CN1703855A - 用于分析串行数据流的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于处理数据信号的方法和装置。该装置包括测试装置的采集单元(715、720和725)，用于获取预定时间的数据信号；测试装置的存储器(730)，用于存储数据信号；以及时钟恢复单元(740)，用于从存储的数据信号恢复时钟信号。处理器根据恢复的时钟信号将存储的数据信号分为多个预定长度的数据段。

Description

用于分析串行数据流的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求对2002年9月30日递交的美国临时专利申请序列号60/415236的权益，该申请的全文通过引用结合在本文中。
技术领域
本发明涉及采集和处理接收的数据信号以用于在数字示波器中分析的方法。
发明背景
传统地，当接收到测试装置(诸如示波器)处理的波形时，将这些波形作为许多离散采集来获取，根据触发信号定义每个采集的起动和/或结束的定时。触发信号一般不与取样过程同步，根据外部信号、时钟或帧同步信号产生该触发信号。测量触发时刻和取样过程的时间差，从而将每个获取的波形的取样分配给特定相位(相对于触发信号)。存储这些一般是简单的波形(或数据采集段)用于随后处理，或者可立即处理这些波形。然而，当在高速数据采集环境中使用该采集方案时，该方案具有许多显著的缺点。数据采集的质量和连贯性取决于定时测量的精度，该定时测量使触发信号与用于存储数据信号的取样时钟的定时相关。两个称为触发抖动之间的定时测量的任何不精确将导致离散数据信号采集的相位与数据信号的真实相位及其他数据采集的相位不同步，从而限制了比较不同数据信号采集的能力，并且还限制了正确表征信号的能力。
此外，当获取具有相当多比特的高速数据采集时，使精确的精密时钟信号的产生更加困难。该采集的高速特性需要非常快的时钟信号，从而增加了抖动概率。由于采集时间非常短，任何时钟抖动成为采集时间的很大一部分，从而导致不同采集数据段之间的更大相位差。虽然可以使用更慢的时钟信号并忽略来自数据信号的一些数据，以便不存储和处理全部数据，上述方法并不是合乎要求的，这是由于可能遇到非循环误差，但由于并没有考虑到全部数据而没有正确标识和处理该误差。
上述方法另外的局限性在于，当时间测量装置和存储装置准备记录另一个采集时，在每个信号采集之间产生截止时间。在对串行数据信号执行测量的上下文中，上述方法中固有的截止时间禁止将紧邻的数据比特作为独特波形来分析，或者将长的连续数据流作为独特波形来分析。
因此，期望用于获取和处理获取的数据信号以便在测试设备(诸如数字示波器)中分析的改进方法和装置。
发明内容
根据本发明，提供了用于获取长的、连续的数据流部分的方法和装置，该方法和装置允许在预定时间间隔期间捕捉测试的接收信号中的每个比特(对应于高达几百万个比特或更多)。与现有技术一般并不存储长的纪录并从而不能显示所期望的单个比特相反，根据本发明，获取长的、连续的数据信号以便能够处理并随后检索该信号中的每个比特。
为了随后处理获取和存储的数据信号，由于存储的数据信号是不具有预定分割点的单个长采集，产生与获取的数据信号中一些经常发生的事件同步的时钟信号是有利的。因此，根据本发明，分析获取的波形(将其分割以便以近似相同的取样间隔产生一系列“取样集”或“片段”)用于阈值交叉。在不同的处理后获得的这些阈值交叉的预期时间对应于完全概念的或虚拟的“周期时钟”的正则区间。称为“时钟恢复”中的这种步骤一般确定虚拟时钟的频率。然而，时钟恢复的整个过程还要求通过调节虚拟时钟的相位来使恢复的虚拟周期时钟与分析的阈值交叉同步。
“误差”或者阈值交叉过渡时间(由虚拟周期时钟给出)的期待值和观察的阈值交叉时间之间的时间差可用作改变阈值交叉过渡时间(因而也是恢复的时钟)的期待值的反馈。根据本程序，将阈值交叉过渡时间(恢复的时钟)的期待值锁定在阈值交叉过渡时间的实际观察值。类似装置中时钟环境中的这种反馈称为“锁相环”(PLL)。根据本发明，用软件实现并通过增加浮点数量(而非使用谐振电路)来计算期待时间。通过消除任何物理构件的可变性，这种虚拟时钟的定时可与数据信号精确相关。此外，PLL的响应可能非常精确和稳定，从而使其对测量的影响是非常可预测的和精确重复的。
通过这样将阈值交叉过渡时间的期待值锁定在阈值交叉过渡时间的实际观察值，阈值交叉过渡时间的该期待值可用于导出存储的波形中数字编码信号的理想“取样时间”。这些取样时间可用作虚拟时钟信号。使用这样恢复的虚拟时钟，可将长的数据纪录分为更小的数据纪录(每个数据纪录包括一个或多个比特间隔)。可以覆盖这些更小的纪录或段以便创建精密的眼图。从上述信号提取的片段集允许对长的、高速的数据信号执行非常精密的掩码破坏(maskviolation)测试。
通过准确地将每个虚拟时钟过渡之间的数据纪录重新取样，可以推导每个比特间隔的比特状态。这允许确定来自这种数据信号的ISI(符号间干扰)。此外，由于所有比特周期都来自数据流而非独立触发，消除了触发抖动的影响。
关于眼图的绘制，已经采用了一种使用了许多年的观察通信信号中的噪声和抖动的标准方法。该程序包括在数据流(其具有一些大于1比特周期的触发延迟)上触发示波器，因此在显示和观察的数据流之间存在一些“同步性”。由于与触发时的初始状态相比，数据(出于简化起见，假设该数据是非归零(NRZ)数据)具有相对随机的状态，称为“眼图”的形状出现在示波器屏幕上。上述方法有助于阐述信号形状(关于电压和定时)变化的视觉概念，这些因素对观察的数据信道的操作可靠性起作用。
用于上述过程的更好的方法包括在接收信号所用的时钟上触发示波器的步骤。因此可以以最类似于实际接收机电路中电压和时间的变化的形式观察电压和时间的变化。然而，上述第二种方法的一个显著缺点是在许多情况下，接收时钟不是可用的。即使在接收时钟可用时，也可能出现其他问题，诸如测量设备的触发不稳定性显著地对眼图中观察的抖动起作用。
因此，期望改进的方法和装置，用于产生时钟信号并将获取的信号的相位锁定在该时钟信号，用于提供该时钟信号的改进的测量保真度。同样，期望用于描绘眼图的改进的方法和装置。本发明提供了这种改进的技术。
通过说明书和附图，本发明的其他目的和优点中的一部分将是明显和显而易见的。
相应地，本发明包括若干步骤、这些步骤中一个或多个彼此之间的关系以及实现适用于影响上述步骤的结构特征、元件组合以及部件配置的装置，在以下的具体公开中举例说明了所有这些，并且在权利要求中将指示本发明的保护范围。
附图说明
图1是流程图，其示出用于分析获取和存储的波形并产生与该存储的波形相关联的恢复的时钟的程序；
图2是根据本发明的掩码破坏定位器的屏幕截图；
图3是示出用于实现掩码破坏定位器的处理步骤的流程图；
图4是图3的“累积误差列表”单元的框图；
图5是根据本发明的从单个记录信号生成的眼图的示例；
图6是根据本发明的从单个记录信号生成的ISI图的示例；
图7是示出用于执行本发明方法的装置的框图。
具体实施方式
根据本发明，捕捉并存储了数据信号的长的、连续的采集记录，包括在对应于高达百万个比特或更多的预定时间长度期间数据信号中的每个比特。如下所述，获取并存储这种长的、连续的数据信号以便处理并随后检索该信号中的每个比特。
时钟恢复
首先参考图1，其示出了流程图，该流程图示出用于分析获取和存储的波形并产生与该存储的波形相关联的恢复的基本虚拟周期时钟。在步骤110中，从存储器检索获取、存储的数据信号。然后，在步骤115上，为了分析阈值交叉的数据信号以便随后定义以接近相同的取样间隔获取的一系列“取样”，定义了绝对或相对(记录波形的振幅的百分比)阈值。在步骤120上，将数据信号的每个部分与阈值比较以定位跨过或跨越阈值的数据信号的相邻取样。即，一个取样大于或等于阈值，相邻的取样小于或等于该阈值。在将标识的取样对作为真实的独立阈值交叉点接收以前，还必须考虑滞后需求，从而消除对抖动起作用的本地噪声。此后，在步骤125上使用线性或非线性内插。通过比取样间隔更为精确的阈值做出交叉时间的估计。这定义了阈值交叉的观察值。在步骤127上，将虚拟时钟的相位初始化。这是通过将初始相位设定为等于第一观察过渡的阈值交叉时间的方式实现(即第一观察交叉时间用作恢复时钟初始相位的估计)。还必须由以下若干方法中的一种来改进初始相位：1)丢弃数据中的第一N过渡；或2)在一些数字之后，已经检测到了N过渡，修改虚拟时钟的初始相位以便为等于0的这些N过渡提供平均时间误差，然后重新开始处理。两种方法都提出了PLL启动或PLL采集时间的问题。这些程序的第二种适用于在期望使恢复时钟具有更精密的周期(“完全”周期)而非追踪输入数据流的低频变量的情况下。
在步骤130上将观察的阈值交叉时间与阈值交叉的期待时间比较。在如下所述的校正后，阈值交叉的期待时间对应于完全概念或虚拟“周期时钟”的正则区间，该正则区间对应于阈值交叉的期待时间序列。
然后在步骤135中，将恢复时钟的相位调节到与记录的数据信号中阈值交叉的观察时间同步。每个比特间隔中相位调节的数量由精确定义软件PLL的动态响应的数学算法确定。在软件控制下，可使PLL的动态响应同与分析的数据信号相关联的通信标准相匹配。
由于分析的记录的波形不一定是时钟，而大概是根据时钟生成的数据流，不会对于每个比特间隔发生过渡。即，由于一些连续的比特位置可能具有相同的值(例如连续的逻辑“1”)，实际数据信号中的一些过渡可能不存在，因此不具有连续的比特位置之间的过渡。可以通过假设观察的过渡具有响应(其具有生成的虚拟时钟的最接近的期待过渡)来确定这些比特位置中的多少个不具有过渡。同样，可以将每个观察的过渡与虚拟时钟过渡相关联，并可以确切地知道从先前观察的过渡以来已经过去了多少生成的虚拟时钟的周期。
如步骤140中所示，在模拟锁相环(PLL)中，根据恢复的虚拟周期时钟确定的阈值交叉时间的期待值和阈值交叉时间的实际观察值之间的相位误差(时间间隔误差“TIE”)可用作改变阈值交叉时间的期待值(以及恢复虚拟时钟的相位)的反馈信号。在步骤145中，反馈该生成的误差反馈信号，在步骤135上，该误差反馈信号用于调节阈值交叉的期待时间的相位。重复并持续上述程序直到将所有阈值交叉时间的期待值(以及恢复虚拟时钟的相位)锁定在阈值交叉时间的实际观察值为止。根据本发明，用软件实现；通过增加浮点数量而非使用谐振电路来计算期待时间，但是结果是非常相似的。由于功能性并不取决于制造分量(其具有初始误差并且随时间和不同环境条件而改变)，而是取决于数学计算，上述结果也比模拟结果更可重复。因此，避免了根据时钟信号物理发生所生成的任何附加抖动。
如步骤150中所示，通过将阈值交叉的期待时间值锁定在阈值交叉时间的观察值，阈值交叉时间的该期待值可用于导出记录的波形中数字编码信号的理想“取样时间”。这些时间处于阈值交叉的期待时间之间(当该数据没有改变时，而非当该数据改变时)。确定了阈值交叉时间的这些期待值(以及理想取样时间)之后，可以根据这些理想取样时间(恢复的周期时钟)来将记录的波形解码以便确定在数据信号的每个“片段”期间数据的比特状态。
因此，从许多比特过渡的记录信号并通过使用根据本发明的时钟恢复系统来获得每个数据片段。因此，可以将数据信号的波形分段并将其表示为一系列更小的波形(每个波形来自原始波形)，这些波形在精确描述的时间中跨越来自原始数据信号的一些比特。同样，“限制器”用于提供波形的目的，每个这种波形是输入数据信号的波形的子集、与恢复的时钟(从相同的波形提取的)同步，并且该波形的每个部分中的比特状态已知(或可知)。具体地，如示波器上显示的，限制器为波形提供有效的触发时间，该触发时间对应于示波器显示器上第一分度(10个中的)和第九分度上一个比特间隔(单位间隔)的末端(虽然可根据需要采用其它定时序列)。同样，由于这些波形与恢复的虚拟时钟精确同步和同相，这些波形适用于进一步处理。
下面参考图7，其示出了根据本发明的用于执行时钟恢复和分段的装置。该装置包括数据采集信道700和用于处理不同获取的数据的处理单元705。数据采集信道700接收输入模拟数据信号710，并且调整或处理该信号以便确保清洁信号(clean signal)位于信号调整单元715处。将调整的信号传送到模拟-数字转换器720，该模拟-数字转换器720将获取的、调整的模拟信号数字化。根据外部生成时钟和控制器725执行该模拟-数字转换。优选地，根据本发明，生成时钟是非常稳定的，并且显示为具有非常小的抖动。一旦形成了数字化信号，将该数字化信号存储在采集存储器730中。
在要处理获取的数字信号时，处理单元705的接口单元735从采集存储器730检索数字化数据信号并将该信号提供给处理器740。如上所述，处理器740包括时钟恢复单元，用于从数字化数据信号中恢复时钟。一旦恢复了这种时钟，将数字数据信号分为多个预定长度的数据段，并将这些数据段存储在磁盘存储器或其它存储器745中。还提供处理器存储器750以便由处理器740在处理以容纳不同的临时值、寄存器等期间使用。一旦定义了不同的数据段，处理器740可执行上述和下述的不同功能，诸如绘制眼图、执行掩码破坏测试和定位、指导显示器正确显示确定的数据，以及可在多个数据段上执行的任何其它功能。
掩码破坏定位器
还根据本发明提供掩码破坏定位器。掩码破坏定位器通过将最好作为眼图显示的获取的信号与掩码定义单元所定义的预定掩码相比较来工作。判决器所确定的交叉到掩码的外部区域内的获取信号的任何部分构成破坏情况。以这种方式，可将数据信号与预定的标准集比较以确定该信号具有可接受的质量。
根据本发明的掩码破坏定位器通过首先获取测试的串行数据信号的数字化取样的长记录的方式工作(如上所述)。存储并随后检索该获取的记录，并将其分成间隔(其包括通过时钟恢复过程所确定的预定数量的比特)和片段(其产生在上述数字化信号上执行的过程)。
如图2所示，以这种方式划分的原始记录的每个片段由其段号来指示并且用x、y、z显示205中的所有其他段来累加，其中x和y值是取样号和对应的电压电平，z轴将每个x、y值的出现频率累加。掩码210定义信号值不应该占据的x、y平面中的区域。掩码定义的任何交叉到外部区域中的信号值(诸如部分A上用圆圈215标记的信号值)由其位置、段号及其段或比特编号来标识，并可单独显示在时域中。这样，如部分B处所示，放大图220示出破坏掩码的数据段的单个比特的一部分。可以为包括掩码破坏的所有数据段执行查看过程，从而使用户可以选择观看破坏掩码的选择区域的段索引列表或者破坏掩码的所有段。部分C处的视图示出破坏掩码的数据流的原始比特数据以及原始信号225的周围比特。用椭圆230标记破坏比特。因此，掩码破坏定位器不仅指示信号何时破坏掩码，而且还显示数字化信号段(其破坏对应于用户指定的索引的掩码)。由于存储了整个数据流，该程序可显示数据流的任何比特，从而允许用户的其它考虑。例如，如果原始数据流由一百万个比特周期组成并且限制器根据上述的本发明将原始数据流分为单个比特周期，则有一百万个重叠产生眼图的段。如果在第一千个比特周期内(比特周期数量1000)出现掩码误差，则段索引示为1000。然后用户可显示原始数据流的该部分用于进一步观察以帮助确定掩码破坏的原因。
现在参考图3，其示出了用于实现掩码破坏定位器的处理步骤的流程图。在步骤310上，获取诸如上述的波形。这种波形最好表示高速数据信号(其包括比特流中的数千(或数百万)周期)。然后在步骤320上，根据上述的本发明从获取的波形中恢复时钟。然后在步骤330上以上述的方式再次将获取的波形和恢复的时钟信号传输给限制器，该限制器产生精确的波形片段。然后在步骤340上传输这些分段的波形以产生眼图以便在步骤350上将其中的数据与掩码相比较，并且在步骤360上累加误差列表。
在步骤340上，通过将原始数据信号的每个分段的段重叠产生眼图，并用x、y、z显示中的所有其它段来累加该眼图，其中x和y值表示采集时间和对应的电压电平，z轴将每个x、y值的出现频率累加(如图5的510上所示)。本发明产生所谓的“分段眼图”，由于该图是由根据本发明的方法和程序组成，以便将数据或通信信道的一个大的记录同化为具有较之提取的系统时钟相对完善的定时的眼图，从而减少了一般根据不同物理时钟机制和触发器而生成的抖动。还可同提供的系统时钟一起使用该方法(虽然这并不必要)。该方法允许通信或其它数据信号的“眼睛”特性的非常可重复的和非常快速的估计。如上所述，虽然采用硬件锁相环的理论，该方法并不需要用于执行整机测量的这种电路。因此，该方法影响了长持续时间的数字记录信号中包含的信息。首先捕捉信号，该信号包含串行数据通信信道的许多“符号”或许多“比特间隔”。记录的质量应该和观察的现象一样精确或者比其更精确。在此情况下，必须考虑垂直噪声和时基“抖动”，这是由于它们直接对分段眼图所指示的信息起作用。
分析长记录的阈值交叉，如果(一般情况下都是如此)测试的信号是数据信道而非时钟，则交叉与虚拟时钟边沿相关联(如上所述)。
在“时间间隔误差”的计算中发现实际提取的时钟边沿时间的相关信息，可以从该信息呈现并根据与时钟发生和分段序列相关联的反馈过程产生少量的原始波形子集，其中“正确”的时间与虚拟(期待)时钟相关联(如上文中详细描述的)。
给出这些子集表示，可以在与等效通信接收机的期待时钟定时同步的显示栅格上将包含许多符号持续时间或比特间隔的长存储记录重新表示为许多更小的波形，每个波形出现在其实际时间处，从而消除了触发抖动。该过程可提供非常快速的响应(允许单个大的采集而非许多小的采集)，该响应的质量与记录装置的触发稳定性无关，而仅仅与记录装置的信道噪声特性和时基(取样间隔)稳定性(其比触发稳定性好过多于一个数量级)有关。在本发明的一个优选实施例中，估计到在当前技术水平上，对于以20吉取样/秒记录的2吉比特/秒的通信信号而言，应该可以以相当于500,000比特波形采集/秒的速率获取并显示分段眼图。这在单脉冲数字示波器或任何通信测试装备中是有价值的能力。
图5是从用WM 8500以20GS/s记录的单个记录的信号XAUI3.125吉比特/秒产生、并根据本发明的装置和方法处理的眼图510的一个示例。
回到参考图3，此外，在步骤350上将定义信号值不应该占用的x、y平面中区域的掩码与数据信号的生成片段中的每个比特比较。交叉到掩码定义的外部区域中的任何信号值构成掩码破坏条件，并在步骤360上将该信号值传送到误差累加过程。现在结合图4描述该误差累加步骤的操作。
如图4所示，用于将图3的步骤360上的误差列表累加的“掩码故障累加器”410具有两个输入：从获得图3的步骤330中那些分段的限制器接收的获取的波形的片段段的第一输入；以及第二输入，其由指示波形在何处产生掩码破坏的指针值组成。从与掩码步骤350的比较接收布尔值，该布尔值指示波形的特定片段是否包含图3的步骤350中确定的确定眼图掩码破坏。掩码故障累加器410类似地产生两个输出，包含掩码误差破坏的波形片段的所有段号的列表415，以及用户420选择的用于反映和显示包含误差掩码破坏的不同波形片段(例如图2中示出的显示)的多个指针值(用于绘制故障周期)。如下所述，将包括段列表(其包括破坏)的参数输出415转发到掩码故障显示单元425，而将指针值420直接提供给图3的步骤370处的显示单元。掩码故障累加器410还具有用于清除任何累加数据的方法(未示出)。
掩码故障显示单元425接收两个输入：来自掩码故障累加器410(其列出了包含掩码误差破坏的段号)的列表值415和来自图3的310的原始波形数据。掩码故障显示单元425仅产生一个输出、包括在接近用于显示的、选择的指针位置出故障的所有分段波形段的一批波形。在图3的步骤370中，将该输出提供给显示单元(如下所述)。
因此，一旦接收到定义感兴趣区域的不同波形片段和指针，掩码故障累加器将波形片段列表或者破坏掩码的段累加。将该段列表转发到掩码故障显示单元，该掩码故障显示单元选择对应接收的波形片段，并将这些波形片段转发以便以图2所示的方式显示，图2包括导致误差的眼图比特以及在具有误差的比特之前或之后的实际比特流数据。现在将描述屏幕故障累加器的内部结构。
屏幕故障累加器包含16×20的二进制阵列，该阵列相应地映射到显示帧。在一个优选实施例中，每个二进制对应于示波器显示的1/4主要分度格。每个定义的二进制与包含分段索引的向量相关联，其中将任何检测到的掩码故障定位在接近特定二进制的位置。在一个优选实施例中，将上述向量表示为长整数，这是由于短整数值可能不够。在图3的步骤340上从限制器获得当前段的索引。波形的特定的当前提供的片段是否具有其中的掩码破坏故障由：通过与对应于当前提供的波形片段的图3的掩码步骤350的比较，是否在指针输入管脚上存在任何可用的结果来决定。如果存在，由指针坐标指定故障的位置并将该故障的位置映射到16×20的格子并将段的索引(如果不存在，即没有记录为具有优先掩码破坏)增加到对应的向量。这些向量将一直处于数字顺序中。由于按顺序获得段，查看是否已经记录了段只需要查看该向量中的前一(先前的)条目。
基于列表阵列的内容和不同用户选择的控制变量所指定的边界框来建立由掩码故障累加器410对应于参数415所提供的输出结果。参数输出415包含对应于任何二进制(其至少部分包括在用户定义的边界框中)的所有故障的表示。掩码故障累加器410所提供的指针输出是基于控制设置(例如，在包含误差的比特之前或之后示出多少比特间隔)以及通过与掩码单元350的比较所提供的故障信息。
掩码故障显示单元425从310接收原始波形以及段号415的列表。该列表415包括垂直座标信息，该信息标识与示出的每个掩码故障相关联的原始波形的区域。
现在往回参考图3，一旦指明所要显示的不同分段波形段，包括根据采用上述故障累加器410和掩码故障显示425的程序的一个或多个掩码破坏误差，以类似于图2中示出的显示的方式在图3的步骤370上显示这些段。如图3中所示，用户可输入不同的误差定位选择标准，用于在步骤380上选择所要显示的一个或多个误差。以这种方式，提供了适当的显示。
存在与本发明相关联的许多显著优点：
1.从测量中去掉了与示波器或波形数字化装备的触发稳定性的相关性，这是由于最终完全丢弃了触发定时信息。换而言之，测量不再需要高稳定性触发器。然而，与此相反，本方法要求将信号采集期间采用的原始模拟-数字转换器的时基数字化以便具有很小的抖动(或换而言之是非常小的相位噪声)。这是本申请中公开的本发明支持的折衷方案。
2.在垂直噪声对垂直定时抖动起作用的过程中，垂直噪声对于测量的通信信道的影响得以极大降低。当这种信号可用时，第一项提到的触发稳定性也与该信号上的垂直噪声或者系统时钟上的垂直噪声相关。该方法防止垂直噪声对于触发器电路和结果的误放的信号时间的影响。换而言之，将波形片段正确置于时间中，而不考虑信号上的垂直噪声并且与任何硬件触发器无关。
3.本发明允许为程序提供两种主要优点的跟踪PLL的单一实现。首先，PLL是“虚拟的”，完全使用浮点运算来计算该PLL，因此其响应是完全受控和可重复的，并且不受任何物理分量变化的控制。第二是由于是用软件实现，避免了外部时钟提取和PLL的费用。
4.本程序和方法允许观察的通信信道的非常快速的估计。对于“持续映射”和/或通过这种方法获得的波形片段集的其它处理可提供大量关于抖动、噪声和预测比特误差率的参数信息。
用于确定来自数据通信信号的长存储记录的ISI(符号间干扰)的方法
众所周知，数据或通信信号中符号之间的干扰对垂直和水平信号变化起作用。基本的影响是数据符号的形状和定时是由精确的先前符号序列所影响。即，紧邻观察的比特间隔的符号影响观察的眼图。这样，即使采用上述的过程，也必须解释不同的其它失真因素。
这里所述的本发明的上述部分提供了用于基于单个(或多个)采集中获取的数据的分析或者观察的通信信道的记录来隔离对ISI的单独作用的方法。通过确定对水平定时抖动的系统作用，直接获得抖动的分布，对于典型的数据流而言，该分布根本上是“有限的”和确定性的。(即，直接从通信信道的记录中提取确定性抖动的一个分量)。
本发明作为“分段形式的平均器”工作，从而采用如上所述的分段方法的变量。根据本发明，将数据或通信信道的一个大的记录同化为一系列信号平均信号，每个信号是某些先前的符号状态形式或序列所特有的。
根据本发明，可以标识通信信道中抖动和垂直变化的特定ISI分量。这样，提供了类似于眼图的示意图，但该示意图(相对)没有随机噪声，这是由于信号是消除噪声的“平均信号”。最后，本发明为抖动分布提供了用于获得ISI干扰的水平分布的装置，该装置可用作将整个抖动分布去卷积和用于标识非符号相关抖动和垂直噪声的大小和形状的工具。
在获得了上述的各种波形片段以后，不是将所有这些信号组合成单个持续显示，检查在观察的比特间隔之前信息的N个间隔，以及紧随观察的比特间隔之后信息的比特间隔。在中间(虚拟恢复的时钟之间)分析信号的NRZ状态以便获得每个比特状态，以及由M＝N+1+1比特组成的每个小记录(子集)的实际比特序列。这样将分段分为2M个类别。然后取决于每个分段的比特的精确形式，更新2M个平均数中的一个。值得重视的是，这些平均数中的每一个一般具有比原始波形更高的水平分辨率，因而该平均数不是简单平均数。因此，对于M比特的每个可能形式而言，通过取所有M比特序列的平均值来提供用于每个小的记录的平均输出。
一旦完成整个波形的分析，在单个比特间隔显示上将2M个合成波形(它们的每一个都是实际信号数据的平均值)叠加。重叠的显示在比例和形状上非常类似于在取平均数之前通过使用所有的实际数据信号信息形成的眼图。然而，由于垂直和水平的随机性与比特形式(2M个序列)不一致，使该垂直和水平的随机性达到平均数并从示意图中去除。这样，如图6中所示，可以定性地“看到”已经将数据取平均为32个单独组并单独显示为32条细线，这种数据表示的水平截面产生精确的水平分布，该水平分布是确定性ISI抖动的分布。同样，显示的垂直截面会产生用于垂直变化的固定决定性分量。
上述过程可使用更少的大采集而非许多小采集来提供非常快速的响应，该响应的质量与记录装置的触发稳定性无关，但取决于记录装置的时基(取样间隔)稳定性。
存在与本发明相关联的许多明显的优点。本发明允许获得对垂直和水平信号变化(抖动和噪声)的ISI作用。虽然其它方法，诸如数字取样示波器(与单脉冲或实时数字示波器相反)用于通过用已知形式激励数据流的方式测量无噪声符号响应，根据本发明的方法并不需要特定刺激乃至数据流中存在的形式的先验知识。相反，本发明将来自任何(PRBS或真正随机...乃至“有作用的”)数据流的信息分类。出于获得确定性抖动的估计的目的，该方法快速确定基于ISI的确定性抖动和噪声，并且不存在对于工业所通用的静态假设。
因此，可以看出在通过前文的描述变得显而易见的内容中，有效达到了上面阐述的目的，并且由于在执行以上方法的过程中和阐述的结构中，可以做出某些改动而不脱离本发明的精神和保护范围，应该将以上说明书中包含和附图中示出的所有内容的意图解释为示意性而非限制性的。
还应该理解以下权利要求用于覆盖本文描述的本发明的所有一般和特定特征，并且作为语言的问题，本发明的所有阐述可能落入上述一般和特定特征之间。

Claims (52)

1.一种用于处理数据信号的装置，包括：
测试装置的采集单元，用于获取预定时间的数据信号；
所述测试装置的存储器，用于存储所述数据信号；
时钟恢复单元，用于从所述存储的数据信号恢复时钟信号；以及
处理器，用于根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段。
2.如权利要求1所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元定义相对于所述存储的数据信号的阈值电平，将所述存储的数据信号的每个部分与所述阈值电平比较，确定跨过所述阈值的相邻取样对，并且估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间以获得阈值交叉的一系列观察时间。
3.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：将所述阈值定义为绝对值。
4.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：将所述阈值定义为所述记录的数据信号的振幅的百分比。
5.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元还考虑滞后需求以确保应该包括作为阈值交叉的所述一系列观察时间的一部分的、跨过所述阈值的确定的相邻取样对。
6.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：基于线性内插估计所述阈值的每个所述交叉时间。
7.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：基于非线性内插估计所述阈值的每个所述交叉时间。
8.如权利要求2所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：所述阈值交叉的一系列观察时间用于获得恢复的虚拟周期时钟。
9.如权利要求8所述的用于处理的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元将阈值交叉的所述一系列观察时间与包括所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的期待时间的完全理想的周期序列相比较，确定所述观察时间和所述期待时间之间的误差，并且根据所述确定的误差调节所述恢复的虚拟周期时钟的相位。
10.如权利要求8所述的用于处理的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元将阈值交叉的所述一系列观察时间的每个码元与阈值交叉的期待时间的基本理想的周期序列的每个码元相比较，确定每个观察时间和对应的期待时间之间的误差，并且基于每个误差和先前的误差，根据数学算法调节阈值交叉时间的基本周期序列的瞬时相位，从而获得用于所述恢复的基本周期时钟的特定动态响应。
11.如权利要求8所述的用于处理所述数据信号的装置，其特征在于：所述处理器确定所述数据信号的一个或多个过渡的存在，定位所述数据信号的下一个过渡的位置，并将所述数据信号的所述定位的下一个过渡与所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的最接近期待时间相关联。
12.如权利要求8所述的用于处理所述数据信号的装置，其特征在于：所述处理器确定已经在所述数据信号的两个过渡之间传送的阈值交叉的多个期待时间，在所述数据信号的两个过渡之间确定一个或多个过渡的存在。
13.如权利要求8所述的用于处理所述数据信号的装置，其特征在于：所述处理器根据采用浮点数的计算来确定所述期待过渡时间。
14.如权利要求1所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元估计所述恢复的时钟的频率，并且丢弃所述数据段的阈值交叉的预定数量的预测时间，直到所述恢复时钟稳定在基本周期频率为止。
15.如权利要求1所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元检测所述数据段的阈值交叉的预定数量的过渡，修改所述恢复的时钟信号的初始相位以便为所述预定数量的过渡提供为0的平均时间误差。
16.如权利要求15所述的用于处理数据信号的装置，其特征在于：使所述恢复的时钟信号是基本完全周期的。
17.一种用于显示眼图的装置，包括：
测试装置的采集单元，用于获取预定时间的数据信号；
所述测试装置的存储器，用于存储所述数据信号；
时钟恢复单元，用于从所述存储的数据信号恢复时钟信号；
处理器，用于根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；以及
显示器，用于以时间同步的方式覆盖所述多个数据段。
18.如权利要求17所述的用于显示眼图的装置，其特征在于：所述显示器显示第二获取的数据信号以及所述第一数据信号。
19.如权利要求18所述的用于显示眼图的装置，其特征在于：在符号间干扰处理之后，所述显示器显示所述第一和第二数据信号采集。
20.如权利要求18所述的用于显示眼图的装置，其特征在于：在数学处理了与所述第一和第二数据信号采集相关联的所述数据段之后，所述显示器显示所述第一和第二数据信号采集。
21.如权利要求17所述的用于显示眼图的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元定义相对于所述存储的数据信号的垂直阈值，将所述存储的数据信号的每个部分与所述垂直阈值比较，确定跨过所述垂直阈值的相邻取样对，并且估计将所述相邻取样之间的所述垂直阈值交叉的时间以获得阈值交叉的一系列观察时间。
22.一种用于实现掩码破坏定位器的装置，包括：
测试装置的采集单元，用于获取预定时间的数据信号；
所述测试装置的存储器，用于存储所述数据信号；
时钟恢复单元，用于从所述存储的数据信号恢复时钟信号；
处理器，用于根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；
显示器，用于以时间同步的方式覆盖所述多个数据段以便产生眼图；
掩码定义单元，用于定义构成所述掩码的所述显示的一部分；以及
限定器，用于确定一个或多个所述数据段是否破坏所述掩码。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于：所述时钟恢复单元定义相对于所述存储的数据信号的垂直阈值，将所述存储的数据信号的每个部分与所述垂直阈值比较，确定跨过所述阈值的相邻取样对，并且估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间以获得阈值交叉的一系列期待时间。
24.如权利要求22所述的用于实现掩码破坏定位器的装置，其特征在于：丢弃所述第一获取的数据信号，但是一旦采集到所述第二数据信号，则保持破坏所述掩码的任何比特的指示。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于：当确定一个所述数据段破坏所述掩码时，所述显示器显示所述存储的数据信号的一部分，其包括用于产生破坏所述掩码的所述数据段的一部分。
26.如权利要求24所述的装置，其特征在于：当确定多个所述数据段破坏所述掩码时，所述处理器存储数据段标识符，该数据段标识符对应于确定为破坏所述掩码的每个所述数据段，并且所述显示器为对应于每个数据段标识符的每个数据段连续显示用于产生破坏所述掩码的每个所述数据段的所述存储的数据信号的该部分。
27.一种处理数据信号的方法，包括步骤：
由测试装置的采集单元获取预定时间的数据信号；
将所述数据信号存储在所述测试装置的存储器中；
从所述存储的数据信号恢复时钟信号；以及
根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段。
28.如权利要求27所述的处理数据信号的方法，其特征在于：所述时钟恢复步骤还包括步骤：
定义相对于所述存储的数据信号的阈值电平；
将所述存储的数据信号的每个部分与所述阈值电平比较；
确定跨过所述阈值的相邻取样对；以及
估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间以获得阈值交叉的一系列观察时间。
29.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，其特征在于：将所述阈值定义为绝对值。
30.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，其特征在于：将所述阈值定义为所述记录的数据信号的振幅的百分比。
31.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，还包括步骤：考虑滞后需求以确保应该包括作为阈值交叉的所述一系列观察时间的一部分的、跨过所述阈值的确定的相邻取样对。
32.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，其特征在于：基于线性内插估计所述阈值的每个所述交叉时间。
33.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，其特征在于：基于非线性内插估计所述阈值的每个所述交叉时间。
34.如权利要求28所述的处理数据信号的方法，其特征在于：阈值交叉的所述一系列观察时间用于获得恢复的虚拟周期时钟。
35.如权利要求34所述的处理方法，所述时钟恢复步骤还包括步骤：
将阈值交叉的所述一系列观察时间与包括所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的期待时间的理想周期序列比较；
确定所述观察时间和所述期待时间之间的误差；以及
根据所述确定的误差调节所述恢复的虚拟周期时钟的相位。
36.如权利要求34所述的处理方法，所述时钟恢复步骤还包括步骤：
将阈值交叉的所述一系列观察时间的每个码元和阈值交叉的期待时间的基本理想周期序列的每个码元比较；
确定每个观察时间和所述对应的期待时间之间的所述误差；
基于每个误差和先前的误差，根据数学算法调节阈值交叉时间的基本周期序列的瞬时相位，从而获得用于所述基本恢复的周期时钟的特定动态响应。
37.如权利要求34所述的处理所述数据信号的方法，还包括步骤：
确定存在所述数据信号的一个或多个过渡；
定位所述数据信号的下一个过渡的位置；
将所述数据信号的所述定位的下一个过渡与所述恢复的虚拟周期时钟的阈值交叉的最接近期待时间相关联。
38.如权利要求34所述的处理所述数据信号的方法，还包括步骤：确定已经在所述数据信号的两个过渡之间传送的阈值交叉的多个期待时间，在所述数据信号的两个过渡之间确定了一个或多个过渡的存在。
39.如权利要求34所述的处理所述数据信号的方法，其特征在于：根据采用浮点数的计算来确定所述期待过渡时间。
40.如权利要求27所述的处理数据信号的方法，其特征在于：恢复所述时钟信号的所述步骤包括步骤：
估计所述恢复时钟的频率；以及
丢弃所述数据段的阈值交叉的预定数量的预测时间，直到所述恢复时钟稳定在基本周期频率为止。
41.如权利要求27所述的处理数据信号的方法，其特征在于：恢复所述时钟信号的所述步骤还包括步骤：
检测所述数据段的阈值交叉的预定数量的过渡；
修改所述恢复的时钟信号的初始相位以便为所述预定数量的过渡提供为0的平均时间误差；以及
重新开始处理。
42.如权利要求41所述的处理数据信号的方法，其特征在于：使所述恢复的时钟信号是基本完全周期的。
43.一种用于显示眼图的方法，包括步骤：
由测试装置的采集单元获取预定时间的数据信号；
将所述数据信号存储在所述测试装置的存储器中；
从所述存储的数据信号恢复时钟信号；
根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；以及
以时间同步的方式在显示器上重叠所述多个数据段。
44.如权利要求43所述的显示眼图的方法，还包括步骤：重复所述步骤以获取和显示第二获取的数据信号以及所述首先提到的数据信号。
45.如权利要求44所述的用于显示眼图的方法，其特征在于：在符号间干扰处理之后显示所述第一和第二数据信号采集。
46.如权利要求44所述的用于显示眼图的方法，其特征在于：在数学处理了与所述第一和第二数据信号采集相关联的所述数据段之后，显示所述第一和第二数据信号采集。
47.如权利要求43所述的处理数据信号的方法，其特征在于：所述时钟恢复步骤还包括步骤：
定义相对于所述存储的数据信号的垂直阈值；
将所述存储的数据信号的每个部分与所述垂直阈值比较；
确定跨过所述垂直阈值的相邻取样对；以及
估计将所述相邻取样之间的所述垂直阈值交叉的时间，以获得阈值交叉的一系列观察时间。
48.一种用于实现掩码破坏定位器的方法，包括步骤：
由测试装置的采集单元获取预定时间的数据信号；
将所述数据信号存储在所述测试装置的存储器中；
从所述存储的数据信号恢复时钟信号；
根据所述恢复的时钟信号将所述存储的数据信号分为多个预定长度的数据段；
以时间同步方式在显示器上覆盖所述多个数据段以产生眼图；
定义所述显示器的一部分以构成所述掩码；以及
确定一个或多个所述数据段是否破坏所述掩码。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于：所述时钟恢复步骤还包括步骤：
定义相对于所述存储的数据信号的垂直阈值；
将所述存储的数据信号的每个部分与所述垂直阈值比较；
确定跨过所述阈值的相邻取样对；以及
估计将所述相邻取样之间的所述阈值交叉的时间，以产生阈值交叉的一系列期待时间。
50.如权利要求48所述的用于实现掩码破坏定位器的方法，其特征在于：丢弃所述第一获取的数据信号，但是一旦获取所述第二数据信号，则保持破坏所述掩码的任何比特的指示。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于：当确定一个所述数据段破坏所述掩码时，显示所述存储的数据信号的一部分，其包括用于产生破坏所述掩码的所述数据段的一部分。
52.如权利要求50所述的方法，其特征在于：当确定多个所述多个数据段破坏所述掩码时，还包括步骤：
存储数据段标识符，其对应于确定为破坏所述掩码的每个所述数据段；以及
为对应于每个数据段标识符的每个数据段连续显示用于产生破坏所述掩码的每个所述数据段的所述存储的数据信号的该部分。
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