DE602005005408T2

DE602005005408T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Frequenzantworts eines digitalen Empfängers

Info

Publication number: DE602005005408T2
Application number: DE602005005408T
Authority: DE
Inventors: Thomas E. Menlo Park Waschura
Original assignee: Synthesis Research Inc
Current assignee: Synthesis Research Inc
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: US8023558B2; EP1640734A1; JP2006098402A; DE602005005408D1; ATE389883T1; EP1640734B1; CA2525779A1; US20060067392A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Feld der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Diagnose- und Prüfungausrüstungen zur Analyse von Hochgeschwindigkeits-Datenbitströmen und im Besonderen auf Geräte und Methoden, die u. a. in der Lage sind, die analoge Eingangsleistung eines Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsempfängers zu messen.
Beschreibung der verbundenen Disziplin:
Der Frequenzgang ist ein allgemeines Messmittel zur Diagnose und Analyse eines Kommunikationskanals. Unter anderem definiert der Frequenzgang eines Kommunikationskanals die analoge Bandbreite, welche die Kanalkapazität begrenzt. Das Verständnis des Frequenzgangs ist ein wesentliches Element zur Diagnose von Problemen mit Einzelgeräten und Gesamtsystemen.
Gegenwärtig existieren kommerziell verfügbare Instrumente, die als Netzwerkanalysegeräte oder Vektor-Netzwerkanalysegeräte bekannt sind. Diese Analysegeräte messen den Frequenzgang direkt aus dem in der Prüfung befindlichen Kanal. Diese Geräte geben typischerweise Sinuswellen mit verschiedenen Frequenzen aus und messen den Sinuswellen-Leistungsausgang eines Prüflings.
Das Analysegerät kann dann das Verhältnis der Eingangsleistung zur Ausgangsleistung gegen die Frequenz für den Prüfling anzeigen.
Es ist bekannt, eine ähnliche Funktionalität aus separaten Geräten oder Instrumenten wie z. B. einem Synthesizer (Sinuswellengenerator) und einem RF-Leistungsmesser für einen manuellere Prüfung herzustellen. Leistungsmesser können in dieser Applikation auch durch Spektrums-Analysatoren ersetzt werden. Der Leistungsmesser kann die Ausgangsleistung eines Gerätes messen. In allen Fällen erzeugt das Prüfsystem eine Sinuswelle mit bekannter Amplitude und gibt diese in den Prüfling. Der Prüfling gibt dann eine Sinuswelle an das Prüfsystem zurück, und das Prüfsystem berechnet das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsleistung und stellt dieses dar. EP0269309 stellt einen Schaltkreis für die Bestimmungen von Frequenzgängen dar.
Jedoch prüft keines der vorgenannten Systeme oder Analysegeräte den echten Eingangsfrequenzgang eines Entscheidungsschaltkreises. Das Ziel eines Entscheidungsschaltkreises besteht z. B. darin, das Eingangssignal digital abzutasten und eine logische Eins oder Null als Ergebnis der Entscheidung auszugeben. Dies ist kompatibel zur Messung des Ausgangs einer Sinuswelle bei einer mit einem Leistungsmesser vorzunehmenden Leistungsmessung. Außerdem sind Entscheidungsschaltkreise häufig hoch in andere Funktionen integriert, einschließlich serielle bis parallele Schieberegister, welche die binären Entscheidungen in Multibit-Parallelworte zusammenfassen, die ihrerseits nicht in einen Leistungsmesser zur Leistungsmessung eingegeben werden können.
Daher besteht gegenwärtig ein dringender Bedarf an der Fähigkeit zur Messung des analogen Frequenzgangs des Prüflings, so dass eine geeignete Messung dieses Punkts eines Digitalempfängers vorgenommen werden kann. Es besteht daher immer noch das Bedürfnis der Fähigkeit zur Messung solcher digitalen Empfänger in Sendegeräten und reinen Empfangsgeräten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Frequenzgang-Messschaltkreis umfasst einen Generationsschaltkreis, der in der Lage ist, ein Eingangssignal zu liefern, das eine Spannung und programmierbare Frequenzeigenschaften aufweist. An den Generationsschaltkreis ist ein Entscheidungsschaltkreis gekoppelt, der dazu in der Lage ist, das Eingangssignal in vorbestimmten Intervallen als Antwort auf ein Abtast-Taktsignal abzutasten und die Amplitudeneigenschaften des Eingangssignals in Relation zu einem variablen Schwellensignal zu bestimmen. An den Entscheidungsschaltkreis ist ein Steuerschaltkreis angekoppelt, der dazu in der Lage ist, die Frequenzgangeigenschaften des Eingangssignals bei vari ierenden Frequenzen und Schwellspannungen in Reaktion auf das Frequenzsteuersignal zu bestimmen.
Eine Frequenzgang-Messmethode beinhaltet den Empfang eines Eingangssignals zum Abtasten. Anschließend erfolgt eine Abtastung der Spannungseigenschaften des Eingangssignals in Relation zu einem Schwellspannungswert bei einer korrespondierenden Frequenz. Dies kann z. B. durch den Vergleich der Eingangssignalspannung mit einem Schwellspannungswert erreicht werden. Anschließend erfolgt eine Einstellung des Schwellspannungswertes an die korrespondierende Frequenz. Danach erfolgt eine Abtastung der Spannungseigenschaften des Eingangssignals in Relation zur eingestellten Schwellspannungswert bei der korrespondierenden Frequenz. Dies kann z. B. durch den Vergleich der Eingangssignalspannung mit dem eingestellten Schwellspannungswert erreicht werden. Nach Durchführung des Vergleichs der eingestellten Spannungen werden die vorherigen Abtast- und Einstelloperationen wiederholt, bis die Eingangsspannung und die Schwellspannungen sich überschneiden. Dann werden die Überschneidungswerte in Relation zur korrespondierenden Frequenz aufgezeichnet. Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Methode und ein Gerät zur Messung einer analogen Eingangsfrequenzgangs am Entscheidungspunkt eines digitalen Empfängers herzustellen.
Die vorliegende Erfindung hat das zusätzliche Ziel, eine Methode und ein Gerät zur Messung eines analogen Eingangsfrequenzgangs am Entscheidungspunkt eines digitalen Empfängers bereitzustellen, der in vorhandene digitale Empfänger integriert werden kann.
Ein zusätzliches Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode und eines Gerätes zur Messung des analogen Eingangsfrequenzgangs am Entscheidungspunkt eines digitalen Empfängers, wobei ein solches Gerät und die Methode zu dessen Verwendung aus einem Standalone-Prüfgerät besteht, das wenige oder gar keine Modifikationen an gegenwärtig bestehenden digitalen Empfängern benötigt.
Ein von der vorliegenden Erfindung gebotener Vorteil ist die Fähigkeit zur Messung eines analogen Eingangsfrequenzgangs am Entscheidungspunkt eines digitalen Empfängers. Ein weiterer von der vorliegenden Erfindung gebotener Vorteil ist die Bereitstellung einer Methode und eines Gerätes zur Messung des analogen Eingangsfrequenzgangs am Entscheidungspunkt eines digitalen Empfängers unter Verwendung eines separaten Messinstruments, das nur geringe Veränderungen am digitalen Empfänger benötigt.
In einer exemplarischen Ausgestaltung gibt es verschiedene Mechanismen zur Messung der minimalen und maximalen Amplitude einer Eingangssinuswelle. In der exemplarischen Ausgestaltung werden die maximalen und minimalen Amplituden durch Verschieben der Entscheidungs-Schwellspannung des Entscheidungsschaltkreises und anschließender Messung der Änderung in der resultierenden Entscheidung bestimmt. Es wird geschätzt, dass als Ergebnis der Durchführung der Methode der vorliegenden Erfindung dass die Messung synchron oder asynchron zur Abtastrate des Entscheidungsschaltkreises durchgeführt werden kann. (Anm. d. Übersetzers: Ausgangssatz grammatisch falsch)
Der asynchrone Modus der exemplarischen Ausgestaltung verwendet eine Abtastung der angewandten Sinuswelle mit bekannter Amplitude. In diesem Fall, wenn sich der Entscheidungspunkt "innerhalb" der Amplitude der Sinuswelle befindet, sind die Ausgangsentscheidungen nominal zu 50% wahr und zu 50% falsch. Wenn die Schwellspannung jedoch über den angewendeten Sinuswelleneingang verschoben wurde, sind alle angewendeten Signalspannungen unter dem Schwellwert, so dass alle logisch falschen Werte ausgegeben werden. Wenn analog dazu die Schwellspannung unter den angewendeten Sinuswelleneingang verschoben wurde, sind alle angewendeten Signalspannungen über dem Schwellwert, so dass alle logisch richtigen Werte ausgegeben werden. Durch Verschieben der Schwellspannung auf eine sehr hohe Spannung und anchließende stufenweise Absenkung auf den Punkt, an dem keine logisch falschen Werte mehr empfangen werden, kann die maximale Amplitude gemessen werden. Analog dazu kann durch Verschieben der Schwellspannung auf eine sehr niedrige Spannung und anschließende stufenweise Anhebung auf den Punkt, an dem keine logisch richtigen Werte mehr empfangen werden, die minimal angewendete Sinuswellenamplitude gemessen werden. Ausgestaltungen, die asynchrones Abtasten verwenden, können auf einfache Weise sowohl niedrige als auch hohe Frequenzgänge außerhalb des vom Prüfling unterstützten entscheidungsbildenden Frequenzbereichs messen. Ausgestaltungen, die synchrones Ab tasten verwenden (so, dass die angewendete Sinuswellenfrequenz – in einigen Oktaven – zur Abtastrate des Entscheidungsschaltkreises synchron ist) schränken die Flexibilität der angewendeten Sinuswellenstimulation ein und erschweren die Einrichtung. Außerdem müssen synchrone Einrichtungen die Abtastzeit über den angewendeten Sinuswelleneingangsfrequenz abstufen, um weiter herauszufinden, wo die Maxima und Minima der Eingangssinuswelle auftreten. In Fällen, in denen der Entscheidungsschaltkreis nur mit einer sehr schmalbandigen Eingangsfrequenz arbeitet (d. h. bei einer Frequenz), würde eine asynchrone Abtastung die breitbandigsten Ergebnisse hervorrufen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung muss auf die nachfolgenden detaillierten Beschreibungen der Erfindung Bezug genommen werden, die zu den jeweiligen Abbildungen gehören, in denen gleiche Teile gleiche Referenznummern gegeben werden und für die:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Frequenzgangschaltkreises darstellt, der in einem asynchronen Modus arbeitet;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Frequenzgangschaltkreises darstellt, der in einem synchronen Modus arbeitet;
3 ein Zeitdiagramm darstellt, welches den Ausgang des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung darstellt, wenn sie in einem asynchronen Modus arbeitet, und
4 ein Zeitdiagramm darstellt, welches den Ausgang des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung darstellt, wenn sie in einem synchronen Modus arbeitet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nun mit größerer Genauigkeit und mit Bezug auf die 1–4 beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann in vielen verschiedenen Formen ausgestaltet werden und darf nicht als auf die hier dargestellten exemplarischen Ausgestaltungen beschränkt ausgelegt werden; diese Ausgestaltungen sind angeführt, damit diese Bekanntgabe sorgfältig und vollständig ist und die Erfindung sachkundigen Personen vollständig beschreibt.
Personen mit grundlegendem Verständnis der Sache werden verstehen, dass der Frequenzgang eines Systems die Grafik des Verhältnisses des Ausgangs eines Systems im Vergleich zum Eingang des Systems gegenüber der Frequenz des Eingangs darstellt. Eine solche Grafik kann mit herkömmlichen Systemen nicht erstellt werden, da der Ausgang eines Entscheidungspunktes eines digitalen Empfängers nicht als ein analoger Ausgang zugänglich ist, der zur Durchführung von Leistungsmessungen bereit ist. Statt dessen muss der Entscheidungsschaltkreis selbst verwendet werden, um die Messung direkt am Entscheidungspunkt durchzuführen. Dies wird durch die Stimulation des Eingangs eines Entscheidungsschaltkreises mit einer Sinuswelle einer bestimmten Frequenz und anschließender Steuerung der Entscheidungsschwellenspannung nach oben und unten durchgeführt, um herauszufinden, welche Schwellenspannungen dem Maximum und dem Minimum der Eingangsstimulans entspricht. Dieses Ergebnis stellt die Amplitude des empfangenen Signals am Eingang zum Entscheidungsschaltkreis dar und kann anschließend gegen die bekannte angewendete Sinuswellenamplitude (die bekannt sein kann, weil sie kalibriert ist) für alle Frequenzen von Interesse ausgegeben werden. Es gibt mehrere Mechanismen, die einem Entscheidungsschaltkreis die Messung des Maximums und des Minimums der Eingangssinuswelle ermöglichen. Diese schließen die Verschiebung der Entscheidungsschwellspannung des Entscheidungsschaltkreises und die Messung der Änderung in daraus resultierenden Entscheidungen ein. Dies kann synchron oder asynchron zur Abtastrate des Entscheidungsschaltkreises erfolgen.
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Frequenzgangschaltkreises 20 dar, der in einem asynchronen Modus arbeitet. Der Frequenzgang-Messschaltkreis 20 beinhaltet einen programmierbaren Frequenz-Sinuswellengenerator 22, der ein Eingangssignal 23 liefert, zum Beispiel eine Sinuswelle, zu einem ersten Eingang eines Entscheidungsschaltkreises 25, der auch als Prüfling 25 bezeichnet wird. Das Eingangssignal 23 hat eine Amplitude V_in. Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Berechnungen muss V_in ein bekannter Wert sein. V_in kann während einer Kalibrierungs- oder Initialisierungsphase des Frequenzgang-Messschaltkreises 20 oder eines größerem Schaltkreises oder Systems, von dem der Frequenzmessschaltkreis 20 ein Teil darstellt, gemessen werden. Der Entscheidungsschaltkreis 25 beinhaltet einen Komparator 24 mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang, sowie einen Signalspeicher oder einen Speicherbaustein 125, zum Beispiel ein Flip-Flop des Typs D. Das Eingangssignal 23 ist an den ersten (d. h. positiven) Eingang des Komparators 24 gekoppelt. Der zweite (d. h. negative) Eingang des Komparators 24 ist an ein Schwellsteuersignal 29 gekoppelt, das von einem Schwellsteuerschaltkreis 28 zur Verfügung gestellt wird. Ein Abtast-Taktgenerator 26, zum Beispiel ein kommerziell verfügbarer Synthesizer oder ein anderer geeigneter Frequenzoszillator stellt das Abtast-Taktsignal 27 zur Verfügung, das an den Trigger- oder den Takteingang (CLK) des Speicherbausteins 125 und des Zählers 34 gekoppelt ist. Das Abtast-Taktsignal 27 beschaltet den Speicherbaustein 125 des Entscheidungsschaltkreises 25, und lässt dadurch den Speicherbaustein 125 das Eingangssignal 23 abtasten und das logische Ergebnis (z. B. logische Eins oder logische Null) an den ersten Eingang des Logik-Gates (z. B. exklusiv ODER) übermitteln. Das logische Ergebnis ist die vom Komparator 24 zur Verfügung gestellte Ausgabe, die aus dem Wert des Vergleichs zwischen dem Wert der Amplitude des Eingangssignals V_IN und der angewendeten Wert der Schwellspannung 29 besteht. Wenn in einer exemplarischen Ausgestaltung die Amplitude des Eingangssignals 23 größer ist als der Wert des Schwellsignals 29, wird am Ausgang des Entscheidungsschaltkreises 126 eine logische Eins zur Verfügung gestellt.
Die Frequenz des Abtast-Taktsignals 27 kann auf eine beliebige Frequenz eingestellt werden, die sich ausreichend vom Eingangssignal 23 unterscheidet, auf eine Sinuswelle oder eine Oktave dieser Sinuswellenfrequenz (Eingangssinuswelle 23). In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Frequenz des Abtast-Taktsignals 27 auf 9/100 der Datenfrequenz gestellt. Diese Restriktion stellt sicher, dass es zu einer gleichmäßigen Verteilung von Abtastungen zu verschiedenen Phasen der Eingangssinuswelle 23 kommt, die die Anforderung erfüllt, dass die Taktung asynchron zu sein hat. Wenn die Abtast-Taktsignale zu dicht beieinander liegen, kann die Abtastung nur an einer Phase des Eingangssignals 23 verweilen und ein falsches Ergebnis erzeugen. Wenn Frequenzgangmessungen neben der Frequenz gewünscht werden, die für die Eingangs-Abtasttaktung verwendet wird, kann die Frequenz des Abtast-Taktsignals 27 verschoben werden, um ein ausreichendes asynchrones Verhalten sicherzustellen. Die Höhe der Frequenzabweichung zwischen der Eingangssinuswelle 23 und dem Abtasttaktsignal 27 (oder einer beliebigen Oktave) hängt davon ab, wie lange jede Messung dauert. Für sehr kurze Messungen wird eine Frequenz mit wesentlich weniger Bezug benötigt. Für längere Messungen können engere Taktfrequenzen verwendet werden. Ein Schwellsteuerschaltkreis 28, zum Beispiel ein D/A-Wandler und ein Betriebsverstärker/Puffer, der zur Umwandlung digitaler Werte in die gewünschten analogen Schwellwerte verwendet wird, stellt einem zweiten Eingang des Komparators 24 ein Schwellsteuersignal 29 zur Verfügung. Die Größe (z. B. die Spannung) des von dem Schwellsteuerschaltkreis 28 zur Verfügung gestellten Signals wird von einem eingestellten Schwellsignal 38 gesteuert. Das Schwellsteuerspannungssignal 29 kann in Abhängigkeit von der gesuchten Messung variiert werden.
In der Applikation wird die auf den Entscheidungsschaltkreis 25 angewendete Schwellspannung 29 auf einen höheren Pegel gestellt als jeder Teil der angelegten Spannungspegels des Eingangssignals 23. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Entscheidungsschaltkreis 126 nur Nullen ausgeben, die angeben, dass zu allen von dem Abtasttaktsignal 27 definierten Abtastzeiten der Eingangssinuswelle 23 unterhalb der angelegten Schwelle 29 liegen. Anschließend wird die Schwellsignalspannung 29 in kleinen Inkrementen gesenkt, bis der Entscheidungsschaltkreis 126 nicht mehr nur Nullen ausgibt. Diese Spannung wird als V_hi definiert.
Ein Prozessor oder Steuerschaltkreis 30, zum Beispiel ein Mikroprozessor, Mikrocontroller, eine dedizierte Hardware (z. B. ASIC) oder ein auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführter Softwarecode stellt den Spannungspegel des Schwellsteuersignals 29 durch Anlegen eines Stell-Schwellsignals 38 an den Schwellsteuerschaltkreis 38 ein. Um V_low zu definieren, stellt der Steuerschaltkreis 30 das Stell-Schwellsignal 38 auf einen niedrigen Wert, z. B. zweimal niedriger als die erwartete V_low des Signals. Dieser Wert ist so niedrig, dass der Ausgang des Entscheidungsschaltkreises 126 immer eine logische Eins ist.
Sobald dieser Schritt abgeschlossen ist, steigert der Steuerschaltkreis 30 die vom Schwellsteuerschaltkreis 28 angelegte Spannung in Inkrementen, bis der Entscheidungsschaltkreis 126 nicht länger nur Einsen ausgibt. Diese Schwellspannung wird als die V_low betrachtet. Die Amplitude der vor dem Entscheidungsschaltkreis 25 angelegten Spannung, V_out, wird dann als V_hi minus V_low berechnet und kann vom Steuerschaltkreis 30 als die Frequenz des Eingangssignals 23 als Verhältnis von V_out/V_in ausgegeben werden. Dieser gesamte Prozess wird dann für alle Sinuswellenfrequenzen von Interesse wiederholt. So können zum Beispiel für einen Eingang von 12,5 Gbit/sec für einen Hochleistungs-Bitfehlerraten-Entscheidungsschaltkreis die Frequenzen von Interesse zwischen 1 MHz und 26 GHz liegen.
Um zu bestimmen, wann der Entscheidungsschaltkreis 126 nicht länger nur Einsen oder nur Nullen generiert, wird ein Ein-Bit-Komparator (in Form eines Exklusiv-ODER-Gates) 32 verwendet. Der erste Eingang in das Exklusiv-ODER-Gate 32 ist an den Ausgang 126 des Entscheidungsschaltkreises 25 gekoppelt. Der zweite Eingang in das Exklusiv-ODER-Gate 32 ist an den Ausgang 31 des Vergleichspegel-Steuerschaltkreises 30 gekoppelt. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gates 33 ist eine logische Eins, wenn die zwei Eingangssignale nicht übereinstimmen. Dies bedeutet, dass ein Vergleichspegel-Steuerschaltkreis 30 einstellen kann, welcher Logikpegel ein Aktivierungssignal 33 für den wartenden nachgeschalteten Zähler 34 produziert. Wenn der Ausgang des Vergleichspegel-Steuerschaltkreises 31 eine Eins ist, würde jede Ausgabe einer logischen Null aus dem Entscheidungsschaltkreis 25 gezählt. Wenn alternativ dazu der Ausgang des Vergleichspegel-Steuerschaltkreises 31 eine Null ist, würde jede Ausgabe einer logischen Eins aus dem Entscheidungsschaltkreis 25 gezählt. Auf diese Weise kann der Steuerschaltkreis 30 den Zählwert im Zähler 35 über wachen, um festzustellen, wann der geeignete Schwellwert erreicht ist.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis 30 die Abtasttaktfrequenz direkt steuern. Nach dem Durchschreiten aller Sinuswellenfrequenzen von Interesse und nach dem Messen der V_low- and V_hi-Signale kann der Steuerschaltkreis 30 eine Grafik anzeigen (unter dem Steuerschaltkreis 30 dargestellt) oder den Frequenzgang des Eingangs zum Entscheidungsschaltkreis in tabellarischer Form darstellen.
2 stellt ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Frequenzgang-Messschaltkreises 40 dar, der zur Arbeit in einem synchronen Modus konfiguriert ist. Im Synchronmodus können die Frequenz des Eingangssignals 123 und die Frequenz des Abtast-Taktsignals 127 die gleiche sein.
Wie bereits erwähnt, ist diese etwas mehr darin eingebunden, eine synchrone Gangmessung durchzuführen, und sie ist etwas stärker limitiert. Die synchrone Ausgestaltung ist jedoch wichtig und unter einigen Umständen erforderlich. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Frequenz des Abtast-Taktsignals 127 und die Frequenz des Eingangsdatensignal 123 sich aufeinander beziehen müssen, wie im Falle eines eingebauten Taktgebers und einer Datenwiederherstellungseinheit.
In der synchronen Ausgestaltung 40 ist ein Sinuswellen- und Taktgeneratorschaltkreis 122 als erster Eingang (an Komparator 24) an den Entscheidungsschaltkreis oder Prüfling 25 gekoppelt. Die synchrone Ausgestaltung 40 schließt außerdem einen Steuerstromkreis 28, einen Steuerstromkreis 30 und einen Zähler 34 ein; diese führen alle analoge Funktionen für die vorher beschriebene asynchrone Ausgestaltung 20 aus und sind in einer Weise miteinander verbunden, die der vorher beschriebenen asynchronen Ausgestaltung 20 entspricht, mit der Ausnahme der Unterschiede, die von einer synchronen anstelle von einer asynchronen Taktgebung definiert werden.
In der synchronen Ausgestaltung 40 wird das Eingangs-Sinuswellensignal 123 einer bekannten einfallenden Amplitude zusammen mit einem korrespondierenden synchronen Abtast-Taktsignal 127 durch den Sinuswellen- und Taktgenerator 122 als Antwort auf das eingestellte Frequenzsteuersignal 37 generiert. Das Verhältnis zwischen der Frequenz des Abtast-Taktsignals 127 und der Frequenz des Eingangssignals 123 (z. B. Sinuswelle) kann eine Oktave (höher) oder ein harmonischer (niedrigerer) ganzzahliger Wert sein. So kann z. B. das Eingangssignal 123 mit einem Leistungsteiler aufgeteilt und dann ein Geteiltdurch-N-Schaltkreis verwendet werden, um ein niederfrequentes Abtust-Taktsignal 127 zu erzeugen, das auf die Taktung (CLK) angewendet werden würde, oder einen Eingang für den Speicherbaustein 125 des Entscheidungsschaltkreises 25 aktiviert, der für die Abtastung des Ausgangssignals des Komparators 24 verantwortlich ist, der dem Ergebnis des Vergleichs des Eingangssignals 123 und des Schwellspannungswerts 29 entspricht. (Anm. d. Übers.: Bezüge im Ausgangssatz unklar) In einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung können zwei Taktgeneratoren zur Verfügung gestellt sein, die eine gemeinsame Sperrbezugsfrequenz unterstützen, z. B. 10 MHz.
Die Messung von V_low und V_hi in der synchronen Messungsausgestaltung 40 erfordert außerdem, dass die Phase des Abtust-Taktsignals 127 im Vergleich zum Eingangssignal 123 eingestellt wird. Der Grund dafür ist, dass alle Abtastungen des Entscheidungsschaltkreises 25 verglichen mit dem Schwellsteuersignal 29 sich auf einer wiederholenden Phase des Eingangssignals 123 befinden und alle möglichen Phasen des Eingangssignals 123 durchlaufen werden müssen, um die niedrigsten und höchsten Punkte zu finden, an denen der Ausgang des Entscheidungsschaltkreises 126 sich von nur Einsen in nur Nullen ändert, um die Amplitude des Eingangssignals 123 zu dem Entscheidungsstromkreis 25 zu bestimmen. Dieser zusätzliche Durchlaufprozess, der in asynchronen Messungen nicht erforderlich ist, wird aufgrund der Tatsache benötigt, dass die asynchronen Messungen natürlich Abtastungen an allen Phasen des Eingangssignals 123 vornehmen, was eine zusätzliche Komplikation für die synchrone Applikation darstellt. Dies bedeutet, dass der Steuerschaltkreis 30 die Schwellsteuerspannung 29 von einem hohen Pegel, an dem der Entscheidungsschaltkreis 126 nur Nullen ausgibt, inkremental zu niedrigeren Werten durchlaufen muss, bis der Entscheidungsschaltkreis 126 nicht länger nur Nullen ausgibt. Anschließend muss der Steuerschaltkreis 30 diese Schwellwerte für alle Inkremente der Phase des Eingans-Sinuswellensignals 123 reproduzieren und, wenn die Messungen für alle Phasen des Eingangs-Sinuswellensignals abgeschlossen sind, den Speicher durchsuchen, um die höchsten und niedrigsten Schwellwerte zu finden. Diese beiden Schwellwerte werden subtrahiert, um V_out für den synchronen Fall zu bestimmen.
Nach Durchführung der vorgenannten Operationen kann der Steuerschaltkreis 30 das Verhältnis von V_out/V_in gegenüber allen Frequenzen des Einganssignals 123 entweder grafisch oder tabellarisch darstellen, um den Frequenzgang des Eingangs in den Entscheidungsschaltkreis 25 zu zeigen.
3 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches den Ausgang des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung darstellt, wenn sie in einem asynchronen Modus arbeitet. In diesem Zeitdiagramm 50 werden die Q-Ausgänge vom Entscheidungsschaltkreis für mehrere hohe, mittlere und niedrige Spannungsschwellen dargestellt. Wenn, wie dargestellt, die angelegte Schwellspannung auf V_min gesetzt ist, gibt die Q-Ausgabe des Entscheidungsschaltkreises nur Einsen aus. Daher liegen alle Teile des Eingangssignals über den Schwellwert. Ist die angelegte Schwellspannung auf V_max gesetzt, gibt der Entscheidungsschaltkreise nur Nullen aus. 3 zeigt auch, dass alle Abtastungen des Eingangssignals unter der Schwellensteuerspannung bei V_max liegen.
Wenn die Schwellsteuerspannung auf V_mid gesetzt ist, gibt der Entscheidungsschaltkreis eine alternierende Sequenz von Einsen und Nullen aus. Wie in der seitlichen Grafik gezeigt, die der durchschnittlichen Tastverhältnismessung gegenüber der Schwellsteuerspannung entspricht, und die davon abhängt, wo genau sich die Schwelle V_mid im Vergleich zu den Kanten der Eingangssinuswelle befindet, reicht das durchschnittliche Tastverhältnis des Ausgangs des Entscheidungsschaltkreises von 0% bis 100%. In der Mitte einer Sinuswelle beträgt das durchschnittliche Tastverhältnis z. B. nominal 50%.
4 stellt ein Zeitdiagramm 60 dar, welches den Ausgang des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung darstellt, wenn sie in einem synchronen Modus arbeitet. Wie gezeigt, definiert und identifiziert die synchrone Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung V_lo und V_hi des Eingangssignals. Wie bereits erwähnt, müssen viele Messungen bei jedem Zeitversatz T_i durchgeführt werden, um die höchste und die niedrigste im Eingangssignal vorkommende Spannung zu finden. Bei jedem Zeitversatz innerhalb des Zyklus des Eingangssignals wird das Schwell-Steuerspannungssignal ausgehend von V_max, wobei der Entscheidungsschaltkreis nur Nullen ausgibt, inkremental gesenkt, bis der Entscheidungsschaltkreis nicht länger nur Nullen ausgibt, durchfahren. Der Steuerschaltkreis ruft dann diesen Spannungsschwellpegel ab. Sobald Messungen für alle Zeitversatzinkremente, die einen Zyklus des angelegten Eingangssignals definieren, durchgeführt worden sind, kann der Steuerschaltkreis die gemessenen Ergebnisse durchsuchen, um den höchsten und niedrigsten gemessenen Wert V_lo und V_hi zu finden.
Bei jedem gegebenen Zeitinkrement, und abhängig davon, wie die Schwellsteuerspannung in Bezug auf das Eingangssignal eingestellt ist, variiert das Taktverhältnis des Entscheidungsschaltkreises von 0% bis 100%. In diesem Fall, der sich von dem asynchronen Fall unterscheidet, reicht die Variation des Tastverhältnisses in der kleinen Menge von Spannungsschwellen, die das Rauschen auf der einzelnen Spur der Sinuswelle darstellen, wie in der seitlichen Grafik in 4 dargestellt, vollständig von 0% bis 100%. Ein rauschendes Eingangssignal hat eine sanftere Steigung, die sich über ein Tastverhältnis von 0% bis 100% erstreckt, wogegen ein sauberes (oder nicht rauschendes) Eingangssignal eine sehr steile Steigung aufweist, die sich über ein Tastverhältnis von 0% bis 100% erstreckt.
Der Steuerschaltkreis 30 ist erforderlich, um die Ergebnisse der Frequenzgangmessung der vorliegenden Erfindung zu steuern, zu messen, zu berechnen und darzustellen. Ein exemplarischer Pseudocode für einen Algorithmus, der zur Implementierung der notwendigen asynchronen Messfunktionen verwendet werden kann, ist nachstehend dargestellt:
Sobald dieser Algorithmus abgearbeitet wurde, enthält der Array "FreqResponse" alle Frequenzgänge, die den Frequenzen von Interesse zwischen Fmin und Fmax bei einer durch Fstep definierten Auflösung entsprechen.
Ein ähnlicher Algorithmus besteht für die synchrone Ausgestaltung 40 der vorliegenden Erfindung. Dieser alternative Ansatz muss einen weiteren Schritt umfassen, mit dem er alle Phasenversatze im Eingans-Sinuswellensignal durchsucht, um die höchsten und niedrigsten Signale zu finden. Ein Algorithmus, der die synchrone Frequenzgangmessung-Funktionalität der vorliegenden Erfindung implementiert, ist nachstehend aufgeführt:
Sobald dieser Algorithmus abgearbeitet wurde, enthält der Array "FreqResponse" wieder alle Frequenzgänge, die den Frequenzen von Interesse zwischen Fmin und Fmax bei einer durch Fstep definierten Auflösung entsprechen.
Zusammenfassend stellt diese Erfindung exemplarische Methoden und Geräte zur Messung des analogen Eingangsfrequenzgangs eines Entscheidungsschaltkreises vor, indem der digitale Entscheidungspunkt verschoben wird und dabei die Unterschiede in den resultierenden Entscheidungen gemessen werden, um die Amplitude eines angelegten Eingangssignals zu messen. Das Verschieben des Entscheidungspunktes kann sich auf eine Änderung der Spannung (nach oben und unten) beschränken, wenn eine asynchrone Abtastung verwendet wird, oder eine Änderung von Spannung und Zeit umfassen, wenn eine synchrone Abtastung verwendet wird. Ein synchrones oder asynchrones Messen ermöglicht das Durchfahren des Eingangs-Sinuswellenschubs, um alle Frequenzen von Interesse abzudecken und die gemessene Amplitude im Vergleich zur angewendeten Amplitude auszugeben, um so den Frequenzgang zu erhalten.
Die vorangegangene detaillierte Beschreibung hat verschiedene erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Methode und des Gerätes beschrieben; es ist jedoch zu beachten, dass die o. a. Beschreibung nur illustrativer Natur ist und die hier dargelegte Erfindung nicht limitiert. Die Erfindung wird daher nur durch die nachfolgenden Ansprüche limitiert.

Claims

Frequenzantwortmessschaltkreis (20) mit: einer Schaltung (22), die wirksam ist, ein Eingangssignal (23) mit einer Spannung und programmierbaren Frequenzkenndaten in Antwort auf ein Frequenzkontrollsignal (37) zu erzeugen; einer Schaltung (25), die wirksam ist, um das Eingangssignal (23) in festgelegten Intervallen in Antwort auf ein Abtasttaktsignal (27) abzutasten und die Amplitudenkenndaten des Eingangssignals (23) relativ zu einem veränderlichen Schwellensignal (29) zu bestimmen; und einer Kontrollschaltung (36), die wirksam ist, um die Frequenzantwort-Kenndaten des Eingangssignals (23) bei sich verändernden Frequenzen in Antwort zum Frequenzkontrollsignal (37) zu bestimmen.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Schaltung (34), die wirksam ist, um die Anzahl der Fälle zu bestimmen, in denen die Spannung des Eingangssignals (23) sich innerhalb eines begrenzten Spannungsbereichs befindet.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschaltung (36) das Frequenzkontrollsignal (37) und das Spannungs-Schwellensignal (38) in Antwort auf ein Zählerstandsignal (35) zur Verfügung stellt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Bereich in Antwort auf die die Höhe der Spannung des Schwellensignals (38) modifizierende Kontrollschaltung (36) erzeugt wird.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschaltung (36) den unteren Wert des begrenzten Bereichs durch Absenken des Spannungs-Schwellen signals (38) auf einen Wert definiert, bei dem die Spannung des Eingangssignals (23) das Spannungs-Schwellensignal (29) übersteigt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschaltung (36) den oberen Wert des begrenzten Bereichs durch Anheben des Spannungs-Schwellensignals (38) auf einen Wert definiert, bei dem das Spannungs-Schwellensignal (29) die Spannung des Eingangssignals (23) übersteigt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzantwort bestimmt wird, indem die Kontrollschaltung (36) den unteren Grenzwert des begrenzten Bereichs vom oberen Grenzwert des begrenzten Bereichs bei der korrespondierenden Abtasttaktfrequenz (27) abzieht und den sich ergebenden Wert als Funktion der korrespondierenden Abtasttaktfrequenz (27) ausgibt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Abtasttaktsignals (127) asynchron zur Frequenz des Eingangssignals (123) ist.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Abtasttaktsignals (127) synchron zur Frequenz des Eingangssignals (123) ist.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsschaltung (25) die Amplitudenkenndaten des Eingangssignals (123) bei jedem Auftreten eines synchronen Abtasttaktsignals (127) bestimmt; und dass die Kontrollschaltung (36) wirksam ist, um die Frequenzantwortkenndaten des Eingangssignals (123) über jedes Auftreten des synchronen Abtasttaktsignals (127) und jeder Phase des Eingangssignals (123) zu bestimmen.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 10, weiter gekennzeichnet durch eine Schaltung, die wirksam ist, um die An zahl der Fälle zu bestimmen, in denen die Amplitude des Eingangssignals (23) einen Spannungs-Schwellenwert (29) bei einer gegebenen Abtastfrequenz übersteigt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 10, weiter gekennzeichnet durch eine Schaltung (30, 32, 34), die wirksam ist, um die Anzahl der Fälle zu bestimmen, in denen der Spannungs-Schwellenwert (29) die Amplitude des Eingangssignals (23) bei einer gegebenen Abtastfrequenz übersteigt.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschaltung (36) die Amplitude des Spannungsschwellenwerts (29) einstellt, indem sie das auf eine Schwellwert-Kontrollschaltung (28) einwirkende Schwellwert-Kontrollsignal inkremental verändert.
Frequenzantwortmessschaltkreis (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschaltung (36) den Größenunterschied bei jeder Abtastfrequenz bestimmt und aufrecht hält, wenn die Amplitude des Eingangssignals (23) die Schwellenspannung (29) nicht länger übersteigt und wenn die Schwellenspannung (29) die Amplitude des Eingangssignals (23) nicht länger übersteigt.
Frequenzantwortmessverfahren, beinhaltend: Empfangen eines Eingangssignals (23, 123), das von einer Erzeugerschaltung (22, 122) zur Verfügung gestellt wird; Abtasten (125) der Spannungskenndaten des Eingangssignals (23, 123) relativ zu einem Spannungs-Schwellenwert (29) bei einer korrespondierenden Abtastfrequenz (27, 127); Nachstellen des Spannungs-Schwellenwerts (29) bei der korrespondierenden Abtastfrequenz (27, 127); Abtasten (125) der Spannungs-Kenndaten des Eingangssignals (23, 123) relativ zu dem nachgestellten Spannungs-Schwellenwerts (29) bei der korrespondierenden Abtastfrequenz (27, 127); Wiederholen der Abtast- und Nachstellschritte, bis sich die Spannung des Eingangssignals (23, 123) und die nachgestellte Schwellenspannung überschneiden; und Aufrechthalten des Schnittwerts (33) relative zur korrespondierenden Abtastfrequenz (27, 127).
Frequenzantwortmessverfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch Erzeugen eines Graphs des Verhältnisses von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung über der korrespondierenden Abtastfrequenz an einem Schnittpunkt.
Frequenzantwortmessverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastschritt (125) die Durchführung eines Vergleichs (24) zwischen der Spannung des Eingangssignals (23, 123) und einer Kontroll-Schwellenspannung (29) beinhaltet.
Frequenzantwortmessverfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch Zählen (34) der Anzahl von Fällen, in denen sich die Spannung des Eingangssignals (23, 123) und die Schwellenspannung schneiden.
Frequenzantwortmessverfahren nach Anspruch 18, weiter gekennzeichnet durch Modifizieren des Werts der Schwellenspannung (38) in Antwort auf die Schnittpunktzählung (35).