CN103235179A - 具有不均匀带宽片段的频率掩模触发器 - Google Patents

Abstract

具有不均匀带宽片段的频率掩模触发器。公开了一种具有多个可变带宽频率掩模的测试及测量仪器。该仪器包括用于接收输入信号并产生数字信号的输入处理器，以及用于在发生触发事件时产生触发信号的触发信号产生器。时间频率转换器将来自该数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个不同频率宽度的频率点的频谱。每个频率点具有功率幅度值。当该至少两个频率点中的任何频率点的功率幅度值违反相关联的基准功率电平时，产生触发信号。在一些情况下，该输出可以被示为密度轨迹，以及当该密度轨迹的任何点违反相关联的密度阈值时，产生触发信号。

Description

具有不均匀带宽片段的频率掩模触发器

技术领域

本公开针对测试及测量仪器，更具体而言，针对用于频域中的触发器。

背景技术

实时谱分析仪，例如可从俄勒冈州比弗顿的Tektronix，Inc.得到的RSA6100、RSA5100和RSA3400，实时触发、捕获和分析RF信号。这些测试及测量仪器无缝地捕获RF信号，因此不同于常规扫描谱分析仪和矢量信号分析仪，在规定的带宽内没有数据丢失。

这些仪器具有触发在频域中发生的事件的能力。在美国专利No.5,103,402中描述了这种能力，被称为“频率掩模触发器”。该频率掩模触发器计算由仪器的接收器系统提供的实时数据的频谱，然后将该频谱与用户限定的频率掩模进行比较。当该频谱违反该频率掩模时，产生触发信号，其引起表示将要存储的被接收的射频信号的数据的无缝块，所述数据包含触发事件以及在触发事件之前和之后刚刚发生的事件。采用这种方式，频率掩模触发器等待单个特定谱事件发生。

在该背景的情况下，当结合所附的权利要求和附图来阅读时，由下面的详细描述，本发明的优点和其它新颖特征变得明显。

发明内容

在一些情况下，用户可能想要触发通过间隔不等的一组滤波器处理的事件。换言之，目前的触发器被构造成仅在通过以规则的间隔跨越感兴趣的频率范围放置的一组间隔相等、或者带宽相等的滤波器处理事件时才工作。这种限制阻碍了触发事件应用于在感兴趣的谱带上的变化的带宽中包括谱测量的系统中。

例如，谱发射掩模(SEM)通常用于通信系统中，作为测量被限定的通信带内部和外部的能量以便限制相邻带的干扰的方法。SEM可规定将在感兴趣的谱带上的变化的带宽中被执行的谱测量。然而，由于先前描述的限制，其中目前的触发器仅工作在具有单一宽度的带宽中，所以目前的触发系统不能有效地用作SEM。

扫频谱分析仪通过两种方式来测量SEM。它们可在窄分辨率带宽(RBW)中扫过由SEM限定的整个带，然后将测量结果用数学方法转换成(多个)新带宽。该方法具有两个缺点。第一，当在窄带宽中测量发射时，比原始分辨率带宽时间常数发生更快的瞬态现象和脉冲噪声在幅度方面减小，导致测量误差。第二，在测量周期内发生的瞬态干扰可能会完全消失。这是因为扫频分析仪在任何一次测量所述带的仅一小部分。当在分辨率带宽外部发生瞬态现象时，它完全消失，再次导致测量误差。扫频谱分析仪也可通过扫过由多个片段中的SEM限定的带、将每个片段的分辨率带宽变为SEM所需的带宽来测量SEM。这消除了上述第一个缺点，但是可能加剧第二个缺点，因为分段扫频可能花费比单个RBW扫频更长的时间来执行，并且结果损失更多信息。

采用转换成频域的连续时域数据的谱分析仪(有时称为基于FFT的分析仪，和也由实时谱分析仪(RTSA)采用的方法)可以避免上述两个问题。它们能够在不同带宽中重新处理时域数据并产生组合结果。由于对同一个时域数据执行每个带宽中的分析，所以消除了上面关于扫频谱分析仪描述的两个问题。然而，该方法的所有当前实施方式采用经批处理的信号分析方法。这意味着时域数据必须首先被存储在存储器中、被恢复、然后被处理。在存储、恢复和处理时间期间，不能再现的重要信息被丢失。

上述技术中没有一种能够用于在SEM违反时充分地触发。虽然这两种方法都能够保存发生违反情况下的作为结果的测量结果，并且基于FFT的方法能够用于保存潜在的时域数据，但是没有一种方法实时地处理测量结果，以及这两种方法都损失大部分的输入数据。

本发明的实施例通过包括一种频率掩模触发器来解决这类限制，该频率掩模触发器具有在频带上的能够检测发生在由通信标准规定的合适检测带宽中的违例的可变带宽，其具有易于故障检测和检测的额外优点。多个带宽中的所有采集样本被实时地处理，使得在该分析中没有样本丢失。然后利用该分析来产生触发以存储引起如由频率掩模限定的违例的采集。

因此，本发明的实施例提供了一种具有频率掩模的测试及测量仪器，其能够针对在频带上的可变带宽进行触发。数字数据的帧被从数字信号转换成频率谱，其具有含不同带宽的至少两个频率点(frequency bin)。每个频率点也具有选定的功率幅度值。当该至少两个频率点中的任一个的功率幅度值违反相关联的基准功率电平时，产生触发信号。

当结合所附的权利要求书和附图来阅读时，由下面的详细描述，本发明的目的、优点和其它新颖特征变得明显。

附图说明

图1是具有触发产生器的传统实时谱分析仪的功能方块图。

图2是根据本发明实施例的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。

图3是根据本发明实施例的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。

图4是根据实施例的具有与谱发射掩模相关联的频率掩模的测试及测量仪器的输出的图。

图5是根据本发明实施例的具有位图化显示的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。

图6是根据本发明实施例的包括位图输出的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了实时谱分析仪10，其具有用于接收射频(RF)输入信号的输入处理器20。输入处理器20包括可选的镜像抑制滤波器22，其后是混合器24，该混合器利用本地振荡器(LO)26将经滤波的输入信号转换成中频(IF)信号。镜像抑制滤波器22可以使用低通滤波器、带通滤波器或者高通滤波器来实施。中频信号通过带通滤波器28，然后输入到模数(A/D)转换器30，以提供数字信号用于进一步处理。该数字信号输入到数字信号处理器(DSP)32用于实时处理，以便显示在监视器34上，例如以美国专利No.4,870,348中所述的光谱图形式显示。该数字信号也输入到采集存储器36和触发产生器40中。在一些实施例中，采集存储器36可以使用循环存储器来实施。当触发产生器40检测到触发事件时，产生触发信号，其促使采集存储器36存储来自数字信号的数字数据的无缝块，用于通过DSP32的后续处理，或者用于卸载到另一个处理器(未示出)以便非实时后处理。

图2是根据本发明实施例的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。如上面参照图1所描述的，输入RF信号被转换成IF，然后被呈现到模数转换器220，其将模拟信号转换成数字格式。该数字化信号然后被传送到降频变换器230用于数字降频处理。降频变换器230可以调节采样率，其可以具有调节分辨率带宽(RBW)的作用，如下所述。降频变换器230可以例如是重新采样器。降频变换器230的输出同时被传送到两个开窗功能240、242，每个输出路径A或B上一个。一对快速傅里叶变换器(FFT)250、252将开窗功能240、242的相应输出转换成频谱。FFT250、252可以根据所需频率点宽度输出或者用于特定输出路径的有效点宽度输出而包括不同的变换。换言之，用于输出路径A或B的任一个的频率点的所需宽度可以通过对路径内的任何部件进行设置来被控制。例如，在输出路径A中可以调节开窗功能240和/或FFT250，以产生具有特定频率点宽度的输出，而在输出路径B中可以调节开窗功能242和/或FFT252，以具有不同频率点宽度。触发检测器260、262设置它们的相应频率点内的触发阈值，或者可以在FFT250、252的输出被组合以产生最终输出之后在单个处理过程(未示出)中设置触发阈值。跨越多个频率点组合触发阈值形成触发掩模。

尽管在图2中仅示出从降频变换器230发出的两个分开的输出路径A和B，但是也可以呈现任何数量的输出路径，其每一个能够产生用于特定RBW的触发。

图3类似于图2的图，除了存在呈现的两个降频变换器334、336以外。这允许用于特定RBW的单独输出路径A和B的每一个通过利用它自己的独特降频变换器来设置RBW的所需带宽。当在降频变换器上设定或修改设置比在开窗功能340、342和/或FFT350、352上设定或修改设置更加容易时，这种变型可以是优选的。或者，在输出路径A和B中采用分开的降频变换器334、336的这种变型可以仅仅是设计选择。此外，虽然在图3中仅示出了两条输出路径，但是本发明的实施例可以包括任何数量的输出路径。

根据所使用的系统或部件的速度，如图2和3所示的这些实施方式可能完全以硬件、完全以在合适处理器上运行的软件、或者通过硬件和软件的某种组合来实施。在一些实施例中，由模数转换器产生的数字信号首先转换成同相正交信号，然后那些同相正交信号被处理以产生触发信号。然而，在本发明的实施例中，仅在通过不同带宽的处理之后获得的信息用于启动或停止将信号样本存储到储存存储器中。存储的数据可以是正交信号样本或者某种其它形式的样本数据，例如中频信号的简单实时样本。

图4示出了根据本发明实施例的多个可变带宽频率掩模触发器的实际应用。在图4中，大致在400处示出了测试及测量仪器的输出。在410处示出了测试中的信号，其横跨多个区域A-E。区域A-E关于垂直中心线对称，该垂直中心线将输出400划分成上段和下段。为了清楚和简明起见，仅对上段进行了参考。段A、B和C覆盖这样的区域，在所述区域中测试中的信号在30kHz RBW被分析，而在段D和E中，相同的测试中的信号在1MHz被分析。在420处示出了用于段A的触发电平，其是用于在A区域中的RBW的特定功率电平。对于段B，在422处设置触发电平，对于段C，在424处设置触发电平，对于段D，在426处设置触发电平，以及对于段E，在428处设置触发电平。当这些触发电平420-428一起被采用时，这些触发电平420-428产生模型化或平行SEM的频率掩模。

在操作中，如果测试中的信号410违反了触发420-428中的任何触发，则电路将产生触发信号，促使采集存储器存储来自测试中的信号的数字形式的数字信号的无缝块。“违反”触发可以指“超过”或者“小于”，依赖于可以是用户定义的参数。

图5示出了根据本发明实施例的产生跨越不同RBW的频率触发的另一种方式。现在参照图5，一对FFT510、512每秒钟将数字样本的连续流分别转换成数千个谱520、522。在其它实施例中，这些FFT也可包括RBW开窗功能，如上所述。代替地，这些数字样本可以利用其它变换，例如线性调频Z变换等来被转换。在一个实施例中，每个谱520、522的每个谱被光栅化以分别产生“光栅化谱”530、532。光栅化谱包括设置成行和列或者一系列行和列的单元阵列，其中每行表示特定幅度值，每列表示特定频率值。每个单元的值或者是“1”或者是“0”，“1”也被称作为“击中”，它表示在测量周期期间输入信号呈现在幅度对比频率空间中的特定位置处，“0”(被描绘为图中的空白单元)表示其没有。光栅化谱530、532的对应单元的值被组合在一起以形成位图数据库541。更具体地，光栅化谱530的选定列和光栅化谱532的选定列被组合以构成完整的位图数据库541。在一些实施例中，中间步骤(未示出)被执行，其中光栅化谱530、532中的每一个用于产生各个位图数据库，然后各个位图数据库的选定列被组合以构成位图数据库541。然后位图数据库541的每个单元的值在逐列的基础上除以光栅化谱530、532的总数，从而其表示测量周期期间击中的总数除以光栅化谱530、532的总数，或者等同地，其表示测量周期期间输入信号占据幅度对比频率空间中的该特定位置的时间百分比，因此也可以称为“密度”。为了简单起见，光栅化谱520、522和位图数据库541在图中被描绘为具有10行和11列，然而，将认识到，在实际实施例中，光栅化谱520、522和位图数据库541可以具有数百列和行。位图数据库541基本上是三维柱状图，其中x轴是频率，y轴是幅度，z轴是密度。位图数据库541可以显示为显示装置上被称为“位图”的图像，其中每个单元的密度由色彩分级像素来表示。可替换地，位图数据库541可以存储在存储装置(未示出)中。

因为采用不同的FFT510、512来产生谱520、522，所以光栅化谱530、532将同样是不同的，即使它们是由同一个数字信号产生的。

类似于上面参考图4描述的在测试信号上使用不同的RBW，在由选定列的最后组装之后，位图数据库541也将包含具有各种“宽度”的列，即代表不同频率宽度，因为采用了不同FFT510、512来产生这些列。

位图数据库541的每个频率点可包括触发电平，其组合形成频率掩模。这也可以称为密度阈值。因为密度阈值因最终形成位图数据库541的不同FFT而由具有各种宽度的点形成，所以作为结果的触发同样地跨越多个宽度。

实际上，当密度轨迹的任何点违法相关联的密度阈值时，都产生触发信号。

图6是根据本发明实施例的包括位图输出的测试及测量仪器的各部分的功能方块图。系统600包括一对位图处理器640、642，它们可以提供形成上述谱、光栅化谱、位图数据库和密度阈值的功能。到位图处理器640、642的输入被示为由相应的降频变换器634、636来提供。当不同的FFT用于控制最终输出中的RBW的宽度时，这是与图5所示的实施例不同的实施例。如上面参照图2和3所描述的，用于产生具有不同宽度的RBW的任何方式是可以接受的，以及所述任何方式可由设计选择来确定。在显示器660上可以示出作为结果的测试及测量输出、以及被具体实施为密度阈值的所产生的频率触发掩模。在一些实施例中，用户也可以选择在显示器660上隐藏显示密度阈值。所示的任何过程可以被自动控制，或者可以允许通过用户界面602的用户控制。

尽管上面描述的实施例中的许多实施例包括用户界面，但是将认识到在其他实施例中，那些参数可以替换地由测试和测量仪器自动确定。

尽管上面所示和所描述的实施例表明本发明用在实时谱分析仪中，但是将认识到，本发明的实施例也可以有利地用在任何种类的显示频域信号的测试和测量仪器中，例如扫描谱分析仪、信号分析仪、矢量信号分析仪、示波器等等。

在各种实施例中，本发明的部件可以以硬件、软件、或两者的结合来实施，并且可以包括通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等等。

将从前述讨论认识到本发明代表了测试及测量设备领域中的重大进步。尽管为了说明的目的已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是应当理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，本发明除了受所附权利要求限制以外不应被限制。

Claims (20)

1.一种测试及测量仪器，包括：

用于接收输入信号并产生数字信号的输入处理器；

用于在发生触发事件时产生触发信号的触发信号产生器；以及

用于响应于该触发信号存储来自所述数字信号的数字数据的无缝块的采集存储器；

该触发信号产生器包括：

用于将来自数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个频率点的频谱的时间频率转换器，每个频率点具有功率幅度值，以及该至少两个频率点具有不同的频率宽度；

用于当该至少两个频率点中的任何频率点的功率幅度值违反相关联的基准功率电平时产生触发信号的电路。

2.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该相关联的基准功率电平根据谱发射掩模来被设定。

3.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该相关联的基准功率电平根据谱发射掩模标准来被设定。

4.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该相关联的基准功率电平根据用户限定的谱发射掩模来被设定。

5.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该时间频率转换器包括：

第一降频变换器和第一时间频率变换，其一起用于产生所述至少两个频率点中的第一频率点的频谱；以及

第二降频变换器和第二时间频率变换，其一起用于产生所述至少两个频率点中的第二频率点的频谱。

6.根据权利要求5所述的测试及测量仪器，其中该第一降频变换器是第一重新采样器，以及该第二降频变换器是第二重新采样器。

7.根据权利要求5所述的测试及测量仪器，还包括耦合到该第一降频变换器的分辨率带宽窗口，以及耦合到该第二降频变换器的第二分辨率带宽窗口。

8.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该时间频率转换器包括：

第一时间频率变换，其被构造为从降频变换器接受输出以及产生用于该至少两个频率点中的第一频率点的频谱；以及

第二时间频率变换，其被构造为从降频变换器接受输出以及产生用于该至少两个频率点中的第二频率点的频谱。

9.根据权利要求8所述的测试及测量仪器，还包括耦合到该降频变换器的第一分辨率带宽窗口和第二分辨率带宽窗口。

10.根据权利要求8所述的测试及测量仪器，其中该降频变换器是重新采样器。

11.根据权利要求1所述的测试及测量仪器，其中该数字数据的帧根据第一结果带宽被转换成第一组谱，以及根据第二结果带宽被转换成第二组谱；以及还包括：

用于组合该第一组谱以产生第一位图数据库的装置，该第一位图数据库具有设置成行和列的阵列的多个单元；

用于组合该第二组谱以产生第二位图数据库的装置，该第二位图数据库具有设置成行和列的阵列的多个单元；以及

用于产生具有多个点的密度轨迹的装置，其中每个点的值表示超过相关联的幅度阈值的第一位图数据库的一个或多个列的密度以及第二位图数据库的一个或多个列的密度。

12.根据权利要求11所述的测试及测量仪器，其中用于产生该触发信号的该装置被构造为当密度轨迹的任何点违反相关联的密度阈值时产生触发信号。

13.一种在测试及测量仪器中的方法，该方法包括：

接收输入信号并产生数字信号；

在触发事件发生时产生触发信号；以及

响应于该触发信号将来自该数字信号的数字数据的无缝块存储在采集存储器；其中

产生触发信号的步骤包括：

将来自该数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个频率点的频谱，每个频率点具有功率幅度值，以及该至少两个频率点具有不同的频率宽度；以及

当该至少两个频率点中的任何频率点的功率幅度值违反相关联的基准功率电平时，产生该触发信号。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

根据谱发射掩模设定该相关联的基准功率电平。

15.根据权利要求13所述的方法，其中将来自该数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个频率点的频谱包括：

利用第一降频变换器和第一时间频率变换一起来产生用于该至少两个频率点中的第一频率点的频谱；以及

利用第二降频变换器和第二时间频率变换一起来产生用于该至少两个频率点中的第二频率点的频谱。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

为该第一时间频率变换设定第一分辨率带宽；以及

为该第二时间频率变换设定第二分辨率带宽。

17.根据权利要求13所述的方法，其中将来自该数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个频率点的频谱包括：

接受来自该降频变换器的输出并利用第一时间频率变换产生用于该至少两个频率点中的第一频率点的频谱；以及

接受来自该降频变换器的输出并利用第二时间频率变换产生用于该至少两个频率点中的第二频率点的频谱。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

为该第一时间频率变换设定第一分辨率带宽；以及

为该第二时间频率变换设定第二分辨率带宽。

19.根据权利要求13所述的方法，其中将来自该数字信号的数字数据的帧转换成具有至少两个频率点的频谱包括：

根据第一结果带宽将该数字数据的帧转换成第一组谱以及根据第二结果带宽将该数字数据的帧转换成第二组谱；

组合该第一组谱以产生具有设置成行和列的阵列的多个单元的第一位图数据库；

组合第二组谱以产生具有设置成行和列的阵列的多个单元的第二位图数据库；以及

产生具有多个点的密度轨迹，其中每个点的值表示超过相关联的幅度阈值的第一位图数据库的一个或多个列的密度以及第二位图数据库的一个或多个列的密度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中产生该触发信号包括：

当该密度轨迹的任何点违反相关联的密度阈值时产生该触发信号。

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