CN106093666A - 一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置 - Google Patents

一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置 Download PDF

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    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis

Abstract

本申请公开了一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置，对于具备白噪声发生功能的信号发生器，对信号发生器输出的白噪声波形信号进行采样和模数转换，将白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号，对数字信号进行谱估计运算，得到白噪声波形信号的频谱分析结果，一次性获得信号发生器的幅频特性测量结果，加快了测试速度，降低了测量所花费的时间，提高了测试效率、降低了测试成本。

Description

一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置
技术领域
本申请涉及信号发生器领域，尤其涉及一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置。
背景技术
信号发生器幅频特性是衡量信号发生器的重要指标之一，现有的信号发生器幅频特性测量方法是扫频法，即令信号发生器在固定幅度设置的前提下，输出覆盖全带宽范围的多个频率点的正弦信号；通过一个幅度测量装置测量各个频率点信号的真实幅度值，或通过一个功率测量装置测量各个频率点信号的真实功率值，再换算为幅度值；然后根据测量结果绘制出信号发生器的幅度-频率特性曲线。该方法的缺点是由于需针对多个频率点分别进行测量，使得测量的耗时较长，测试效率较低。
发明内容
本申请为了克服现有的信号发生器幅频特性检测技术耗时较长的缺点，对于具备能够输出白噪声信号的信号发生器，提供一种快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置，降低测量所花费的时间，提高测试效率。
本申请一方面提供一种快速检测信号发生器幅频特性的方法，其特征在于，包括：
信号接收步骤，接收信号发生器输出的白噪声波形信号；
频谱分析步骤，对所述白噪声波形信号进行频谱分析，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
优选地，所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，所述白噪声波形的幅度大于信号发生器通道的本底噪声的幅度以及大于用于快速检测信号发生器幅频特性的装置的本底噪声的幅度。
优选地，所述频谱分析步骤包括，
数字信号采集步骤，对所述白噪声波形信号进行采样和模数转换，将所述白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号；
谱估计运算步骤，对所述数字信号进行谱估计运算，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
优选地，所述频谱分析步骤还包括，在数字信号采集步骤之前，还有信号调理的步骤，所述信号调理的步骤是对白噪声波形信号进行幅度调节以满足带宽模数转换器的接收幅度范围。
优选地，进行采样时，采样率为白噪声信号带宽的至少三至五倍。
优选地，所述频谱分析步骤是：利用快速傅里叶变换数字示波器对白噪声波形信号进行频谱分析，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
优选地，所述频谱分析步骤是：利用频谱分析仪对白噪声波形信号直接进行频谱测量，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
本申请又一方面提供一种快速检测信号发生器幅频特性的装置，其特征在于，包括:
宽带模数转换器，对信号发生器输出的白噪声波形信号进行采样和模数转换，将所述白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号；
数字信号处理器，对数字信号进行谱估计运算，获得信号发生器的幅频特性测量结果，对幅频特性测量结果进行图形绘制。
优选地，所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，所述白噪声波形的幅度大于信号发生器通道的本底噪声的幅度以及大于用于快速检测信号发生器幅频特性的装置的本底噪声的幅度。
优选地，在白噪声波形信号模数转换器之前，还连接有信号调理模块，所述信号调理模块对白噪声波形信号进行幅度调节以满足模数转换器的接收幅度范围。
本申请的有益效果是：
克服了传统思维模式，不再使用扫频法测量信号发生器的幅频特性，不需要输出覆盖全带宽范围的多个频率点的正弦信号，也不需要幅度测量装置或功率测量测量装置来进行复杂的测量或换算；创造性地提出只需接收信号发生器输出的白噪声信号，对白噪声波形信号进行频谱分析，就可获得信号发生器的幅频特性，使得方法简单、方便、成本低。
附图说明
图1为白噪声信号经过被测系统的输入输出变化示意图；
图2为本申请实施例提供的一种快速检测信号发生器幅频特性的装置；
图3为本申请实施例提供的一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程图；
图4为本申请实施例提供的另一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程图；
图5为本申请实施例提供的又一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本申请根据白噪声的功率谱密度在全频段均匀分布的特点，当白噪声信号作为激励信号通过被测系统时，被测系统输出信号的频谱即为被测系统本身的幅频特性，只要用频谱分析模块进行相应的频谱分析，对被测系统的输出信号进行频谱分析，获得输出信号的频谱分析结果，即可获得被测系统的幅频特性。本实施例，对于能够输出白噪声信号的信号发生器提供了一种可快速检测信号发生器幅频特性的方法和装置。
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一：
参考图2，本申请实施例还提供了一种快速检测信号发生器幅频特性的装置20,包括信号调理模块21、模数转换器22、数字信号处理器23、显示屏25和存储器24。
信号调理模块21与数模转换器22相连接，在接收了信号发生器输出的白噪声信号后，对白噪声波形信号进行幅度调节以满足模数转换器的接收幅度范围，输出调理后的白噪声波形信号。所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，为了避免产生较大的测量误差，白噪声波形幅度需大于信号发生器通道的本底噪声和所述装置的本底噪声，所述本底噪声即背景噪声，指在信号发生器、测试装置中与有用信号无关的一切干扰。
模数转换器22与数字信号处理器23相连接，用于对所述调理后的白噪声波形信号进行采样和模数转换，将所述白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号输出。其中，根据奈奎斯特采样定理，采样率至少要是信号源带宽的两倍，但考虑要观察幅频特性的过渡带和阻带，实际测试时要求更高的采样率，采样率至少为白噪声信号带宽的三至五倍。
数字信号处理器23与存储器24、显示屏25相连接，用于对模数转换后的数字信号进行谱估计运算，得到白噪声波形信号的频谱分析结果，以获得信号发生器的幅频特性测量结果，并对幅频特性测量结果进行图形绘制。数字信号处理器23为具备数字信号处理能力的集成电路，包括DSP芯片或可编程逻辑器件。
显示屏25与数字信号处理器23相连接，用于将幅频特性测量结果的图形显示在显示屏上。
存储器24与数字信号处理器23相连接，用于将幅频特性测量结果的数据进行存档。
如图3所示，为本实施提供的一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程：
步骤201，接收信号发生器输出的白噪声波形信号；
所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，为了避免产生较大的测量误差，白噪声波形幅度需大于信号发生器通道的本底噪声和所述装置的本底噪声；本底噪声即背景噪声，指在信号发生器、测试装置中与有用信号无关的一切干扰。
步骤202，对所述白噪声波形信号进行调节幅度，对信号幅度放大或衰减，使得幅度增益发生变化满足模数转换器的最佳接收幅度范围，得到调理后的白噪声波形信号。
步骤203，对所述调理后的白噪声波形信号进行采样和模数转换，将所述白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号，完成了数字数学信号采集。
其中，根据奈奎斯特采样定理，采样率至少要是信号源带宽的两倍，但考虑要观察幅频特性的过渡带和阻带，实际测试时要求更高的采样率，采样率至少为白噪声信号带宽的三至五倍。
步骤204，对所述数字信号进行谱估计运算，得到白噪声波形信号的频谱分析结果，即获得信号发生器的幅频特性测量结果。对幅频特性测量结果进行图形绘制，将幅频特性测量结果的图形显示在显示屏上或将图像数据进行存储于存储器中。
本实施中，装置20接收信号发生器输出的单个白噪声信号后，对所述白噪声信号进行调节幅度、采样、数模转换，完成数学信号采集，再在对采集得到的波形的数学信号进行谱估计运算，得到白噪声波形信号的频谱分析结果，即获得了信号发生器的幅频特性测量结果。本实施大大减少了需测试频点个数，并加快测试速度，降低测量所花费的时间，提高了测试效率、降低了测试成本。
实施例二：
如图4所示，为另一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程：
下面以快速傅里叶变换数字示波器(FFT数字示波器)为例，参考图4，说明另一种快速检测信号发生器幅频特性的方法：
步骤110，接收信号发生器输出的白噪声波形信号；
所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，为了避免产生较大的测量误差，白噪声波形幅度需大于信号发生器通道的本底噪声和所述装置的本底噪声；本底噪声即背景噪声，指在信号发生器、测试装置中与有用信号无关的一切干扰。
步骤120，利用FFT数字示波器对信号发生器输出的白噪声波形信号进行频谱分析，获得信号发生器的幅频特性测量结果；
本实施例中，采用信号发生器输出的单个白噪声信号作为测试信号，利用FFT数字示波器，对白噪声波形信号进行频谱分析，一次性获得信号发生器的幅频特性测量结果。测试速度更快，测量所花费的时间更短，提高了测试效率，但需指出的是，本实施测试设备的硬件成本较高。
实施例三：
如图5所示，为另一种快速检测信号发生器幅频特性的方法流程：
下面以频谱分析仪为例，参考结合图5，说明另一种快速检测信号发生器幅频特性的方法：
步骤100，接收信号发生器输出的白噪声波形信号；
所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，为了避免产生较大的测量误差，白噪声波形幅度需大于信号发生器通道的本底噪声和所述装置的本底噪声；本底噪声即背景噪声，指在信号发生器、测试装置中与有用信号无关的一切干扰。
步骤200，利用频谱分析仪对信号发生器输出的白噪声波形信号直接进行频谱测量，得到白噪声波形信号的频谱分析结果，以获得信号发生器的幅频特性测量结果。
本实施例中，采用信号发生器输出的单个白噪声信号作为测试信号，利用频谱分析仪，对白噪声波形信号直接进行频谱测量，一次性获得信号发生器的幅频特性测量结果。测试速度更快，测量所花费的时间更短，提高了测试效率，但需指出的是，本实施测试设备的硬件成本较高。
综上所述，根据白噪声信号的功率谱密度在整个频域内均匀分布、各等带宽的频带所含的噪声能量相等的特点，将白噪声信号作为测试信号，大大减少需测试频点个数。克服了传统思维模式，不再使用扫频法测量信号发生器的幅频特性，不需要输出覆盖全带宽范围的多个频率点的正弦信号，也不需要幅度测量装置或功率测量测量装置来进行复杂的测量或换算；创造性地提出只需接收信号发生器输出的白噪声信号，对白噪声波形信号进行频谱分析，就可获得信号发生器的幅频特性，方法简单、方便、成本低。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种快速检测信号发生器幅频特性的方法，其特征在于，包括：
信号接收步骤，接收信号发生器输出的白噪声波形信号；
频谱分析步骤，对所述白噪声波形信号进行频谱分析，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，所述白噪声波形的幅度大于信号发生器通道的本底噪声的幅度以及大于用于快速检测信号发生器幅频特性的装置的本底噪声的幅度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述频谱分析步骤包括，
数字信号采集步骤，对所述白噪声波形信号进行采样和模数转换，将所述白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号；
谱估计运算步骤，对所述数字信号进行谱估计运算，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频谱分析步骤还包括，在数字信号采集步骤之前，还有信号调理的步骤，所述信号调理的步骤是对白噪声波形信号进行幅度调节以满足宽带模数转换器的接收幅度范围。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进行采样时，采样率为白噪声信号带宽的至少三至五倍。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述频谱分析步骤是：利用快速傅里叶变换数字示波器对信号发生器输出的白噪声波形信号进行频谱分析，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述频谱分析步骤是：利用频谱分析仪对信号发生器输出的白噪声波形信号直接进行频谱测量，获得信号发生器的幅频特性测量结果。
8.一种快速检测信号发生器幅频特性的装置，其特征在于，包括:
宽带模数转换器，用于对信号发生器输出的白噪声波形信号进行采样和模数转换，将白噪声波形信号由模拟信号转换为数字信号；
数字信号处理器，对数字信号进行谱估计运算，获得信号发生器的幅频特性测量结果，对幅频特性测量结果进行图形绘制。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述白噪声波形信号为单个白噪声波形信号，所述白噪声波形的幅度大于信号发生器通道的本底噪声的幅度以及大于用于快速检测信号发生器幅频特性的装置的本底噪声的幅度。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在白噪声波形信号模数转换器之前，还连接有信号调理模块，所述信号调理模块对白噪声波形信号进行幅度调节以满足带宽模数转换器的接收幅度范围。
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