CN101495873A - 信号分析器以及用于信号分析的方法 - Google Patents

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Abstract

一种信号分析器重复存储待测信号的波形数据，以便检测所述波形数据的峰值P1－P6。把处在掩模参考电平(或者比所述对应的峰值低预定电平)处的所述波形数据的波形宽度评估为掩模参考宽度，并且随后利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度来设置对应峰值的掩模。因此可以自动设置所述掩模，从而用户可以很容易地获得包括所述待测信号中的特征部分的时域数据和/或频域数据。

Description

信号分析器以及用于信号分析的方法
背景
本发明的实施例涉及用于信号分析器的掩模设置，更具体来说，涉及一种表征自动掩模设置的信号分析器以及用于实现这些功能的方法。
比如用于移动电话的无线通信系统之类的系统需要进行测试以便确认所使用的信号有没有错误。可以使用信号分析器来测量这种待测信号(SUT)。所述信号分析器把所述SUT转换成时域的数字数据，并且随后产生作为频域的数字数据的频谱数据。可以利用快速傅里叶变换(FFT)或者类似的计算计算来获得所述频谱数据。把所获得的数据作为波形或数字值显示在所述信号分析器的显示屏上。所述信号分析器不仅能够提供所述SUT的频谱数据，而且还提供对应于所述频谱数据的时域数据，因此其可以通过从频域和时域两个角度进行数字计算而提供各种信号分析。例如，美国专利6,377,617公开了一种产生频域和时域数据并且同时对其进行彼此相关的技术。
图1(现有技术)是信号分析器10的方框图。所述信号分析器10除了图1中示出的各块之外还具有等效于PC的功能和硬件，但是图中并没有示出。所述信号分析器采用了典型的PC的通用CPU，其通过具有键盘和鼠标的图形用户接口提供各种设置，并且可以把大量数据和程序存储在硬盘驱动器(HDD)中。
输入衰减器12把所述SUT调节到适当电平，并且将其提供到模拟下转换器20。所述下转换器20具有混频器14、本地振荡器16以及带通滤波器18，并且其对输入信号的频率进行下转换，从而利用模拟处理产生中频(IF)信号。模拟-数字转换器(ADC)22把所述模拟IF信号转换成数字数据(时域数据)。存储器24存储所述IF信号的数字数据。数字信号处理器(DSP)26从所述存储器24中读出所述IF信号数据并且实施数字下转换和快速傅里叶变换(FFT)，以便产生频域数据的频谱数据。所述频谱数据被存储在所述存储器24中，并且随后由显示器30将其显示为波形或数字值。根据存储在所述HDD中的程序，所述DSP26可以被用于其他各种计算。触发检测电路28接收来自所述ADC 22的时域数据以及来自所述DSP 26的频域数据，以便识别出满足用户设置的触发条件的数据，并且控制所述存储器24以把所述用户期望的时域数据和/或频谱数据保持在所述存储器24中。
所述存储器24可以是RAM，其能够提供比所述HDD更快的数据读取和写入，因此其适于临时保存快速产生的时域数据和/或频谱数据。HDD具有大的容量，但是数据读取/写入慢，因此其很难连续记录所述快速的时域数据和/或频谱数据。因此提供一个触发条件，满足所述触发条件的数据被临时存储在所述存储器24中，随后仅仅把必要的数据存储在所述HDD中。
利用所述触发检测电路28所控制的各种触发条件设置是已知的。利用时域数据的触发条件设置类似于数字示波器的那些设置。在传统的触发设置中设置给定的阈值，在触发点附近的SUT的时域数据或者超出所述阈值的SUT部分被存储到存储器中，只要所述存储器容量接受以将其显示为波形。除了传统的触发条件设置之外，还广泛使用另一种触发条件设置，其中设置掩模以便将其与所显示的波形进行比较，从而确定所述波形是否进入所述掩模。关于适当的掩模设置，美国专利6,728,648(对应于日本专利3,670,944)公开了它基于传统的触发条件显示波形，并且随后作为普通波形自动调节测试掩模位置以不接触所述掩模。
对于频谱数据使用掩模的触发条件设置也是已知的。例如，美国专利公开2003/0085925(对应于日本专利公开2003-194855)公开了把频谱数据显示为波形，并且设置及编辑用于所述波形的掩模。
一般来说，很难捕获发生频度较低的间歇性现象。但是如果利用信号分析器来测量待测信号(SUT)，并且如果可以大致预测出所述间歇性现象何时发生以及在什么频率附近发生，则可以通过在采集所述SUT数据之前基于所述预测设置频率掩模触发而有效地把所述间歇性现象捕获为频域数据。相反，如果不能做出所述预测，那么所述捕获效率就会大大降低。
在难以预测如何设置掩模的情况下或者甚至在可以进行所述预测的情况下，如果用户能够很容易地利用掩模来设置触发条件，则可以很容易地把所期望的部分(比如所述SUT中的缺陷)捕获在信号分析器的存储器内。
因此，期望使得信号分析器自动设置掩模，以便很容易地捕获SUT中的所期望的时域数据或频域数据。
概要
本发明的实施例涉及一种信号分析器，其从待测信号中导出时域数据和/或频域数据以便将其作为波形数据进行处理，从而分析所述待测信号。所述信号分析器的特征在于以下功能：重复存储关于所述待测信号的波形数据的功能；检测所述波形数据的峰值的功能；通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来检测掩模参考宽度的功能；以及利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模的功能。这样允许所述信号分析器根据所述待测信号的特性自动设置掩模，从而使得用户可以很容易地获得包括所述待测信号中的特征部分的时域数据和/或频域数据。
根据本发明的实施例的信号分析器的特征还在于设置峰值频率条件的功能以及仅仅设置对应于满足所述峰值频率条件的峰值的掩模的功能。如果所述峰值频率条件被设置到低频率，则可以有效地仅仅收集所述待测信号中的很少发生的峰值部分的数据。
本发明的另一个实施例是一种使得信号分析器执行下面描述的功能的方法。所述功能具体来说是以下功能：重复存储关于所述待测信号的波形数据的功能；检测所述波形数据的峰值的功能；通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来检测掩模参考宽度的功能；以及利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模的功能。除了以上功能之外，本发明的实施例还使得所述信号分析器执行设置峰值频率条件的功能以及仅仅设置对应于满足所述峰值频率条件的峰值的掩模的功能。
在所述掩模设置功能中，可以利用掩模参考电平和掩模参考宽度直接设置所述掩模。但是也可以利用关于所述掩模参考电平具有一定偏移量的电平以及关于所述掩模参考宽度具有给定调节(例如-10％)的宽度来设置所述掩模。
在本发明的实施例中，所述信号分析器具有用于重复存储关于所述待测信号的波形数据的存储器。峰值检测器检测所述波形数据的峰值。掩模宽度评估器通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来确定所述参考宽度；掩模发生器利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模。可以用诸如ASIC或FPGA之类的硬件来实现所述峰值检测器、掩模宽度评估器以及掩模发生器。可替换地，可以利用软件以及诸如PC之类的通用处理器来实现上述功能。
附图简述
图1(现有技术)是信号分析器的例子的功能方框图。
图2是根据本发明的实施例的功能处理步骤的流程图。
图3示出了把频域数据(频谱数据)显示为波形的例子，其中把深度方向作为时间轴。
图4示出了把图3的波形数据显示为其中示出了具有强度或颜色信息的频率信息的波形的例子。
图5示出了图4中获得的波形数据的最大值的包络波形。
图6示出了显示具有根据本发明的实施例设置的掩模的波形的例子。
图7示出了显示具有根据本发明的另一个实施例设置的掩模的波形的另一个例子。
图8示出了通过调节掩模参考宽度和掩模参考电平设置掩模的例子。
详细描述
本发明的实施例使用与图1(现有技术)中所示的相同的基本硬件。当前典型的信号分析器采用类似于PC的硬件来控制整个系统，并且能够运行与PC相同的操作系统。因此，可以利用PC来开发实现本发明的实施例的程序并且随后将其安装到所述信号分析器中。
图2是示出了根据本发明的实施例的处理步骤的流程图。在步骤42中，重复存储波形数据。图3是把频域数据(频谱数据)显示为波形数据的例子，其中把深度方向作为时间轴。由701-711所表示的波形的频度最高，721-723的波形的频度在下一个水平上，波形741的频度较低，这是因为其在这里仅仅出现一次。
图4是显示具有所述波形数据的频率信息的波形的例子，其中所述波形数据具有强度(或颜色)信息。波形70对应于图3中的波形701-711。波形72和74分别对应于图3中的波形721-723和波形741。它们被显示在所述显示器30的显示屏上。对于每一个间隔(帧)产生所述频域数据，并且将其重复存储到所述存储器24中。美国专利公开2005/0057253(对应于日本专利公开No.2005-77413)公开了一种用于产生把所述波形数据的频率信息变换成强度或颜色信息的位图数据的技术。如下所述，可以在产生所述位图数据的同时存储多个帧的波形数据，并且将其用于检测所述各帧的波形的峰值。
图3和4用于描述如何存储频域数据的波形数据，但是类似地也可以把所述时域数据重复存储为波形数据，其中没有“帧”的概念，而是公知地利用给定的触发条件(下文中称作第一触发条件)来捕获重复波形。随后，基于满足所述第一触发条件的SUT的触发参考点重复存储所述波形数据(时域数据)。下面主要描述所述频域数据的例子，如果在时域数据的情况下有差异的话，则将每次描述它们。
图5示出了图4中的波形数据的最大值的包络波形，并且其中例如有6个峰值P1-P6。在本发明的实施例中，设置掩模参考电平(如在图2的步骤44中所提供的那样)，并且将其应用于所述最大值包络波形的每一个峰值。所述掩模参考电平例如可以是-10dB，该值可以由用户每次设置，或者可以是先前被存储在所述信号分析器中的默认值。可替换地可以把所述掩模参考电平设置在较低电平处，比如-10％或-5％。如果所述波形数据是时域数据，其例如可以是-0.8伏特。通常把相同的掩模参考电平应用于所有所述峰值，但是也可以把不同的电平应用于对应的峰值。
随后，用户可以在必要时为所述信号分析器设置峰值频率条件，正如图2的步骤46和48所提供的那样。所述峰值频率条件设置是通过利用所述显示器30的屏幕上的菜单和所述鼠标的操作来进行的。图6示出了其中没有所述峰值频率条件的情况。图7示出了把所述峰值频率条件设置到6％的情况。所述峰值频率条件菜单70可以是下拉菜单，其允许通过从所出现的各数字值当中选择一个来设置所述峰值频率条件的值，其中所述选择是通过利用鼠标光标74点击指向下方的三角形72而从进行的。
所述信号分析器利用公知的方法检测具有峰值的频率和电平(对应于图2的步骤50)，其中如果所述波形数据是时域数据，则替代所述频率检测与所述触发参考点的时间距离。如图2的步骤52所提供的那样，所述信号分析器计算所述峰值电平以下的所述电平处的波形宽度以作为与满足所述峰值频率条件的峰值相关的掩模参考宽度，并且在图2的步骤52中利用所述掩模参考宽度来设置掩模。在图6的情况下，由于没有峰值频率条件设置，因此为所有的所述峰值P1-P6都设置掩模。在图7中，仅仅为所述峰值P6设置掩模M6，这是因为其满足6％的峰值频率条件。
如图6和7中所示，可以利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度直接设置所述掩模。但是也可以利用关于所述掩模参考电平具有一定偏移量的电平以及关于所述掩模参考宽度具有给定调节(例如+10％)的宽度来设置所述掩模。图8的掩模A是具有与所述掩模参考宽度相同的掩模宽度但是具有关于所述掩模参考电平经过调节的底部电平的例子。掩模B是所述掩模宽度和底部电平都经过调节的例子。可以由用户为所述信号分析器设置这些调节值，或者所述信号分析器可以重新使用先前的设置值。
如图6和7中所示，可以把所述峰值信息(峰值频率和电平)以及掩模信息(频率宽度以及掩模的开/关)显示为表(步骤56)。如在图2中所示的步骤58和60中所提供的那样，如果所述掩模设置是不必要的，则用户可以通过使用所述表来关闭所述掩模设置。可以通过利用所述鼠标光标74指定不必要的掩模并且按下所述键盘上的预定按键(例如删除键)来实现该处理。另一种方式可以是点击对应于所述表上的所期望的峰值的所述掩模的开/关字段以便切换开关。
下面是具有根据本发明的实施例设置的掩模的所述掩模设置和SUT测量的例子。首先，在适于设置掩模的时间(例如一个小时)内接收SUT，并且随后自动设置所述掩模。如果用户想要捕获可能每一个小时发生一次左右的现象，则将必须适当地设置峰值频率条件。可替换地，当一个小时已经过去并且设置了所述掩模时，关闭对于正常信号的各峰值所设置的所有掩模，以便仅仅剩下假定是由异常峰值所设置的掩模。
在完成了所述掩模设置之后，如果还接收所述SUT并且所述SUT的波形数据进入其中一个所述掩模，则满足触发条件，并且把该时间附近的波形数据保持在所述存储器24中，并且在必要时将其传送到所述HDD。因此，可以在以后读取进入所述掩模的波形数据。如果所述掩模是在频域内设置的，所述波形数据就是频域数据，但是同时也可以保存对应于所述频域数据的时域数据，以便能够在以后读取，这可以通过使用在上面描述的美国专利6,377,617中所公开的技术而实现。
虽然用户很难设置信号分析器掩模以便捕获包括待测信号中的未知的间歇性峰值的信号部分，但是根据本发明的实施例的信号分析器可以如上所述地自动设置掩模以便由其自身适当地捕获这种间歇性峰值。于是如果随后接收到包括类似的间歇性峰值的信号，则所述信号分析器可以适当地捕获相关的数据部分以便将其保存在存储器中，并且可以在必要时读出所述数据。因此，本发明的实施例对于分析在待测信号中很少发生的异常现象是非常有效的。

Claims (8)

1、一种信号分析器，其包括：
用于重复存储关于所述待测信号的波形数据的存储器；
用于检测所述波形数据的峰值的峰值检测器；
用于通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来确定所述参考宽度的掩模宽度评估器；以及
用于利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模的掩模发生器。
2、如权利要求1所述的信号分析器，其还包括用于允许设置峰值频率条件的峰值频率条件控制，其中所述掩模发生器仅仅设置对应于满足所述峰值频率条件的峰值的掩模。
3、如权利要求1所述的信号分析器，其还包括掩模选择接口，其中选择性地关闭所设置的各掩模当中的掩模。
4、如权利要求2所述的信号分析器，其还包括掩模选择接口，其中选择性地关闭所设置的各掩模当中的掩模。
5、一种用于为信号分析器产生触发掩模的方法，其包括：
重复存储关于所述待测信号的波形数据；
检测所述波形数据的峰值；
通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来检测掩模参考宽度；以及
利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模。
6、如权利要求5所述的方法，其还包括：
设置峰值频率条件；以及
仅仅设置对应于满足所述峰值频率条件的峰值的掩模。
7、一种计算机可读存储介质，其有形地具体实现计算机程序以便提供由计算机执行的指令，用于执行以下方法步骤：
重复存储关于所述待测信号的波形数据；
检测所述波形数据的峰值；
通过评估所述波形数据在比对应的峰值低预定电平的掩模参考电平处的波形宽度来检测掩模参考宽度；以及
利用所述掩模参考电平和掩模参考宽度在所述对应的峰值处设置掩模。
8、如权利要求5所述的计算机可读存储介质，其还包括由计算机执行的指令，用于执行以下另外步骤：
设置峰值频率条件；以及
仅仅设置对应于满足所述峰值频率条件的峰值的掩模。
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