CN107741533A

CN107741533A - 场分析仪

Info

Publication number: CN107741533A
Application number: CN201710977514.6A
Authority: CN
Inventors: J·盖尔卢皮
Original assignee: Amplifier Research Corp
Current assignee: Amplifier Research Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2018-02-27
Also published as: JP2015518963A; KR20150013644A; EP2852915A4; WO2013177040A1; CN104380309B; US20170269138A1; US20130307763A1; EP2852915A1; HK1207454A1; CN104380309A

Abstract

场分析仪。场分析仪产生调幅RF电场的调制包络的视觉显示，该场分析仪包括用于生成该场的序贯数字样本的场传感器、连接至该场传感器以生成网页的场处理器、以及用于取得和显示该网页的个人计算机。通过使用网页和在个人计算机上显示该网页，能够在个人计算机中执行诸如校正场传感器中检测器的非线性之类的任务，在个人计算机中这些任务能够更加高效地执行。序贯样本代表天线所接收的场的振幅，并保持在缓冲存储器中，比特对准校正电路响应于缓冲存储器，检测和校正缓冲存储器中数据比特的失准。

Description

场分析仪

本申请是申请日为2013年5月20日、申请号为“201380025847.9”、发明名称为“场分析仪”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及场分析仪，尤其涉及用于显示调幅RF电场的调制包络的装置。本发明可用在许多应用中，尤其是在电磁兼容(EMC)测试中，被执行用于确保诸如汽车之类的产品中的电气及电子系统的操作不会受到广播和电视传输、雷达脉冲、蜂窝电话信号、电力线场、以及其他类型的电磁场的不利影响。

发明背景

在EMC测试中，被测试设备经历一定范围的频率和功率水平上的电磁辐射扫描，并且进行观察以确定电磁辐射对该设备的操作的影响(若有)。为了生成场，RF信号通常由合成器生成，经放大，并馈送至被测设备附近的天线。合成器可产生经调制的信号。例如，调制包络可以使得场作为具有可调重复速率和可调工作周期的一系列脉冲来施加。

尽管被测设备位置处的场强可基于合成器的设定以及放大器和天线的频率响应来预测，但是针对场中任意给定位置的预测并非总是可靠的。因此，常见的做法是在被测设备附近放置被称为“场探针”的设备来直接测量电场强度。

在传统的场测量装备中，使用热电偶来确定场强。在调幅场的情况下，热电偶仅提供对平均振幅的测量。峰值振幅水平的估计可基于对合成器中调制波形的了解从该平均振幅来计算得到。然而，存在于场探针位置处的调制包络的细节并不能被确定。

因此，需要一种场分析仪能允许用户通过直接测量，即独立于从合成器导出的信息的测量而以高精度确定经调制电场的最小、最大、和平均振幅、以及诸如峰值振幅、上升和衰减时间、工作周期等其他波形细节，。还希望能在可视的示波器类型的显示器中显示这些直接测得的调制波形细节，在该显示器中能观察到调制包络振幅随时间的瞬时变化。还需要一种场分析仪能够迅速且高效地校正传感器单元中检测器的非线性响应。

发明内容

本发明允许用户使用示波器类型的显示器和界面来查看和测量电场的调制包络。取代使用专用的示波器类型的显示器，根据本发明的装置通过利用存储在场处理单元内的微控制器的存储器中的嵌入式网页来显示调制包络，该场处理单元与场传感器相关联。通过标准网络连接加载至个人计算机的网页具有从场处理器取得新数据并对其图形地显示但无需重载网页的其他方面的能力。本文使用的术语“个人计算机”不仅包括常规的台式和笔记本个人计算机，还包括具有显示网页并向网页输入信息和选择的能力的其他设备，包括平板电脑、智能手机和类似设备。个人计算机可位于紧邻场传感器和场处理器的位置，或任何其他位置。

更具体地，本文描述了用于显示调幅RF电场的调制包络的设备。该设备包括三个主要组件：场传感器单元、场处理单元、以及个人计算机。该场传感器单元包括天线，具有连接至天线的输入并提供输出的检测器，以及采样电路，该采样电路响应于检测器并提供数字格式的序贯样本，该序贯样本表示天线接收到的调幅RF电场的振幅。场处理单元包括用于接收序贯样本的接收器和响应于接收器的微控制器，该微控制器包括用于保持样本的缓冲存储器以及用于将数据分组从缓冲存储器上载至个人计算机上所显示的网页的触发响应装置。个人计算机取得数据分组，并将数据分组作为RF电场的调制包络的示波器显示来显示在网页上。

采样电路可包括时钟脉冲发生器以及模数转换器，模数转换器响应于来自时钟脉冲发生器的时钟脉冲以及响应于检测器的输出，用于以序贯群组的方式产生串行数据比特流，每个群组的数据比特表示天线接收到的调幅RF电场的振幅的样本。

场传感器单元可包括电光转换器，其被连接以接收来自模数转换器的电输出并产生用于以光束形式传送与由模数转换器产生的串行数据比特流所表示的数据相对应的数据的调制光信号。在此情形中，该设备可包括被连接至电光转换器以接收光束并将光束载运至场处理单元的光缆。该接收器可以是光接收器，其被连接至光缆以接收光束并生成与模数转换器产生的串行数据比特流相对应的数据比特流形式的电信号。

场处理单元可包括时钟恢复单元，用于从数据比特流导出同步时钟信号。在此情形中，微控制器可被安排成接收数据比特流和同步时钟信号。

场处理单元可包括比特对准校正电路，其响应于缓冲存储器用于检测和校正缓冲存储器中数据比特的失准。

该设备的特别期望的特征是将被存储在个人计算机中表征场传感器中的非线性的数据，该数据还在个人计算机中被用于校正该非线性，从而所显示的调制包络对应天线的位置上RF电场的调制包络。给定场传感器的非线性表征数据可永久地存储在与该特定传感器相关联的场处理单元的存储器中，并且在该设备正在操作时从该场处理单元的存储器下载至个人计算机。

当结合附图阅读时，本发明的细节和其他优势将从下面描述中变得清楚。

附图简述

图1是示出了用在根据本发明的场分析仪中的场传感器的主要组件的示意图；

图2是示出了包括场传感器、场处理器以及个人计算机的完整场分析仪的示意图；

图3是示出了场处理器的主要组件的示意图；

图4是示出了在场处理器的微控制器上运行的嵌入式固件的操作的高层流程图；

图5是示出了在个人计算机上运行的网页软件的操作的高层流程图；

图6是说明微控制器的主循环的流程图；

图7A-7C是说明场处理器的微控制器对向场传感器提供操作功率的激光器的控制的流程图的多个部分；

图8A和8B是说明图7B中超时定时器的操作的流程图的多个部分；

图9是说明图4中远程通信状态机的操作的流程图；

图10是图4中直接存储器存取(DMA)环路的操作的流程图；

图11A-11D是说明图4中数据状态机环路的操作的流程图的多个部分；

图12是说明如何重新启用串行外围接口(SPI)时钟输入、以及禁用计数器及同步计数器中断的流程图；

图13是示出外部触发中断例程的流程图。

图14是包括根据本发明的场分析仪的EMC测试装置的示意图；以及

图15是图14的测试装置中所用的个人计算机的屏幕上所显示的典型网页的示图。

优选实施例的具体描述

图1中示意性地示出的场传感器20可以是广泛的场传感器中的任意一种。合适的场传感器在2012年1月26日公布的美国专利公开2012/0019426中记载，美国专利公开2012/0019426通过引用全文包括于此。简言之，专利公开2012/0019426中的场传感器包括一组位于以与水平呈35.3°角从基座向上延伸的柄杆的末端的三个偶极子。这些偶极子被安排成使得每个偶极子垂直于一平面延伸，其他两个偶极子皆与该平面平行。因此，通过旋转该柄杆，可使任何一个偶极子处于垂直条件而使其他两个处于水平。场传感器包括一个或更多个二极管，它们用作检测器，产生与所感测到的场的调制包络相对应的输出。

检测器输出被电气地累加以使得传感器是各向同性的，从而产生单个输出。偶极子检测器以及累加电路在图1中由“传感器头”22表示。

如图1所示，除了传感器头，场传感器还包括其他组件。检测器的累加输出经放大器24放大，放大器24较优地包括单极点低通滤波器。经滤波和放大的信号随后被模数(A/D)转换器26转换成数字格式，采样率由时钟振荡器28本地生成的时钟脉冲来控制。也响应于时钟脉冲的二进制计数器30被用于区分样本。在适合本申请的典型采样方案中，模数转换器将每秒采集1.5X 10⁶十六比特样本，由此产生24Mb/s速率的数据流。

数字数据借助由驱动器34驱动的垂直腔面发射激光器(VSCEL)32被转换成光学数据，并通过光缆36被转发。使用光缆是因为其不导电，因此不与正被测量的场发生干扰。出于同样原因，用于场传感器内电子组件的操作的功率由激光器(图1中未示出)生成，并通过光缆38和通过光伏电源转换器(PPC)42被递送至电子供电模块40。用于向场传感器内的电路提供操作功率的激光器是场处理器的一部分。

图2示出了场分析仪硬件的主要组件。这些组件包括场传感器20、场处理器44、以及借助以太网连接与场处理器通信的个人计算机(PC)46。如图2所示，来自场传感器的光学数据通过光缆36连接至场处理器44，并且场处理器通过光缆38向场传感器提供操作功率。当由场处理器中的激光器供电时，场传感器将产生连续比特流形式的输出，直至激光器关闭。注意到一点很重要，即用于向场传感器提供功率的激光器必须是相对高功率的激光器，并且能够在将其连接至场传感器的光缆坏掉或断开时操作的情况下发射碰运气的光束。

关于场处理器44的进一步细节在图3中示出。向场传感器提供操作功率的激光器是在具有用户接口52的数字信号处理微控制器50的控制下的红外激光器48。通过光缆36从场传感器传给场处理器的数据被光接收器54转换回电子脉冲，并且这些电子脉冲经放大器56放大。时钟恢复电路58从数据比特流中导出同步时钟信号，再生出时钟振荡器28生成的时钟脉冲同时避免时钟数据从场传感器单独传输至场处理器。数据比特和时钟脉冲通过串行外围接口(SPI)总线被分开地馈送至微控制器50。

微控制器50利用嵌入式软件来操纵来自所附连的场传感器的数据。微控制器使用直接存储器存取(DMA)模块(未示出)自动地将数字比特流缓冲至专用保存缓冲存储器中。

异步(由中断驱动)状态机处置场传感器数据的分析和解析。此状态机首先分析已经使用DMA模块自动移到存储器中的数据。

因为来自场传感器的比特流是连续的，所以当它们被DMA自动传递至存储器中时数据比特可能是未正确地对准的。即，比特位置可能经过移位，从而使得每个样本的最低有效位并未存储在每个存储器位置的最低有效位位置。因此，必须分析数据以确定是否需要对数据移位以校正比特对准。在分析缓冲存储器中的数据的过程中，状态机利用每个样本将具有两个前导零比特和两个尾随零比特的事实来确定数据需要移位多少比特。在此过程中，对应于缓冲存储器的大小的数据量必然被丢弃。然而在达成数据对准之后，在装置继续操作时数据不太可能将再次变得失准。

在校正了比特对准后，状态机对触发发生进行测试。触发可来自三种不同来源中的任何一者。在自由运行模式中，每次在到达状态机的此部分时自动设置触发。在内部触发模式中，分析每个数据样本以确定是否已经达到用户定义的阈值。在外部触发模式汇总，外部触发端口60上的上升沿将导致触发。

软件可被设置成缓冲一部分数据预触发和一部分后触发，以便控制显示器中波形的位置。例如，若50％数据是预触发以及50％数据是后触发，则将以在绘图窗口的中心处出现触发的方式显示波形。若期望，可使触发位置用户可调。

一旦已经出现了触发，就使用用户选择的时基来确定数据分组开始和停止点。此信息被用于使用直接存储器存取(DMA)模块填充保存缓冲器。一旦此DMA传递完成，缓冲器将包含准备好上载至网页的完整数据分组。这导致网页所轮询的标志被置位，以允许网页知晓可从场处理器取得完整的数据分组。在触发发生后，直至网页已经成功取得了前面的数据分组才能发生另一触发。

场传感器中的(多个)检测器二极管的特性是天生非线性的，因此必须进行校正以使在个人计算机的屏幕上所显示的调制包络的量值准确地表示场传感器位置处的场的量值。而且，该特性可能在一个场传感器与另一个场传感器之间变化。为了避免在调适场分析仪以适应若干不同场传感器中的各传感器时遇到的困难，优选地，场传感器与专用场处理器相关联。另外，场传感器的检测器的特性曲线较优地作为查找表数字地存储在场处理器的存储器中，并且可供下载到通过以太网链接与场处理器通信的任何个人计算机。当网页自场处理器被加载到个人计算机时，还包括所存储的非线性校正查找表。此信息随后被网页用于在绘图窗口中显示与数据分组相对应的电场量值之前校正所取得的数据分组。

这些测量使得易于使用几乎任何个人计算机显示检测到的场的调制波形。为每个场传感器使用专用场处理器并将非线性校正查找表随网页下载至个人计算机避免了在作为单独的步骤为特定传感器定位和加载查找表时可能发生的差错。而且，在个人计算机而不是微控制器中进行非线性校正降低了对微控制器的计算负担。个人计算机中的处理器能够比在场处理器中更快地执行线性化。

网页使用异步JavaScript及XML(AJAX)来计算网页上所显示的波形的最小、最大、和平均值。这也降低了微控制器的计算负担。

除了数据操纵之外，场处理器控制激光器48，并且还通过以太网端口62控制远程通信。通过以太网端口，场处理器用作网页服务器，提供对嵌入式网页的访问。在通过RS-485串行总线连接至微控制器50的输入-输出(IO)板70上提供了其他远程通信端口，例如光纤(F/O)串行端口64、通用串行总线(USB)端口66、以及遵循IEEE规范488的通用接口总线(GPIB)68。

IO板70上的远程通信端口也可以用来取得数据，但不是像在网页上这么具体。网页上可用的所有控件都可使用任何远程通信端口来远程地设置或读取。最小、最大、和平均振幅值也可通过任何远程通信端口来获得。然而，没有网页，必须在微控制器中执行非线性校正，这花费明显更长的时间。网页还具有允许波形被可视地显示的优点。

用于操作场处理器中的电路以及用于生成向场传感器提供功率的激光束的功率作为AC线电流被提供给场处理器中的功率源72，并且作为恰当电压的直流被配送至其中的电路以及配送至激光器48。

借助图4-13中的流程图更详细地说明场处理器中和个人计算机中的软件操作。

图4示出了场处理器单元中的微控制器的嵌入式固件的一般操作。步骤74中的初始化对微控制器随机存取存储器(RAM)的RAM中的所有变量进行初始化，并且还对微控制器的外围硬件进行初始化。外围硬件例如包括以太网物理层芯片，以太网物理层芯片是与微控制器50(图3)相关联的单独芯片(未示出)。时钟恢复电路58也被初始化。

初始化之后，在步骤76中由软件堆栈实施以太网任务。这里，若使用通过以太网端口连接至场处理器的个人计算机的个人调用存储在微控制器中的网页，该以太网任务将网页加载到个人计算机上。

下一个框78是激光器控制状态机。如任何状态机一样，激光器控制状态机包括进行检查状态或条件并取决于这些条件来跟随路径和执行代码的序列的软件。除非条件准许主循环的软件行进至下一阶段，否则状态机继续循环操作。

激光器控制状态机是基本元件，因为向场传感器提供操作功率的红外激光器(图3)在集中射束中递送相当量的功率。若光缆38意外地断开或损坏，例如激光器控制状态机将感测到时钟恢复信号不可用，由此确定要么是数据流丢失要么是出现故障。在此情形中，激光器控制状态机进入激光器被关闭的状态。激光器控制状态机还监视场处理器的面板上的钥匙操作的开关，确保该按键开关被开启并且没有被禁用。激光器控制状态机当然考虑了开启该钥匙开关与获得数据流之间的时间延迟。

远程通信状态机(框80)控制IO板70上的端口(F/O串行端口64、USB端口66、以及GPIB总线68)。

在微控制器内，串行外围接口(SPI)上的串行数据流和恢复出的时钟比特通过直接存储器存取(DMA)被传递至存储缓冲器中，如图4中的框82所说明的。由于缓冲存储器接收连续的数据流，数据流交替地填充缓冲存储器的一半、以及随后填充另一半。当正在填充缓冲存储器的每一半时，缓冲存储器的另一半的内容通过直接存储器存取被传递至微控制器内的更大的缓冲存储器。在任意给定时刻，该更大缓冲存储器中(或其部分中)的内容表示网页上所看到的内容。

图4还示出了数据状态机循环。此循环中的第一步是在框84中数据样本的对准。因为来自场传感器的比特流是连续的，所以当它们在DMA循环中自动传递至存储器中时数据比特可能是未正确地对准的。即，比特位置可能经过移位，从而使得每个样本的最低有效位并未存储在每个存储器位置的最低有效位位置。通过查看存储缓冲器中的内容并利用每个样本将具有两个前导零比特和两个尾随零比特的事实，微控制器可寻找继之以一系列反复变化的(toggling)比特的四个连贯零比特，并计算需要对数据移位多少比特。通过关闭时钟达对应于该失准的数个比特，可使数据正确地对准。在此过程中需要丢弃对应该缓冲器大小的数据量。然而，在数据对准后，将不大可能再次变得失准。

数据状态机循环中的下一步骤是在框86中设置触发模式。触发锁定缓冲器内容的给定部分，使其可供网页用于浏览。软件可被设置成缓冲一部分数据预触发和一部分后触发，以便控制显示器中波形的位置。例如，若50％数据是预触发以及50％数据是后触发，则将以在绘图窗口的中心处出现触发的方式显示波形。若期望，可使触发位置用户可调。

存在三种不同的触发模式。“自动设置”触发模式是自由运行模式，其中在一部分的存储器内容已被传递至网页后，另一触发自动发生以连续地更新网页。

下一模式是内部触发模式或“阈值搜索”模式。在此模式中，微控制器处理器搜索以确定数据是否超过或低于用户设定的阈值，例如50v/m。该阈值是在微控制器中使用所存储的被在个人计算机中用来校正检测器非线性的同一查找表计算出的。在此模式中，网页保持冻结，直至数据再次超过或低于该用户设定的阈值。

在第三种模式(被称为“外部触发”模式)中，调制波形被同步至通过触发端口60(图3)提供给微控制器的外部触发信号。

在数据状态机循环的框88中，定义要传递至网页的数据分组，选择来自缓冲存储器的数据的预触发部分和后触发部分两者。在数据状态机循环的框90中，所选的数据分组随后通过直接存储器存取(DMA)被传递至传递缓冲器，数据分组从该传递缓冲器可通过以太网端口62(图3)被传递至网页。该数据分组在该传递缓冲器中不被重写。它留在传递缓冲器中直至被网页调用。

与场处理器通信的个人计算机上要显示的网页包括存储在微控制器的存储器中并由个人计算机执行的代码集。异步JavaScript和XML(AJAX)允许网页的固定部分被显示而不被不断地重载，而同时允许所显示的波形和相关数据被不断地更新。

图5示出了个人计算机的一般操作。框92中的初始化设置PC中RAM中的存储器值。将网页的固定部分从微控制器中的存储器加载至PC也是初始化的一部分。在初始化步骤92中，检测器线性化查找表也从微控制器处理器被加载至PC。

若在微控制器的存储器中可用，任选的载波频率校正表也可在初始化步骤中被加载至PC。载波频率校正表是使得PC能实现对与场传感器头22、放大器24(图1)以及场传感器中的其他组件的平坦频率响应的背离的校正的查找表。

在标记为“监视器用户控制”的步骤94中，用户可选择各种菜单选项，例如，时基选择、触发方法、以及缩放。若选择了阈值触发模式，用户还能够选择阈值、以及选择触发是发生在调制包络中脉冲的上升沿还是下降沿。在步骤94，用户还能够输入校正以考虑传感器频率响应与平坦频率响应的背离。在监视器用户控制中的选择输入将自动使网页被重载至PC。

在标记为“轮询系统状态”的步骤96中，PC确定场处理器中的微控制器是否已经发信号通知数据已准备就绪、确认激光器48(图3)为开启、以及没有出现故障。在轮询系统状态后，在98询问是否已经出现触发。若已经出现触发，则过程行进至步骤100，轮询绘图数据，即将在PC显示器屏幕上显示的数据。若没有触发，则PC返回至步骤94，并且用户可继续做出选择或调整先前做出的选择。

在标记为“校正数据”的步骤102这一步骤中，自微控制器的存储器被下载至PC的检测器非线性校正查找表被用来在所轮询的数据样本中在它们被显示之前做出校正。在此同一步骤中，使用分开的查找表，可对传感器组件以及一些场处理器组件的频率响应与平坦频率响应的背离做出可选的校正。

在标记为“更新数据绘图”的框104中，波形绘图以及相关数值在PC的显示器上被更新，同时网页的其余部分保持不变。随着每个绘图被更新，PC返回至步骤94，并且用户随后可继续做出选择或调整先前做出的选择。

图6示出了微控制器的总体操作。在步骤106，软件中的全局变量被初始化。在步骤108，输入输出(IO)和外围设备、以及时钟恢复变量被初始化。在步骤110，以太网堆栈被初始化。在这些初始化之后，随后以在步骤112服务以太网任务开始循环。接着在步骤114服务TCP(传输控制协议)服务器。最后，在步骤116开始激光器控制状态机进程。

在图4-6一般性地描绘的操作在下文参照图7A-13更详细地解释。

激光器控制状态机

在图7A-7C中描绘了激光器控制状态机(图4中的框78)的操作细节。传感器(也称为“探针”)具有如下六种状态：

禁用

启用

启动(bootup)(等待数据)

运行(数据正在回来)

关闭

检查按钮(按钮被按住？)

如图7A所示，激光器控制状态机首先在判决框118中确定探针是否被禁用。若探针被禁用，则过程行进至步骤120(图7B)，其中故障指示器被清除，并且在框122询问场处理器单元上的钥匙操作的开关是否被启用，即该按键操作的开关被转为“开”。若该钥匙开关被启用，则在步骤124启用该探针，并且激光器控制状态机到达“结束”阶段，其中图4中的主循环的操作行进至远程通信状态机80。类似地，若钥匙开关被发现没有被启用，则操作行进至“结束”阶段但不启用探针。

在图7A，若在框118探针没有被确定为禁用，则过程行进至判决框126，其中询问探针是否被启用。若探针被启用，则在判决框128中确定钥匙开关是否被禁用。若钥匙开关被禁用，则在框130中探针状态被改成“禁用”，激光器控制状态机的操作结束，并且图4中的主循环行进至框80中的远程通信状态机。另一方面，若钥匙开关被确定为没有禁用，则在判决框132询问激光器激活按钮是否被按下。若该按钮已被按下，则操作行进至图7B中的一组步骤134，其中在步骤136清除故障指示器，并且在步骤138启用激光器。在步骤140，清除超时计数器。在步骤142被启用的超时计数器允许系统等到场传感器启动和开始发送数据。在步骤144探针状态被改成启动。

返回图7A，若探针状态被确定为没有启用，则在框146询问探针是否处在启动状态中。若是，由于探针状态未未启用，则状态机在框148确定钥匙开关是否被禁用，即关闭。若钥匙开关被禁用，则探针状态在框150被改成关闭并且激光器控制状态机到达其“结束”条件，从而主循环行进至图4中的远程通信状态机框80。

若框146的判决为探针没有处在启动状态，则状态机行进至图7C，其中在框152询问探针是否处在运行状态，即，正在接收数据。若探针正在运行，则状态机在框154检查钥匙开关的禁用和锁定的丢失这两者。在时钟恢复芯片还没有指示对数据流的主动锁定的情况下发生锁定丢失。若没有主动锁定，则数据流要么不存在，要么若存在则是不可用。不论发生这两个条件中的哪一个，在框156探针状态皆转移到关闭，并且激光器控制状态机进入其“结束”条件。同时，状态机在框158确定在框154中做出的判决是否是由于锁定丢失。若是，则在框160设置故障指示器。

若在框152确定探针不处在运行状态，则在框162询问探针是否在关闭状态。若是，在框164激光器被禁用，在框166自串行外围接口(SPI)向微控制器中的缓冲存储器传递数据的直接存储器存取(DMA)模块被关闭，并且在框168探针状态被改成“检查按钮”状态。

若在框162确定探针不处在关闭状态，则在框170状态机检查激光器激活按钮。若该按钮未被按下，则在框172启用探针。另一方面，若该按钮被按下，则激光器控制状态机循环，再一次检查按钮。以此方式检查按钮防止用户持续按住按钮由此迫使循环重启，在这种情况下即使运载激光的光缆未连接至场传感器也可通过持续按住按钮来操作激光器。

图8A和8B说明图7B的框142中超时定时器的启用。在图8A，若发生探针通信定时器溢出中断，则在框174递增超时计数，并且检查探针状态。若探针处在“启动”中，在判决框176检查超时计数。若该计数超过预定限制，在在框178(图8B)禁用超时定时器，并且在判决框180检查锁定丢失。在锁定丢失的情况下，在框182激活故障指示器，并在框184关闭探针。若数据被锁定至时钟，则在186启用SPI时钟输入，在188清除触发标志，在190将状态机设为“未触发”，在192启用SPI至缓冲存储器DMA模块，以及在194将探针状态从“启动”改成“运行”。

返回至图8A，若探针不处在“启动”状态，则在196状态机确定探针是否在“运行”。若正在运行，并且在判决框198中确定超时计数器中的计数超过预定限制，则在200禁用探针通信定时器，在202激活故障指示器，以及在204将探针状态改为“关闭”。系统因此确保数据流正在从场传感器进入到场处理器。若数据流存在，该超时计数器被不断地重置。若计数超过预定限制同时探针处在“启动”或“运行”中、或者检测到锁定丢失，则探针被关闭。

远程通信状态机

在图9中描绘了远程通信状态机(图4中的框80)的操作细节。

远程通信状态机的可能状态是：

解码解释到来的命令或查询并确定场分析仪必须如何做以进行响应。

服务初始化以执行解码子例程所解码的动作

停止等待状态以允许某些服务完成

响应发起该响应

在框206，状态机检查“解码”命令状态。该“解码”状态是默认状态，即起始点。在解码状态下，远程通信状态机等待数据通过以太网端口62(图3)或通过IO板70中的端口64-68之一(图3)到来。在判决框208确定是否有任何数据(不论其是否为有效命令或查询)通过其中一个端口到来。若存在数据，则在框210执行解码子例程以确定通过该端口到来的是什么，并且在框212状态转移至“服务”。另一方面，若不存在数据，则命令状态保持在“解码”。

当命令状态不是“解码”时，在判决框214状态机确定状态是否为“服务”。若是，则在216执行服务子例程并且在框218命令状态被改为“停止”或“响应”，这取决于在“服务”子例程中的代码所确定的是否需要完成其他操作。

在判决框220，若状态机既不在“解码”状态也不在“服务”状态，则确定机器是否处在“停止”状态。若否，在框222机器进行响应，并且在框224命令状态返回至默认状态，“解码”。

若在框220机器处在“停止”状态，则保持在该状态直至已经完成服务。若在框226确定已经完成服务，则在框228机器状态转移至“响应”。

图10示出了图4中所示的DMA循环82的操作。微控制器中的缓冲存储器(“membuffer”)具有两半，它们的内容被交替地传递至更大的输出缓冲器(“outbuffer”)。在缓冲存储器一半已满时以及在其已满时皆发生中断。当中断被生成并且在框230缓冲存储器的第一半被确定为满时，在框232发起缓冲存储器的第一半的内容通过直接存储器存取(DMA)向输出缓冲器的传递。然而，若在中断之时缓冲存储器的第一半未满而第二半已满，则在框234缓冲存储器的第二半的内容被传递至输出缓冲器。

数据状态机循环

每次完成图10中向输出缓冲器的DMA传递时，图4中的数据状态机循环操作以组装并传递各数据分组至网页。图11A-11D示出了图4中数据状态机循环的操作，特别是框84、86和88的操作。

数据状态机的框84、86和88中的状态是：

未触发

已触发

等待

继续

数据准备就绪

在图11A，大多数最近传递的数据块被分析以确定各比特是否与正确的存储器位置相对准。偏移量，即失准的程度被确定，并且进行校正。

如图11A所示，若数据比特失准，在236确定数据偏移的比特数。若在框238确定已经发生失准，在框240基于偏移量值设置同步计数器，并且在框242禁用SPI时钟输入。即，图3中由时钟恢复电路58发送给微控制器的SPI时钟比特由微控制器中的内部计数器进行计数，但不被用于进入缓冲存储器中的时钟数据。在框214启用同步计数器和同步计数器中断。参照图12，偏移量计数被计数，SPI时钟输入被重新启用，以及计数器和同步计数器中断被禁用。随着SPI时钟被重新启用，来自SPI总线的数据可再次进入缓冲存储器。

回到图11A，若偏移量为零，在框246微控制器寻找阈值相交，即搜寻输出缓冲器中表示样本的数据以寻找超过(或低于)预设阈值的最早样本。若阈值相交，但触发状态为“未触发”，则路径从框248行进至图11B，其中在判决框250状态机确定触发是否处在自由运行模式。若触发处在自由运行模式，在框252通过设置停止索引来确定发送给网页的信息。在框254通过自该停止索引向后计算来设置重启索引，并且该重启和停止索引确定要被发送给网页的数据以使得数据不重叠。在框256触发状态被改成“已触发”。由于输出缓冲器包含多个分组，有必要在框258中递增被称为“输出索引”的索引，以保持跟踪这些分组并避免将它们重写。

若触发不处在自由运行模式，在框260状态机检查端口60(图3)上的外部触发或内部触发。内部触发将已经在框246(图11A)中通过阈值搜索所确定。

若已经发生外部或内部触发，在框228保存通过阈值搜索、或者通过图13中所绘的外部触发中断例程所确定的触发索引。在框264清除用于确定索引值的触发标志，并且系统就像在触发处于自由运行模式的情形中那样着手设置停止和重启索引。

再次参照图11A，若在判决框266触发状态被确定为“已触发”，则系统行进至图11C，并且在框268确定是否已经到达停止索引。若还未到达停止索引，则在258递增输出索引。

若已经到达停止索引，则通过基于用户选择的时基自停止索引向后运行来确定输出缓冲器内容的一部分，并且在框272发起直接存储器存取(DMA)传递以将输出缓冲器的所选部分移至传输控制协议(TCP)缓冲器，后者是微控制器中的第三缓冲存储器，在框274触发状态被改成“等待”并且递增输出索引。若完成传递，则状态改成在图12中“继续”。

返回图11A，若在判决框248和266中触发状态被确定为既不是“已触发”也不是“未触发”，则系统行进至图11D，其中判决框276和278确定触发状态是“等待”、“继续”、还是“数据准备就绪”。若触发状态既不是“等待”也不是“继续”，则触发状态在框280为“数据准备就绪”，并且递增输出索引。若触发状态为“继续”，则在框282将输出索引与重启索引相比，并且若输出索引与重启索引相等，则在框284触发状态被改成“数据准备就绪”。在任一情况下，皆递增输出索引。网页通过在图5的框96中轮询系统状态来检查数据准备就绪状态。当网页获取数据时，触发状态返回至“未触发”。

本发明的场分析仪可用在诸如图14所示的测试装置中，其中场传感器20位于排列有消声锥和瓦片的测试腔室286中。天线288、或用于向腔室中的被测设备(未示出)施加电磁场的任何其他合适设备通过定向耦合器292连接至RF放大器290的输出。输出功率通过连接至定向耦合器的功率计294进行监视。RF信号由连接至放大器的输入的合成器或其他合适的信号发生器296生成。

如图14所示，场传感器20通过光缆36和38连接至场处理器单元44，光缆36携带来自传感器的数据，以及光缆38向场传感器递送操作功率。场处理器通过以太网链接被连接至个人计算机46。

在场处理器单元44的面板上有电源开关298、钥匙操作的开关300、用于激活向场传感器递送操作功率的激光器的瞬时按钮302、以及故障指示LED304。

个人计算机46上显示的网页在图15中更详细地示出。显示器示出场传感器接收到的RF信号的调制包络306。可借助网页上的图形用户界面来选择用于显示的各种参数。例如，可选择振幅比例尺和时基，以及触发类型(外部、内部或自由运行)、触发水平、以及触发沿(上升或下降)。频率校正，即对场传感器的频率响应与平坦响应的偏离的校正可以被启用或禁用，并且可显示调制包络的频率以及最大、最小和平均振幅。校正的量作为乘数被显示。

在屏幕上提供了“查看表”按钮以给予用户查看所存储的频率校正值的表的能力，这些频率校正值被网页用于导出所应用的校正乘数。“运行/停止”按钮被用于手动地开始和停止波形显示的更新。“单个”按钮被提供用于在已经发生了单个触发事件之后自动地停止波形显示的更新。还在网页上提供了指示钥匙开关位置、场传感器供电激光器的状态、以及系统状态的状态显示。

图4-13中所示的软件细节是用以实现场分析仪的大量可能方式的示例，在该场分析仪中场传感器生成RF场的调制包络的数字样本，并且场处理器生成用于在个人计算机上显示该调制包络的网页。变型可包括例如其中对场传感器中检测器的非线性、或者对场传感器的频率响应的校正发生在场处理器而非个人计算机中的安排，其中时钟比特独立于场数据在传感器中生成并被传送给场处理器的安排，以及其中时钟数据通过编码数据流来传送的安排。相应地，可以做出所描述装置的这些以及各种其他变体而不背离如在所附权利要求中所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种用于显示调幅RF电场的调制包络的设备，包括：

场传感器，用于接收所述RF电场并且以代表所述电场的振幅的数字样本形式生成输出；

连接至所述场传感器的场处理器，用于接收所述场传感器的所述输出并生成在个人计算机上显示的网页，所述网页包括示出了所述包络的振幅在时间段上的变化的绘图；以及

连接至所述场处理器的个人计算机；

其中：

所述场传感器包括：天线、具有连接至所述天线的输入并提供输出的检测器、以及采样电路，响应于所述检测器并提供数字格式的序贯样本，所述序贯样本表示所述天线接收到的调幅RF电场的振幅；

所述场处理包括：用于接收所述序贯样本的接收机、响应于所述接收器的微控制器，所述微控制器包括用于保持所述样本的缓冲存储器、用于将数据分组从所述缓冲存储器上载至所述网页的触发响应装置、以及响应于所述缓冲存储器的用于检测和校正所述缓冲存储器中数据比特的失准的比特对准校正电路；以及

所述个人计算机是配置为接收所述数据分组并将所述数据分组作为RF电场的调制包络的示波器显示来显示在网页上的个人计算机。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括至少一个数据比特总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述至少一个数据比特来计算比特失准。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括至少一个数据比特总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述至少一个数据比特来计算比特失准并且通过关闭用于控制数据传递的时钟达对应于所检测失准的数个比特对所述比特失准作校正。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括前导和尾随数据比特，总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述前导和尾随数据比特来计算比特失准。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括前导和尾随数据比特，总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述前导和尾随数据比特来计算比特失准并且通过关闭用于控制数据传递的时钟达对应于所检测失准的数个比特对所述比特失准作校正。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括至少两个前导数据比特和至少两个尾随数据比特，所述前导和尾随数据比特总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述前导和尾随数据比特来计算比特失准。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述序贯样本包括至少两个前导数据比特和至少两个尾随数据比特，所述前导和尾随数据比特总是设置为零，以及其中所述比特对准校正电路通过检测所述前导和尾随数据比特来计算比特失准并且通过关闭用于控制数据传递的时钟达对应于所检测失准的数个比特对所述比特失准作校正。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述采样电路以数据比特流的形式提供所述样本，以及所述场处理器包括用于从所述数据比特流导出同步时钟信号的时钟恢复单元，以及所述比特对准校正电路响应于所述缓冲存储器以及响应于所述同步时钟信号，用于检测和校正所述缓冲存储器中数据比特的失准。

9.一种用于显示调幅RF电场的调制包络的设备，包括：

场传感器，用于接收所述RF电场并且以代表所述RF电场的振幅的数字样本形式生成输出；

连接至所述场传感器的场处理器，用于接收所述场传感器的所述输出并生成在个人计算机上显示的网页，所述网页包括示出了所述包络的振幅在时间段上的变化的绘图，所述场处理器包括存储表征所述场传感器的非线性的数据的存储器；以及

连接至所述场处理器的个人计算机，用于取得和显示所述网页；

所述场传感器包括：提供代表所述RF电场的振幅的输出的检测器、以及采样电路，响应于所述检测器的所述输出并提供所述数字样本作为序贯样本，所述序贯样本代表所述RF电场的振幅；以及

所述场处理包括：用于接收所述序贯样本的接收机、以及响应于所述接收器的微控制器，所述微控制器包括用于保持所述样本的缓冲存储器、以及用于将数据分组从所述缓冲存储器上载至所述个人计算机上所显示的网页的触发响应装置；

所述个人计算机包括用于取得所述数据分组并将所述数据分组作为所述RF电场的调制包络的示波器显示来显示在所述网页上的装置；以及

所述场处理包括响应于所述缓冲存储器的用于检测和校正所述缓冲存储器中数据比特的失准的比特对准校正电路。

10.一种用于显示调幅RF电场的调制包络的设备，包括：

场处理器，连接至所述场传感器以接收所述场传感器的所述输出并生成在个人计算机上显示的网页，所述网页包括示出了所述包络的振幅在时间段上的变化的绘图，所述场处理器包括存储表征所述场传感器的非线性的数据的存储器；以及

个人计算机，连接至所述场处理器以取得和显示所述网页；

其中：

所述采样电路包括时钟脉冲发生器以及模数转换器，所述模数转换器响应于来自所述时钟脉冲发生器的时钟脉冲以及响应于所述检测器的所述输出，用于产生序列群组的串行数据比特流，每个群组的数据比特表示所述调幅RF电场的振幅的样本；

所述场传感器单元还包括电光转换器，电光转换器被连接以接收来自所述模数转换器的电输出并产生用于以光束形式传送与由所述模数转换器产生的所述串行数据比特流所表示的数据相对应的数据的调制光信号、以及连接至所述电光转换器以接收并向所述场处理单元载运所述光束的光缆；

所述场传感器的所述接收器是连接至所述光缆的光接收器，用于接收所述光束并生成与所述模数转换器产生的所述串行数据比特流相对应的数据比特流形式的电信号；

所述场处理器包括时钟恢复单元，用于从所述数据比特流导出同步时钟信号、以及比特对准校正电路，响应于所述缓冲存储器以及所述同步时钟信号，用于检测和校正所述缓冲存储器中数据比特的失准。