CN109283375B

CN109283375B - 监测信号发生器上的被测设备波形

Info

Publication number: CN109283375B
Application number: CN201810802655.9A
Authority: CN
Inventors: 黄健杰; 朱思聪; 汤琥; 李玉芳; 钱晋
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: CN109283375A; US10890604B2; US20190025344A1

Abstract

一种测试和测量仪器，其具有信号发生器电路和用于监测在被测设备（DUT）处接收到的波形的波形监测电路。信号发生器电路基于来自用户的输入生成波形，而波形监测电路将捕获的信号发送到处理器以确定在DUT处接收到的波形。波形监测器通过开关在第一测试点和第二测试点处捕获信号，并且处理器接收捕获的信号，并且使用线性方程确定入射波形和从DUT反射的波形两者。

Description

监测信号发生器上的被测设备波形

技术领域

本公开涉及与信号发生器相关的系统和方法，更具体地，涉及用于在信号发生器上确定和显示来自信号发生器的在被测设备（DUT）处接收到的信号的系统和方法。

背景技术

任意波形和函数发生器（AFG）仪器广泛用于生成用于电子电路设计和测试的信号。AFG生成被DUT接收到的信号。通常，AFG仪器在其工作频率范围上的输出阻抗为50欧姆。当DUT负载阻抗与AFG仪器的输出阻抗不匹配时，在DUT处接收到的信号不等同于AFG仪器上的用户设置。在某些情况下，当DUT接收到与AFG仪器发送的信号不同的信号时，这可能会导致DUT受损。

本公开的示例解决了这些和其他问题。

附图说明

根据以下参照附图对实施例的描述，本公开的实施例的方面、特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是连接到被测设备的信号发生器的框图。

图2是通过线缆连接到被测设备的信号发生器的框图。

图3是根据本公开的一些实施例的示例性测试和测量仪器的框图。

图4是使用图3的测试和测量仪器来确定DUT波形的示例性方法的流程图。

图5是在第一测试点处捕获的波形的示例。

图6是在第二测试点处捕获的波形的示例。

图7是基于图5和图6的波形所确定的波形A的示例。

图8是基于图5和图6的波形所确定的波形B的示例。

图9是基于图7和图8的波形所确定的DUT波形的示例。

图10是根据本公开的其他实施例的示例性测试和测量仪器的框图。

具体实施方式

本文公开了一种具有信号发生器电路和用于监测在被测设备处接收到的波形的波形监测电路的测试和测量仪器。信号发生器电路基于来自用户的输入生成波形，而波形监测电路将捕获的信号发送到处理器以确定在DUT处接收到的波形。波形监测器通过开关在第一测试点和第二测试点处捕获信号，并且处理器接收捕获的信号，并且使用线性方程确定入射波形和从DUT反射的波形。

图1是电耦合到DUT 102的信号发生器100的框图。DUT 102具有与信号发生器100的50欧姆的阻抗104匹配的50欧姆阻抗。在DUT 102处接收到的信号的真实幅度如等式（1）所示：

如果DUT的阻抗不等于50欧姆，则在DUT处接收到的真实振幅不等于信号发生器100上的用户设置。如果DUT 102负载包括大电容器和电感器，则在DUT 102处接收到的真实振幅可能甚至更复杂。

图2图示了具有50欧姆阻抗202的信号发生器200的框图，该阻抗202通过线缆206（例如Bayonet Neill-Concelman（BNC）线缆）附连到DUT 204。在图2中，线缆206引起反射，其导致在DUT 204处接收到的真实幅度与信号发生器200上的用户设置不同。

为了解决这个问题，典型的用户可以将示波器连接到DUT以及信号发生器。然后，用户看到在DUT接收到的信号的实际幅度，与在用户设置下设置的信号相对比。然后，用户可以基于用户在示波器上观察到的波形来调整信号发生器上的用户设置。然而，这样的解决方案是昂贵的，因为它需要两件设备，并且必须使用高阻抗探头。

本公开的实施例允许用户仅使用信号发生器来确定在DUT处接收到的信号的真实振幅，而不需要示波器。也就是说，本公开的实施例使用单个测试和测量仪器来输出波形并确定在DUT处接收到的实际或真实波形，并向用户显示这样的波形。

图3图示了根据本公开的实施例的测试和测量系统300。测试和测量仪器300可以是任意函数发生器或信号发生器。测试和测量仪器300包括任意函数发生器（AFG）信号源302部分和波形监测器304部分。虽然AFG信号源302和波形监测器304被描绘为分离的，但如本领域普通技术人员将理解的，设备的各组件可以混合在一个或多个电路板中而不是实际的分离设备中。

AFG信号源302包括用户输入/输出306，例如具有对话框的显示屏幕。AFG信号源302还可以包括诸如与用户输入/输出306以及现场可编程门阵列（FPGA）310通信的微控制器单元308之类的处理器。在一些实施例中，仅可以使用微控制器单元（MCU）308或FPGA310，而不是两者的组合。在其他实施例中，可以经由一个或多个电路（例如噪声滤波器，内插器，转换电路等）、数字信号处理器（DSP）、通用处理器、MCU 308、FPGA 310和/或其组合来实现处理器。此外，MCU 308和/或FPGA 310可以位于AFG信号源302之外，并且可以位于波形监测器304中或测试和测量系统内的其他地方。

最初，用户向输入/输出306输入要生成的期望信号。MCU 308处理该信息并向FPGA310发送指令。FPGA 310基于用户输入和来自MCU 308的指令来输出信号。来自FPGA 310的信号通过数模转换器（DAC）312转换为模拟信号。转换的信号通过放大器314和低通滤波器316，并作为信号A输出到波形监测器304。也可以使用其它电路变化来将生成的信号A输出到波形监测器，如本领域技术人员将理解的。

波形监测器304的定向耦合器318接收信号A并将该信号分成第一信号和第二信号。第一信号和第二信号两者都包括在理论上为信号A的一半的入射波形。然而，如本领域普通技术人员所理解的，测试和测量系统内的各种干扰和电阻可能导致第一和第二信号并不恰好是信号A的一半。定向耦合器318包括用于将信号A分成第一和第二信号的四个电阻器320-226。在一些实施例中，每个电阻器可以是50欧姆。

定向耦合器318将第一信号从输出328输出到连接到DUT 332的BNC线缆330。来自DUT 332的反射波形B通过线缆328行进返回朝向输出端328。反射波形B影响第一信号，使得在被测设备处接收到的信号由以下等式（2）确定：

（2）。

延迟是来自行进穿过BNC线缆330的信号的延迟。该延迟可以存储在测试和测量仪器300的存储器中，或者该延迟可以经由用户输入/输出306被输入到测试和测量系统。如，测试和测量系统可以显示请求BNC线缆330延迟量的对话框。然后，用户可以输入该延迟。用户可以通过使用示波器来测量线缆的延迟来确定BNC线缆330的延迟。在一些实施例中，测试和测量仪器300可以自动确定BNC线缆330的延迟。

波形监测电路304包括两个测试点334和336，以允许处理器确定DUT波形。也就是说，使用线性方程，波形监测电路304计算应该是信号A和反射波形B的近似一半的入射波形。开关338在两个测试点334和336之间进行选择。第一测试点334包括第一信号，其是入射波形加上反射波形B。第二测试点336包括作为入射波形的第二信号加上反射波形B的一半。当通过开关338选择第一测试点334或第二测试点336时，测试点处的信号通过衰减器340、放大器342进行处理，并经由模数转换器（ADC）344转换成数字信号。然后将数字信号发送到FPGA 310以由FPGA 310和MCU 308处理以确定DUT波形。信号可以在被处理之前被保存在存储器（未示出）中。

用于确定DUT波形的方法是基于高速信号反射。DUT负载反射系数Γ_L由等式（3）示出：

（3）。

Z_L是DUT负载的阻抗，以及Z_C是典型为50欧姆的BNC线缆阻抗。

信号源侧反射系数Γ_S由等式（4）表示：

（4）。

Z_S是AFG信号源302的阻抗，其通常为50欧姆。由于AFG信号源302和BNC线缆具有相同的阻抗，因此信号源侧反射系数Γ_S为0，并且没有AFG信号源302反射。

DUT波形由等式（5）确定：

。

对于任意波形，处理器难以计算

，所以上述方法最适合于时域模拟波形，使用ADC 344转换波形，如上所述。

定向耦合器318充当平衡桥并且分离入射波形和反射波形。如果DUT阻抗等于50欧姆，则不存在反射信号B。如果DUT阻抗不等于50欧姆，则测试和测量仪器300能够基于测量第一测试点334和第二测试点336处的值来确定DUT波形。

图4图示了用于由MCU 308和FPGA 310确定由DUT 332接收到的入射波形的方法400。

最初，AFG信号源302基于用户输入生成402信号A。开关338被设置为在第一测试点334处捕获404信号。然后，开关338被设置为在第二测试点336处捕获406信号。开关338可以在在第一测试点334处捕获第一信号之前在第二测试点336处捕获第二信号。两个捕获的信号被转换成数字信号并发送408到FPGA 310。FPGA 310在相位零处将两个信号与AFG直接数字合成器（DDS）进行时间对准。FPGA将来自测试点334和336两者的信号发送到MCU 308，以确定410在DUT 332处的入射波形。使用线性方程，MCU 308计算入射波形和反射波形。

使用计算的入射波形（A/2）和反射波形（B），可以使用上述等式（2）来计算存在于DUT 332处的波形。

一旦DUT波形被计算，在用户输入/输出306上显示412DUT波形，所以用户可以在用户输入/输出处进行调整，以接收在DUT 332期望的信号。

图5-9图示了来自捕获的波形的示例捕获波形和确定的波形。图5图示了由信号A/2 + B组成的在第一测试点334处捕获的波形。图6图示了由信号A/2 + B/2组成的在第二测试点336处捕获的波形。基于这些捕获的波形，MCU 308确定入射波形A（如图7所示）和反射波形B（如图8所示）两者。使用这些确定的波形，MCU 308能够确定DUT波形，如图9所示。然后可以在用户输入/输出306上显示该波形，使得用户可以看到在DUT 332处接收到的实际波形。根据用户想要用于测试DUT 332的波形，用户能够以容易地对输入进行调整，使得在DUT处接收到期望的波形。

在一些实施例中，FPGA 310可以在测试点334和336各种时间处控制等效的采样和捕获信号。然后，FPGA 310在等效采样已经完成之后发送捕获的信号。

然而，在其他实施例中，如图10所示，上文讨论的仪器可以用于在滤波器或放大器设计期间测试频率响应线。测试和测量设备300可以包括测试和测量设备内的多个通道1000和1002，每个通道包括上面详细讨论的AFG信号源302和波形监测器304。因此，用相同的附图标记来标识每个通道1000和1002中的类似特征。尽管在图10中描绘了两个通道，但是在测试和测量设备300内可以包括两个以上的通道。此外，一些通道可以包括与通道1000和1002不同的特征和组件。

为了测试DUT 332的频率响应，测试和测量仪器300可以向第一通道1000上的DUT负载生成扫描正弦波。在该配置中，通道1000的开关334被设置为测试点334。第二通道1002的波形监测电路304通过第二通道1002的BNC输出端328连接到DUT 332。来自DUT的输出是波形C。

通道1002的开关338被设置为测试点334，并且不生成来自AFG信号源302的任何信号。在该情景中，通道1000用作正常的AFG并生成扫描正弦波，以及通道1002作为示波器接收DUT 332响应信号C并且通道1002的测试点334是DUT响应的信号C。通道1002将DUT响应信号C发送到通道1002的FPGA 310，以及然后发送到通道1002的MCU 308，使得可以获得DUT频率响应。

本发明的示例可以在特定创建的硬件上、在固件、数字信号处理器或专门编程的通用计算机上操作，该通用计算机包括根据编程指令操作的处理器。本文所用的术语“控制器”或“处理器”旨在包括微处理器，微型计算机，ASIC和专用硬件控制器。本发明的一个或多个方面可以体现在计算机可用数据和计算机可执行指令中，诸如在由一个或多个计算机（包括监测模块）或其他设备执行的一个或多个程序模块中。通常，程序模块包括当由计算机或其他设备中的处理器执行时实行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程，程序，对象，组件，数据结构等。计算机可执行指令可以存储在诸如硬盘，光盘，可移动存储介质，固态存储器，RAM等的计算机可读存储介质上。如本领域技术人员将理解的，程序模块的功能可以根据需要在各种示例中组合或分布。此外，该功能可以全部或部分地体现在诸如集成电路，现场可编程门阵列（FPGA）等的固件或硬件等同物中。可以使用特定的数据结构来更有效地实现本发明的一个或多个方面，并且在本文描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围内考虑这些数据结构。

本公开的各方面以各种修改和替代形式进行操作。具体方面已经通过附图中的示例示出并且在下文中详细描述。然而，应当注意，出于清楚讨论的目的提出本文公开的示例，并不意图将所公开的一般概念的范围限制于本文所述的具体示例，除非明确限制。因此，本公开旨在根据附图和权利要求覆盖所描述的方面的所有修改，等同和替代。

在说明书中对实施例、方面、示例等的参考指示所描述的项目可以包括特定特征，结构或特性。然而，每个公开的方面可以包括或可以不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，除非特别指出，否则这样的短语不一定指代相同的方面。此外，当结合特定方面描述特定特征，结构或特性时，可以结合另一个公开的方面来采用这样的特征、结构或特性，无论是否结合这样的其他公开方面来明确描述这种特征。

在一些情况下，可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实现所公开的方面。所公开的方面也可以被实现为由一个或多个或者计算机可读介质承载或存储在其上的指令，其可以被一个或多个处理器读取和执行。这样的指令可以被称为计算机程序产品。如本文所讨论的，计算机可读介质是指可由计算设备访问的任何介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。

计算机存储介质是指可用于存储计算机可读信息的任何介质。作为示例而非限制，计算机存储介质可以包括随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），闪速存储器或其他存储器技术，致密盘只读存储器（CD-ROM），数字视频盘（DVD）或其他光盘存储器，磁带盒，磁带，磁盘存储器或其他磁存储设备以及以任何技术来实现的任何其它易失性或非易失性、可移动或不可移动介质。计算机存储介质不包括信号本身和信号传输的暂时形式。

通信介质是指可以用于计算机可读信息的通信的任何介质。作为示例而非限制，通信介质可以包括同轴线缆、光纤线缆，空气或适合于电、光、射频（RF）、红外、声学或其它类型的信号的通信的任何其它介质。

示例

下文提供了本文公开的技术的说明性示例。技术的实施例可以包括以下描述的示例的任何一个或多个，以及任何组合。

示例1是一种测试和测量仪器，其包括信号发生器，其用以基于来自用户的输入生成波形；处理器；和波形监测器电路。波形监测电路包括：定向耦合器，其用以接收波形并将波形分离成第一信号和第二信号；输出端，其用以通过线缆连接到被测设备并将第一信号输出到被测设备；第一测试点，其具有包括第一信号的第一测试点信号；第二测试点，其具有包括第二信号的第二测试点信号，以及将第一测试点和第二测试点连接到信号发生器的处理器的开关，所述处理器被配置为基于所述第一测试点信号和所述第二测试点信号来确定被测设备处接收到的波形。

示例2是示例1的测试和测量仪器，其中处理器还被配置为基于线缆的延迟来确定在被测设备处接收到的波形。

示例3是示例2的测试和测量仪器，还包括用户输入以接收线缆的延迟。

示例4是示例1-3中任一项的测试和测量仪器，其中第一信号是所述波形的一半，并且第一测试点包括第一信号加上从被测设备反射通过线缆的信号，并且其中所述第二信号是所述波形的一半，并且所述第二测试点包括所述第二信号加上从被测设备反射通过线缆的信号的一半。

示例5是示例1-4中任一项的测试和测量仪器，其中波形监测电路还包括电连接到开关的衰减器、电连接到衰减器的放大器和电连接到放大器和处理器的模数转换器。

示例6是示例1-5中任一项的测试和测量仪器，还包括用以显示由处理器确定的接收到的波形的显示器。

示例7是示例1-6中任一项的测试和测量仪器，其中处理器包括电连接到微处理器的现场可编程门阵列。

示例8是用于确定被测设备处接收到的波形的方法，该方法包括基于用户输入生成波形；经由定向耦合器将生成的波形分离为第一信号和第二信号；通过连接的线缆将第一信号输出到被测设备；确定第一测试点的值，所述第一测试点包括所述第一信号；确定第二测试点的值，所述第二测试点包括所述第二信号；并且基于第一测试点处的第一信号的值和第二测试点处的第二信号的值来确定被测设备处接收到的波形。

示例9是示例8的方法，其中确定被测设备处接收到的波形包括基于线缆的延迟来确定接收到的波形。

示例10是示例9的方法，还包括通过用户输入接收线缆的延迟。

示例11是示例8-10中任一项的方法，其中第一信号是所述波形的一半，以及第一测试点包括第一信号加上从被测设备反射通过线缆的信号，并且其中第二信号是所述波形的一半，以及第二测试点包括第二信号加上从被测设备反射通过线缆的信号的一半。

示例12是示例8-11中任一项的方法，还包括在显示器上显示被测设备处接收到的波形。

示例13是示例8-12中任一项的方法，还包括经由开关在第一测试点和第二测试点之间切换。

示例14是具有存储在其上的指令的计算机可读存储介质，当由测试和测量仪器的处理器执行该指令时，使得测试和测量仪器基于用户输入生成波形；基于生成的波形通过连接的线缆将第一信号输出到被测设备；确定第一测试点的值，所述第一测试点包括第一信号；确定第二测试点的值，所述第二测试点包括基于所生成的波形的第二信号；并且基于第一测试点的值和第二测试点的值，通过所连接的线缆从第一信号的输出端确定被测设备处接收到的波形。

示例15是示例14的计算机可读存储介质，其中基于线缆的延迟确定被测设备处接收到的波形。

示例16是示例15的计算机可读存储介质，其中存储在其上的指令还使得测试和测量仪器通过用户输入接收线缆的延迟。

示例17是示例14-16中任一项的计算机可读存储介质，其中第一信号是所述波形的一半，以及第一测试点包括第一信号加上从被测设备反射通过线缆的信号，并且其中所述第二信号是所述波形的一半，以及所述第二测试点包括所述第二信号加上从被测设备反射通过线缆的信号的一半。

示例18是示例14-17中任一项的计算机可读存储介质，其中存储在其上的指令进一步使得测试和测量仪器显示在被测设备处接收到的波形。

示例19是示例14-18中任一项的计算机可读存储介质，其中存储在其上的指令还使得测试和测量仪器经由开关在第一测试点和第二测试点之间切换。

所公开的主题的先前描述的版本具有许多优点，其被描述或者对于普通技术人员将是显而易见的。虽然如此，所有这些优点或特征在所公开的装置，系统或方法的所有版本中都不是必需的。

另外，该书面描述引用了特定的特征。应当理解，本说明书中的公开内容包括那些特定特征的所有可能的组合。在特定方面或示例的上下文中公开特定特征的情况下，也可以在其他方面和示例的上下文中尽可能地使用该特征。

此外，当在本申请中提及具有两个或多个限定步骤或操作的方法时，所限定的步骤或操作可以以任何顺序或同时执行，除非上下文排除了那些可能性。

虽然为了说明的目的已经说明和描述了本发明的具体示例，但将理解的是，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，本发明不应受到除了所附权利要求之外的限制。

Claims

1.一种测试和测量仪器，包括：

信号发生器，其用以基于来自用户的输入生成波形；

处理器；以及

波形监测电路，其包括：

定向耦合器，其用以接收所述波形并将所述波形分离成第一信号和第二信号，

输出端，其用以接收第一信号，通过线缆连接到被测设备，并将第一信号输出到被测设备，

第一测试点，其用以连接到所述输出端，具有包括所述第一信号的第一测试点信号，

第二测试点，其用以连接到所述输出端，具有包括所述第二信号的第二测试点信号，以及

开关，其用以将第一测试点和第二测试点连接到所述处理器，所述处理器被配置为在被测设备处不进行测量的情况下基于所述第一测试点信号和所述第二测试点信号来确定被测设备处接收到的波形。

2.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其中所述处理器还被配置为基于所述线缆的延迟来确定所述被测设备处接收到的波形。

3.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，还包括用以接收所述线缆的延迟的用户输入。

4.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其中所述第一信号是所述波形的一半，并且所述第一测试点包括所述第一信号加上从所述被测设备反射通过所述线缆的信号，并且其中所述第二信号是所述波形的一半并且所述第二测试点包括第二信号加上从所述被测设备反射通过所述线缆的信号的一半。

5.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其中所述波形监测电路还包括电连接到所述开关的衰减器，电连接到所述衰减器的放大器，以及电连接到所述放大器和所述处理器的模数转换器。

6.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，还包括显示器，其用以显示由所述处理器确定的接收到的波形。

7.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其中所述处理器包括电连接到微处理器的现场可编程门阵列。

8.一种用于确定被测设备处接收到的波形的方法，所述方法包括：

基于用户输入生成波形；

经由定向耦合器将生成的波形分离为第一信号和第二信号；

通过连接的线缆将第一信号输出到被测设备；

确定连接到输出端的第一测试点的值，所述第一测试点包括所述第一信号；

确定连接到输出端的第二测试点的值，所述第二测试点包括所述第二信号；以及

在被测设备处不进行测量的情况下基于第一测试点处的第一信号的值和第二测试点处的第二信号的值，确定被测设备处接收到的波形。

9.根据权利要求8所述的方法，其中确定被测设备处接收到的波形包括基于连接的线缆的延迟确定所接收到的波形。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括通过所述用户输入接收所述连接的线缆的延迟。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一信号是生成的波形的一半，并且所述第一测试点包括所述第一信号加上从所述被测设备反射通过连接的线缆的信号，并且其中所述第二信号是生成的波形的一半，以及第二测试点包括第二信号加上从所述被测设备反射通过连接的线缆的信号的一半。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括在显示器上显示在被测设备处接收到的波形。

13.根据权利要求8所述的方法，还包括经由开关在所述第一测试点和所述第二测试点之间切换。

14.一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由测试和测量仪器的处理器执行所述指令时，促使所述测试和测量仪器：

基于用户输入生成波形；

基于生成的波形，通过连接到线缆的输出端将第一信号输出到被测设备；

确定连接到输出端的第一测试点的值，所述第一测试点包括第一信号；

确定连接到输出端的第二测试点的值，所述第二测试点包括基于所生成的波形的第二信号；以及

在被测设备处不进行测量的情况下基于第一测试点处的第一信号的值和第二测试点处的第二信号的值，确定在被测设备处通过连接的线缆接收到的波形。

15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，基于连接的线缆的延迟来确定被测设备处接收到的波形。

16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中存储在其上的指令还使测试和测量仪器通过用户输入接收连接的线缆的延迟。

17.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述第一信号是生成的波形的一半，并且所述第一测试点包括所述第一信号加上从所述被测设备反射通过连接的线缆的信号，并且其中所述第二信号是生成的波形的一半，以及第二测试点包括第二信号加上从所述被测设备反射通过连接的线缆的信号的一半。

18.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中存储在其上的所述指令还使得所述测试和测量仪器显示在被测设备处接收到的波形。

19.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中存储在其上的指令还使得所述测试和测量仪器经由开关在所述第一测试点和所述第二测试点之间切换。