CN102955054A - 用于提供带fft窗口形状的视觉指示的频域显示的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种测试与测量仪器包括具有时域网格和频域网格的显示器。处理器构造成处理输入信号，以产生用于在时域网格中的显示的时域波形，输入信号与时基关联。处理器还构造成处理第二输入信号并产生用于在频域网格中的显示的频域波形，第二输入信号与相同的时基关联。频域波形与时基的选定时段关联。处理器还构造成产生频谱时间指示器，频谱时间指示器构造成相对于频域波形，在时域网格中以图形方式图示变换参数、位置和选定时段。

Description

用于提供带FFT窗口形状的视觉指示的频域显示的设备和方法

在先提交申请的交叉引用

本申请要求2011年8月19日提交的较早提交的美国临时申请No.61/525,620的优先权，该较早提交的美国临时申请在此全文并入。本申请还涉及名称为“用于时间相关的信号采集和观察的设备和方法”(档案号：8830-US1)的2012年2月23日提交的同时提交的美国专利申请No.13/403,309，该同时提交的美国专利申请在此全文并入。

技术领域

本发明涉及测试与测量仪器的领域，并且尤其涉及构造成用于观察频域中的数字化波形的测试与测量仪器。 

背景技术

现代数字示波器通常提供产生给定输入信号的时域波形的能力。有些仪器可包括产生输入信号的频谱或频域显示的能力。示波器内的数字处理器通常对输入信号进行频域变换以产生频域波形。各种变换参数可用于产生频域波形。当调整这些变换参数时，对应的频域波形可能也被改变。现有装置缺乏有效的办法来反映用于产生频域波形的变换参数。因此，存在对包括这样的能力的测试与测量仪器的需求。

发明内容

公开了一种测试与测量仪器及方法。测试与测量仪器包括具有时域网格和频域网格的显示器。处理器构造成处理输入信号以产生用于在时域网格中的显示的时域波形，该输入信号与时基关联。处理器还构造成处理第二输入信号并产生用于在频域网格中的显示的频域波形，该第二输入信号与相同的时基关联。频域波形与时基的选定时段关联。处理器还构造成产生频谱时间指示器，频谱时间指示器构造成相对于频域波形，在时域网格中以图形方式图示变换参数、位置和选定时段。

第一输入信号与第二输入信号可以是相同的信号。变换参数可以是具有相关形状的变换窗口类型。测试与测量仪器还可包括构造成从多个窗口类型选择窗口类型的输入控制。频谱时间指示器可具有相对于频域波形指示时域网格的选定时段的宽度。测试与测量仪器可包括构造成接收输入信号和多个用户控制的输入。

附图说明

图1是具有分成多个网格的显示器的示波器的示意图；

图2是构造成显示时域与频域波形和频谱时间指示器的显示器的方框图；

图3是构造成显示时域与频域波形和频谱时间指示器的显示器的方框图；

图4是构造成显示时域与频域波形以及示出FFT窗口形状的频谱时间指示器的显示器的方框图；以及

图5是示出产生频域波形和频谱时间指示器的一般处理步骤的流程图。

具体实施方式

本公开涉及构造成用于在频域中观察数字化波形的测试与测量仪器。可在单个仪器中完成模拟、数字和RF信号的时间相关采集与观察。这通过将显示器分成两个网格实现，一个用于时域波形，并且一个用于频域波形。向用户提供指示时域中的时段的标记，频谱(频域)波形由该时域计算得到。还向用户提供以图形方式图示如何产生频域波形的标记。

图1是具有分成多个网格14、16的显示器12的示波器10的示意图。网格14、16构造成以图形方式显示至少一个波形24、26及其他图形标记34、36，例如轴、图形信息和文本。示波器10还具有构造成用于用户输入的多个用户控制18和构造成接收测试信号等的多个电气输入20。用户控制18可包括一个或多个用户输入，其如以下详细公开地被构造成选择频谱位置、频谱时间和/或FFT窗口形状。

在本示例中，示波器10实现为独立的单元，其所带的采集系统21包括处理器22，该处理器22具有构造成用于程序信息与数据的存储的相关存储器23。应理解的是，处理器22可耦合至附加的电路系统，例如I/O、A/D、图形生成硬件等。处理器22构造成经由用户控制18接收至少一部分输入。处理器还构造成产生在网格14、16中显示的至少一部分信息。应理解的是，示波器可利用各种硬件和软件实现，包括利用例如桌上型电脑、膝上型电脑、输入板、智能手机或其他计算装置的计算装置实现的实施例。

以下的定义可帮助理解本公开：

频谱时间：计算在频域网格中显示的频域波形所需的时间量。

频谱位置：相对于时域网格中的时域波形的频谱时间的起始位置。

FFT窗口：应用于时域数据以考虑在时域采集的任一端部处的不连续性的数学函数。存在许多类型的FFT窗口，其中有些FFT窗口对于有些类型的RF测量较好，并且其他FFT窗口对于其他类型的RF测量较好，但每种FFT窗口对得到的频域波形看起来象什么具有不同的影响。

图2-4是示出构造成显示时域与频域波形的显示器的示例。为了简化起见，输入信号是连续地跃过三个独有频率的恒功率跳频信号。该信号由例如如图1所示的混合域示波器获取，所述混合域示波器具有相同信号的时域和频域的同时显示。应理解的是，不同的输入信号可用于产生时域波形与频域波形。

图2是分成多个网格的显示器12的示意图。在该示例中，上部的网格是时域网格40，所述时域网格40构造成显示代表提供至电气输入20中的其中一个的时域信号的时域波形42(频率对时间)。应理解的是，在不偏离本公开的范围的情况下可产生各种其他的时域波形，例如幅度对时间。显示器12还可包括中心频率指示器48，所述中心频率指示器48构造成在时域网格40中呈现的频率对时间波形42内，指示频域网格44中的中心频率的位置。在本示例中，在中心频率指示器48上方的点为较高频率；在中心频率指示器48下方的点为较低频率。从左至右移动，时域波形在中间频率处开始，移向较高频率，移向较低频率，移回到中间频率，然后是较高频率并最终回到较低频率。应理解的是，显示器12可构造成同时显示来自施加于电气输入20的分立信号的多个单独的时域波形。

下部的网格是频域网格44，所述频域网格44构造成显示来自施加于其中一个电气输入20上的信号在时域网格40中代表的时间的至少一部分内的频域波形46。显示器12还包括简单频谱时间指示器50，所述简单频谱时间指示器50构造成以图形方式指示用于产生频域波形46的时段。在频谱时间指示器50如所示的那样定位在时域网格40内的情况下，用户假定频域波形46就如所示的那样。在频谱时间期间，跃过三个不同频率的信号每次花费相同的时间量。然而，用户实际看到的是如图3所示的情形。

图3示出了具有时域网格60的显示器12，所述时域网格60构造成显示代表提供至电气输入20中的其中一个的时域信号的时域波形62(频率对时间)。显示器12还具有频域网格64，所述频域网格64构造成显示来自施加于其中一个电气输入20上的信号在时域网格60中代表的时间的至少一部分内的频域波形66。显示器12还可包括中心频率指示器68，所述中心频率指示器68构造成在时域网格60中呈现的频率对时间波形62内，指示频域网格64中的中心频率的位置。显示器12包括简单频谱时间指示器70，所述简单频谱时间指示器70构造成以图形方式指示用于产生频域波形66的时段。

查看时域波形62，频域波形66为什么显示为如所示的那样并不是显而易见的。只有高频率峰67具有高的幅度。尽管信号如在时域网格60中所指示的那样在所有三个频率处花费相同的时间量，但较低的频率峰63、65仍具有较低的幅度。这是由于用于产生频域波形66的特定的变换参数，例如FFT窗口形状。

图4示出了具有时域网格80的增强的显示器12，所述时域网格80构造成显示代表提供至电气输入20中的其中一个的时域信号的时域波形82(频率对时间)。显示器12还具有频域网格84，所述频域网格84构造成显示来自施加于其中一个电气输入20上的信号在时域网格80中代表的时间的至少一部分内的频域波形86。显示器12还可包括中心频率指示器88，所述中心频率指示器88构造成在时域网格80中呈现的频率对时间波形82内，指示频域网格84中的中心频率的位置。显示器12包括频谱时间指示器90，所述频谱时间指示器90构造成以图形方式指示用于产生频域波形86的时段和FFT窗口形状。

查看时域波形82，频域波形86为什么显示成如所示那样现在是显而易见的。由于在高频处花费的时间在FFT窗口的中间并且没有衰减得如在边沿处那样多，所以高频率峰87具有高的幅度。在中间和低的频率83、85处花费的时间因为用于产生频谱的FFT窗口函数的形状而减少。除FFT窗口的时间位置之外，频谱时间指示器90还以图形方式图示了FFT窗口形状，以帮助用户理解对应的频谱显示。

应理解的是，在不偏离本公开的范围的情况下可使用各种FFT窗口形状。例如，FFT窗口形状如图4所示可大体上为高斯形（Gaussian），或者可以是矩形、三角形、汉宁形（Hanning）、汉明形（Hamming）、泊松形（Poisson）、柯西形（Cauchy）、卡希尔-贝塞尔形（Kaiser-Bessel）以及其他形状。

图5是示出实现以上公开的功能的一般处理步骤的流程图。应理解的是，在此包含的任何流程图仅是说明性的，并且在典型的系统软件中可正常地实现其他程序入口和出口点、超时功能、误差校验例程等(未示出)。还应理解的是，系统软件可在启动之后连续地运行。因此，任何开始和结束点是用来指示可集成到主程序中并按照需要执行的一部分代码的逻辑开始和结束点。还可在不偏离本公开的范围的情况下改变任何块的执行顺序。基于这里公开的内容，这些方面的实现是显而易见的并且完全在本领域的技术人员所掌握的技能范围之内。

如由块102所示，获取一个或多个例如被数字化并且存储在存储器内的输入信号。数字化输入信号通常包括具有已知时基的一系列样本。频谱时间与频谱位置如由块104所示地确定。FFT窗口形状如由块106所示地确定。可经由在图1中示出的前面板控制38接收频谱时间、位置和FFT窗口形状。应理解的是，如果没有接收到用户输入，则频谱时间、频谱位置和FFT窗口形状可设定成初始的缺省值。

处理器对输入信号进行诸如快速傅里叶变换(FFT)的频域变换。如由块108所示，频谱时间与频谱位置输入被用来识别该时段的对应的输入信号样本。如由块110所示地产生频域波形。然后产生频谱时间指示器，其带有与选定的FFT窗口类型对应的形状。如由块112所示，频谱时间指示器随后覆盖在显示器上，从而以图形方式表示频谱时间、频谱位置和FFT窗口类型。

应理解的是，基于在此公开的内容可能有许多变化。尽管特征与单元在上面以特定的组合方式作了描述，但每种特征或单元可单独使用而不与其他特征与单元组合，或者可在有或者没有其他特征与单元的情况下以各种组合的方式使用。在此提供的方法或流程图可在结合于计算机可读(非暂时的)存储介质中的计算机程序、软件或固件内实现以由通用计算机或处理器执行。计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储装置、诸如内置硬盘和移动盘的磁性介质、磁光介质和诸如CD-ROM盘和数字化视频光盘(DVD)的光学介质。

举例来说，合适的处理器包括通用处理器、专用处理器、传统处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP内核相联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其他类型的集成电路(IC)和/或状态机。

Claims (17)

1.一种测试与测量仪器，包括：

显示器，其具有时域网格和频域网格；

处理器，其构造成处理输入信号，以产生用于在所述时域网格中的显示的时域波形，所述输入信号与时基关联，所述处理器构造成处理第二输入信号并产生用于所述频域网格中的显示的频域波形，所述第二输入信号与所述时基关联，所述频域波形与所述时基的选定时段关联；

所述处理器构造成产生频谱时间指示器，所述频谱时间指示器构造成相对于所述频域波形，在所述时域网格中以图形方式图示变换参数、位置和所述选定时段。

2.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，其中所述第一输入信号与所述第二输入信号为相同的信号。

3.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，其中所述变换参数是具有相关的形状的变换窗口类型。

4.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，还包括构造成从多个窗口类型选择窗口类型的输入控制。

5.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，其中所述频谱时间指示器具有相对于所述频域波形指示所述时域网格的所述选定时段的宽度。

6.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，还包括构造成接收所述输入信号的输入。

7.根据权利要求1所述的测试与测量仪器，还包括多个用户控制。

8.一种提供测试与测量仪器的方法，所述方法包括：

提供具有时域网格和频域网格的显示器；

提供处理器，所述处理器构造成处理输入信号，以产生用于在所述时域网格中的显示的时域波形，所述输入信号与时基关联，所述处理器构造成处理第二输入信号并产生用于所述频域网格中的显示的频域波形，所述第二输入信号与所述时基关联，所述频域波形与所述时基的选定时段关联；

所述处理器构造成产生频谱时间指示器，所述频谱时间指示器构造成相对于所述频域波形，在所述时域网格中以图形方式图示变换参数、位置和所述选定时段。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一输入信号与所述第二输入信号为相同的信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述变换参数是具有相关的形状的变换窗口类型。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括接收输入控制，以从多个窗口类型选择窗口类型。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述频谱时间指示器具有相对于所述频域波形指示所述时域波形的所述选定时段的宽度。

13.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有存储在其上的、用于由处理器执行的计算机程序，所述处理器被构造为进行测试与测量，所述方法包括：

处理输入信号，以产生用于在时域网格中的显示的时域波形，所述输入信号与时基关联，所述处理器构造成处理第二输入信号并产生用于在频域网格中的显示的频域波形，所述第二输入信号与所述时基关联，所述频域波形与所述时基的选定时段关联；

产生频谱时间指示器，所述频谱时间指示器构造成相对于所述频域波形，在所述时域网格中以图形方式图示变换参数、位置和所述选定时段。

14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述第一输入信号与所述第二输入信号为相同的信号。

15.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述变换参数是具有相关的形状的变换窗口类型。

16.根据权利要求13所述的计算机可读介质，还包括接收输入控制，以从多个窗口类型选择窗口类型。

17.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述频谱时间指示器具有相对于所述频域波形指示所述时域波形的所述选定时段的宽度。

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