面周期性地扩展。在不偏离本文中所公开的发明原理的情况下，能够根据下一代测试和测量设备的性能特性和能力使用不同的频带。频率范围可以比本文中所具体公开的更宽或更窄。预定义的频带的数量可以为更大或更少。频率范围能够重叠变化的量。本发明的某些实施例包括用于在频谱分析仪中自动地设置频率跨度的方法，该方法包括将参考电平设置为初始值；依照参考电平来测量第一频带的第一功率电平；将下变频器频带设置为第二频带；依照参考电平来测量第二频带的第二功率电平；确定第一功 率电平和第二功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定第一功率电平和第二功率电平中的至少一个高于噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括减少参考电平；依照所减少的参考电平来测量第一频带的第三功率电平；将下变频器频带设置为第二频带；依照所减少的参考电平来测量第二频带的第四功率电平；确定第三功率电平和第四功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定第三功率电平和第四功率电平中的至少一个高于噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括将下变频器频带设置为第三频带；依照参考电平来测量第三频带的第三功率电平；确定第一功率电平、第二功率电平以及第三功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定第一功率电平、第二功率电平以及第三功率电平中的至少一个高于噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括(a)减小参考电平；(b)依照所减少的参考电平来测量第一频带的功率电平；(C)将下变频器频带设置为第二频带；(d)依照所减少的参考电平来测量第二频带的功率电平；(e)将下变频器频带设置为第三频带；(f)依照所减少的参考电平来测量第三频带的功率电平；(g)确定与第一频带、第二频带以及第三频带相关联的功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定与第一频带、第二频带以及第三频带相关联的功率电平中的至少一个高于噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括重复(a)至(g)直到频带之一的功率电平中的至少一个高于噪声标准为止，并且自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。该方法能够进一步包括重复(a)至(g)直到参考电平小于最小阈值为止，并且自动地为具有最高的测量的功率电平的频带设置中心频率和跨度。
在某些实施例中，该方法能够进一步包括确定与第一频带、第二频带以及第三频带相关联的功率电平是否基本上是相同的，并且如果确定与第一频带、第二频带以及第三频带相关联的功率电平基本上是相同的，则自动地为第二频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括确定与第二频带和第三频带相关联的功率电平是否基本上是相同的，并且如果确定与第二频带和第三频带相关联的功率电平基本上是相同的，则自动地为第三频带设置中心频率和跨度。在某些实施例中，该方法能够进一步包括在一段时间期间依照参考电平重复地测量相关的频带的功率电平读数；选择在该段时间期间的最大功率电平读数，从而解决信号突发。在某些实施例中，从包括软盘、光盘、固定盘、易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器、只读存储器或快闪存储器的介质的集合中提取的物品包括具有当在测试和测量设备中被执行时导致机器执行如本文中所公开的本发明的各种实施例的步骤的相关的非暂时性指令的机器可访问媒介。在不背离如在以下权利要求中所阐述的本发明的原理 的情况下，可以进行其它变化和修改。
权利要求
1.一种用于在频谱分析仪中自动地设置频率跨度的方法，所述方法包括 将参考电平设置为初始值； 依照所述参考电平来测量第一频带的第一功率电平； 依照所述参考电平来测量第二频带的第二功率电平； 确定所述第一功率电平和第二功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定所述第一功率电平和第二功率电平中的至少一个高于所述噪声标准，则自动地为具有所述最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
2.根据权利要求I所述的方法，进一步包括 减少所述参考电平； 依照所减少的参考电平来测量所述第一频带的第三功率电平； 依照所减少的参考电平来测量所述第二频带的第四功率电平； 确定所述第三功率电平和第四功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及如果确定所述第三功率电平和第四功率电平中的至少一个高于所述噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括 依照所述参考电平来测量所述第三频带的第三功率电平； 确定所述第一功率电平、第二功率电平以及第三功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及 如果确定所述第一功率电平、第二功率电平以及第三功率电平中的至少一个高于所述噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括 (a)减少所述参考电平； (b)依照所述减少的参考电平来测量所述第一频带的功率电平； (c)将下变频器频带设置为所述第二频带； (d)依照所述减少的参考电平来测量所述第二频带的功率电平； (e)将所述下变频器频带设置为所述第三频带； (f)依照所述减少的参考电平来测量所述第三频带的功率电平； (g)确定与所述第一频带、第二频带以及第三频带相关联的所述功率电平中的至少一个是否高于噪声标准；以及 如果确定与所述第一频带、第二频带以及第三频带相关联的所述功率电平中的至少一个高于所述噪声标准，则自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括 重复(a)至(g)直到所述频带之一的所述功率电平中的至少一个高于所述噪声标准为止；以及 自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置所述中心频率和跨度。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括 重复(a)至(g)直到所述参考电平小于最小阈值为止；以及 自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置所述中心频率和跨度。
7.根据权利要求4所述的方法，其中 所述第一频带与低频率的范围相关联； 所述第三频带与相对于所述低频率的高频率的范围相关联；以及 所述第二频带与相对于所述高频率和低频率的中间频率的范围相关联。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括 确定与所述第一频带、第二频带以及第三频带相关联的所述功率电平是否基本上是相同的；以及 如果确定与所述第一频带、第二频带以及第三频带相关联的所述功率电平基本上是相同的，则自动地为所述第二频带设置中心频率和跨度。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括 确定与所述第二频带以及第三频带相关联的所述功率电平是否基本上是相同的；以及如果确定与所述第二频带和第三频带相关联的所述功率电平基本上是相同的，则自动地为所述第三频带设置中心频率和跨度。
10.根据权利要求I所述的方法，其中测量包括 在一段时间期间依照所述参考电平重复地测量所述相关的频带的功率电平读数； 选择在该段时间期间的峰值功率电平读数，从而解决信号突发。
11.一个或多个有形的计算机可读介质，其存储当被处理器执行时用来执行根据权利要求I所述的方法的非暂时性的计算机可执行指令。
12.一种测试及测量设备，包括 控制器； 电平检测器，其被耦合至所述控制器； 模拟至数字转换器(ADC)，其被耦合至所述电平检测器； 第一频带，其与低频率的范围相关联； 第三频带，其与相对于所述低频率的高频率的范围相关联； 第二频带，其与相对于所述高频率与低频率的中间频率的范围相关联；以及频带选择器，其被配置成响应于针对所述频带中的每一个频带通过功率电平的所述电平检测器进行的一个或多个测量来自动地选择所述第一频带、第二频带以及第三频带中的一个频带。
13.根据权利要求12所述的测试及测量设备，进一步包括 参考电平调节器，其被配置成将参考电平设置为初始值； 其中，所述电平检测器被配置成依照所述参考电平来测量所述第一频带的第一功率电平。
14.根据权利要求13所述的测试及测量设备，其中 所述电平检测器被配置成依照所述参考电平来测量所述第二频带的第二功率电平。
15.根据权利要求14所述的测试及测量设备，其中 所述电平检测器被配置成依照所述参考电平来测量所述第三频带的第三功率电平。
16.根据权利要求15所述的测试及测量设备，其中 所述频带选择器被配置成自动地选择具有最高的测量的功率电平的所述频带。
17.根据权利要求16所述的测试及测量设备，其中所述控制器被配置成自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
18.根据权利要求13所述的测试及测量设备，其中 所述参考电平调节器被配置成自动地减少所述参考电平； 所述电平检测器被配置成针对一系列的减少的参考电平来测量每个频带的所述功率电平； 所述频带选择器被配置成自动地选择具有最高的测量的功率电平的所述频带；以及所述控制器被配置成自动地为具有最高的测量的功率电平的所述频带设置中心频率和跨度。
全文摘要
本发明的实施例包括用于在频谱分析仪中自动地设置频率跨度的测试和测量仪器及相关的方法。例如，从高的参考电平开始，能够自动地针对每个频带测量功率电平。如果在频带之一内未找到合适的最小功率，则能够自动地并且反复地降低所述参考电平直到找到所述合适的最小功率为止，或者直到达到了最敏感的功率电平为止。这确保足够的灵敏度以正确地确定信号功率电平并且不基于噪声做出决定。当任何频带上的功率大于预定义噪声标准时，则能够选择具有最高的功率电平的频带，并且能够自动地设置测量最多功率的频带的中心频率和跨度。
文档编号G01R23/16GK102759658SQ201210127518
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月29日
发明者D.L.苏尔彦 申请人:特克特朗尼克公司