CN103575985A - 用于改进瞬时事件检测的概率的系统 - Google Patents

Abstract

描述的测试和测量仪器通过调整数据采样期而提供增加的瞬时事件检测。该测试和测量仪器包括：数据采样器，用于采集第一采样数据；和例如频率变换处理器的数据处理器，其构造成处理第一采样数据。数据处理器在第一数据处理期期间操作。在仪器中还包括采样时间调整器，其构造成允许用户对数据采样器选择采集第二采样数据的时间。数据采样器采集第二采样数据的时间在第一数据处理期期间发生。用于采集第二采样数据的时间可通过生成概率分布函数、然后将该分布函数应用于可收集第二采样数据的第一数据处理期期间的可用时间而确定。还提供测试和测量仪器的使用方法。

Description

用于改进瞬时事件检测的概率的系统

技术领域

本公开针对测试和测量仪器，并且更具体地针对具有增强的检测瞬时事件概率的仪器。

背景技术

例如可从Beaverton, Oregon的Tektronix有限公司获得的RSA6100、RSA5100和RSA3400系列的实时频谱分析仪实时触发、捕获并且分析RF信号。这些测试和测量仪器无缝地捕获RF信号，使得与常规的扫频的频谱分析仪和矢量信号分析仪不同，在规定的带宽内没有遗漏数据。

现在参考图1，实时频谱分析仪100接收射频（RF）输入信号并且可选地使用混频器105、本地振荡器（LO）110和滤波器115将它降频转换来产生中频（IF）信号。模数转换器（ADC）120将该IF信号数字化来产生连续的数字样本流。这些数字样本输入到循环缓冲器125并且还输入到触发检测器130，其实时处理这些数字样本并且将处理的样本与用户规定的触发阈值比较。当这些处理的数字样本违背触发阈值时，触发检测器130生成触发信号，其促使采集存储器135存储保持在循环缓冲器125中的数字样本。“违背”意思是“超过”或“小于”，其取决于用户规定的参数。这些存储的数字样本然后由后分析处理器140分析，并且结果可在显示装置145上显示或存储在存储装置（未示出）中。

Tektronix实时频谱分析仪使用称为“数字荧光体”或备选地称为“DPX”的技术。DPX使能的实时频谱分析仪使用连续时间处理器150来实时处理来自ADC 120的数字样本的连续流并且将结果显示在显示装置145上。现在参考图2，连续时间处理器150使用例如快速傅立叶变换（FFT）、线形调频Z变换或诸如此类的频率变换205来将数字样本的连续流每秒变换成数千个频谱210。还可执行其他数据处理。然后组合这些频谱210来形成称为“位图数据库”220的数据结构。在一个实施例中，将每个频谱210栅格化来产生“栅格化的频谱”215。栅格化的频谱包括采用一系列行和列布置的单元阵列，其中每行代表特定的幅度值并且每列代表特定的频率值。每个单元的值是“1”，也称为“命中”，其指示输入信号在测量时段期间在幅度对频率空间中的特定位点处存在，或“0”（在图中描绘为空白单元），其指示它不在特定位点处存在。栅格化的频谱215的对应单元的值加在一起来形成位图数据库220，然后位图数据库220中的每个单元的值除以栅格化的频谱215的总数，使得它指示测量时段期间命中的总数除以栅格化的频谱215的总数，或等同地，在测量时段期间输入信号占用幅度对频率空间中的该特定位点的时间的百分比，也称为“DPX密度”。

栅格化的频谱215和位图数据库220为了简单起见在图中描绘为具有10行和11列，然而将意识到在实际实施例中，栅格化的频谱215和位图数据库220可具有数百列和行。位图数据库220基本上是三维柱状图，其中x轴是频率，y轴是幅度，并且z轴是密度。位图数据库220可在显示装置145上显示为称为“位图”的图像，其中每个单元的密度由颜色分级的像素代表。备选地，位图数据库220可存储在存储装置（未示出）中。

DPX采集和显示技术揭示例如短持续时间或不频繁事件的被常规频谱分析仪和矢量信号分析仪完全遗漏的信号细节。对于关于DPX的更多信息，参见注有2009年8月20日日期的题为“DPX Acquisition Technology for Spectrum Analyzers Fundamentals”的Tektronix文档号37W-19638，可在http://www.tek.com/获得。在其他实施例中，频谱可馈送给触发系统，从而将每个频谱与预定义的触发掩模比较，该预定义的触发掩模可限定用户可选的幅度和频率极限。当在测信号违背触发掩模时，采集存储器存储传入数据。触发还可使用彩色位图的统计信息而限定，使得每当信号比限定的时间百分比更频繁或更不频繁地出现时可形成触发。

利用该背景，本发明的优势和其他新颖特征当结合附上的权利要求和附图阅读时从下列详细描述清晰可见。

发明内容

当频率变换处理时间处于与捕获对其执行频率变换的数据缓冲所需要的时间相同的数量级时，上文描述的系统对于无时间间隔地捕获瞬时信号效果很好。然而，当数据采集采样率增加时，给予标记的增加的采集带宽，处理频率变换的能力落后。也就是说，处理采样数据的频率变换所花的时间超过数据采集率。这在这样的时间中形成“间隔”，在该时间期间处理数据同时没有捕获输入数据。随着处理时间增加，该问题恶化。当ADC的采样率接近比频率变换处理速率更快的数量级时，采集的捕获缓冲之间的间隔变得显而易见。在一些情形中，短的瞬时信号可在在测装置上出现，同时仪器处于间隔期中。在这样的情形中，瞬时信号将不被仪器检测。

本发明的实施例通过允许相对于处理期来调整数据采集期，由此增加检测瞬时信号的机会而解决这样的限制。

因此，本发明的实施例针对测试和测量仪器，其包括用于采集第一采样数据的数据采样器和构造成对该第一采样数据执行处理的数据处理器。例如，该处理可以是频率变换。该数据处理器在第一数据处理期期间操作。在仪器中还包括采样时间调整器，其构造成允许用户对数据采样器选择采集第二采样数据的时间。数据采样器采集第二采样数据的时间出现在第一数据处理期期间。采集第二采样数据的时间可通过生成概率分布函数、然后将该分布函数应用于收集第二采样数据的第一数据处理期期间的可用时间而确定。

其他实施例包括用于在测试和测量装置中使用的方法。该方法包括接受第一采样数据，用于在数据处理期期间对该第一采样数据测试并且执行数据处理。然后该方法接受来自用户的指示，用于在数据处理期结束之前采集第二采样数据用于测试。该方法可包括计算概率分布函数并且将它应用于收集时段。

附图说明

图1是常规实时频谱分析仪的功能框图。

图2是图示图1中图示的连续时间处理器组件的操作的功能框图。

图3是常规数据采样系统的定时图，其示出数据采样时间与关联的采样数据处理时间之间的间隔。

图4是图示根据本发明的实施例如何在处理窗内调整采样时间的定时图。

图5是图示根据本发明的实施例在处理窗内的改变的采样时间的定时图。

图6是根据本发明的实施例具有可变采样时间的样本采集和变换处理引擎的功能框图。

图7是图示根据本发明的实施例在特定时间期间在处理窗内捕获的样本的概率的图。

图8是图示根据本发明的实施例的示例方法的流程图。

具体实施方式

图3是常规数据采样系统的定时图，其示出由长的数据处理时间引起的间隔。示出三个样本捕获时期，在该时间期间测试和测量仪器正对数据采样。例如，在时间T1和T2期间接收样本捕获1，在时间T4和T5期间接收样本捕获2，并且在时间T6和T7期间接收样本捕获3。诸如例如频率变换的数据处理时间比捕获时间要花费更长的时段。例如，在时间T1和T2期间捕获样本捕获1，并且在时间T2和T5期间处理数据。注意RF事件在T3处发生，这是在正发生处理但未对数据采样的时期期间。因此，测试和测量仪器在T3处未检测到RF事件。

返回参考图1，当ADC 120的采样时间接近比频率变换处理速率更快的数量级时，采集的捕获缓冲之间的间隔可变得显而易见。例如，从正以3.125Gsps（每秒千兆个样本）采样的ADC 120捕获1K数据缓冲在时间上将近似捕获327.7ns。其上置有许多仪器的现代FPGA（现场可编程门阵列）可以使用近似400MHz时钟速率（这是典型的FPGA的处理速率）处理常规的频率变换。对于每时钟产生一个样本输出的常规变换，处理1K FFT（快速傅里叶变换）的时间，例如近似是2560ns。假设可以相继处理FFT，而没有预充电时间，并且假设在开始FFT之前立刻捕获时间样本（本仪器中就是这样），连续捕获的缓冲之间的时间间隔将是2560ns-327.7ns，这意指该示例中的测试和测量仪器消耗近似87%的采样/处理周期但不对数据采样。也就是说，在这样的情况下，仪器无视在这些间隔期期间发生的RF事件。

典型的测量系统维持在测系统与测量系统之间的定时同步性。这通常通过共享公用频率参考来将这两个系统相位锁定在一起而实现。然而，本发明的实施例允许捕获期移到测量系统正处理之前捕获的数据的时间期间的任何时段。例如，参考图4，图示根据本发明的实施例的系统。样本捕获1在时间零处开始，并且在采样时间TS1期间发生。在典型的系统中，直到处理器已经完成对在TS1期间采集的数据的处理才对第二样本采样。然而，本发明的实施例包括一种系统：其允许比需要样本捕获2等待直到系统已经完全处理第一样本更早地对它采样。例如，可在图示为2A、2B或2C的位置处捕获样本捕获2中的数据。同样，可在位置3A、3B或3C处或在处理窗TP2期间的任何时间处捕获样本捕获3中的数据。本发明的实施例允许在之前样本的处理时间期间的任何时间处采取下一个样本，并且不强迫在正当数据处理器准备接收下一个样本时的时间采取下一个样本（常规的是这样）。本发明的实施例不限于这样的时期：在所述时期期间仅处理频率变换，但可用任何数据处理来操作，其中采样数据的处理花费的时间比数据采样本身要长得多。

图5图示这样的系统的优势。如在图5中示出的，通过在处理样本1所在的时段中较早地移动样本捕获2（图示为TS2），样本捕获2在RF事件期间是活动的。将该结果与在图3中图示的常规系统比较，其中T3处的RF事件将因为测量系统当时未对数据采样而被遗漏。

根据本发明的实施例的设备使样本捕获在时间上向前“移动”以实现落在间隔时间内的事件捕获。

用户可使用例如在图6中图示的捕获时间调整器654而控制采样定时捕获变化。用户可通过控制例如旋钮或滑块而修改样本定时，或用户可从菜单选择来选择定时修改。到测试和测量装置的用户输入的方法是众所周知的。

在其他实施例中，用户不需要对发生的数据采样选择规定时间，但可促使测试和测量仪器自动改变可调整期之间的采样时间。例如，用户可能够选择概率函数，例如在图7中图示的。在该图中，第一采样期在TS1处图示，并且对于第二样本的常规采样期在TSN处图示。在TS1与TSN之间图示概率函数，其示出可在TS1与TSN之间的任何特定时间处采取的样本“n”的概率。在这里图示高斯分布的前半个，但其他分布是可能的。例如，其他概率函数可包括余弦、拉普拉斯、线性、均匀或随机。这些概率函数可由查找表实现，或由使用概率分布函数（PDF）式的实时计算而实现。也就是说，因为可收集如此多的数据样本，如上文描述的，改变不同样本数据捕获期之间的采样时间可允许用户有检测瞬时事件的更高概率，尤其是是周期性的并且具有与例如图4的处理时间TP1、TP2等对齐的频率的那些瞬时事件。

用户可控制样本定时捕获变化的偏离极限。例如，用户可规定第二捕获期不应在之前数据的处理时间已经过去10-25%之前发生。其他极限也是可能的。

采样时间中的变化可与处理时间界限有关，或与外部定时或触发信号有关。如果被测试信号的信号统计信息是已知的，通过与已知统计信息有关地塑造捕获起始时间的PDF函数可存在优势。

图6图示根据本发明的实施例的样本采集和变换处理引擎。为了简洁，不描述共同元件。ADC 620以采样率频率1产生数据，其被捕获到样本捕获缓冲器630内。然后以处理速率频率2将数据传输到频率变换处理器640。在常规的测试和测量系统中，控制逻辑652促使在均匀的区间捕获数据，并且特定地在就在它们在变换处理器640中的使用之前的区间。不同地是，本发明的实施例包括捕获时间调整654，如上文描述的，其允许用户修改数据采样何时将发生。

图8是图示在本发明的实施例中使用的示例过程的流程图。在操作810中，接受第一数据，用于测试和测验仪器中的采样（如上文描述的），并且对第一采样数据的处理在操作820中开始。处理可包括执行频率变换（如示出的），或数据处理可包括其他过程。

在操作830中，测试和测量仪器确定何时对下一个数据采样。该确定可基于用户限定的参数，或可由测试和测量仪器生成，如上文描述的。同样如上文描述的，用于对下一个数据采样的特定时间可通过计算概率分布函数并且基于该函数选择开始生成下一个数据的时间而生成。测试和测量仪器还可包括接受或设置时间阈值，在该时间阈值之前将不对下一个数据采样。例如，仪器可直到用于处理当前数据的时间已经过去25%才开始收集下一个数据。

在操作840中采集下一个数据，并且在操作850中处理下一个数据，例如通过频率变换。在测试和测量仪器确定何时对下一个数据采样后，在操作860中，流程重复来聚集样本数据的另一个集。

尽管上文描述的实施例中的许多包括用户接口，将意识到在其他实施例中，可备选地由测试和测量仪器自动确定那些参数。

尽管上文图示和描述的实施例示出本发明在实时频谱分析仪中使用，将意识到本发明的实施例还可有利地在显示频域信号的任何种类的测试和测量仪器（例如扫频的频谱分析仪、信号分析仪、矢量信号分析仪、示波器及诸如此类）中使用。

在各种实施例中，本发明的组件可在硬件、软件或两者的组合中实现，并且可包括通用微处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或诸如此类。

将从前面的论述中意识到本发明在频域位图的显示领域中表现出明显的进步。尽管已经为了说明目的图示和描述本发明的特定实施例，将理解可做出各种修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明除受到随附权利要求的限制外不应受限制。

Claims (17)

1.一种测试和测量仪器，包括：

数据采样器，用于采集第一采样数据；

数据处理器，其构造成处理所述第一采样数据，所述数据处理器在第一数据处理期期间操作；以及

采样时间调整器，其构造成允许用户对所述数据采样器选择采集第二采样数据的时间，所述时间在所述第一数据处理期期间。

2.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述数据处理器是频率变换处理器，其构造成对所述第一采样数据执行一个或多个频率变换。

3.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，至少在完成所述第一数据处理期之前的时段由所述仪器充分采集所述第二采样数据。

4.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述采样时间调整器包括概率分布函数。

5.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述数据采样器采集所述第二采样数据的起始时间由所述概率分布函数确定。

6.如权利要求5所述的测试和测量仪器，其中，所述概率分布函数包括查找表。

7.如权利要求5所述的测试和测量仪器，其中，所述概率分布函数包括概率分布函数发生器。

8.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述概率分布函数生成高斯分布。

9.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述概率分布函数生成随机分布。

10.如权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括：

用户可调整时间极限，在其之前所述数据采样器不采集所述第二采样数据。

11.一种测试和测量装置中的方法，包括：

接受第一采样数据用于测试；

在数据处理期期间对所述第一采样数据执行数据处理；以及

从用户接受在所述数据处理期结束之前采集第二采样数据用于测试的指示。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述数据处理是频率变换。

13.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

计算在所述数据处理期期间何时采集所述第二采样数据的概率函数。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述概率函数是用户能选择的。

15.如权利要求13所述的方法，其中，计算概率函数包括计算高斯分布。

16.如权利要求13所述的方法，其中，计算概率函数包括计算拉普拉斯分布。

17.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

接受极限，在所述极限之前不采集所述第二采样数据。

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