CN102419389B - 测试和测量仪器中的时域测量 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为测试和测量仪器中的时域测量。测试和测量仪器及方法用于接收射频(RF)信号，使用模数转换器将RF信号数字化，对数字化信号进行下变频以产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息，使用I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时域轨迹，以及测量和显示基于IQ的时域轨迹的各种测量值。基于IQ的时域测量值能够自动生成和显示和/或传送给外部装置。

Description

测试和测量仪器中的时域测量

技术领域

本发明一般涉及测试和测量仪器中的时域测量。

背景技术

射频(RF)传输在当今的无线连接世界中变得越来越普遍。例如，蜂窝电话使用在全球正迅速增加，高速数据网络正在扩展，并且家庭无线网络和广域网正变得普遍。在这些和其它类似进步中，现在越发至关重要的是，测试和测量仪器提供有用特征和接口，使得正发生情况的准确描绘能够被构成并且提供给现场人员、如测试工程师和其他合格技术人员。

RF载波信号能够基于载波的幅度、频率或相位的变化通过各种方式来传送信息。管理部门通常分配将要供不同目的使用的射频范围。因此，准许某些装置仅在预定带之内进行操作。这类限制产生用于适配这些限制并且遵守公认通信标准的更为复杂且有效的方法。例如，许多现代传输系统使用跳频和相位调制以符合通信标准，并且提供争用类似资源的不同装置之间的改进功能性和互通。

由于这些信号的复杂性质，难以或者不可能使用常规技术对这些信号的某些方面进行准确测量。虽然一些实时谱分析器(RTSA)擅长测量频域中的RF信号的一般性，但是它们缺乏更特定的测量能力，特别是在时域中。解调和数据解码能力以及在某种程度上有限单通道测量在某些RTSA中是可用的，但是这类仪器缺乏了解迅速扩大和多层面技术领域中的RF信号总量所需的测量功能性的丰富性。

在随机突发长度，跳频算法、相位调制、信号失真和RF信号的其它要求高的特性存在的情况下-(特别在时域中)测量RF信号的现有方法是不足的。因此，难以或者不可能诊断信号传输中的问题或者对信号进行全面测量。

发明内容

主题发明的实施例提供用于测量射频(RF)信号的时域特性的测量技术。主题设备、系统和方法对RF信号进行接收、数字化和下变频，以便从数字化RF信号来产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息。一个或多个基于IQ的时域轨迹使用I和Q基带分量信息来生成。这类基于IQ的时域轨迹包括例如频率对时间轨迹、相位对时间轨迹、幅度(即功率对时间)轨迹、I对时间轨迹和/或Q对时间轨迹。

在一些示例实施例中，测试和测量仪器的测量部分产生与基于IQ的时域轨迹的属性对应的测量值，例如基于IQ的时域轨迹的频率、基于IQ的时域轨迹的脉冲宽度、基于IQ的时域轨迹与另一个信号之间的延迟、基于IQ的时域轨迹的上升和下降时间以及能够对时域波形进行的各种其它适当测量。例如，测量部分可产生频率对时间轨迹中的跳频的频率，并且在测试和测量仪器的显示单元上显示测量值，或者以其它方式向外部计算机或存储器装置传送测量值。一般来说，测量对应于信号的特性，并且在所获取记录的开始或者在记录的多个位置对整体时域记录来进行。能够一次一个地或者按照任何组合来进行测量。能够将各种测量值应用于基于IQ的时域轨迹，正如下面更全面描述。

附图说明

图1示出按照本发明的一个示例实施例的测试和测量仪器的框图，其中包括模数转换器(ADC)、数字下变频器、包括轨迹生成部分和测量部分的控制器以及显示单元。

图2A-2B示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如频率对时间轨迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图3示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如相位对时间轨迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图4示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如功率对时间轨迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图5是示出按照本发明的一些实施例、用于测量基于IQ的时域轨迹的技术的流程图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的一个示例实施例的测试和测量仪器100的框图，其中包括模数转换器(ADC)108、数字下变频器115、包括轨迹生成部分145和测量部分147的控制器140以及显示单元150。测试和测量仪器100能够是数字示波器、实时谱分析器(RTSA)或其它适当测量装置。为了简洁和一致起见(而非限制)，测试和测量仪器在本文中将一般称作示波器。

示波器100可具有适合与本文所述的各个实施例配合使用的诸如输入端子110之类的多个通道或输入。虽然示波器可具有单个输入端子110，但是所述的发明方面同样可适用于具有四个输入或者任何数量的输入的示波器。虽然示波器100的组件示为直接相互耦合，但是应当理解，示波器100能够包括各种其它电路或软件组件、输入、输出和/或接口，它们不一定被示出，而是设置在示波器100的所示组件之间或者以其它方式与其关联。

在输入端子110接收被测电信号、优选地为RF信号。能够将RF信号转换成模拟中频(IF)信号，模拟中频信号在由ADC108数字化之前经过滤波。但是，本文将一般提及“RF信号”或“多个RF信号”，并且应当理解，这种提及能够包括一个或多个RF信号或者从RF信号所得出的一个或多个IF信号。

ADC108构造成将被测RF信号数字化。数字下变频器115操作地耦合到ADC108，接收数字化RF信号，并且从数字化RF信号来产生I(同相)和Q(正交)基带分量数据或信号。更具体来说，混频器120将正弦和余弦与数字化RF信号进行数值相乘，由此生成包含原始RF信号中存在的全部信息的I和Q分量信息。此后，能够使用抽选滤波器125对信号分量数据进行抽选，抽选滤波器125对与信号关联的噪声和样本进行数字滤波并且减少其数量。

获取存储器130操作地耦合到数字下变频器115，并且配置成获取和存储与RF信号关联的数字化I和Q基带分量信息的一个或多个记录135。换言之，获取存储器130能够从数字下变频器115接收I和Q基带分量信息，并且将它存储。在一些实施例中，由ADC108所输出的数字化数据可首先直接存储到存储器、如存储器130，并且然后由下变频器115来访问，以便产生I和Q基带分量信息。示波器的各输入端子110能够使其关联其中存储分量信息的获取存储器130的不同部分或者不同记录135。获取存储器130能够是任何种类的存储器。例如，获取存储器130能够是易失性存储器、非易失性存储器、动态随机存取存储器、静态存储器等等。

控制器140操作地耦合到获取存储器130，并且接收I和Q分量信息。控制器140还耦合到显示单元150，处理被测信号，并且产生对应波形、轨迹和/或测量供由显示单元150显示。作为对显示轨迹和测量的替代或补充，控制器140能够经由诸如总线或导线之类的导体将轨迹和测量传送给外部装置160。除了其它可能性之外，外部装置160还能够包括例如与测试和测量仪器分离的计算机或者外部存储器装置。

控制器140能够包括轨迹生成部分145和测量部分147。轨迹生成部分145使用I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时域轨迹。例如，在下变频之后，轨迹生成部分145能够通过计算(Q除以I)的反正切、即ARCTAN(Q/I)，来生成相位。轨迹生成部分145还能够通过计算相位相对时间的导数、即d/dt(相位)，来生成频率。相位和频率用于分别绘制相位对时间和频率对时间轨迹。另外，轨迹生成部分145能够生成幅度(即，功率对时间)轨迹，它例如能够通过取I的平方与Q的平方相加的平方根(例如SQRT(I^2+Q^2))来生成。下面将更详细地进一步描述各种轨迹。

测量部分147产生基于IQ的时域轨迹的至少一个可测量方面的测量值。例如，如果基于IQ的时域轨迹是频率对时间轨迹，则测量部分147能够通过测量频率对时间轨迹中的跳频的频率来产生测量值，由此确定信号的频率调制跳速方面(frequencymodulatedhoprateaspect)。作为另一个示例，测量部分147能够测量频率对时间轨迹的脉冲宽度，由此确定信号的频率调制跳周期方面(frequencymodulatedhopdurationaspect)。一般来说，测量对应于信号的特性，并且在诸如获取存储器130的记录135之类的所获取记录的开始或者在所获取记录的多个位置对整体时域记录来进行。能够一次一个地或者按照任何组合来进行测量。还能够对频率对时间轨迹来进行诸如下面进一步描述等的其它测量值。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其它适当测量能够适用于基于IQ的时域轨迹。

另外，测量部分147能够产生I和Q基带分量信息的单独轨迹的至少一个可测量方面的测量值。换言之，能够直接对I基带分量信息的轨迹或者对Q基带分量信息的轨迹进行测量。

显示单元150适合在显示单元的同一窗口中显示一个或多个基于IQ的时域轨迹连同(即，彼此靠近或者彼此重叠)频域轨迹，例如RF信号的谱和/或RF信号的谱图。诸如RF信号的谱和谱图之类的频域轨迹通过对I和Q数据应用快速傅立叶变换(FFT)算法来产生。当生成基于IQ的时域轨迹的测量值时，还能够在显示单元的同一显示中在便于示波器的用户查看的位置显示测量值。换言之，基于IQ的时域轨迹、基于IQ的频域轨迹和测量值能够在实质占用显示单元150的整个显示的单个窗口中彼此靠近显示。

本文提到频域，但是应当理解，它们指的是频域测量和/或轨迹，这是本领域的技术人员理解的。例如，RF信号的谱(spectrum)是在频域之内，并且通常包括具有表示频率范围的水平轴以及表示给定频率的幅度或信号功率的垂直轴的图表。另外，RF信号的谱图(spectrogram)被认为是在频域之内，并且通常包括具有表示频率范围的水平轴、表示时间的垂直轴以及由轨迹的变化颜色所表示的幅度的图表。

相反，时域包括不同类型的测量和/或轨迹。例如，频率对时间测量和/或轨迹被理解为是在时域而不是频域之内，并且被理解为具有表示时间的水平轴以及表示频率的垂直轴。频率对时间测量具有比谱图更优良的时域分辨率。

与频率对时间相似，功率对时间轨迹示出信号的功率如何随时间而变化，并且被理解为是在时域之内；水平轴表示时间，以及垂直轴表示功率-通常是以对数标度-而不是线性标度的电压。另外，相位对时间测量和/或轨迹作为时间的函数来显示，并且被理解为是在时域之内；水平轴表示时间，以及垂直轴表示相位值的范围。本文中提到基于IQ的时域轨迹，它们指的是从I和Q分量信息或数据所得出的信号和/或轨迹，但其处于时域之内，与频域形成对照。

ADC108、数字下变频器115、包括轨迹生成和测量部分的控制器140以及显示单元150中的任一个可存在于硬件、软件、固件或者它们的任何组合中或者使用它们来实现。

图2A-2B示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如频率对时间轨迹225之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示200。

如图2A所示，显示200的上部包括示例控制信号220和频率对时间轨迹225。虽然在显示200的上部示出，但是应当理解，信号和轨迹能够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号220称作“控制”信号，但是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器所接收或生成的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够用于同时接收诸如RF信号和控制信号220之类的各种信号，并且诸如频率对时间轨迹225之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息来得出。

在一些实施例中，控制信号220能够指示频率的转变，并且频率对时间轨迹225反映这些转变。在一些实施例中，不需要信号和/或轨迹之间的因果关系；例如，测量能够在时域信号(即，与控制信号220无关)与频率对时间轨迹225之间进行。

(图1的)测量部分147能够产生与频率对时间轨迹关联的一个或多个测量值230。例如，测量部分147能够产生频率对时间轨迹中的跳频的频率测量值，并且在显示200上显示测量值。测量部分147能够产生作为示例如图2B所示的各种附加测量值230，例如频率对时间轨迹的脉冲的脉冲宽度、控制信号与频率对时间轨迹之间的延迟、频率对时间轨迹的脉冲或部分的上升时间、频率对时间轨迹的脉冲或部分的下降时间、频率对时间轨迹的过冲条件、频率对时间轨迹的转换速率等等。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其它适当测量能够适用于频率对时间轨迹。另外，控制器140能够经由诸如总线或导线之类的导体将测量值230传送给外部装置160。

此外，频域中的谱图285和/或谱290能够连同时域中的频率对时间轨迹一起(即，彼此靠近或者彼此重叠)以及连同控制信号和测量值一起在实质占用显示单元150的整个显示200的单个窗口200中显示。换言之，谱图285和谱290没有在与其它信号和轨迹分离的显示中显示，否则这将使得难以将信号之间的信息进行相关。相反，来自频域中的谱图285和/或谱290的信息能够在同一显示中与来自时域轨迹的信息、如频率对时间轨迹225和测量值230相关或关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动产生频率对时间轨迹的多个测量值，并且在显示200上自动显示测量值230，供用户进一步分析。例如，能够响应用户输入而通过自动测量频率对时间轨迹中的跳频的频率以及频率对时间轨迹中的脉冲宽度，并且显示这类测量值以使得用户能够观察它们，来自动确定频率调制跳速和跳周期。诸如相对于控制信号的延迟之类的其它测量也能够自动确定和显示。应当理解，以上所述的测量技术和值的任一个均能够由示波器100自动测量和显示。

图3示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如相位对时间轨迹325之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示300。

如图3所示，显示300的上部包括控制信号320和相位对时间轨迹325。虽然在显示300的上部示出，但是应当理解，信号和轨迹能够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号320称作“控制”信号，但是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器所接收或生成的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够用于同时接收诸如RF信号和控制信号320之类的各种信号，并且诸如相位对时间轨迹325之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息来得出。

控制信号320能够指示相位的转变或者RF信号的另外某种特性。在一些实施例中，不需要信号和/或轨迹之间的因果关系；例如，测量能够在时域信号(即，与控制信号320无关)与相位对时间轨迹325之间进行。

(图1的)测量部分147能够产生与相位对时间轨迹关联的一个或多个测量值330。例如，测量部分147能够产生测量值330，测量值330与上述测量值230相似或者以其它方式与其对应，但应用于相位对时间轨迹325。测量值330能够在显示300上显示或者经由诸如总线或导线之类的导体传送给外部装置160。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其它适当测量能够适用于相位对时间轨迹。

此外，频域中的谱图385和/或谱390能够连同时域中的相位对时间轨迹325一起(即，彼此靠近或者彼此重叠)以及连同控制信号320和测量值330一起在实质占用显示单元150的整个显示300的单个窗口300中显示。换言之，谱图385和谱390没有在与其它信号和轨迹分离的显示中显示，否则这将使得难以将信号之间的信息进行相关。相反，来自频域中的谱图385和/或谱390的信息能够在同一显示中与来自时域轨迹的信息、如相位对时间轨迹325和测量值330相关或关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动产生相位对时间轨迹的多个测量值，并且在显示300上自动显示测量值330，供用户进一步分析。例如，电路的相位调制输出与控制输入之间的延迟能够通过测量控制信号320与相位对时间轨迹325之间的延迟来确定。这些测量还能够自动确定和显示。应当理解，以上所述的测量技术和值的任一个均能够用于测量相位对时间轨迹的特性，由示波器100自动测量和/或显示。

图4示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如功率对时间轨迹425之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示400。

如图4所示，显示400的上部包括控制信号420和幅度(即，功率对时间)轨迹425。虽然在显示400的上部示出，但是应当理解，信号和轨迹能够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号420称作“控制”信号，但是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器所接收或生成的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够用于同时接收诸如RF信号和控制信号420之类的各种信号，并且诸如功率对时间轨迹425之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息来得出。

控制信号420能够指示功率的转变或者RF信号的另外某种特性。在一些实施例中，不需要信号和/或轨迹之间的因果关系；例如，测量能够在时域信号(即，与控制信号420无关)与功率对时间轨迹325之间进行。

(图1的)测量部分147产生与功率对时间轨迹关联的一个或多个测量值430。例如，测量部分147能够产生测量值430，测量值430与上述测量值230相似或者以其它方式与其对应，但应用于功率对时间轨迹。测量值430能够在显示400上显示或者经由诸如总线或导线之类的导体传送给外部装置160。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其它适当测量能够适用于功率对时间轨迹。

此外，频域中的谱图485和/或谱490能够连同时域中的功率对时间轨迹425一起以及连同控制信号420和测量值430一起在实质占用显示单元150的整个显示400的单个窗口400中显示。换言之，谱图485和谱490没有在与其它信号分离的显示中显示，否则这将使得难以将信号之间的信息进行相关。相反，来自频域中的谱图485和/或谱490的信息能够在同一显示中与来自时域轨迹的信息、如功率对时间轨迹425和测量值430相关或关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动产生功率对时间轨迹的多个测量值，并且在显示400上自动显示测量值430，供用户进一步分析。这些测量还能够自动确定和显示。应当理解，以上所述的测量技术和值的任一个均能够用于测量功率对时间轨迹的特性，由示波器100自动测量和/或显示。

图5是示出按照本发明的一些实施例、用于测量基于IQ的时域轨迹的技术的流程图。该技术开始于505，其中在诸如示波器之类的测试和测量仪器的端子处接收RF信号。在510，ADC用于将RF信号数字化。该流程然后进入515，其中对数字化信号下变频，以便产生I和Q基带分量信息或数据。在520，生成使用IQ基带分量信息的时域轨迹。然后，该流程能沿若干路径的任一个继续进行，例如进行到525，其中测量基于IQ的时域轨迹的频率，进行到530，其中测量基于IQ的时域轨迹的脉冲的脉冲宽度，进行到535，其中测量基于IQ的时域轨迹的脉冲的上升时间，或者进行到540，其中测量基于IQ的时域轨迹的其它值。其它值能够包括以上参照图1-4所述的测量值的任一个，并且为了简洁起见而将不重复。然后，该流程进入545和/或550，其中测量值在示波器的显示单元150上显示以供用户观察和分析，和/或传送给(图1的)外部装置160以供进一步处理或分析。

虽然描述了具体实施例，但是大家会理解，本发明的原理并不局限于那些实施例。例如，虽然上述实施例描述波形的不同性质，但是上述性质不是趋向于统计的、例如与抖动测量关联的性质；但是，所公开的实施例并不局限于非统计性质，而是能够扩展到抖动测量等等或者其它类型的统计测量。例如，能够对例如统计、直方图等测量执行进一步分析。例如最小数、最大数、平均数、平均值、标准差等等统计值能够应用于测量。应当理解，其它分析类型能够包括测量值的趋势图表、直方图等等。

在一些实施例中，从包括软盘、光盘、固定磁盘、易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器、只读存储器或闪速存储器的集合所得到的产品包括具有关联指令的机器可访问介质，关联指令在测试和测量装置中运行时使机器执行本文所公开的本发明的各个实施例的步骤。可进行其它变更和修改，而没有背离以下权利要求书所提出的本发明的原理。

Claims (15)

1.一种测试和测量仪器，包括：

输入端子，接收被测电信号；

模数转换器(ADC)，将被测信号数字化；

数字下变频器，从数字化信号来产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息；

轨迹生成部分，使用所述I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时域轨迹；以及

测量部分，产生与所述一个或多个基于IQ的时域轨迹的属性对应的一个或多个测量值，

其中：

所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括频率对时间轨迹；以及

所述测量部分配置成测量所述频率对时间轨迹中的跳频的频率，由此确定所述被测信号的频率调制跳速方面。

2.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中：

所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括频率对时间轨迹；以及

所述测量部分配置成测量所述频率对时间轨迹的脉冲宽度，由此确定所述被测信号的频率调制跳周期方面。

3.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述输入端子包括第一输入端子，并且所述测试和测量仪器还包括：

第二输入端子，接收第二信号。

4.如权利要求3所述的测试和测量仪器，其中：

所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括频率对时间轨迹；以及

所述测量部分配置成测量所述第二信号与所述频率对时间轨迹之间的延迟。

5.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中：

所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括相位对时间轨迹；以及

所述测量部分配置成产生与所述相位对时间轨迹的属性对应的一个或多个测量值。

6.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中：

所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括功率对时间轨迹；以及

所述测量部分配置成产生与所述功率对时间轨迹的属性对应的一个或多个测量值。

7.如权利要求1所述的测试和测量仪器，还包括：

显示单元，接收和显示所述测量值。

8.如权利要求1所述的测试和测量仪器，还包括：

控制器，包括所述轨迹生成部分和所述测量部分，其中所述控制器配置成将所述一个或多个测量值传送给外部装置。

9.一种在测试和测量仪器中用于测量时域轨迹的方法，所述方法包括：

在所述测试和测量仪器的端子接收被测电信号；

使用模数转换器(ADC)将被测信号数字化；

对数字化信号进行下变频，以便产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息；

使用所述I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时域轨迹；以及

自动产生所述一个或多个基于IQ的时域轨迹的多个测量值，

其中，生成所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括生成频率对时间轨迹，

其中，自动产生所述一个或多个基于IQ的时域轨迹的所述多个测量值包括：

通过测量所述频率对时间轨迹中的跳频的频率，来确定频率调制跳速；以及

在显示单元上显示与所述频率调制跳速对应的测量值。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

将所述多个测量值传送给外部装置。

11.如权利要求9所述的方法，其中，自动产生所述一个或多个基于IQ的时域轨迹的所述多个测量值还包括：

通过测量所述频率对时间轨迹的脉冲宽度，来确定频率调制跳周期；以及

在所述显示单元上显示与所述频率调制跳周期对应的测量值。

12.如权利要求9所述的方法，其中，所述端子包括第一端子，所述方法还包括：

在所述测试和测量仪器的第二端子接收第二信号。

13.如权利要求12所述的方法，其中：

生成所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括生成频率对时间轨迹；以及

自动产生所述一个或多个基于IQ的时域轨迹的所述多个测量值包括：

测量所述第二信号与所述频率对时间轨迹之间的延迟；以及

在显示单元上显示延迟测量。

14.如权利要求9所述的方法，其中：

生成所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括生成相位对时间轨迹；以及

自动产生所述测量值包括产生与所述相位对时间轨迹的属性对应的多个测量值。

15.如权利要求9所述的方法，其中：

生成所述一个或多个基于IQ的时域轨迹包括生成功率对时间轨迹；以及

自动产生所述测量值包括产生与所述功率对时间轨迹的属性对应的多个测量值。