CN103633965A - 任意波形发生器中的相位一致再现 - Google Patents

Abstract

本发明涉及任意波形发生器中的相位一致再现。一种改进的任意波形发生器，其具有用于存储数字化的波形的波形存储器、用于将数字化的波形中的期望的波形显示为模拟波形的波形显示器、以及用于控制波形显示器的序列发生器，而所述序列发生器提供期望的波形的指示用于显示，以及针对期望的波形的期望的开始样本位置。序列发生器包括针对期望的波形的跟踪机制，使得当根据序列发生器的编程显示被终端并且之后重新开始时，期望的波形是相位一致的。

Description

任意波形发生器中的相位一致再现

技术领域

本发明涉及一种用于再现存储的波形的任意波形发生器，并且更具体地，涉及当在不同存储波形之间切换时存储波形的相位一致再现。

背景技术

诸如Beaveton，Oregon的Tektrronix Inc.生产的AWG7000系列之类的任意波形发生器(AWG)使用数模(D／A)转换器来显示数字形式存储在存储器中的波形。AWG提供各种切换显示开和关的方法以及在波形间切换的方法。

图1示出根据现有技术的AWG的一部分的框图视图。波形存储器存储多个波形的信息。对于每个波形，波形存储器存储对应于该特定波形的数字化的样本的有序集合。波形显示系统通过存储器访问连接来从波形存储器读取数字化的样本的有序集合的部分。波形显示系统使用本领域技术人员众所周知的技术，用于从波形存储器高效地读取波形，诸如在单个并行操作中读取数个数字化的样本。如本领域中众所周知的那样，波形存储器以支持这样的高效读取的特殊方式被组织。

波形显示系统通过重复地将数字化的样本转换成输出模拟电压电平，来在波形输出线上产生来自D／A转换器的输出模拟电压。该转换率由输出采样率R给出，其中输出采样率R是以每秒样本来计量的数值，并且是波形显示系统的操作参数。参数R通常可以由AWG的用户更改。波形显示系统使用存储器访问连接来访问波形存储器的速率不必与R相同。如现有技术中众所周知的那样，一切所要求的是，平均来说，波形显示系统以高于产生波形输出所需要的速率的速率，来从存储器获得数字化的样本。

如下所述，波形显示系统的操作进一步地由序列发生器决定。图2示出图1的AWG的时序图以图示AWG的典型操作。序列发送器通过在时刻t0激活步骤指示，来与波形显示系统交互。在时间t0，序列发生器还向波形显示系统发送两个信息的附加项：(1)波形选择，其选择下一个开始显示的波形；(2)延迟指示符，其规定时间延迟Td。根据这三个信息项，波形显示系统被命令为开始显示选择的波形(开始于t0后的时间Td)。在该典型的示例中，选择的波形的前三个数字化的样本是w0、w1和w2。在时间t1，波形显示系统通过将数字化的样本w0转换为相应的电压值，来在波形输出上产生模拟电压电平，其中时间t1等于时间t0加上Td。输出采样率R的倒数是时间Tout，其中Tout是波形输出采样期间。时间t2是时间t1加上输出采样期间Tout。在时间t2，波形显示系统在波形输出处产生对应于数字化的样本w1的模拟电压电平，等等。以这种方式继续，波形显示系统通过以输出采样率R顺序地将选择的波形的数字化的样本转换为相应的电压，来在波形输出线上产生时变电压。

提供时间延迟Td，是因为波形显示系统访问波形存储器的机制在从序列发生器收到步骤指示后要求时间来从一个波形调整到另一个波形。时间延迟还允许序列发生器以更高的分辨率，来将显示改变的时间与提供给序列发生器的事件输入的详细时序行为对准。

作为上述机制的结果，序列发生器能够命令波形显示系统开始显示序列发生器选择的波形，而这种显示开始于序列发生器选择的时间。在典型的AWG中，序列发生器可以由用户提供的程序控制，并且可以从事诸如以下的行为：(1)以用户指定的顺序来选择特定波形，(2)重复波形达用户指定的循环数目，(3)基于事件输入的行为来作出决定，(4)基于事件输入的行为发生的时刻来作出决定，以及(5)这些行为的各种组合，如本领域众所周知的以及在商业上可获得的产品中表示的那样。

AWG用于测试和测量环境中，以为测试各种设备来仿真真实生活的情况。例如，来自AWG的测试信号，诸如无线通信信号之类，可以用来测试蜂窝电话的操作。在真实环境中，无线通信信号可能被某些形式的干扰中断，诸如电的或者物理的干扰之类。电干扰可以采取干扰无线通信信号的辐射信号的形式。物理干扰可以采取临时阻挡无线通信信号的建筑物或者地形(terrain)的形式。然而，无线通信信号仍然持续传输，即使信号未能被接收。当干扰去除后，接收的无线通信信号与干扰前的无线通信信号具有相位一致。图3图示这点，其中信号发生器提供由正弦波表示的无线通信信号，以及表示干扰的零电平电压源。开关确定何时干扰发生，而波形示出了在传输零电平的时段期间正弦信号如何持续，使得当零电平去除时，正弦信号与“干扰”前存在的正弦信号具有相位一致。

当在波形存储器中的波形之间切换时，当前的习惯做法是AWG在每个新波形的开始处开始，即波形显示系统总是以数字化的样本w0开始波形显示。然而，有时用户想要该切换是相位一致的，以模拟无线通信信号，如上所述，这意味着输出波形应当表现得好像波形在彼此同步的发生器之间切换，即发生器总是在显示，而不是表现得好像切换操作重置发生器。图4是图示了期望的相位一致波形输出和根据现有技术的波形输出之间的区别的时序图。

期望的是，当在波形之间切换到之前选择的波形时，在任意波形发生器中的相位一致再现。

发明内容

因此，本发明提供当在波形之间切换到之前所选择的波形时在任意波形发生器中的相位一致的再现。任意波形发生器具有用于存储表示多个波形的数据样本的波形存储器、用于将来自波形存储器的多个波形显示为模拟波形的波形显示器、以及序列发生器，所述序列发生器用于通过提供波形选择指示、步骤指示和延迟指示所以波形显示器根据期望的事件来显示来自波形存储器的多个波形中所选择的一个波形，来控制波形显示器。附加地，任意波形发生器从序列发生器向波形显示器提供波形开始位置指示，而波形开始位置指示跟踪针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本内的概念上的数据样本位置，而序列发生器跟踪针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本，以当根据期望的事件由波形显示器再次显示时，产生多个波形中的所选择的一个波形的相位一致。为了生成波形开始位置指示，序列发生器具有时钟发生器，所述时钟发生器用于以期望的显示速率提供时钟信号；以及计数器，所述计数器具有来自时钟发生器的时钟信号以及表示针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本的数目的系数作为输入。而计数器持续地从零到(系数-1)计数时钟信号的脉冲，以产生到序列发生器的偏移信号，所述序列发生器跟踪多个波形中的所选择的一个波形内的概念上的数据样本位置。序列发生器当波形显示器根据期望的事件来再次显示多个波形中的所选择的一个波形时，从偏移信号生成波形开始位置指示。

当连同所附图和所附权利要求阅读时，本发明的目的、优点和其他特殊的特征根据下面的详细描述是显而易见的。

附图说明

图1是根据现有技术的任意波形发生器(AWG)的框图视图；

图2是图示了图1的AWG的操作的时序图视图。

图3是图示了真实环境中的测试信号的相位一致的框图／时序图视图；

图4是图示了波形的相位一致再现和相位不一致再现之间区别的时序图视图；

图5是根据本发明的AWG的框图视图；

图6是根据本发明的图5的AWG的操作的表格视图；

图7是根据本发明的图5的AWG的框图视图，其中AWG包括用于在存储的波形内跟踪样本位置的装置；

图8是图示了根据本发明的最初相位的设置的图7的AWG的一部分的框图视图；

图9是图示了根据本发明的图8的最初相位设置机制的效用的框图／波形图视图；

图10是图示了根据本发明的图8的扩展的框图视图，其中图8的扩展用于使用单个计数器用于跟踪多个波形的相位一致。

具体实施方式

本发明具有两个部分：(1)向任意波形发生器(AWG)中的波形显示添加由序列发生器提供的波形开始位置的指示；以及(2)向序列发生器添加跟踪之前输出波形的相位的装置，以当波形显示返回到之前输出波形时实现相位一致。

现在参考图5，示出了如本发明修改的那样的AWG10。波形存储器12通过存储器访问连接14来向波形显示器16提供波形数据的数字化的集，其中波形显示器16提供模拟波形输出18。序列发生器20修改为添加波形开始位置指示符22以及波形选择指示符24、步骤指示26和延迟指示28，其全部由序列发生器20提供给波形显示器16。如在现有技术中那样，序列发生器20根据事件输入30被控制。波形开始位置指示符22指示在将要由波形显示器16显示的波形内的开始位置。

波形显示器16以样本Wn开始，而不是如在上述现有技术中那样，以选择的波形的数字化的样本w0开始，其中“n”是由序列发生器20提供给波形显示器的波形开始位置指示符22的内容。也就是说，波形显示器16不是在波形的开始处从波形存储器12显示波形，而是在距离波形的开始的某偏移处，如由波形开始位置指示符22所指示的那样。

回去参考图3，图示了本发明的有用性。信号发生器40生成信号，如右侧的图所示，该信号是由信号发生器输出的波形41的一个循环的多个重复。输出信号42从开关44导出，所述开关44在信号发生器40的输出和零伏特参考电平源46(其可以是另一个信号发生器，或者表示例如上述无线通信信号中的干扰的信号发生器内的另一个波形)的输出之间进行选择。开关44由来自事件源48的事件控制。最初开关44设置为选择信号发生器40。在时间t1，事件源48生成将开关44改变为选择零伏特参考电平源46的事件。在时间t2，来自事件源48的另一个事件使得开关44再次选择来自信号发生器40的输出，其输出是相位一致的，因为信号发生器恒定地运行，如表示输出信号42的图中所示。

期望的是，响应于输入到序列发生器20的事件，使用图5的AWG10来生成图4中图示的输出响应。图6的表格示出用于这样做的方法。表格E1示出存储在波形存储器12中的两个波形E3和E4，而表格E2示出控制序列发生器20行为的程序。波形E3对应于图3的信号发生器40的输出，而波形E4对应于零伏特参考电平源46的输出。通过持续循环穿过存储的波形中的每个，来自波形显示器16的输出或者是连续的正弦波，或者是零电压电平。针对序列发生器20的程序具有三个步骤，E5、E6、E7。在步骤E5，序列发生器20命令波形显示器16显示波形E3。该步骤保持有效，直到图3中时间t1处的事件。在时间t1，序列发生器20命令波形显示器16显示波形E4，直到时间t2的另一个事件使得序列发生器命令波形显示器如下面描述的那样再次显示波形E3，即相位一致地开始。

相位一致地开始的操作是通过序列发生器20向波形显示器16发送适当的波形开始位置指示符22来实现的。作为波形开始位置指示符22的结果，在步骤E7中，波形显示器16没有在波形E3的开始处开始波形E3的再现，而代之的是，波形显示器以这样的方式开始波形E3的再现，所述这样的方式是图3中输出的图形与时间t2之后输出的信号发生器40的图形相匹配的方式。

如上所述，为了使序列发生器20支持相位一致地重新开始波形的操作，序列发生器要求用于计算波形开始位置指示符22的适当值的装置。图3的信号发生器40的输出、或者波形E3能够由时间的函数h1数学地表示为：

h1(t)=Acox(2πFt+θ)

其中A、F和θ是根据信号发生器40的特性选取的数字值。其效果是在波形h1(t)和不同的时间函数h2(t)之间切换，其中h(2)=0。在时刻t2，输出从波形h2切换回h1，其中期望的输出是h1(t2)而不是h1(0)。量2mFt+θ称为“相位”，并且在时间t2处的h1的值由序列发生器20替代，而不是另一个值，诸如t=0。这是术语“相位一致”的来源。

因此，序列发生器20必须“跟踪相位”，即能够提供对应于在h1(t2)处的期望相位的开始位置。图7提供了根据本发明的AWG10的完整框图，在其中用于跟踪相位的装置被添加到序列发生器20。向序列发生器20添加了偏移输入52和重置输出54。当序列发生器意图相位一致地开始显示波形时，序列发生器20引用(reference)偏移输入52。为了提供相位一致的显示，概念上样本位置一再地行进穿过波形E3，从而每当其到达末尾时，就循环回波形的开始。样本位置指示了波形显示器16从其获得输出样本点的位置，并且该位置行进穿过波形，作为流逝时间的函数。

在图3的时间t1，波形显示器16开始显示零伏特处的恒定电平。为了当波形显示器16切换回波形E3时在时间t2实现相位一致输出，就好像波形E3持续显示而不让波形到达输出，即波形E3中的样本位置保持假如波形正在显示那么波形将成为什么样的看法，并使得波形显示器16能够在时间t2相位一致地开始。偏移输入52的功能是眼踪样本位置，即使波形无需在全部时间都显示。偏移输入52的期望行为是其应当在波形的开始处开始，以输出采样率R移动穿过波形，并且每当其到达波形的末尾时就循环回到开始。

时钟发生器50、计数器56、速率参数源58和系数参数源59一起创建了偏移输入52的期望行为。计数器56保持一个数值，该数值的意思是行进穿过波形的样本位置。时钟发生器50将其时钟输出应用于计数器56，以便递增计数器。调整速率参数源58，以将输出采样率R应用于时钟发生器50，使得计数器56在输出采样率R方面递增。为了实现穿过波形的循环，系数源59将系数应用于计数器56，使得每当计数器到达系数，计数器就返回到零。因此，计数器56从零到(系数-1)计数，并且然后重复。系数参数源59设置为存储波形中的数据点的数目。因此，计数器56的行为正是表示当其到达波形的末尾时循环回到波形的开始的概念上的样本位置所需要的。

当序列发生器20断言重置信号到计数器56时，计数器被重置为零，这具有的效果是：将概念上的样本位置移动到存储波形的开始，即重置信号在时间上建立一个点，在该点处样本位置处于存储波形的开始处。重置信号在序列发生器程序的执行的开始处被断言，如在图6的表格E2中所示。当期望重新定位样本位置时，序列发生器20可以在其他时间断言重置信号，如由序列发生器程序所确定的那样。

为了相位一致地开始显示波形，速率参数源58设置为输出采样率R，并且系数参数源59设置为存储波形的数据长度。当在波形内的样本位置应当与零对准的时刻(诸如序列发生器程序的开始处)，序列发生器20断言重置信号。然后，当序列发生器20期望切换回波形并且一致地开始其再现时，序列发生器查询偏移输入52，以确定波形的当前概念上的样本位置。序列发生器20使用该信息以及序列发生器意图应用于波形显示器16的延迟指示28的值，以确定当序列发生器断言步骤指示26时将要使用的波形开始位置指示符22的适当的值。

更具体地，如果序列发生器20意图在序列发生器对偏移输入52采样的时刻之后的Tstep的时间断言步骤指示26，如果序列发生器意图和步骤指示一起发送Tdelay作为延迟指示28的值，如果针对偏移输入采样的值是Noffset，如果输出采样率是R，并且如果将要相位一致地开始的存储波形的数据长度是Nwfmlength，则波形开始位置指示符22的适当的值计算为：

(Noffset+round((Tstep+Tdelay)*R))mod Nwfmlength

在现代数字系统中的高速计数器(诸如计数器56)的设计可以使用各种实现技术，诸如本领域技术人员众所周知的流水线技术(pipelining)。

本发明的实质是：序列发生器20借助于系数计数器56来保持跟踪循环穿过存储波形的样本的概念上的样本位置，并使用该信息来在存储波形内选取样本位置，在该样本位置处波形再现相位一致地开始。序列发生器20可以使用多个计数器56来跟踪多个波形的样本位置。序列发生器20可以控制多个波形显示器16，从而实现在AWG10的不同通道上显示的波形之间的相位一致。两个序列发生器20可以共享单个计数器56的使用，以建立存储波形的概念上的样本位置的公共看法，从而实现在AWG10的不同通道上显示的波形之间的相位一致。

现在参考图8，示出图7的扩展，即最初相位参数源60的添加。更改计数器56的行为，使得当序列发生器20向计数器断言重置输入时，计数器不是重置为零，而是从最初相位参数源60载入最初相位。以这种方式，波形与由最初相位参数给定的样本对准，而不是与存储波形的开始对准。

图9图示了最初相位参数的效用。问题在于使用AWG10来仿真由开关62在两个信号发生器64和66之间切换的输出信号。第一信号发生器64显示三角波形，如所图示，而第二信号发生器66显示不同的三角波形，如所图示。两个信号发生器64和66在时间上没有对准，而是第一发生器64的输出与第二发生器66的输出相关，如在图9中的关联图形中示出的那样。第一发生器64在与第二发生器66到达其波形的开始的时刻不同的时刻，到达其波形的开始。为了解决这个问题，序列发生器20使用具有最初相位参数的两个计数器56。第一计数器56与第一波形的显示关联，而第二计数器与第二波形的显示关联。序列发生器20同时向两个计数器断言重置输入。如果针对第一计数器56的最初相位参数是零，则针对第二计数器的最初相位参数被选取，以实现在特定时间t0两个波形的对准。因此，两个计数器56如图9中示出的那样保持两个波形的对准，因为序列发生器20使用图7中示出的技术来模拟开关62在两个发生器64和66之间的切换。

本发明的另一个扩展在图10中示出。偏移输入52耦合到偏移调整源70，所述偏移调整源70产生导出的偏移输出。导出的偏移输出是针对第二存储波形的概念上的样本位置，以便仅通过使用单个计数器56来保持对两个不同的存储波形的样本位置的跟踪。对于这种技术，第二存储波形具有能够均分系数参数的长度。第二存储波形的长度M2存储在导出系数参数源72中，而第一存储波形的长度M1存储在系数参数源59中。第二存储波形的样本位置行进穿过那个波形多个Nderived次，而偏移输入52行进穿过其范围一次，其中Nderived是：

Nderived=(M1／M2)

因此，第二波形的样本位置可以如下被获得：

(偏移)／M2

并且这样计算的数目从零到M2-1行进，重复该循环Nderived次，而偏移输入行进穿过其范围一次。

可能期望的是，在时间上建立第一和第二存储波形之间更加通用的关系，因此偏移调整源70也可以从导出的相位参数源74接受为输入相位PH，其中PH是零到M-1(包括零和M-1)之间的数目。偏移调整源70如下计算导出的偏移(derived offset)：

(导出的偏移)=(偏移modM)+PH

如图10中所示，单个计数器56保持对两个不同存储波形的样本位置的跟踪，只要第二存储波形的数据长度均分第一存储波形的数据长度。该概念能够扩展为保持对多个不同存储波形的样本位置的跟踪，只要每个导出存储波形的数据长度均分第一存储波形的数据长度。对于多个存储波形，偏移调整源70、导出系数参数源72和导出相位参数源74对于每个导出存储波形发生一次。

因此，通过当波形没有被显示时跟踪先前波形内的样本位置，本发明提供任意波形发生器，所述任意波形发生器当切换回先前波形时产生相位一致的波形。

Claims (10)

1.一种改进的任意波形发生器，该类型的改进的任意波形发生器具有用于存储表示多个波形的数据样本的波形存储器、用于将来自波形存储器的多个波形显示为模拟波形的波形显示器、以及序列发生器，所述序列发生器用于通过提供波形选择指示、步骤指示和延迟指示所以波形显示器根据期望的事件来显示来自波形存储器的多个波形中的所选择的一个波形，来控制波形显示器，其中改进包括：

用于从序列发生器向波形显示器提供波形开始位置指示的装置，而波形开始位置指示当所选择的一个波形未被显示时跟踪针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本内的数据样本位置，而序列发生器跟踪针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本，以当根据期望的事件随后由波形显示器显示时，产生多个波形中的所选择的一个波形的相位一致。

2.如权利要求1所述的改进的任意波形发生器，其中提供装置包括：

时钟发生器，其用于以期望的显示速率提供时钟信号；以及

计数器，其具有来自时钟发生器的时钟信号以及表示针对多个波形中的所选择的一个波形的数据样本的数目的系数作为输入，而计数器持续地从零到(系数-1)计数时钟信号的脉冲，以产生到序列发生器的偏移信号，所述序列发生器跟踪多个波形中的所选择的一个波形内的数据样本位置，而序列发生器当波形显示器根据期望的事件来显示多个波形中的所选择的一个波形时，从偏移信号生成波形开始位置指示。

3.如权利要求2所述的改进的任意波形发生器，其中序列发生器向计数器提供重置信号，以将数据样本位置设置为针对多个波形中的所选择的一个波形的第一数据样本。

4.如权利要求2所述的改进的任意波形发生器，进一步包括输入到计数器的最初相位参数，以当序列发生器向计数器提供重置信号时，将计数器设置为多个波形中的所选择的一个波形内的期望的数据样本位置。

5.如权利要求2所述的改进的任意波形发生器，进一步包括用于通过使用计数器来跟踪多个波形中的第二个所选择的一个波形的装置，其中多个波形中的第二个所选择的一个波形具有系数，所述系数能够均分为针对多个波形中的所选择的一个波形的系数，以产生调整的偏移信号，使得当波形显示器根据第二期望的事件显示时，多个波形中的第二个所选择的一个波形是相位一致的。

6.一种显示从多个波形中所选择的波形的方法，所述多个波形在存储器中存储为数据样本的集，用于显示为模拟波形，使得在中断后所选择的波形被相位一致地显示，所述方法包括如下步骤：

响应于第一事件，从对应于所选择的波形的数据样本的集内所选择的开始位置以期望的采样率开始显示所选择的波形；

响应于第二事件，中断所选择的波形的显示达一段时间；

在该段时间期间，以数据采样率跟踪针对所选择的波形的数据样本的集内的数据样本位置；以及

在由第三事件确定的时间，继续从由跟踪步骤确定的数据样本的集中的数据样本位置中以数据采样率显示所选择的波形，所述第三事件结束了该段时间，所以所选择的波形的显示是相位一致的。

7.如权利要求6所述的方法，其中开始步骤中的所选择的开始位置是针对所选择的波形的数据样本的集内的第一数据样本。

8.如权利要求6所述的方法，其中开始步骤中的所选择的开始位置是由最初相位参数所确定的针对所选择的波形的数据样本的集内的数据样本。

9.如权利要求6所述的方法，进一步包括提供导出的偏移输出的步骤，所述导出的偏移输出作为针对波形中的第二个波形的样本位置，以便保持跟踪两个不同存储的波形的样本位置，其中波形中的第二个波形具有数据样本中的长度，所述数据样本中的长度均分为针对波形中的所选择的一个波形的数据样本的长度。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括提供相位参数以在波形中的所选择的波形和第二个波形之间建立相位差的步骤。

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