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Vektornetzwerkanalysatoren
(VNA) wurden in der Vergangenheit dazu verwendet, die Kontinuierliche-Welle-(CW)S-Parameter-Leistung
von Vorrichtungen zu messen, die getestet wurden. Normalerweise
ist das CW-Signal ein Hochfrequenz-(HF)Signal in dem Bereich von
500 MHz bis 50 GHz, dieser Bereich kann jedoch variieren. Oft fungiert
der VNA unter diesen normalen Betriebsbedingungen als ein Schmalbandmessinstrument,
wobei der VNA ein bekanntes HF-Signal an die zu testende Vorrichtung
anlegt und die HF-Frequenzantwort
misst. Würde
die Antwort einer einzigen CW-Frequenz
betrachtet, wäre
ein einzelner Spektralton in dem Frequenzbereich zu sehen. Normalerweise
weist ein VNA-Analysator
eine eingebaute Quelle und einen eingebauten Empfänger auf,
die konzipiert sind, um zusammen auf eine synchrone Weise wirksam
zu sein, wobei eine Schmalbanderfassung verwendet wird, um die Frequenzantwort
der zu testenden Vorrichtung (DUT) zu messen. Die meisten Analysatoren
können
konfiguriert sein, um einen Frequenzwobbelumfang über viele
unterschiedliche Frequenzbereiche zu erzeugen.
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In
einigen Fällen
muss das Signal, das an die DUT angelegt wird, mit einer spezifischen
Rate (die bisweilen als die gepulste Wiederholungsfrequenz (prf)
bezeichnet wird) und Dauer gepulst werden (an- und ausgeschaltet
werden). Würde
die Frequenzbereichantwort eines einzelnen gepulsten Tons betrachtet,
enthielte dieselbe eine unendliche Anzahl von Spektraltönen, was
es zu einer Herausforderung macht, einen Standardschmalbandanalysator
zu verwenden.
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Zum
Beispiel ist ein einzelner gepulster Ton, der sich aus einem An-
und Aus-Umschalten einer Sinuswelle x(t) ergibt, als
100 in
1A dargestellt. Dieser einzelne
gepulste Ton
100 wird als rectpw(t)·x(t) ausgedrückt. Der
einzelne gepulste Ton
100 kann mit der folgenden Reihenfunktion
gefaltet werden:
was in
1A als
102 dargestellt ist,
um ein gepulstes Signal y(t) zu erhalten, das in
1A als
104 dargestellt ist.
Diese Faltung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
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Die 1B und 1C liefern eine weitere Veranschaulichung
der Spektralkomponenten eines gepulsten HF-Signals in dem Frequenzbereich.
Genauer gesagt zeigt 1B einen
Graphen 105 eines Signals 106, der ein breites
Spektrum der Spektralkomponenten bei dem gepulsten HF-Signal zeigt.
Das gepulste HF-Signal in dem Frequenzbereich 106 zeigt
Minimumpunkte 109 bei den Spektralkomponenten mit einer
Beabstandung von l/(Pulsbreite). 1C zeigt
einen Graphen 107 viel höherer Auflösung der Spektralkomponenten,
die die Primärspektralkomponente 108 umgeben,
wobei sich die Primärspektralkomponente
bei der Frequenz des HF-Signals befindet, das durch einen Oszillator
erzeugt wird, und dann wird das Ausgangssignal des Oszillators normalerweise
an und aus umgeschaltet, um ein gepulstes HF-Signal zu liefern.
Zusätzliche Spektralkomponenten
werden dann durch die gepulste Wiederholungsfrequenz (prf)(die Frequenz, mit
der das HF-Signal an- und ausgeschaltet wird) versetzt. In dem Fall
von 1C beträgt die prf
etwa 1,69 KHz. Die unterschiedlichen Spektralkomponenten 110, 112, 114 und 116 werden
dann um einen Frequenzbetrag, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen
der prf ist, von der Primärspektralkomponente versetzt.
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Bei
einigen Anwendungen kann eine Pulssignalvorrichtungscharakterisierung
einen adaptiven Filternullabgleich (filter nulling) und eine adaptive
Filtertorsteuerung (filter gating) verwenden, um die Primärspektralkomponente
zu isolieren, die der HF-Frequenz des HF-Signals entspricht, das
an und aus umgeschaltet wird, um das gepulste HF-Signal zu liefern.
Ein Beispiel für
eine derartige Anwendung wird in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/883,100
mit dem Titel PULSED SIGNAL DEVICE CHARACTERIZATION EMPLOYING ADAPTIVE NULLING
AND IF GATING geliefert, die der gleichen Anmelderin wie die vorliegende
Anmeldung übertragen
ist und die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass allgemein die Primärspektralkomponente einer
Zwischenfrequenz (IF) entsprechen kann, die sich daraus ergibt,
dass ein Empfängerkanal
des VNA die HF-Sinuskurve des gepulsten Signals heruntermischt,
nachdem dasselbe auf die zu testende Vorrichtung aufgetroffen ist.
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Eine
Filtertechnik, die adaptiven Filternullabgleich und -torsteuerung
verwendet, um andere Spektralkomponenten als diejenigen auszuschließen, die
der Primärspektralkomponente
oder der entsprechenden IF entsprechen, kann jedoch zu einem Verlust
von Energie von dem ursprünglichen
Messsignal führen,
das von der DUT empfangen wird. Allgemein ist dieser Energieverlust
proportional zu dem Lastzyklus des gepulsten HF-Signals auf Grund
dessen, dass das Filter alles außer dem Grundton (der Frequenz
des HF-Signals, das an- und
ausgepulst wird) des gepulsten Signals unterdrückt. Wenn der Lastzyklus abnimmt,
bewegt sich mehr Energie in die Seitenbänder, und weniger Energie verbleibt
bei der Primärspektralkomponente.
Der Grund hierfür
liegt darin, dass die Größe der Seitenbandspektralkomponenten
in dem Frequenzbereich umgekehrt proportional zu dem Produkt der
Pulsbreite (PW) und der Pulswiederholungsfrequenz ist (d.h. Lastzyklus
= (PW × PRF)).
Somit kann, wenn adaptiver Filternullabgleich und -torsteuerung
verwendet wird, der Lastzyk lus eine direkte Wirkung auf den Messungsdynamikbereich
haben, da die Energie des verarbeiteten Signals reduziert wird,
wenn der Lastzyklus verringert wird. Dieser Verlust der Energie
des verarbeiteten Signals ist besonders bei Signalen problematisch,
die mit sehr geringen Lastzyklen gepulst werden, wie dieselben zum
Beispiel bei isothermen Messungen und Vorrichtungscharakterisierungstechniken
benötigt
werden. In einigen Fällen
sind derartige Messergebnisse auf Grund des mangelnden Systemdynamikbereichs
nicht verwendbar.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Analysieren
einer Vorrichtung und ein Testsystem mit verbesserten Charakteristika
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 19 sowie
ein Testsystem gemäß Anspruch
10 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1A–1C eine
Beziehung zwischen einer Darstellung eines gepulsten Signals in
dem Frequenzbereich und einer Darstellung eines gepulsten Signals
in dem Zeitbereich;
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2 ein
Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
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3 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines hier aufgeführten
Verfahrens veranschaulicht, das ein Verwenden einer Mehrzahl von Filterfunktionen
bei einer Filterbank liefert, um eine Mehrzahl von unterschiedlichen
Spektralkomponenten auszuwählen
und zu verarbeiten;
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4A–4C Graphen,
die ein gepulstes Eingangssignal in dem Zeitbereich und in dem Frequenzbereich
zeigen und eine Mehrzahl von unterschiedlichen Filterfunktionen
veranschaulichen, die verwendet werden, um unterschiedliche Spektralkomponenten
auszuwählen;
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5A–5G Graphen,
die die Signale zeigen, die durch eine Filterbank bei einem hier
aufgeführten
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ausgegeben werden;
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6A–6G Graphen,
die tonverschobene Signale zeigen, die durch einen Tonschieber bei einem
hier aufgeführten
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ausgegeben werden; und
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7A–7B Graphen,
die ein Signal sowohl in dem Zeitbereich als auch in dem Frequenzbereich
zeigen, wie dasselbe durch einen Akkumulator bei einem hier aufgeführten Ausführungsbeispiel ausgegeben
wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung liefert ein Messsystem mit einem guten Dynamikbereich, wenn
gepulste Signale mit geringen Lastzyklen gemessen werden. Das System
umfasst eine Signalquelle, die ein gepulstes HF-Signal an eine zu
testende Vorrichtung liefert, eine Filterbank, die ein Antwortsignal
von der zu testenden Vorrichtung empfängt und das Antwortsignal filtert,
um eine Mehrzahl von Spektralkomponenten zu liefern, einen Akkumulator,
der diese Spektralkomponenten zu einem kombinierten Signal kombiniert,
und einen Analysator, der das kombinierte Signal analysiert, um
eine Charakteristik der zu testenden Vorrichtung zu bestimmen.
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2 veranschaulicht
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines hier aufgeführten
Systems 200. Das System liefert einen VNA 202,
der Tore 206 und 208 aufweist, mit denen eine
zu testende Vorrichtung 204 verbunden werden kann. Der VNA 202 umfasst
eine HF-Quelle 210, und die Quelle ist im Allgemeinen in
der Lage, ein CW-Ausgangssignal zu liefern, und alternativ dazu
kann das CW-Ausgangssignal an- und
ausgepulst werden, um unterschiedliche Pulsbreiten des CW-Signals
mit unterschiedlichen Pilswiederholungsfrequenzen zu liefern. Ein
Schalter 212 kann dann das HF-Signal, das durch die Quelle 210 ausgegeben
wird, zu einem Kanal 214 leiten, der dem Tor 206 des
Analysators 202 entspricht, oder der Schalter 212 kann
das Ausgangssignal der Quelle zu einem Kanal 216 zu dem Tor 208 des
VNA leiten. Der Kanal 214 umfasst ein Kopplungselement 218,
das einen A-Ausgangskopplerweg 220 aufweist.
Der A-Ausgangsweg 220 ist wirksam, um einen Teil eines
Signals zu erfassen, das von dem Tor 206 zu der Quelle 210 übertragen wird.
Dieses Signal, das von dem Tor 206 zu der Quelle übertragen
wird, ist ein Messsignal, das einem Teil des HF-Signals von der
Quelle entsprechen könnte,
der von einem Eingang zu der Vorrichtung 204 zurück reflektiert
wird, oder das Messsignal an dem A-Ausgangsweg 220 könnte einem
Signal entsprechen, das von der Quelle 210 durch das Tor 208, durch
die DUT 204 und dann durch das Tor 206 übertragen
wird. Dementsprechend umfasst der Kanal 216 ein Kopplungselement 222,
das einen B-Ausgangskopplerweg 224 aufweist, der wirksam
ist, um Signale zu erfassen, die durch die DUT 204 übertragen
oder von derselben reflektiert werden.
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Zusätzlich zu
den Messkanälen 220 und 224, die
Signale von der zu testenden Vorrichtung 204 enthalten,
umfasst der VNA-Analysator 202 auch einen R1-Referenzkanal 226 und
einen R2-Referenzkanal 228. Durch ein Vergleichen des Signals,
das in Referenzkanälen
empfangen wird, mit einem Signal, das in einem der Messkanäle 220 oder 224 empfangen
wird, können
Charakteristika der Leistung der DUT 204 bestimmt werden.
In vielen Fällen
werden Netzwerkanalysatoren verwendet, um S-Parameter für eine DUT
zu bestimmen. S-Parameter
(S11, S12, S21 und S22) können
zum Beispiel verwendet werden, um Informationen bezüglich der
Reflexions- und Transmissionseigenschaften
der DUT 204 zu liefern.
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Bei
dem System 200 werden jeder der Referenzkanäle 226 und 228 und
jeder der Messkanäle 220 und 224 in
ein Empfängermodul 230 geführt, das die
Signale verarbeitet, die von den Messkanälen und den Referenzkanälen eingegeben
werden.
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Der
Empfänger 230 kann
auf zahlreiche unterschiedliche Weisen implementiert sein und kann eine
Anzahl von unterschiedlichen Komponenten umfassen. Normalerweise
umfasst das Empfängermodul
bei einem Netzwerkanalysator einen Mischer, der wirksam ist, um
das HF-Signal relativ hoher Frequenz, das durch die Quelle 210 ausgegeben
wird, herunterzumischen. Die Primärspektralkomponente des HF-Signals
wird in ein IF-Signal umgewandelt, das der HF-Frequenz der Quelle 210 entspricht.
Bei einem gepulsten Betriebsmodus umfasst das Signal, das durch
die Quelle 210 ausgegeben wird, viele andere Spektralkomponenten,
die die HF-Frequenz umgeben. Somit liefert die Umwandlung zu der
IF auch eine Anzahl von heruntergemischten Spektralkomponenten,
die die IF umgeben.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
liefert, nachdem die Signale von den Kanälen 220–228 heruntergemischt
worden sind, das Empfängermodul 230 dann
einen ADC (Analog-Digital-Wandler) zum Digitalisieren der Signale.
Nachdem das Signal digitalisiert worden ist, sind unterschiedliche
Elemente des Empfängers
wirksam, um die Signale zu verarbeiten, wie es im Folgenden genauer
beschrieben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl einige
der exemplarischen Implementierungen, die hier erörtert sind,
ein hauptsächliches
Verwenden eines Digitalverarbeitungsschemas in Betracht ziehen,
es natürlich
analoge Lösungsansätze gibt,
die verwendet werden könnten,
um die gleichen oder äquivalente Ergebnisse
zu erzielen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann das Empfängermodul 230 einen
einzigen programmierten Prozessor zum Implementieren unterschiedlicher Verarbeitungsverfahren,
wie dieselben hier beschrieben sind, umfassen. Bei anderen Ausführungs beispielen
kann das Empfängermodul
eine Anzahl von unterschiedlichen miteinander verbundenen Verarbeitungsmodulen
umfassen, wie zum Beispiel programmierbare Gatterarrays, ASICs und
Universalprozessoren. Allgemein umfasst das Empfängermodul 230 ein
Filterbankmodul 232, das wirksam ist, um eine Mehrzahl
von unterschiedlichen Filterfunktionen für die Eingangssignale zu liefern.
Diese unterschiedlichen Filterfunktionen sind wirksam, um unterschiedliche
Spektralkomponenten der Messsignale und Referenzsignale auszuwählen. Nachdem
das Filterbankmodul 232 die Eingangssignale verarbeitet
hat, ist ein Tonschiebermodul 234 wirksam, um die Mehrzahl
von unterschiedlichen Spektralkomponenten zu einer Frequenz zu verschieben,
die der HF-Frequenz des gepulsten Signals von der Quelle 210 entspricht. Außerdem kann
das Tonschiebemodul 234 wirksam sein, um die Phasen von
jeder der Mehrzahl von unterschiedlichen Spektralkomponenten auszurichten. Das
Ausgangssignal zu dem Tonschiebermodul 234 wird dann an
ein Akkumulatormodul 236 übertragen, das wirksam ist,
um die Mehrzahl von unterschiedlichen Spektralkomponenten zu kombinieren.
Die verarbeiteten Signale, die jedem der unterschiedlichen Mess-
und Referenzkanäle
entsprechen, die in den Empfänger
geführt
werden, werden durch ein Analysatormodul 238 verwendet,
um Charakteristika der zu testenden Vorrichtung zu bestimmen. Diese
bestimmten Charakteristika können
dann über
eine Benutzerschnittstelle (UI) 240 des VNA-Analysators 202 einem
Benutzer präsentiert
werden. Die Benutzerschnittstelle kann zum Beispiel einen Flachbildschirm
oder einen Drucker umfassen. Außerdem
umfasst eine Benutzerschnittstelle eines Netzwerkanalysators normalerweise
eine Tastatur und verschiedene andere Eingabevorrichtungen, wodurch
ein Benutzer unterschiedliche Operationen des VNA steuern kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung liefert ein Verfahren 300, wie zum Beispiel
dasjenige, das durch 3 veranschaulicht ist, mit einem
guten Dynamikbereich, wenn gepulste Signale mit geringen Lastzyklen
gemessen werden. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines gepulsten
Signals 302 und ein Anlegen eines gepulsten Signals 304 an
eine zu testende Vorrichtung. Ein Messsignal von der zu testenden
Vorrichtung wird dann empfangen. Das Messsignal wird dann gefiltert,
um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Spektralkomponenten des Antwortsignals
auszuwählen.
Die unterschiedlichen Spektralkomponenten werden dann verwendet,
um ein kombiniertes Signal zu bilden. Das kombinierte Signal wird
dann analysiert, um eine Charakteristik der zu testenden Vorrichtung
zu bestimmen.
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Abhängig von
der Quelle, die bei dem System verwendet wird, kann die HF-Frequenz
des gepulsten HF-Signals über
einen breiten Bereich von unterschiedlichen Frequenzen variieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel
könnte
der Bereich von einigen wenigen Megahertz bis zu 50 GHz oder mehr
reichen. Die prf-Rate des gepulsten HF-Signals kann auch über einen
beträchtlichen
Bereich variiert werden, bei vielen Anwendungen liegt die prf jedoch
in dem Bereich von 1–5
kHz.
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Nachdem
das gepulste HF-Signal an die DUT angelegt worden ist, wird ein
Messsignal durch die Verarbeitungselemente des Systems empfangen 306.
Das Messsignal entspricht dem gepulsten HF-Signal, das entweder
durch die DUT übertragen oder
von dem Eingang zu der DUT reflektiert worden ist. Außerdem empfangen
die Verarbeitungselemente des Systems auch Referenzeingangssignale,
wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Messsignal von dem A-Kanal anfangs bei 306 heruntergemischt
und digitalisiert, und ein derartiges umgewandeltes und digitalisiertes
Signal ist im Wesentlichen immer noch das Messsignal. Dann wird
dieses digitalisierte Signal gemäß den unterschiedlichen
Filterfunktionen, die durch eine Bank von Digitalfiltermodulen 308 geliefert
werden, verarbeitet. Zum Beispiel zieht diese Erörterung das Filtern und Verarbeiten
eines Messsignals in Betracht, das an dem A-Messkanal 220 des
VNA 202 empfangen wird, es würde aber eine analoge Verarbeitungs operation
bei den Signalen durchgeführt,
die an den anderen Mess- und Referenzsignalen empfangen werden,
die in den Prozessor des VNA eingegeben werden.
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Das
Filtern des Messsignals verwendet eine Filterbank 308,
die wirksam ist, um unterschiedliche Filterfunktionen 310–318 ...
N anzuwenden, wobei diese Filterfunktionen implementiert sind, um
eine Mehrzahl von unterschiedlichen Spektralkomponenten des Messsignals
auszuwählen,
und die Charakteristika der Filterfunktionen basierend auf der prf
des gepulsten Signals und der HF-Frequenz des gepulsten Signals
bestimmt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des vorliegenden Systems, das eine Digitalfilterbankoperation verwendet,
kann einen verbesserten Dynamikbereich gegenüber einem System liefern, das
ein Filterschema verwendet, das sich nur auf einen adaptiven Filternullabgleich
stützt.
Die Operation der Filterbank 308 liefert eine Reihe von
angepassten Nullabgleichfiltern oder Filterfunktionen, wobei die
Charakteristika jeder der Filterfunktionen basierend auf der prf
und der HF-Frequenz des gepulsten HF-Signals bestimmt werden, und
die Ausgangssignale der Filterfunktionen kombiniert werden, um nicht
nur die IF (das heruntergemischte Signal, das der HF-Frequenz entspricht),
sondern auch die Seitenbandspektralkomponenten zu erfassen, die
durch ein Pulsen erzeugt werden. Jede Spektralkomponente enthält relevante Informationen,
die sich auf die Messung beziehen. Die gefilterten Signale 320–328,
die von jeder der Filterfunktionen ausgegeben werden, werden dann
unter Verwendung von unterschiedlichen Tonschiebefunktionen 332–340 verarbeitet,
wobei die Tonschiebefunktionen wirksam sind, um jede der unterschiedlichen
gefilterten Spektralkomponenten zu der Frequenz umzuwandeln, die
der IF-Frequenz entspricht, und um die Phasen jedes der unterschiedlichen
Signale auszurichten. Die Signale, die durch die Tonschiebefunktionen
ausgegeben werden (342–350), werden
dann zu einem Signal 354 akkumuliert oder kombiniert 352,
das einem HF-Signal entspricht, wie dassel be von der DUT reflektiert
oder durch dieselbe übertragen
wird, und dieses Signal 354 umfasst Informationen von einer
Mehrzahl von ausgewählten Spektralkomponenten
des gepulsten HF-Signals.
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Ähnliche
Verarbeitungsoperationen werden für die HF-Signale an jedem der
Referenzkanäle
und der Messkanäle
geliefert, die in ein Empfängermodul des
VNA eingegeben werden, und diese verarbeiteten Signale werden dann
durch einen Prozessor des VNA analysiert 356, um Charakteristika,
wie zum Beispiel S-Parameter, der DUT zu bestimmen, und die bestimmten
Charakteristika können
dann ausgegeben werden 358.
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Bei
dem im Vorhergehenden erörterten
Verfahren wird das Ausgangssignal der Filterbank an einen Akkumulator
oder einen Digitalneukombinierer angelegt, der die sich ergebenden
Signale korreliert und akkumuliert. Bei einem Ausführungsbeispiel
besteht das Ausgangssignal des Akkumulators aus einer einzelnen
Sinuskurve, die keinen Verlust des verarbeiteten Signals proportional
zum Lastzyklus aufweist, da der Verlust durch ein Erhöhen der
Anzahl von Spektralkomponenten, die unter Verwendung der Filterbank
und des Akkumulators akkumuliert werden, verringert werden kann.
Somit kann eine sich ergebende Zunahme des Dynamikbereichs gegenüber früheren Techniken
erreicht werden. Die Operation eines hier aufgeführten Ausführungsbeispiels liefert einen
Typ von Kohärenzintegration,
bei dem die sich ergebende Zunahme der kohärenten Signalverstärkung 6
dB für
jedes Verdoppeln einer korrelierten Signalenergie beträgt, wohingegen
eine nicht korrelierte Rauschintegration nur einer Zunahme um 3
dB entspricht. Ferner können
die Anzahl von Filtern und die Charakteristika der Filter, wie zum Beispiel
die Form jedes Filters, basierend auf den Charakteristika des gepulsten
Signals angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Steuerungseingangssignal,
das verwendet wird, um die HF-Frequenz und die prf eines gepulsten
HF-Signals zu steuern, auch verwendet werden, um die Parameter der
Filter funktionen zu bestimmen, die durch die Filterbank angewendet
werden.
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Systeme
und Verfahren, die die Erfindung ausführen, können eine Steuerung des Dynamikbereichs
einer Messung unabhängig
von dem Lastzyklus eines gepulsten HF-Testsignals bieten. Genauer gesagt
kann der Dynamikbereich durch ein Erhöhen der Anzahl von Spektralkomponenten
verbessert werden, die unter Verwendung von mehreren Versatzfilterfunktionen
ausgewählt
werden. Somit wird der relative Gewinn bei dem Dynamikbereich eine Funktion
nicht nur der Filterbankbandbreite (Rauschreduzierung), sondern
auch der Anzahl von Digitalfiltern in der Filterbank (Signalverstärkung). Auch
ermöglichen,
wie ein Fachmann in der Technik des Digitalfilterentwurfs erkennen
wird, die unabhängigen
Filterkoeffizienten und Digitalfilterabgriffzählwerte für jede der unterschiedlichen
Filterfunktionen in der Filterbank eine Rauschselektivität über der Frequenz.
Dieses Digitalfiltern liefert auch Flexibilität von kohärenter Signalverstärkung über Integrationszeit.
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Die
Filterbank kann unter Verwendung von mehreren adaptiven Nullabgleichdigitalfiltern
implementiert werden, wobei jedes der adaptiven Nullabgleichdigitalfilter
seine entsprechende Frequenzkomponente empfängt und filtert. Jedes der
adaptiven Nullabgleichdigitalfilter kann ein Steuereingangssignal
verwenden, um Bestimmungen bezüglich
Charakteristika der Digitalfilter vorzunehmen. Zum Beispiel können die
Frequenz der Spektralkomponente, die durch das Filter ausgewählt wird,
und die Beabstandung zwischen Nullabgleichspunkten der Filterfunktion
basierend auf den Charakteristika des gepulsten HF-Signals bestimmt
werden, das in die DUT eingegeben wird. Wie es hier verwendet wird,
bezieht sich eine „Null" allgemein auf Punkte
in der Filterfrequenzantwort, die eine relativ hohe Dämpfung verglichen
mit einem Durchlass- oder Übertragungsbandteil
der Frequenzantwort aufweisen.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
sind die Nullen eingestellt, um Frequenzorten von ungewollten oder
unerwünschten
Signalkomponenten oder Oberschwingungen bei den Mess- oder Referenzsignalen
zu entsprechen. Die Frequenzentsprechung zwischen den Nullen und
den Signaloberschwingungen kann bei einigen Ausführungsbeispielen näherungsweise
sein. Deshalb kann auf einen Ort einer Null hier so Bezug genommen
werden, dass derselbe einer Nähe
der Spektralkomponente entspricht. Wenn dieselben so eingestellt
sind, werden die unerwünschten
Spektralkomponenten durch die Nullen gedämpft und in einigen Fällen erheblich
gedämpft. Somit
entfernt die eingestellte adaptive Nullabgleichdigitalfilterfunktion
im Wesentlichen die unerwünschten
Spektralkomponenten relativ zu der Spektralkomponente, die durch
eine gegebene Filterfunktion ausgewählt wird, oder „nullabgleicht" dieselben heraus. Bei
einigen Ausführungsbeispielen
werden die Nullen an ein empfangenes Signal basierend auf einer Kenntnis
der HF-Frequenz und der prf des gepulsten HF-Signals angepasst.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
sind die Filterfunktionen Finitimpulsantwort-(FIR) Filter, wobei die
Frequenzantwort des FIR-Filters oft durch periodische Nullen gekennzeichnet
ist, die auf beiden Seiten eines Durchlassbandes angeordnet sind.
Die periodisch angeordneten Nullen können eine Implementierung vereinfachen
und/oder eine Komplexität des
FIR-Filters reduzieren,
wenn die periodischen Nullen verwendet werden, um ähnlich periodische
Signaloberschwingungen zu dämpfen.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
können die
Filterfunktionen mehrere Summierungselemente sowie Rückkopplungs-
und Vorwärtskopplungswege in
der Filterkonfiguration umfassen. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sind nicht auf eine bestimmte Filterrealisierung oder
Filtertopologie beschränkt.
Details eines FIR-Filterentwurfs, ein Digitalfilterentwurf im Allgemeinen
und eine Realisierung und Implementierung derartiger Filter sind
in der Technik bekannt und können
in vielen Lehrbüchern über das
Thema Di gitalfilter und/oder Digitalsignalverarbeitung nachgeschlagen
werden, einschließlich
John G. Proakis et al., Digital Signal Processing, 2. Aufl., Macmillian
Publishing Company, 1992, das hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit
aufgenommen ist.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird ein FIR-Filter mit einer Rechteckfensterantwort
als das FIR-Filter verwendet. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird ein FIR-Filter,
das eine näherungsweise
rechteckige Fensterantwort aufweist, als das FIR-Filter verwendet.
Bei anderen Ausführungsbeispielen
wird ein FIR-Filter, das eine andere als eine rechteckige oder nahezu
rechteckige Fensterantwort aufweist, als das FIR-Filter verwendet.
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In
der Praxis können
die Filterfunktionen auf eine Vielzahl von Arten abhängig von
einer bestimmten Implementierung und Anwendung des Empfängerkanals
realisiert werden. Zum Beispiel könnte das Filter als eine Schaltung
oder ein Teil einer diskreten oder integrierten digitalen Schaltung
realisiert werden, wie zum Beispiel, jedoch nicht ausschließlich, eine
Schaltung eines feldprogrammierbaren Gatterarrays (FPGA) oder eine
Schaltung bei einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC).
Alternativ dazu können
die Filterfunktionen durch eine Signalprozessorschaltung oder ein
-system oder als eine Funktion/Subroutine eines Computerprogramms
geliefert werden, das durch einen Universalprozessor, wie zum Beispiel
einen Mikroprozessor, ausgeführt
wird.
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4A veranschaulicht
ein gepulstes HF-Signal 402 im Zeitbereich. Das gepulste
HF-Signal weist eine Zeitperiode auf, wenn das HF-Signal an ist und
dasselbe ein Signal mit einer HF-Frequenz erzeugt, und das gepulste
HF-Signal weist eine Zeitperiode auf, wenn dasselbe aus ist. Die
Rate, mit der der Puls an- und ausgeschaltet wird, entspricht der prf,
wie es im Vorhergehenden beschrieben ist. Die gepulste Sinuskurve
in dem Frequenzbereich enthält viele
Spektral komponentenseitenbänder.
Jede Spektralseitenbandkomponente oder ausgewählte Spektralseitenbandkomponenten
können
eine zugeordnete Filterfunktion in der Filterbank aufweisen. Es
sei darauf hingewiesen, dass der höchste Ton oder das Signal mit
der größten Amplitude 404,
das in 4B gezeigt ist (entspricht der
IF-Frequenz), in dem Frequenzbereich die IF zeigt, die eine Amplitude
von ½ aufweist,
was bei diesem Beispiel das Gleiche wie der Lastzyklus ist, verglichen
mit dem gepulsten Signal in dem Zeitbereich, das einen Spitzenwert
von 1 aufweist. Bei einer derartigen Situation kann eine adaptive
Nullabgleichtechnik mit einer einzigen Filterfunktion zu einer 50%igen
Abnahme der Energie des verarbeiteten Signals führen, wohingegen der Mehrfilterfunktionslösungsansatz
Abnahmen der Energie des verarbeiteten Signals mit einem viel kleineren Prozentsatz
liefern kann.
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4B veranschaulicht
das gepulste HF-Signal von 4A im
Frequenzbereich. Wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, entspricht die Spektralkomponente 404 der
Spektralkomponente der HF-Frequenz. 4B veranschaulicht
ferner zahlreiche zusätzliche
Seitenbandspektralkomponenten 406–416 ... N. Diese
Spektralkomponenten sind das Ergebnis des Pulsens des HF-Signals.
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4C liefert
eine Veranschaulichung der Filterfunktionen in dem Frequenzbereich,
die durch eine Filterbank eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung geliefert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die
Skalen bei den verschiedenen Graphen der 4A–4C zu
Veranschaulichungszwecken bereitgestellt sind. Ein Element 418 liefert
eine erste Filterfunktion. Die Filterfunktion 418 liefert
ein Auswählen
einer Frequenz, die der HF-Frequenz entspricht, die in 4B als
Spektralkomponente 404 gezeigt ist. Diese ausgewählte Frequenz könnte die
HF-Frequenz oder eine IF-Frequenz sein, die der HF-Frequenz entspricht.
Die Filterfunktion 418 liefert ferner eine Reihe von Nullpunkten 420–428 ...
n bei der Filterfunktion. Diese Nullpunkte sind Punkte, wo die Filterfunktion
wirksam ist, um den größten Teil
der Energie herauszufiltern, die bei der Frequenz zu finden ist,
die dem gegebenen Nullpunkt entspricht. Die Filterfunktion ist angepasst,
um jeden der Nullpunkte mit einer Frequenz zu beabstanden, die von
der Durchlassfrequenz um einen Betrag gleich der prf versetzt ist.
Somit ist die Filterfunktion 418 wirksam, um die Frequenzkomponente 404,
die in 4B gezeigt ist, auszuwählen und
die Frequenzkomponenten 406–416 zu unterdrücken oder nullabzugleichen,
die von der HF-Spektralkomponente um einen Betrag versetzt sind,
der der prf entspricht. Somit ist, wie es durch die 4A–4C veranschaulicht
ist, jede Filterfunktion mit einer eingehenden Spektralkomponente
ausgerichtet und ist an das gepulste Signal angepasst, wodurch andere Spektralkomponenten
heraus nullabgeglichen werden. Jede Filterfunktion in der Filterbank
kann von der anderen unabhängig
sein und kann ihre eigenen komplexen Gewichtungsfaktoren und Abgriffzählwerte
aufweisen.
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Zum
Beispiel ist die Filterfunktion 430 von 4C wirksam,
um die Spektralkomponente 406 von 4B auszuwählen und
durch den Nullabgleich der Filterfunktion 430 die anderen
Spektralkomponenten, die in 4B gezeigt
sind, zu unterdrücken.
Die anderen Filterfunktionen 432–440 sind dann auf
eine ähnliche
Weise wirksam, um entsprechende Spektralkomponenten auszuwählen und
andere Spektralkomponenten zu unterdrücken.
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Die 5A–5G veranschaulichen
die Ausgangssignale von jeder der unterschiedlichen Filterfunktionen,
die in 4C gezeigt sind. Das Filterbankausgangssignal
besteht aus einer Reihe von Sinuskurven, alle mit unterschiedlichen
Frequenzen. 5D zeigt das Signal 502,
das der IF der HF-Frequenz
des gepulsten HF-Signals entspricht, das von einer Mittelfilterfunktion
ausgegeben wird, wie zum Beispiel Filterfunktion 418 von 4C.
Die IF-Frequenzamplitude veranschaulicht den Verlust (1/2) an Signalenergie
proportional zu dem Lastzyklus (½). Die anderen Ausgangssignale 504, 506 und 508,
die in den 5A–5C gezeigt
sind, und 510, 512 und 514, die in den 5E–5G gezeigt
sind, entsprechen dann dem Ausgangssignal der anderen Filterfunktionen 430–440 von 4C.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine DUT, die getestet wird, normalerweise
unterschiedliche Wirkungen auf die unterschiedlichen Spektralkomponenten
des gepulsten HF-Signals hat. Es seien zum Beispiel die 5B und 5F betrachtet,
die Ausgangssignale 506 und 512 zeigen, bei denen
die DUT die Wirkung eines starken Dämpfens dieser Spektralkomponenten
hat.
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Die 6A–6G veranschaulichen
die Wirkung der Operation der Tonschiebefunktionen, die an die Ausgangssignale
angelegt werden, die in den 5A–5G gezeigt
sind. Wie es in den 6A–6G gezeigt
ist, ist die Tonschiebefunktion wirksam, um die Phase jedes der
Ausgangssignale, die in den 5A–5G gezeigt
sind, so einzustellen und auszurichten, dass die tonverschobenen Ausgangssignale 602–614 sich
bei einer Frequenz befinden, die der IF-Frequenz der HF-Frequenz entspricht.
Die Tonschiebefunktionen sind auch wirksam, um die Phasen der tonverschobenen
Ausgangssignale 602–614 auszurichten.
Bei Betrieb wird jede der sich ergebenden Sinuskurven von der Filterbank
mit einem Komplexwertmischkoeffizienten „w" derart gemischt, dass ihre sich ergebende
Frequenz und Phase korreliert sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen
muss die IF-Frequenzantwort der Hardware des VNA berücksichtigt
werden. In derartigen Fällen
könnte
eine IF-Frequenzantwortkalibrierung als ein Korrekturfaktor bei
den komplexen Mischkoeffizienten angewendet werden.
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Die
tonverschobenen Signale 602–614 der 6A–6G werden
dann von dem Tonschieber zu dem Akkumulator übertragen, der wirksam ist,
um Signale zu kombinieren. Im Allgemeinen umfasst diese Operation
des Akkumulators die Integration von tonverschobenen Signalen von
dem Tonschieber und liefert eine einzelne Sinuskurve, wie es in 7A gezeigt
ist, deren sich ergebende Amplitude eng mit der Amplitude der ursprünglichen
Sinuskurve übereinstimmt,
die bei dem gepulsten HF-Signal an- und ausgepulst wurde, das an
die DUT angelegt wurde. 7B zeigt
das Signal von 7A im Frequenzbereich. Dieses
Erfassen von mehreren Spektralkomponenten verringert einen Großteil des
Signalverlustes, der bei einem früheren System aufgetreten wäre, wo der
Verlust proportional zu dem Lastzyklus gewesen wäre, und das sich ergebende
kombinierte Signal wird dann analysiert, um die Charakteristika
der DUT zu bestimmen. Diese gleiche Verarbeitungstechnik, wie dieselbe
im Vorhergehenden beschrieben ist, kann für alle Messsignale und Referenzsignale
verwendet werden, die in das Empfangsmodul eingegeben werden, und
die verarbeiteten Signale werden dann durch das Analysatormodul
verwendet, um die Charakteristika der zu testenden Vorrichtung zu
bestimmen.
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Obwohl
nur spezifische Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung hier gezeigt und beschrieben sind, soll
die Erfindung nicht durch diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein.
Stattdessen soll der Schutzbereich der Erfindung durch diese Beschreibungen
zusammen mit den angehängten
Ansprüchen
und ihren Äquivalenten
definiert sein.
