CN110873816A - 用于系统集成示波器以增强采样率和分辨率的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本说明书公开了用于实施芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的方法和系统，所述芯片集成示波器是通过使用RF接收路径(包括放大器、滤波器、ADC、DSP)捕获并存储信号迹线来允许用户(在DUT(被测装置)内部和外部)对RF信号进行示波的特征。在一些实施例中，本说明书公开了用于通过使用子采样技术增强这些信号迹线的采样率和分辨率的方法和系统，其中后处理将子采样迹线(具有不同的相移，例如0°、90°、180°和270°)合并为单个迹线，所述单个迹线将呈现出高于用于收集这些子采样迹线的预定采样率的采样率。

Description

用于系统集成示波器以增强采样率和分辨率的方法和系统
技术领域
所描述的实施例总体上涉及提供芯片集成示波器的方法和装置，并且更具体地说，涉及提供具有增强的采样率和分辨率的基于子采样的芯片集成示波器的方法和装置。
背景技术
使用如示波器等外部仪器(即，在被测装置或芯片外部)对被测装置或芯片进行示波以分析和调试转角或误差情况是非常重要的。这种仪器可以是用于定位最复杂且最不显眼的硬件和软件缺陷中的一些硬件和软件缺陷的非常强大的工具。
因此，有很强的动机开发其它方法和系统以执行对被测装置或芯片进行示波以分析和调试转角或误差情况的重要任务，其中这些其它方法和系统可以提供增强的采样率和分辨率。
发明内容
本说明书公开了用于实施芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的方法和系统，所述芯片集成示波器是通过使用RF接收路径(包括放大器、滤波器、ADC(模数转换器)、DSP(数字信号处理器))捕获并存储信号迹线来允许用户(在DUT(被测装置)内部和外部)对RF信号进行示波的特征。在一些实施例中，本说明书公开了用于通过使用(重复)信号的子采样增强采样率并增强分辨率来增强这些信号迹线的分辨率和准确度的方法和系统。这些方法和系统的益处包括：(a)可以使CS输入模式与CS输出数据(即，信号迹线)同步；(b)可以在系统内生成触发程序；(c)测试信号(例如，SigGen)可以是系统的一部分。因此，可以存在允许简化、更高的准确度和更低的成本的显著优点。
在一些实施例中，本说明书公开了用于通过使用子采样技术增强这些信号迹线的采样率和分辨率的方法和系统，其中后处理将子采样迹线(具有不同的相移，例如0°、90°、180°和270°)合并为单个迹线，所述单个迹线将呈现出高于用于收集这些子采样迹线的预定采样率的采样率。在一些实施例中，如果后处理将4个子采样迹线(具有4个不同的相移0°、90°、180°和270°)合并为单个迹线，则所述单个迹线将呈现出比用于收集这4个子采样迹线的预定采样率高4倍的采样率。在一些实施例中，如果后处理将X个子采样迹线(具有X个不同的相移)合并为单个迹线，则所述单个迹线将呈现出比用于收集这X个子采样迹线的预定采样率高X倍的采样率。
本发明提供了一种用于接收RF(射频)信号并且将所述RF信号转换为数字数据样本的装置，所述装置包括：(a)数字数据存储器；(b)接收器，所述接收器被配置成向所述数字数据存储器提供重复数字数据样本，其中所述接收器包括LO(本地振荡器)，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本，其中所述采样时钟基于所述LO；(c)相位选择器；(d)额外增强型数据存储器，所述额外增强型数据存储器被配置成存储额外重复数字数据样本，其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由所述相位选择器控制；(e)CS(芯片示波器)控制单元，所述CS控制单元被配置成控制所述相位选择器并且使所述重复数字数据样本与所述额外重复数字数据样本同步，(f)其中通过交织所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于所述预定采样率的采样率。
在一些实施例中，所述额外增强型数据存储器被配置成存储总共三个额外重复数字数据样本，(g)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的90°相移收集第一额外重复数字数据样本，(h)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的180°相移收集第二额外重复数字数据样本，(i)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的270°相移收集第三额外重复数字数据样本，(j)其中通过交织所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高四倍的采样率。
在一些实施例中，所述额外增强型数据存储器被配置成存储总共M个额外重复数字数据样本，(g)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的360°/(M+1)相移收集第一额外重复数字数据样本，(h)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的N×360°/(M+1)相移收集第N额外重复数字数据样本，(i)其中通过交织所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高M+1倍的采样率。
在一些实施例中，所述一个单个数字数据样本是RF信号迹线。
在一些实施例中，所述接收器被配置成接收所述RF信号以用于NFC启用装置，其中NFC代表近场通信。
在一些实施例中，通过以下方式中的一种或多种方式实施所述相位选择器：(i)在时钟分频器树中选择不同的相位；(ii)移相器电路；(iii)在环形振荡器中选择不同的相位；(iv)D-PLL(数字锁相环)中的可编程相位。
在一些实施例中，所述装置另外包括：(g)信号发生器，信号发生器被配置成由所述CS控制单元控制；(h)发射器，所述发射器被配置成基于来自所述信号发生器的输入生成RF(射频)信号。
在一些实施例中，所述发射器将所述RF(射频)信号作为输入提供到同一装置上的所述接收器。
在一些实施例中，所述CS控制单元在所述同一装置上的所述发射器与所述接收器之间提供同步。
在一些实施例中，所述装置另外包括：(i)与所述发射器相关联的第二相位选择器，其中所述CS控制单元被配置成控制与所述接收器相关联的所述相位选择器和与所述发射器相关联的所述第二相位选择器两者，其中所述相位选择器和所述第二相位选择器两者组合地用于控制用于收集所述额外重复数字数据样本的所述相移。
在一些实施例中，所述发射器将所述RF(射频)信号作为输入提供到第二装置上的第二接收器，其中所述第二装置包括所述第二接收器和第二CS(芯片示波器)控制单元。
在一些实施例中，所述发射器通过使所述装置的所述CS控制单元与所述第二装置的所述第二CS控制单元之间具有连接来与所述第二装置的所述第二接收器同步。
在一些实施例中，所述接收器另外包括：(i)衰减器；(ii)BBA(基带放大器)；(iii)降频转换器，其中所述降频转换器包括：混频器、LO(本地振荡器)、I/Q LO单元；(iv)ADC(模数转换器)。
在一些实施例中，所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本基于所述接收器从以下源中的一个源接收的信号：(i)所述装置外部的源；(ii)所述装置内部的源；(iii)所述装置外部的源与所述装置内部的源的组合。
在一些实施例中，所述接收器经由所述接收器的以下功能块中的一个或多个功能块从所述装置内部的所述源接收信号：(i)所述衰减器；(ii)所述混频器；(iii)所述BBA；(iv)所述ADC。
在一些实施例中，所述CS(芯片示波器)控制单元被配置成执行以下功能中的一个或多个功能：(i)控制用于对所述重复数字数据样本进行采样的接收器(Rx)路径；(ii)控制用于生成RF(射频)信号的发射器(Tx)路径；(iii)控制用于存储所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本的存储器位置；(iv)充当序列控制单元，所述序列控制单元控制用于生成RF(射频)信号并且对所述重复数字数据样本进行采样的定时和触发程序。
本发明还提供了一种用于增强装置的芯片集成示波器的方法，所述方法包括：(a)使用所述装置的接收器接收重复RF(射频)信号；(b)将所述重复RF信号转换为重复数字数据样本，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本；(c)将所述重复RF信号转换为额外重复数字数据样本，其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由所述装置的相位选择器控制，其中所述相位选择器由所述装置的CS(芯片示波器)控制单元控制；(d)通过交织所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于所述预定采样率的采样率。
在一些实施例中，所述方法另外包括：(e)将所述重复RF信号转换为总共三个额外重复数字数据样本，(i)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的90°相移收集第一额外重复数字数据样本，(ii)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的180°相移收集第二额外重复数字数据样本，(iii)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的270°相移收集第三额外重复数字数据样本，(f)通过交织所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高四倍的采样率。
在一些实施例中，所述方法另外包括：(e)将所述重复RF信号转换为总共M个额外重复数字数据样本，(i)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的360°/(M+I)相移收集第一额外重复数字数据样本，(ii)其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的N×360°(M+1)/相移收集第N额外重复数字数据样本，(f)通过交织所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高M+1倍的采样率。
本发明提供了一种计算机程序产品，包括编码在非暂时性计算机可读媒体中的可执行指令，所述可执行指令在由系统执行时实施或控制以下方法以增强装置的芯片集成示波器，所述方法包括：(a)使用所述装置的接收器接收重复RF(射频)信号；(b)将所述重复RF信号转换为重复数字数据样本，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本；(c)将所述重复RF信号转换为额外重复数字数据样本，其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由所述装置的相位选择器控制，其中所述相位选择器由所述装置的CS(芯片示波器)控制单元控制；(d)通过交织所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于所述预定采样率的采样率。
上述概述不旨在表示目前或未来权利要求组的范围内的每个示例实施例。下文中的附图和具体实施方式中讨论了额外示例实施例。通过结合附图作出的以下详细描述，本发明的实施例的其它方面和优点将会变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图2示出了根据本发明的一些实施例的具有集成信号发生器路径的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图3示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图4示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的具有集成信号发生器路径的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图5示出了根据本发明的一些实施例的具有0°、90°、180°和270°相位选择器的经过子采样的单独(随后)迹线上的CS(芯片示波器)波形。
图6示出了根据本发明的一些实施例的将子采样迹线(具有0°、90°、180°和270°相位选择器)合并为单个迹线的后处理。
图7示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的呈DUT-DUT配置(其中DUT代表被测装置)的两个增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图8示出了根据本发明的一些实施例的可以如何用来自LO(本地振荡器)的时钟输入(ClkIn)生成用于I/Q LO单元的时钟信号(即，Clk_0°和Clk_90°)。
图9示出了根据本发明的一些实施例的可以如何用来自LO(本地振荡器)的时钟输入(ClkIn)生成用于具有4个相位输出(即，Clk_0°、Clk_90°、Clk_180°和Clk_270°)的相位选择器的时钟信号。
图10示出了根据本发明的一些实施例的用于通过使用子采样技术增强芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的采样率和分辨率的方法的过程流程图。
具体实施方式
将容易理解的是，如本文中总体上描述的并且在附图中示出的实施例的部件可以被布置和设计成各种各样的不同配置。因此，如附图中表示的对各个实施例的以下更详细描述并不旨在限制本公开的范围，而仅仅是表示各个实施例。虽然附图中呈现了实施例的各个方面，但是除非明确指示，否则附图不一定按比例绘制。
在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，可以通过其它具体形式来体现本发明。所描述的实施例应当在所有方面均仅被视为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非由此详细描述指示。落入权利要求书的同等意义和范围内的所有改变均应包含在权利要求书的范围内。
贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以用本发明实现的所有特征和优点应当处于或处于本发明的任何单个实施例中。相反，引用特征和优点的语言应被理解成意味着结合实施例描述的具体特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定指代同一个实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以通过任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。相关领域技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它实例中，可以在某些实施例中认识到可能并不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
许多系统如RF(射频)接收器系统可以在芯片上实施。因此，系统集成示波器可以表征为芯片集成示波器。芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))是通过使用RF接收路径(包括放大器、滤波器、ADC、DSP)捕获并存储信号迹线来允许用户(在DUT(被测装置)内部和外部)对RF信号进行示波的特征。在一些实施例中，本说明书公开了用于通过对ADC(模数转换器)使用子采样技术基于现有设计增强CS的性能的方法和系统。期望在不花费额外硅面积、测试时间或设计工作的情况下提高CS采样率和分辨率。在一些实施例中，在不花费额外硅面积、测试时间或设计工作的情况下，CS采样率的这一改进可以为6.78MHz到27.12MHz(基于用于LO的4相位选择器)。在一些实施例中，CS采样率的这一改进甚至可以更高(如果基于具有多于4个相移选择的相位选择器的话)。
CS特征允许系统(例如，IC(集成电路))检测内部或外部信号并且存储相应的迹线。在大多数情况下，这个特征是测试车辆以分析并调试转角或误差情况，或者这个特征可以在测试条件下用于以高准确度捕获数据。图1中示出了这种使用情况的例子。
在这方面，图1示出了根据本发明的一些实施例的芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。如图1所示，芯片示波器(CS)100包括CS控制单元160、两个混频器(130，132)、两个BBA(基带放大器)(120，122)、两个ADC(模数转换器)(140，142)、CORDIC(坐标旋转数字计算机)144(所述CORDIC 144是任选的部件)和存储器150。请注意，所有功能块(除了CS控制单元160之外)均为并非CS特有的块(因为所有功能块实际上均来自正常的接收路径)。换句话说，CS不对所有这些功能块(除了CS控制单元160之外)施加任何特定的要求规范。
另外，如图1所示，芯片示波器(CS)100还包括衰减器124、LO(本地振荡器)136和I/Q LO单元(标记为0/90°单元134)。图1中还示出了芯片示波器(CS)100接收Rx(接收器)信号110作为输入并且然后发射CS_Data_Out 180作为输出。换句话说，CS 100接收RF(射频)信号(例如，Rx信号110)并且然后发射出数字数据样本(例如，CS_Data_Out 180)。
在一些实施例中，芯片示波器(CS)100可以是用于接收RF(射频)信号并且将RF信号转换为数字数据样本的装置。在一些实施例中，原始数字数据样本可以是RF信号迹线。在一些实施例中，芯片示波器(CS)100可以包括：(a)接收器105；(b)CORDIC 144；(c)CS(芯片示波器)控制单元；以及(d)数字数据存储器150。然而，CORDIC是任选的部件，因为CORDIC使用I/Q样本作为输入并且将I/Q样本转换为振幅A和相位
Figure BDA0002186327780000091
值。由于芯片示波器可以将(I/Q)或(A，
Figure BDA0002186327780000092
)数据存储在数字数据存储器中，所以这意味着CORDIC部件是任选的。换句话说，如果不使用CORDIC，则芯片示波器将(I/Q)数据存储在数字数据存储器中。然而，如果使用CORDIC，则芯片示波器将(A，
Figure BDA0002186327780000093
)数据存储在数字数据存储器中。因此，在一些实施例中，接收器105可以被配置成向CORDIC 144提供原始数字数据样本。然后，CORDIC可以被配置成在将来自接收器105的原始数字数据样本发送到数字数据存储器150之前处理所述原始数字数据样本。在一些其它实施例中，接收器105可以被配置成在不使用CORDIC的情况下直接向数字数据存储器提供原始数字数据样本。在一些实施例中，接收器105可以被配置成接收RF信号以用于NFC启用装置，其中NFC代表近场通信。
图1还示出了功能块中的一些功能块可以分组在一起以形成接收器(Rx)105。如图1所示，接收器(Rx)105可以包括衰减器124、LO(本地振荡器)136、I/Q LO单元(标记为0/90°单元134)、两个混频器(130，132)、两个BBA(基带放大器)(120，122)和两个ADC(模数转换器)(140，142)。
虽然在图1中未示出，但是在一些实施例中，接收器(Rx)可以包括(a)降频转换器和(b)ADC(模数转换器)。在一些实施例中，接收器可以另外包括以下中的一个或多个：(c)增益级和(d)滤波器。在一些实施例中，增益级可以包括(i)衰减器和(ii)BBA(基带放大器)。因此，在一些实施例中，接收器可以另外包括以下中的一个或多个：(c)衰减器、(d)BBA(基带放大器)和(e)滤波器。在一些实施例中，降频转换器可以包括以下中的一个或多个：(i)混频器、(ii)LO(本地振荡器)和(iii)I/Q LO单元。在一些实施例中，I/Q LO单元可以是0/90°单元。
虽然在图1中未示出，但是在一些实施例中，芯片示波器(CS)可以允许在衰减器或混频器输入处引入信号。在一些实施例中，还可以在ADC、BBA、混频器或衰减器输入处引入关注的信号(例如，使用混频器或BBA、mux(或多路复用器)等的旁路)。
图2示出了根据本发明的一些实施例的具有集成信号发生器路径的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。在添加集成信号发生器路径的情况下，芯片示波器(CS)能够基于CS输入模式(例如，CS_Pattern_In 290)生成Tx信号。然后，Tx信号可以用作同一装置上的芯片示波器(CS)或不同装置上的芯片示波器(CS)(例如，DUT-DUT配置，其中DUT代表被测装置)的输入。
图2的芯片示波器(CS)200与图1的芯片示波器(CS)100非常类似。例如，芯片示波器(CS)200包括接收器205、CS控制单元260、CORDIC(坐标旋转数字计算机)244(所述CORDIC244是任选的部件)和存储器250。另外，接收器205包括衰减器224、两个混频器(230，232)、两个BBA(基带放大器)(220，222)、两个ADC(模数转换器)(240，242)、LO(本地振荡器)236和I/Q LO单元(标记为0/90°单元234)。
图2示出了芯片示波器(CS)200接收Rx(接收器)信号210作为输入并且然后发射CS_Data_Out 280作为输出。换句话说，CS 200接收RF(射频)信号(例如，Rx信号210)并且然后发射出数字数据样本(例如，CS_Data_Out 280)。
为了所述增强，图2的芯片示波器(CS)200还包括集成信号发生器路径，所述集成信号发生器路径由Tx(发射器)294和信号发生器(SigGen 292)组成。这个集成信号发生器路径使芯片示波器(CS)200能够基于CS输入模式(例如，CS_Pattern_Tn 290)生成Tx信号296。换句话说，CS 200接收输入CS_Pattern_In 290，并且然后，SigGen 292被配置成使Tx(发射器)294能够发射出Tx信号296。如前所述，Tx信号296可以用作同一装置上的芯片示波器(CS)(即，芯片示波器200)或不同装置上的芯片示波器(CS)(例如，DUT-DUT配置，其中DUT代表被测装置)的输入。
在Tx信号296用作同一装置上的芯片示波器(CS)(即，芯片示波器200)的输入的实施例中，发射器和接收器(即，Tx 294和接收器205)均处于同一装置(即，芯片示波器200)上。因此，CS控制单元260可以使CS输入模式与CS输出数据(即，CS_Data_Out 280)同步。在一些实施例中，CS控制单元260通过创建用于生成Tx信号296和CS_Data_Out 280两者的一个或多个触发程序来执行同步。例如，重复信号的完成(如CORDIC 244所检测的)可以是SigGen 292用于开始通过Tx 294发射新的重复信号的触发程序。
在芯片示波器(CS)可以基于现有的Rx(接收)路径时，许多关键性能规范(如采样率、分辨率、准确度)从现有的Rx路径继承。然而，在(生产)测试条件或调试中，这个性能度量可能不够。
因此，如果芯片示波器(CS)规范基于现有的Rx(接收)路径规范，则芯片示波器(CS)性能上会存在基本限制，这进而将限制以下目标测试能力：
(a)实现具有更高采样率和分辨率的芯片示波器(CS)，使得芯片示波器(CS)可以代替生产测试中的外部示波器。(这有利于降低测试成本，因为DUT(被测装置)现在可以用作“示波器”取代物并且这进而代替了外部示波器。)
(b)使用芯片示波器(CS)对调制信号的上升/下降沿(和过冲/下冲)进行采样以评估例如环回或DUT-DUT情况下的波形信号质量。
对于以上使用情况，重要的是提高芯片示波器(CS)的采样率和分辨率。因此，本说明书公开了被设计成基于现有HW(硬件)设计增强芯片示波器(CS)的性能的方法和系统。所以，不需要推动HW(硬件)规范方式超过正常通信使用情况中所需内容。也不需要对芯片示波器(CS)施加新的、严格的或昂贵的改变以提高CS绝对增益准确度。例如，CS准确度的这一增强可以允许CS在生产测试中代替外部示波器测量IC的能力。这将节省外部示波器的成本并且显著缩短测试时间，因为在芯片内内部地进行测试消除了控制外部测试设备(示波器)、读出测量数据(迹线)并且然后对测试站控制器上的数据进行校正的需要。
在一些实施例中，为了增强CS的采样率和分辨率，可以使用子采样技术。例如，子采样技术可以将CS绝对增益准确度从6.78MHz的采样率提高到27.12MHz(基于LO的4相位选择器)或甚至更高。图3示出了可以如何使用以下方式实施这一增强的实施例：(a)CS控制单元中的额外控件；(b)相位选择器；以及(c)额外增强型存储器。
在这方面，图3示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图3中示出的芯片示波器(CS)300与图1中示出的芯片示波器(CS)100类似。例如，芯片示波器(CS)300接收Rx(接收器)信号310作为输入并且然后发射CS_Data_Out 380作为输出。换句话说，CS 300接收RF(射频)信号(例如，Rx信号310)并且然后发射出数字数据样本(例如，CS_Data_Out 380)。另外，图3的芯片示波器(CS)300包括接收器305、CS控制单元360、CORDIC 344(所述CORDIC 344是任选的部件)和存储器350。此外，接收器305包括衰减器324、两个混频器(330，332)、两个BBA(320，322)、两个ADC(340，342)、LO336和I/Q LO单元(标记为0/90°单元334)。
而且，与图1的芯片示波器(CS)100相比，图3的芯片示波器(CS)300包括这些新的增强块：(a)相位选择器370；(b)应用于存储器350的增强355；(c)后处理382；以及(d)来自CS控制单元360的用于控制这些新增强块的额外连接。
相位选择器370可以通过不同的方式实施。
在一些实施例中，相位选择器可以通过在时钟分频器树中选择不同的相位来实施。例如，可以存在将时钟从频率N×f分频到频率f的级联的N个DIV2块。根据级联的DIV2块的相位选择，限定末(输出)级的相位。
在一些实施例中，相位选择器可以用移相器电路来实施。
在一些实施例中，相位选择器可以通过在环形振荡器中选择不同的相位来实施。
在一些实施例中，相位选择器通过D-PLL(数字锁相环)中的可编程相位来实施。
图4的芯片示波器(CS)400也包括图3的这些新增强块。总之，图3的芯片示波器(CS)300是图1的芯片示波器(CS)100的用于提高采样率和分辨率的增强版本，而图4的芯片示波器(CS)400是的图2的芯片示波器(CS)200的用于提高采样率和分辨率的增强版本。
在这方面，图4示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的具有集成信号发生器路径的增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图4中示出的芯片示波器(CS)400与图2中示出的芯片示波器(CS)200类似。例如，芯片示波器(CS)400接收Rx(接收器)信号410作为输入并且然后发射CS_Data_Out480作为输出。换句话说，CS400接收RF(射频)信号(例如，Rx信号410)并且然后发射出数字数据样本(例如，CS_Data_Out 480)。另外，图4的芯片示波器(CS)400包括接收器405、CS控制单元460、CORDIC 444(所述CORDIC 444是任选的部件)和存储器450。此外，接收器405包括衰减器424、两个混频器(430，432)、两个BBA(420，422)、两个ADC(440，442)、LO436和I/Q LO单元(标记为0/90°单元434)。
而且，与图2的芯片示波器(CS)200相比，图4的芯片示波器(CS)400还包括这些新增强块：(a)相位选择器470；(b)应用于存储器450的增强455；(c)后处理482；以及(d)来自CS控制单元460的用于控制这些新增强块的额外连接。
这些增强的功能是使用如图5所描绘的采样器(ADC)上的不同相位捕获重复测试信号的多条迹线。以较低(可用)采样率(即，预定采样率)完成单独捕获。然而，在后处理步骤中，通过交织单独捕获将单独捕获合并为如图6所示的一个单个迹线。
当然，这个过程暗示待捕获信号是重复的并且触发程序可重复性较高。例如，环回设置中待测量的单个比特的上升/下降时间可以是高度可重复的，并且触发程序甚至可以置于Tx发生器上。
接下来，需要强调的是，子采样可以使用4个相位(即，将采样率增大4倍，这是图5和图6所示的实施例)，但是其它配置和其它数量的相位也是可能的。通常，使用X个相位的子采样可以将采样率增大X倍。
关注图5，我们看到根据本发明的一些实施例的具有0°、90°、180°和270°相位选择器的经过子采样的单独(随后)迹线上的CS(芯片示波器)波形。因此，在帧510中，在0°相位选择器(即，PhaseSel＝0°)下收集数据样本。然后重复信号，并且现在，在帧520中，在90°相位选择器(即，PhaseSel＝90°)下收集数据样本。接下来，再次重复信号，并且现在，在帧530中，在180°相位选择器(即，PhaseSel＝180°)下收集数据样本。最后，再次重复信号，并且现在，在帧540中，在270°相位选择器(即，PhaseSel＝270°)下收集数据样本。
同时，将这些单独捕获保存在图3的存储器350和增强型存储器355中(或者在图4的存储器450和增强型存储器455中)。在这些单独捕获结束时(或者在一些实施例中，在已经收集了统计学上显著数量的单独捕获之后)，后处理步骤(图3中的382或图4中的482)发生，并且通过交织单独捕获将单独捕获合并为如图6所示的一个单个迹线。
关注图6，我们看到根据本发明的一些实施例的将子采样迹线(具有0°、90°、180°和270°相位选择器)合并为单个迹线的后处理步骤。在图6中，我们可以看到由单独捕获形成的单个迹线具有比单独捕获更高的采样率和分辨率。由于图6的实施例使用了4个相位，所以采样率提高4倍。通常，使用X个相位的实施例可以期望采样率提高X倍。
这种子采样技术的关键在于信号是重复的以及不同的单独捕获之间的同步(即，对不同的单独捕获之间的相移的控制)。通常，这全部由CS控制单元控制。例如，当CS控制单元中的定序器(例如状态机)启动多次扫频中的单次扫频时，控制单元确切地“知道”这何时完成。同样，系统知道何时期望在Rx上捕获信号。此外，系统还知道所选择的不同相位的影响是什么。因此，在CS控制单元无论如何都知道模式传输何时开始时，根本不需要生成显式触发事件(例如，在上升/下降沿)。
另外，在图4中，当Tx信号496被发射变成Rx信号410时，这一同步的优点非常明显，因为时钟参考(包括不同的相位)在SigGen-ChipScope(信号发生器-芯片示波器)系统内作为集成信号生成，所以不需要特定的电路和/或任何其它扩展或添加。通常对于图4，同步信号基本上是如CS控制单元所执行的Tx(发射器)和Tx信号的控制所固有的。
因此，CS控制单元可以用于多个目的和功能。
在一些实施例中，CS控制单元可以以SW(软件)或HW(硬件)或两者的组合实施。
在一些实施例中，CS控制单元的一个功能是控制用于采样的Rx(接收器)路径。
在一些实施例中，CS控制单元的一个功能是控制用于发送模式(例如，如CS_Pattern_In 490)的Tx(发射器)路径。
在一些实施例中，CS控制单元的一个功能是控制相位选择器(用于采样路径但也用于信号生成路径)。
在一些实施例中，CS控制单元的一个功能是控制用于存储数据的存储器位置。
在一些实施例中，CS控制单元的一个功能是充当序列控制单元，所述序列控制单元是控制以下的状态机：(a)数据传输何时开始(或重复模式何时生成)；(b)选择哪个相位；以及(c)偏移。因此，状态机有效地控制用于采样的触发程序(所述触发程序类似于采样时间参考)。
例如，这可以是伪代码中的序列：
(1)加载Tx(发射器)模式；
(2)在Rx(接收器)中选择相位x；
(3)选择相位x的存储器位置偏移；
(4)同步地：
a.开始发射，
b.捕获样本，
c.将数据存储在限定的存储器位置；
(5)在Rx中选择相位x+1；
(6)选择相位x+1的存储位置偏移；
(7)继续步骤(4)
其中x、x+1、......是要选择的相位。
注意，除非相位选择器和存储器位置对齐，否则所选择的相位序列可以是递增序列、递减序列或任何奇序列。
返回图3和图4，在一些实施例中，芯片示波器(CS)300(或400)可以是用于接收RF(射频)信号并且将RF信号转换为数字数据样本的装置。在一些实施例中，芯片示波器(CS)300(或400)可以是用于接收重复RF(射频)信号并且将重复RF信号转换为重复数字数据样本的装置。在一些实施例中，芯片示波器(CS)300(或400)可以是用于接收重复RF(射频)信号并且将重复RF信号转换为额外重复数字数据样本的装置。在一些实施例中，通过交织重复数字数据样本和额外重复数字数据样本将重复数字数据样本和额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本。在一些实施例中，所述一个单个数字数据样本可以是RF信号迹线。在一些实施例中，芯片示波器(CS)300/400可以包括：(a)接收器305/405；(b)CORDIC 344/444；(c)CS(芯片示波器)控制单元360/460；以及(d)数字数据存储器350/450。在一些实施例中，接收器305/405可以被配置成接收RF信号以用于NFC启用装置，其中NFC代表近场通信。
在图3中，相位选择器370由CS控制单元360控制。图3示出了相位选择器370可以从LO 336接收时钟信号，相位选择器370然后将使用所述时钟信号来应用供ADC 342捕获子采样迹线(即，具有不同相位的单独捕获)的相位。在图4中，有两个相位选择器470和472。相位选择器470和472均由CS控制单元460控制。相位选择器470被示出为从LO 436接收时钟信号，相位选择器470然后将使用所述时钟信号应用供ADC 442捕获子采样迹线(即，具有不同相位的单独捕获)的相位。相位选择器472也被示出为从LO 436接收时钟信号，相位选择器472然后将使用所述时钟信号来应用供Tx 494发射Tx信号496的相位。然而，由于Tx 494与ADC 442之间的同步(即，Tx 494与ADC 442之间的相位差)是关键控制参数，所以CS控制单元460可以控制任一个相位选择器或这两个相位选择器实现正确的同步(即，正确的相位差)。
图3和图4示出了Rx信号310/410是接收器305/405的“外部”数据输入。“外部”意指在芯片示波器300/400外部。因此，图3和图4示出了芯片示波器从(a)装置外部的源接收信号到接收器。然而，通常，芯片示波器可以从(a)装置外部的源(例如Rx信号310/410)、(b)装置内部的源(注解：图3和图4中未示出)、(c)装置外部的源与装置内部的源的组合接收信号到接收器。
在一些实施例中，接收器经由接收器的以下功能块中的一个或多个功能块从装置内部的源接收信号：(i)衰减器；(ii)混频器；(iii)BBA；(iv)ADC。
图3和图4还示出了后处理步骤(382/482)，在所述后处理步骤中，子采样迹线(即，具有不同相位的单独捕获)被合并为单个迹线。
在一些实施例中，后处理可以通过交织的方式存储数据，使得正确合并的数据生成连续读出。
在一些实施例中，后处理可以在将数据存储到存储器中之前完成。
在一些实施例中，后处理可以在集成电路中(使用硬件块或软件算法)完成。
在一些实施例中，并无后处理在芯片示波器层级完成，而是相反，原始数据被提供到更高的逻辑层(例如，主机)，在所述更高的逻辑层中，后处理完成。
图7示出了根据本发明的一些实施例的使用子采样技术增强采样率和分辨率的呈DUT-DUT配置(其中DUT代表被测装置)的两个增强型芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的功能框图。
图7的DUT-DUT配置示出了两个装置，一个装置表示信号发生器(在左侧)并且另一个装置表示目标装置(在右侧)。目标装置(在右侧)可以使用芯片示波器的采样部分(即，接收器部分)，因为这两个装置均经由无线连接或经由传导电路(例如天线/匹配网络)连接。
在图7中，通过从Tx-SigGen到采样器(目标装置上的Rx路径)的专用信号来确保同步。在这个实施例中，同步基于用作Rx芯片示波器(720)中的触发程序的LO信号(即，LO723)，但这只是实施方案选择，并且还可以应用其它变体。
在图7中，装置(在左侧)包括芯片示波器710，所述芯片示波器710可以使用Tx(发射器)714生成Tx信号718。Tx 714经由SigGen接收输入CS_Pattern_In 712以生成Tx信号718。CS控制单元716用于控制Tx信号718经由SigGen(即，信号发生器)发射。
在图7中，装置(在左侧)经由天线/匹配网络719连接到装置(在右侧)。Tx信号718作为Rx信号722被馈送到装置(在右侧)的芯片示波器720。芯片示波器720可以生成信号迹线作为CS_Data_Out 728。芯片示波器720包括CS控制单元726，所述CS控制单元726控制用于生成信号迹线CS_Data_Out 728的相位选择器。这两个装置之间的同步非常关键，并且同步通过使这两个CS控制单元(即，CS控制单元716与CS控制单元726)之间具有连接器730来实现。
如前所述，在一个实施例中，同步可以基于来自芯片示波器720的LO 723的LO信号。但这只是实施方案选择，并且还可以实施其它实施例。例如，同步还可以基于来自位于装置(在左侧)的芯片示波器710内的LO的LO信号。
图8示出了根据本发明的一些实施例的可以如何用来自LO(本地振荡器)的时钟输入(ClkIn)生成用于I/Q LO单元的时钟信号(即，Clk_0°和Clk_90°)。DIV2块在无相移的情况下将时钟从频率2f降到频率f。因此，在图8中，可以看到，顶部DIV2块(810)在无相移的情况下生成Clk_0°，Clk_0°具有ClkIn的频率的一半。底部DIV2块(820)可以用于生成Clk_90°信号。首先，使用反相器(840)将ClkIn信号反转。然后，底部DIV2块(820)将频率降低2的因数，并且反相器(850)将信号反转。最终结果是Clk_90°信号，所述Clk_90°信号似乎从Clk_0°相移90°。进而，这2个信号(即，Clk_0°和Clk_90°)可以用作I/Q LO单元的时钟信号，所述I/Q LO单元如图3中示出的0/90°单元334(或图4中示出的0/90°单元434)。
图9示出了根据本发明的一些实施例的可以如何用来自LO(本地振荡器)的时钟输入(ClkIn)生成用于具有4个相位输出(即，Clk_0°、Clk_90°、Clk_180°和Clk_270°)的相位选择器的时钟信号。DIV2块在无相移的情况下将时钟从频率2f降到频率f。因此，在图9中，可以看到，顶部DIV2块(910)在未加入任何相移的情况下将ClkIn的频率降低一半。这在无相移的情况下产生了Clk_0°，Clk_0°具有ClkIn的频率的一半。为了生成Clk_180°，反相器(930)首先将来自顶部DIV2块(910)的输出信号反转。最终结果类似于反转的Clk_0°，使得所得信号Clk_180°看起来像相移180°的Clk_0°。为了生成Clk_270°信号和Clk_90°信号，在通过反相器(940)将ClkIn信号反转之后，使用底部DIV2块(920)。接下来，底部DIV2块(920)将频率减半，因此结果为Clk_270°，Clk_270°看起来像相移270°的Clk_0°。为了生成Clk_90°，使用反相器(950)将底部DIV2块的输出(920)反转。这像反转的Clk_270°，从而产生了Clk_90°，Clk_90°看起来像相移90°的Clk_0°。
最后，使用多路复用器(960)选择4个相移输出(即，Clk_0°、Clk_90°、Clk_180°和Clk_270°)中的一个相移输出。因此，图9所示的装置可以被实施为用于LO的4相位选择器，如图3所示的相位选择器370(或图4所示的相位选择器470)。
图10示出了根据本发明的一些实施例的用于通过使用子采样技术增强芯片集成示波器(即，芯片示波器(CS))的采样率和分辨率的方法的过程流程图。如图10所示，方法1000开始于步骤1010，在所述步骤1010，所述方法使用装置的接收器接收重复RF(射频)信号。然后，所述方法继续进行到步骤1020。在步骤1020处，所述方法将重复RF信号转换为重复数字数据样本，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本。接下来，在步骤1030处，所述方法将重复RF信号转换为额外重复数字数据样本，其中以预定采样率加上采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由装置的相位选择器控制，其中所述相位选择器由装置的CS(芯片示波器)控制单元控制。最后，在步骤1040处，所述方法通过交织重复数字数据样本和额外重复数字数据样本将重复数字数据样本和额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于预定采样率的采样率。
在本说明书中，已经就所选一组细节呈现了示例实施例。然而，本领域普通技术人员应理解，可以实践包括不同的所选一组这些细节的许多其它示例实施例。以下权利要求书旨在涵盖所有可能的示例实施例。
尽管以特定顺序示出和描述了本文中的一种或多种方法的操作，但是可以改变每种方法的操作的顺序，使得某些操作可以按相反顺序执行，或者使得某些操作可以至少部分地与其它操作同时执行。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以通过间歇和/或交替的方式实施。
还应注意，方法的操作中的至少一些操作可以使用存储在计算机可用存储媒体上供计算机执行的软件指令来实施。例如，计算机程序产品的实施例包括用于存储计算机可读程序的计算机可用存储媒体，所述计算机可读程序在计算机上执行时使计算机执行操作，如本文所描述的。
计算机可用或计算机可读媒体可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)或传播媒体。计算机可读媒体的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的例子包括压缩盘只读存储器(CD-ROM)、压缩盘读/写(CD-R/W)、数字视频光盘(DVD)和蓝光光盘。
所描述实施例的各个方面、实施例、实施方案或特征可以单独地或以任何组合使用。所描述实施例的各个方面可以通过软件、硬件或硬件和软件的组合来实施。
出于解释的目的，前述描述使用了具体的术语以提供对所描述实施例的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，不需要具体细节来实践所描述实施例。因此，对具体实施例的前述描述是出于说明和描述的目的呈现的。所述描述并不旨在是详尽的或将所描述实施例限于所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，鉴于以上教导，许多修改和变动是可能的。

Claims (10)

1.一种用于接收RF(射频)信号并且将所述RF信号转换为数字数据样本的装置，其特征在于，所述装置包括：
数字数据存储器；
接收器，所述接收器被配置成向所述数字数据存储器提供重复数字数据样本，其中所述接收器包括LO(本地振荡器)，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本，其中所述采样时钟基于所述LO；
相位选择器；
额外增强型数据存储器，所述额外增强型数据存储器被配置成存储额外重复数字数据样本，其中以所述预定采样速率加上所述采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由所述相位选择器控制；
CS(芯片示波器)控制单元，所述CS控制单元被配置成控制所述相位选择器并且使所述重复数字数据样本与所述额外重复数字数据样本同步，
其中通过交织所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于所述预定采样率的采样率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述额外增强型数据存储器被配置成存储总共三个额外重复数字数据样本，
其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的90°相移收集第一额外重复数字数据样本，
其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的180°相移收集第二额外重复数字数据样本，
其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的270°相移收集第三额外重复数字数据样本，
其中通过交织所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述三个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高四倍的采样率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述额外增强型数据存储器被配置成存储总共M个额外重复数字数据样本，
其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的360°/(M+1)相移收集第一额外重复数字数据样本，
其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的N×360°/(M+1)相移收集第N额外重复数字数据样本，
其中通过交织所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述M个额外重复数字数据样本合并为所述一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出比所述预定采样率高M+1倍的采样率。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个单个数字数据样本是RF信号迹线。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收器被配置成接收所述RF信号以用于NFC启用装置，其中NFC代表近场通信。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过以下方式中的一种或多种方式实施所述相位选择器：
在时钟分频器树中选择不同的相位，
移相器电路，
在环形振荡器中选择不同的相位，
D-PLL(数字锁相环)中的可编程相位。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
信号发生器，信号发生器被配置成由所述CS控制单元控制；
发射器，所述发射器被配置成基于来自所述信号发生器的输入生成RF(射频)信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CS(芯片示波器)控制单元被配置成执行以下功能中的一个或多个功能：
控制用于对所述重复数字数据样本进行采样的接收器(Rx)路径，
控制用于生成RF(射频)信号的发射器(Tx)路径，
控制用于存储所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本的存储器位置，
充当序列控制单元，所述序列控制单元控制用于生成RF(射频)信号并且对所述重复数字数据样本进行采样的定时和触发程序。
9.一种用于增强装置的芯片集成示波器的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用所述装置的接收器接收重复RF(射频)信号；
将所述重复RF信号转换为重复数字数据样本，其中在采样时钟的零相移下以预定采样率收集所述重复数字数据样本；
将所述重复RF信号转换为额外重复数字数据样本，其中以所述预定采样率加上所述采样时钟的相移收集所述额外重复数字数据样本，其中所述相移由所述装置的相位选择器控制，其中所述相位选择器由所述装置的CS(芯片示波器)控制单元控制；
通过交织所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本将所述重复数字数据样本和所述额外重复数字数据样本合并为一个单个数字数据样本，其中所述一个单个数字数据样本将呈现出高于所述预定采样率的采样率。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括编码在非暂时性计算机可读媒体中的可执行指令，所述可执行指令在由系统执行时实施或控制根据权利要求9所述的方法。
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