CN109959811B

CN109959811B - 信号后处理方法、信号后处理电路和示波器

Info

Publication number: CN109959811B
Application number: CN201811549895.9A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·金特
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2038-12-18
Also published as: EP3502712B1; US11719723B2; CN109959811A; US20190195915A1; EP3502712A1

Abstract

描述了一种信号后处理方法，其中通过信号后处理电路(10)从存储器(12)读取时间和值离散的信号，其中时间和值离散的信号的分辨率带宽和频率范围是预先确定的。对时间和值离散的信号应用窗口滤波。窗口滤波后的时间和值离散的信号被变换为全带宽频域信号。通过选择单元(30)从全带宽频域信号选择子带，其中其余部分被选择单元(30)丢弃。此外，描述了一种信号后处理电路(10)以及一种示波器。

Description

信号后处理方法、信号后处理电路和示波器

技术领域

本发明涉及信号后处理方法、信号后处理电路以及示波器。

背景技术

诸如示波器的测试和测量仪器的用户对其信号的频带的一个或多个特定部分感兴趣。出于分析目的，应该尽可能好地呈现这个部分。此外，还应该仅针对感兴趣的部分计算测量值、频谱图和后处理曲线。然而，源信号通常覆盖比用户后来感兴趣的频率范围更大的频率范围，或者用户无法直接限制源信号的频率数据。

因此，用户需要选择特定频率范围的可能性。

已知示波器在获取相应数据并将该数据存储在采集存储器中的同时，使用信号分析电路的数字下变频器单元来选择信号的特定频率范围。一旦在此阶段已经选择了频率范围，它就保持恒定。因此，当访问此数据时，不可能选择存储在采集存储器中的数据的特定频率范围。

在访问采集存储器的数据时使用数字下变频器单元需要大量资源并且使要进行的适当计算复杂化。

此外，总是需要数字下变频器单元来预选择或后选择特定频率范围。

特别地，预选择导致存储在采集存储器中的数据具有预先确定的分辨率带宽和频率范围。因此，由于预先确定的分辨率带宽和频率范围是固定的并且在稍后阶段无法再被改变，所以用户必须在获取数据时知道感兴趣的区域或更确切地说感兴趣的部分。

因此，需要一种简单且可变的可能性来选择用户感兴趣的数据。

发明内容

本发明提供了一种信号后处理方法，包括以下步骤：

-通过信号后处理电路从存储器读取时间和值离散的信号(time-and-value-discrete signal)，其中时间和值离散的信号的分辨率带宽和频率范围是预先确定的；

-对时间和值离散的信号应用窗口滤波(window filter)；

-将窗口滤波后的时间和值离散的信号变换为全带宽频域信号；以及

-通过选择单元从全带宽频域信号选择子带并丢弃其余部分。

此外，本发明提供了一种测试和测量仪器的信号后处理电路，包括：

-读取器单元，其被配置为从存储器读取时间和值离散的信号，

-滤波器单元，其被耦合到读取器单元并被配置为对从存储器读出的时间和值离散的信号应用窗口滤波，

-变换单元，其位于滤波器单元的下游并被配置为将滤波后的时间和值离散的信号变换为全带宽频域信号，以及

-选择单元，其被耦合到变换单元并被配置为从全带宽频域信号选择子带并丢弃全带宽频域信号的其余部分。

本发明基于以下想法：通过选择全带宽频域信号的特定范围来设置虚拟中心频率和虚拟频率跨度，使得所获取的分辨率带宽和频率范围在没有任何改变的情况下被维持。所选择的虚拟频率跨度是由所获取的数据提供的整个频率范围的子带。因此，在数据已被获取之后，可以以简单的方式将待分析的区域限制为感兴趣的区域。因此，用户在数据分析方面更灵活。

由于所获取的数据保持不变，因此可以分析多于一个的子带，特别是通过以期望的方式设置选择单元，可以适当地选择两个不同的子带。因此，可以分析谐波。

另外，由于相应数据可以被存储在存储器中，因此即使信号源已被改变也可以分析该数据。

应用的窗口滤波可以是具有为1的滤波系数的矩形滤波。

通常，预先确定的分辨率带宽对应于固定分辨率带宽，使得时间和值离散的信号值的总数是预先确定的。以类似的方式，预先确定的频率范围由两个连续的时间和值离散的信号值之间的时间距离(即倒数采样率(reciprocal sample rate))预先确定。

所提供的源信号由记录期间的其最大频率范围和分辨率带宽中的记录时间来定义。然后，定义虚拟中心频率和虚拟频率跨度以用于将待分析的区域限制为感兴趣的区域。

时间和值离散的信号涉及时间离散的信号(也称为离散时间信号)，即等距时间处的信号点或由数量序列组成的时间序列，以及诸如数字信号的值离散信号。

由于不需要数字下变频器，因此可以以更有成本效益的方式建立后处理电路。以类似的方式，该方法可以以有成本效益的方式来执行。

因此，存储器可以是采集存储器。

通常，可以输出所选择的子带。因此，提供了与选择单元连接的输出接口。可选地，后处理单元被插入在输出接口和选择单元之间，使得对所选择的子带先前地进行后处理。

例如，可以对所选择的子带进行诸如最小值、最大值和/或平均值分析的分析。此外，后处理器可以提供测量值、频谱图、标记和/或掩码测试(mask test)。

因此，显而易见的是，从采集存储器读出并如上所述处理的时间和值离散的信号被用于输出和/或显示目的而不是用于触发(即生成例如频率掩码触发器的触发信号的触发信号)。

进一步处理所选择的子带，即相应子带中的频域信号。与此相反，触发信号是二进制信号，即“真”或“假”。

根据一个方面，在变换步骤之前和/或在应用窗口滤波之后，将零填充应用于时间和值离散的信号。通过在时域信号(即时间和值离散的信号)的末端添加零来进行零填充。特别地，将零添加到感兴趣的时域信号的特定部分。零填充对应于频域中的插值。通常，它确保通过改善预先确定的分辨率带宽处的频率分辨率来强制执行高的频率分辨率。因此，感兴趣的区域可被用于进一步处理。

因此，对感兴趣的区域或更确切地说感兴趣的部分而不是整个信号(全带宽频域信号)执行掩码测试、标记、最小值、最大值、保持和/或平均值分析。因此，获得针对此相应区域或更确定地说此相应部分的测量值以及频谱图。

根据另一方面，基于频域设置和/或时域设置来控制应用窗口滤波的步骤、变换步骤和/或选择步骤。提供了控制器，其适当地控制信号后处理电路的不同子单元。

实施例提供了子带包括中心频率和围绕中心频率的频率跨度。在选择步骤期间设置此中心频率。以类似的方式，频率跨度由选择单元定义，该选择单元由控制器控制。

例如，存储器包括示波器采集存储器或频谱分析仪采集存储器。因此，信号后处理电路可被用在示波器或者频谱分析仪中。以类似的方式，该方法可以应用于示波器或者频谱分析仪。

特别地，从相同的时间和值离散的信号选择若干子带。如上面已经提到的，可以从存储在相应存储器中的相同数据源选择不同的虚拟中心频率和频率跨度。

根据一个方面，提供了一种控制器，其与读取器单元、滤波器单元、变换单元和/或选择单元连接。控制器确保信号后处理电路的正确操作。

根据另一方面，控制器被配置为接收时域设置和频域设置和/或其中控制器被配置为控制读取器单元、滤波器单元、变换单元和/或选择单元。控制器特别是基于接收到的时域设置和/或频域设置来适当地控制单元的相应设置。

实施例提供了零填充单元，其被配置为应用零填充。如上所述，零填充单元改善了频率分辨率。

特别地，零填充单元位于滤波器单元和变换单元之间。出于此目的，在变换单元完成变换步骤之前应用零填充。

根据实施例，信号后处理电路包括现场可编程门阵列、专用集成电路和/或数字信号处理器。可以以有成本效益的方式在现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器(DSP)上至少部分地提供不同的单元。

另一方面提供了信号后处理电路由现场可编程门阵列、专用集成电路和/或数字信号处理器来建立。特别地，整个信号后处理电路由相应的FPGA、ASIC或DSP来建立。

此外，本发明提供了一种示波器，其包括如上所述的信号后处理电路。上述优点也以类似的方式适用于示波器。

附图说明

现在将参照附图中示出的优选实施例来描述本发明。在图中，

-图1示出了根据本发明的信号后处理电路的实施例，并且

-图2示出了根据本发明的示波器。

以下结合附图(其中相似的附图标记表示相似的元件)阐述的详细描述旨在作为所公开的主题的各种实施例的描述，而不旨在表示仅有的实施例。此公开中描述的每个实施例仅仅作为示例或说明来提供，并且不应该被被解释为比其他实施例更优选或更有利。本文所提供的说明性示例并不旨在是穷举性的或者将所要求保护的主题限制为所公开的精确形式。

具体实施方式

在图1中，示出了信号后处理电路10，其被连接到存储器12。在所示实施例中，存储器12是示波器的采集存储器。然而，存储器12也可以是频谱分析仪采集存储器。

在所示实施例中，信号后处理电路10具有至少一个时域通道14，其包括针对时域的后处理单元16和输出接口18。

另外，信号后处理电路10具有若干频域通道20，其中仅一个在下文中被更详细地示出。

此外，提供了被分配给若干通道14、20的读取器单元22。可替选地，每个通道14、20具有其自己的读取器单元，以用于从存储器12读取相应的数据。

频域通道20包括滤波器单元24，其对由读取器单元22从存储器12读取的数据应用窗口滤波，其中数据涉及时间和值离散的信号。

滤波器单元24被耦合到零填充单元26，该零填充单元26对所获得的相应时间和值离散的信号应用零填充。

然后，窗口滤波后的(并且零填充后的)时间和值离散的信号由变换单元28处理，该变换单元28将相应信号从时域变换到频域中。因此，窗口滤波后的(并且零填充后的)时间和值离散的信号被变换为全带宽频域信号以进行进一步处理。

全带宽频域信号被转发到选择单元30，该选择单元30从全带宽频域信号选择子带并丢弃全带宽频域信号的其余部分。所选择的子带涉及用户感兴趣的全带宽频域信号的区域或更确切地说用户感兴趣的全带宽频域信号的部分。

然后，所选择的子带由后处理器32处理并被转发到针对频域的输出接口34。在后处理器32中，可以对所选择的子带进行诸如最小值、最大值和/或平均值分析的分析。此外，后处理器32可以提供测量值、频谱图、标记和/或掩码测试。

然后将相应的结果转发到后处理单元16以用于说明目的。

频域通道20(特别是每个频域通道20的相应单元)被分配给适当地控制相应单元的控制器36。尽管未在图1中示出，但控制器36还可以至少控制时域通道14的后处理单元16。

控制器36接收时域设置和频域设置以用于控制目的。因此，控制器36基于接收到的设置来控制相应单元。

当若干频域通道20从存储器12接收相应数据时，可以同时分析若干不同的子带。

实际上，每个频域通道20将存储在存储器12中的信号以虚拟的方式限制到期望的中心频率和感兴趣的频率跨度(子带)，同时对已经获取的(一个或多个)信号进行后处理。因此，可以适当地研究不同的中心频率和频率跨度。

根据特定实施例，信号后处理电路10包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理器(DSP)。因此，至少信号后处理电路10的组件由FPGA、ASIC和/或DSP来建立。特别地，整个信号后处理电路10由FPGA、ASIC和/或DSP来建立。

信号后处理电路10被配置为执行信号后处理方法，其中通过信号后处理电路10(特别是读取器单元22)从存储器12读取存储在存储器12中的时间和值离散的信号。时间和值离散的信号的分辨率带宽和频率范围是预先确定的(即固定的)。

然后，窗口滤波经由滤波器单元24被应用于时间和值离散的信号。

然后，滤波后的时间和值离散的信号可以由零填充单元26处理，以便改善处理后的信号的频率分辨率。

滤波后的和(可选地，零填充后的)时间和值离散的信号被转发到变换单元28，该变换单元28将该信号变换为全带宽频域信号。因此，在后处理期间首先提供频域中的信号。先前，仅时域信号被适当地处理和存储。

频域信号由选择单元30接收，该选择单元30从全带宽频域信号选择特定子带。另外，选择单元30丢弃全带宽频域信号的其余部分，使得仅感兴趣的部分或更确切地说感兴趣的区域被用于进一步处理。

然后将所选择的子带(即整个信号的有限区域)转发到后处理器32，该后处理器32对接收到的数据执行分析。因此，可以适当地研究输入信号的虚拟中心频率以及虚拟频率跨度。

在后处理之后，将信号和/或与其相关的结果转发到输出接口34以被输出(例如被显示)。

在图2中，示出了示波器38，其具有壳体40和分配到壳体40的至少一侧的显示器42。此外，示波器38包括若干输入端44，以用于接收要被记录和获取的输入信号。

如图2中虚线所示，示波器38具有如上所述的集成的信号后处理电路10。

相应的输出接口18、34可以被连接到显示器42，使得在输出接口18、34处提供的相应数据可以被显示在显示器42上，以便适当地通知用户。

因此，作为测试和测量仪器的示波器38可被用于执行信号后处理方法。

可替选地，信号后处理电路10可以被集成在频谱分析仪中。

Claims

1.一种信号后处理方法，包括以下步骤：

-通过信号后处理电路(10)从采集存储器(12)读取时间和值离散的信号，其中，所述时间和值离散的信号的分辨率带宽和频率范围是预先确定的；

-对从所述采集存储器(12)读出的所述时间和值离散的信号应用窗口滤波；

-将窗口滤波后的时间和值离散的信号变换为全带宽频域信号；

-通过选择单元(30)从所述全带宽频域信号选择子带并丢弃其余部分；以及

-由后处理器处理选择的子带，其中所述后处理器对所述选择的子带执行分析，其中通过选择所述全带宽频域信号的特定范围来设置虚拟中心频率和虚拟频率跨度，使得所获取的分辨率带宽和频率范围在没有任何改变的情况下被维持，从而在所述时间和值离散的信号已被获取并且存储在所述采集存储器(12)之后，将待分析的区域限制为感兴趣的区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在变换步骤之前和/或在应用窗口滤波之后，将零填充应用于所述时间和值离散的信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于频域设置和/或时域设置来控制应用窗口滤波的步骤、变换步骤和/或选择步骤。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述子带包括中心频率和围绕所述中心频率的频率跨度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述采集存储器(12)包括示波器采集存储器或频谱分析仪采集存储器。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从相同的时间和值离散的信号选择多个子带。

7.一种用于测试和测量仪器的信号后处理电路(10)，包括：

-读取器单元(22)，其被配置为从采集存储器(12)读取时间和值离散的信号，

-滤波器单元(24)，其被耦合到所述读取器单元并被配置为对从所述采集存储器(12)读出的所述时间和值离散的信号应用窗口滤波，

-变换单元(28)，其位于所述滤波器单元(24)的下游并被配置为将滤波后的时间和值离散的信号变换为全带宽频域信号，

-选择单元(30)，其被耦合到所述变换单元(28)并被配置为从所述全带宽频域信号选择子带并丢弃所述全带宽频域信号的其余部分，以及

-后处理器(32)，其被配置为处理选择的子带，其中所述后处理器(32)对所述选择的子带执行分析，其中通过选择所述全带宽频域信号的特定范围来设置虚拟中心频率和虚拟频率跨度，使得所获取的分辨率带宽和频率范围在没有任何改变的情况下被维持，从而在所述时间和值离散的信号已被获取并且存储在所述采集存储器(12)之后，将待分析的区域限制为感兴趣的区域。

8.根据权利要求7所述的信号后处理电路(10)，其中，提供了控制器(36)，其与所述读取器单元(22)、所述滤波器单元(24)、所述变换单元(28)和/或所述选择单元(30)连接。

9.根据权利要求8所述的信号后处理电路(10)，其中，所述控制器(36)被配置为接收时域设置和频域设置和/或其中所述控制器(36)被配置为控制所述读取器单元(22)、所述滤波器单元(24)、所述变换单元(28)和/或所述选择单元(30)。

10.根据权利要求7或8所述的信号后处理电路(10)，其中，提供了零填充单元(26)，其被配置为应用零填充。

11.根据权利要求10所述的信号后处理电路(10)，其中，所述零填充单元(26)位于所述滤波器单元(24)和所述变换单元(28)之间。

12.根据权利要求7或8所述的信号后处理电路(10)，其中，所述存储器(12)是示波器采集存储器或频谱分析仪采集存储器。

13.根据权利要求7或8所述的信号后处理电路(10)，其中，所述信号后处理电路(10)包括现场可编程门阵列、专用集成电路和/或数字信号处理器。

14.根据权利要求7或8所述的信号后处理电路(10)，其中，所述信号后处理电路(10)由现场可编程门阵列、专用集成电路和/或数字信号处理器来建立。

15.一种示波器(38)，其包括根据权利要求7或8所述的信号后处理电路(10)。