TWI334288B - Dual sine-wave time stamp method and apparatus - Google Patents

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1334288 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於信號時序量測之領域。 【先前技術】 資料通信設備及其他電子設備之測試常包含波形時序分 析，其中記錄發生波形中之一事件的精碎時間係必要的。 隨著經由設備傳輸之資料量已曰益增加，必須分析之信號 波形之速度亦已日益增加。 典型時戳電路計數在偵測被測波形中之一事件之前自參 考時脈接收之脈衝之數目。用於此類塑之時戳電路中之計 數器方法之時間解析度限制於參考時脈之週期及計數器電 路之最大計數速度。 已知藉由以一參考時脈充電並放電一電容器及在一事件 之時間時量測該電容器之電壓而將時戳解析度擴充至小於 參考時脈之一週期。電容器之時間/放電率通常係已知 的’所以可使用電容器電壓之知識來判定一時脈脈衝與一 事件之間的時間。然而，此方法具有一些不準確度且需要 校正’因為電容器之放電率通常為非線性的且在電容器之 間可顯著不同。 使用斜坡波形之計時方法（諸如電容性計時方法）尤其易 受雜訊影響，因為斜坡波形佔據較寬頻帶。在高密度/多 通道環境中（諸如在數位設備之測試環境中），此情況尤其 真實。增加斜坡波形之斜度可減少雜訊，但（在各缺點中） 係以增加功率消耗及發射之更高電流為代價。 115839.doc 1334288 本發明之另一說明性實施例提供一種用於藉由將第一週 期信號施加至第一追蹤及保持電路並將第二週期信號施加 至第二追蹤及保持電路來附加時戳於信號中之事件之方 法，其中該第二週期信號與該第一週期信號異相約9〇度。 根據該說明性實施例，將包括正經附加時戳之事件的信號 施加至第一及第二追蹤及保持電路以藉由該事件觸發該第 一及該第二追蹤及保持電路。 在該等說明性實施例中，可根據儲存於第一及第二追蹤 及保持電路中之振幅來判定第一及/或第二週期信號之相 角。可根據第一週期信號及/或第二週期信號之相角來判 定事件發生的第一及/或第二週期信號之循環内之時間。 第一及/或第二週期信號之循環計數亦可經判定並與一循 環内之時間組合以產生該事件之時戳。 本發明之另一說明性實施例提供一種用於提供包括與第 一追蹤及保持電路通信並與第二追蹤及保持電路通信之計 時信號源的-事件之時戳之裝置。該計時信號源可提供第 一計時信號及與該第一計時信號異相之第二計時信號。該 說明性實施例包括與第一及第二追蹤及保持電路通信之測 試信號輸入，使得將待在測試信號中時戳之事件作為—觸 發俏號提供至該第一及該第二追蹤及保持電路。與該第— 及該第二追蹤及保持電路通信之處理器可根據該說明性實 施例而設計以按照該第一及該第二計時信號之振幅的函數 來判定在事件之時間時之第—及第二計時信號中之至少— 者的相角及/或複座標。 115839.doc 1334288 【實施方式】 參看圖1大體描述用於以不受計時信號之週期限制之精 度來識別信號中之事件之時間的根據本發明之一說明 施例之裝置。熟習此項技術者應理解，諸如正弦波之 计時信號之振幅（例如）為相角之函數及時間之函數> 過來則並不正確，而言，在週期計時信號中，時； 相角皆並非為振幅之函數，亦即，其不具有ι:ι信號 對時間關係，原因係在對應於特定振幅之週期信號之每— 週期中存在兩個時間及相角。因此，獲得一個以上之計時 k唬振幅以便判定計時信號之相角係必要的。本發明之各 種說明性實施例可藉由同時资測彼此異相之-對週期計時 信號中之兩者的振幅而達成1:1信號空間對時間關係。 根據本發明之一說明性實施例，將第一計時信號12施加 至第一追蹤及保持電路16。將第二計時信號14施加至第二 追縱及保持電路18。在該說明性實施例中，計時信號為具 有作為時間之函數而變化之相角的週期信號。舉例而言， 將事件13(諸如來自被測設備2〇之信號中之脈衝）施加至第 追蹤及保持電路16以及第二追蹤及保持電路18。在該說 明性實施例中，處理電路22經提供與該第一及該第二追蹤 及保持電路16、18通信。 事件13觸發該第一及該第二追縱及保持電路.18，以 保持在事件13之時間時的第一及第二計時信號12、14之振 te並將在事件13之時間時的第一及第二計時信號12、14中 之每一者之振幅提供至處理電路22。處理電路22自該第一 S ) 115839.doc :該第二追縱及保持電路16、18接收表示 :的r及第二計時信號12、14之振幅的-對信號或資: 技在第-及第二計時信號之該對振幅與相角之間應存在 f接關係。在各種說雜實施财，此直接關係可源自呈 =頻率之計時信號，例如…第二計時信號經獲得 ::第-計時信號之經相移之複本…般熟習此項技術者 應瞭解’在本發明之㈣内可提制於提供計時信號之一 對振幅與相角之間的直接關係之其他方法，例如，藉由在 第一與第二計時信號之間協調相角。 與在本發明之該說明性實施财，處理電路22藉由使用數 于公式或查詢表敎對應於第—及第二計時信號之振幅對 之相角。處理電路可接著計算在第—及/或第二計時信號 ，週期内的事件之時間。一般熟習此項技術者應理解—對 十時七號振巾田與汁時信號之相角之間的對應關係可實施於 數學公式或查詢表中。 一旦已知一計時信號之週期内之一事件的時間，即可藉 由將自開始時間至其中發生事件之計時信號循環之開始的 時間添加至該計時信號循環内之事件的時間，來判定相對 I開始時間之事件的時間。應理解，本文中術語"時戳" 可與"判定事件之時間，•互換地使用且本發明之範«内描述 之時戳+限於判定循環内之時間、判定自開始時間之一 事件的時間或當時間經判定時記錄事件之時間。參看圖2 描述根據本發明之—說明性實施例之用於偵測相對於一開 始時間之一事件的時間之裝置。 115839.doc •9- 1334288 參看圖2而描述之裝置類似於圖1之裝置且額外包括與觸 發輸入15通指之什數器電路24。計數器電路24亦與處理電 路22通信》 在該說明性實施例中，計數器電路24接收第一計時信號 12及/或第二計時信號14且計數其循環。計數器電路μ將 表示相對於第一計時信號12及/或第二計時信號14之開始 時間之循環計數的信號提供至處理電路22。處理電路Μ可 使循裱計數與計時信號之週期相乘以判定開始時間與其中 發生事件之第一及/或第二計時信號12、14的週期之間的 時間。處理電路可接著將自計數器資訊計算之計時信號循 裱之時間與自計時信號振幅對判定之計時信號循環内之時 間組合’以便計算相對於開始時間之事件的精確時間。 一般熟習此項技術者應瞭解，不必具有用以產生相對於 彼此而異相之第一計時信號12及第二計時信號14的兩個單 獨的計時信號源。參看圖3描述使用一信號源來提供第一 及第二計時信號的根據本發明之一說明性實施例之裝置。 圖3之裝置類似於圖2之裝置且包括與計時信號源26通信 之相移電路28。該相移電路亦與第一及第二追蹤及保持電 路16、18通信。 在本發明之該說明性實施例中，計時信號源26將諸如正 弦波之週期計時信號提供至相移電路28〇相移電路28將該 週期計時信號之複本直接提供至第一追蹤及保持電路16抑 或第二追蹤及保持電路18並將該週期計時信號之經相移之 複本提供至第一追蹤及保持電路16或第二追蹤及保持電路 115839.doc -10· (S ) 1334288 :8中之另一者。在-特定說明性實施例中，該週期計時信 號為正弦波’且相移該計時信號之複本約9〇度。—般熟習 • 此項技術者應理解，相移電路28可藉由許多電路來提供， ‘ 例如，藉由接收週期計時信號且提供其延遲複本之延遲元 件或延遲電路。 -般熟習此項技術者應理解，本文中關於本發明之說明 性實施例描述的追蹤及保持電路可接收可為諸如正弦波之 類比信號之計時信號。雖然本發明並未作如此限制，但使 用數位信號處理組件通常可最有效地實施處理電路以。因 此，本發明之說明性實施例係參看圖4來描述的，其包括 安置於追蹤及保持電路16 ' 18與處理電路22之間的類比數 位轉換電路。 參看圖4而描述之裝置類似於圖3之裝置且包括分別與第 一及第一追蹤及保持電路16、18通信之類比數位轉換電路 32、34。類比數位轉換電路32、34亦與處理電路通信。 追蹤及保持電路16、18將表示在事件13之時間時之計時信 號之振幅的類比信號（通常為電壓）提供至類比數位轉換電 路32、34。類比數位轉換電路32、34可使用許多熟知方法 來將此等類比信號改變為數位信號。數位信號可由處理電 路22(諸如數位信號處理器（Dsp)、特殊應用積體電路 (ASIC)、場可程序化閘陣列（FpGA)或其類似物）使用以判 定如本文中描述之事件的精確時間。 一般热習此項技術者應理解，諸如正弦波之計時信號通 常係不理想的且遭受至少一些失真。此失真可影響計時信 115839.doc •11· 1334288 號之振幅與相位之間的關係且藉此將誤差注入根據本發明 之說明性實施例而進行的時序量測中。參看圖4而摇述之 本發明之說明性實施例包括諸如帶通濾波器之濾波器3 〇， 其經設計以減少計時信號之失真。在該說明性實施例中， 濾波器30自計時信號源26接收一計時信號、過濾該計時信 號並將經過濾之計時信號提供至該等追蹤及保持電路16、 18 » 雖然參看圖4而描述之本發明的實施例包括安置於計時 信號源26與相移電路28之間的濾波器3〇，但一般熟習此項 技術者應理解，在不脫離本發明之精神及範疇之情況下， 可預見其中在電路中之其他處（例如，在相移電路28與追 蹤及保持電路16、18之間）安置用於第一及第二計時信號 12、14之濾波器3〇的替代實施例。 參看圖5描述判定事件（諸如數位信號内之脈衝）之時間 之方法。在計時信號產生步驟40中，獲得或產生第一及第 「。十時乜號。第一及第二計時信號為彼此異相之週期信 號。在一說明性實施例中，第一計時信號為正弦波且第二 計時信號為已相移約90度之第一計時信號之複本。 在追蹤步驟42中，舉例而言，1由此項技術中已知之追 蹤及保持電路來追㈣—及第二計時信號之振I在保持 步驟料中，.在正經計時之事件之時間時可將第一及第二計 時信號之振幅保持於（例如）由該事件觸發之追蹤及保持電 路中。 在相位判定步驟46中，可將第一及第二計時信號之振幅 -12- 115839.doc 用於數學公式或查詢表中以判定在發生正 (亦即，當其觸發追蹤及保持電路時 時之事件時 偽號之相角。在時間判定步驟48中， 及’或第二計時 者或兩者之相角可用以判定發生事件:等:時信號中之-=環内之時間，例如，藉由使用關係式=)計:信 舉例’ί中角速度被當作已知計時信號頻率之函數" 1而3，為了判定如自開始時間量測之 亦可執行循環計數步驟5G，其 、時間’ p弓；&▲ 目該開始時間至事件之拄 “叶數計時信號循環之數目。因 時 期係p知认 β 丁 現之頻率及週 2知的’所以脈衝計數可用以計算開始時間與事件之 期。 ㈣式.時間=循環計數父週 在組合步驟52中’可將開始時間與其中發生事件之 循環之間的時間添加至發生事件之時的計時信號之 ㈣内之時間’以便以高精度判定相對於開始時間 的絕對時間。 參看圖6描述根據本發明之另一說明性實施例之用於附 加時戳於事件之特定方法。在計時信號產生步驟Μ中，可 產生一正弦波作為第一計時信號。在過濾步驟％中該正 弦波可經過濾以減少失真’例如’藉由將該正弦波施加至 帶通滤波器’該帶通濾、波器自正弦波移除無關的頻率分 量。 在第一追縱步驟58中，可追蹤經過濾之正弦波之振幅， 例如，藉由此項技術中已知之追蹤及保持電路。在相移步 115839.doc •13· 1334288 可發^於類比數位轉換電路之循環之間的某個時間。經外 推之量值可用於相位摘測步驟7 G中以判^如上文參看圖5 而描述之在事件之時間時的正弦波及/或經相移之正弦波 之相位。經處理用於補償步驟69之複數個數位信號可由 (例如）類比數位轉換電路來提供。 在-說明性實施例中’類比數位轉換電路以該類比數位 轉換電路m有之最大轉換率將來自追蹤及保持電路之正弦 波及i相移之正弦波的振幅轉換為數位值。藉此可將每一 事件之正弦波量值及經相移之正弦波量值之數位樣本的最 大數目提供至處理電路。諸如自追蹤及保持電路之衰減輸 出的誤差趨勢將最終降至雜訊位準以下，此後不將提供有 用之資訊而用於該事件。在該說明性實施财，自事件之 時間直至輸出降至預定雜訊位準以下時的類比數位轉換電 路之每一輸出由處理電路收集以用於判定誤差趨勢。 時間判定步驟72、循環計數步驟74及組合步驟％可接著 如上文關於圖5之時間判定步驟48、循環計數步驟5〇及組 合步驟52所述來執行。 雖然描述了使用一對計時信號來提供1:1信號空間對時 間關係的本發明之說明性實施例，但一般熟習此項技術者 應理解’在本發明之範疇内可預見達成直接信號對時間關 係（自其可棟取週期内時序）之其他方法。 在由以圖7中所說明之正弦波之頻率旋轉之相量84界定 的複平面82中’諸如用作本發明之說明性實施例中之計時 k號的正弦波的波形可表示為圓8〇β圓上之座標表示在一 115839.doc •15- 吞十時信號之循環内之肖間的正弦波之量值及相肖，且可使 用彼等座標（作為使用才目角之替代）以判定該計時信號之循 環内之事件的時間。然而，實務中使用之正弦波在數學上 並不理想且因此未由圓或旋轉相量精確地表示。實情是， 某二失真之正弦波可在複平面中由類似橢圓或經壓縮之圓 之失真曲線86來表示。此外，失真引起正弦波之相量表示 以不一致的角頻率在複平面_旋轉。因此，對一事件之時 間時的失真之計時信號之相角的瞭解可能不提供準確之時 序資訊。 藉由使事件之時間與在事件之時間時的該複平面中之失 八之计時^號的座標相關聯，在不依賴於計時信號之相角 之清况下’本發明之說明性實施例可用以精確地判定事件 之時間。失真之計時信號之複座標與計時信號之循環内的 事件之時間之間的直接關係可藉由查詢表來提供，或者可 使用數學公式來判定。 在一說明性實施例中，為一對失真之計時信號而根據經 驗來判定複座標與時序事件之間的關係，例如，藉由連續 判定複數個事件之失真之計時信號的相角及量值。表示失 真之計時信號之曲線86可接著映射至查詢表或根據數學方 法來建模❶在一說明性實施例中，可根據經驗來判定曲線 上之複數個點且可將曲線86内插於其間。此曲線86可由處 理電路使用以判定失真之計時信號之循環内的事件之精確 時間》 雖然大體根據電子信號描述了本發明之說明性實施例， 115839.doc • 16 - 1334288 但-般熟習此項技術者應理解，在不脫離本發明之精神及 範鳴之情況下，本發明之實施例亦可用以附加時戳於非電 子信號。舉例而言’可預見，在本發明之料内，可附加 時戳於光子信號、功率信號及甚至諸如氣㈣統信號或液 壓系統信號之機械信號。 因此，本發明之說明性實施例以未受測試器時脈之週期 限制的解析度《供-冑時戳方法及裝1。根#纟發明之說 明性實施例的在發生事件時之計時信號之相角及/或複座 標的判定允許計時信號循環内之精確事件時間之判定。可 將此精確時間添加至自計時信號循環計數計算之一時間以 判定相對於計數器開始時間之精確事件時間。 應理解’可對本文中揭示之實施例進行各種修改。因 此，不應將上文描述解釋為限制性的，而是僅作為各種實 施例之例證。熟習此項技術者將預見到隨附申請專利範圍 之範嘴内的其他修改。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明之一說明性實施例的使用一對週期波 形及對應追蹤及保持電路之時戳電路之示意性方塊圖； 圖2為根據本發明之一說明性實施例的使用週期波形、 對應的追蹤及保持電路及脈衝計數器之時戳電路之示意性 方塊圖； 圖3為根據本發明之一說明性實施例的使用週期波形、 相務電路、對應的追蹤及保持電路及脈衝計數器之時戳電 路之示意性方塊圖； < S ) 115839.doc 17 1334288 圖4為根據本發明之一說明性實施例的使用週期波形、 帶通;慮波器、相移電路、對應的追蹤及保持電路、類比數 位轉換電路及脈衝計數器之時戳電路之示意性方塊圖； . 圖5為根據本發明之一說明性實施例的用於附加時戳於 ^號中之事件之方法的過程流程圖； 圖6為根據本發明之一說明性實施例的用於附加時戳於 信號中之事件以補償追蹤及保持電路中之洩漏之方法的過 程流程圖；及 鲁 圖7為根據未發明之說明性實施例的複平面中之計時信 號之圖示。 【主要元件符號說明】 12 計時信號 13 事件 14 計時信號 16 追蹤及保持電路 18 追蹤及保持電路 20 被測設備 22 處理電路 24 計數器電路 26 計時信號源 28 相移電路 30 滤波器 32 類比數位轉換電路 34 類比數位轉換電路 115839.doc - ig - 801334288 82 84 86 圓 複平面 相量 曲線

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Claims (1)

1JJ4288 )正#換Hi 弟095139868號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年8月） 十、申請專利範圍： 1. -種用於判事件之—時間之方法其包含： 實驗地判定在一對計時信號 ^ . 士 心设座钴及—事件之時間 之間的-直接關係，其中料計時信號 失真； 考你 獲得在該事件之該時間時的複數個計時信號中 :的:振幅，其中該等計時信號中之至少兩者彼此異 ^照έ亥等計時作號> φ夕# $ τ吟1口*中之該至少兩纟的該等振幅之―求 數’從該經實驗地判定之關絲 / 至少一者之一抵〜 …亥寺冲時k唬中之 者之循裱内的該事件之該時間。 2.如請求項1之方法，直中嗲总路以lM ...^ 八中Λ驗地判定該直接關係之扞 為包含為複數個不同事件 丁 號之—相角及-振^母—者連續地決定該計時信 3·如請求項1之方法，其進一步包含： 計數自-開始時間之該等計時 環，以判定一循環計數； 者的循 使該等計時信號中 ^ 者的一週期乘以該德 计數，以判定該事件之一參考時間；及 长 將該參考時間添加至該循環内 判定自衣円之邊事件之该時間， 叙自_料間之該事件的—時間。 4· ^求項i之方法，其中該等計時信號中之該 彼此異相約90度。 兩者 計 5.如請求項1之方法，其進一步包含藉由產生-第 115839-990820.doc >〇 =说及產生該第—計時信號之—經相移之複本而產生該 等計時信號中之該至少兩者。 6. 如請求項1之方法，其中兮 井T这荨計時信號中之該至少兩者 為具有同一頻率之週期信號。 7. 如請求項丨之方法，其進—步包含： 藉由將該等計時信號中之該至少兩者施加 :電路’來追縱該等計時信號中之該至少兩者之： 一二、用來自該追蹤及保持電路之複數個讀數，來 1追縱及保持電路中之茂漏且判定-玫漏曲線； 漏；及 中之什時信號振幅值來補償該洩 按照該等經外推之計 ϋ ^旒振幅值之一函數，來判定 3玄循％内之該事件之該時間。 8. 如請求項7之方法，其椎_此a 至該振幅降至m π s自該事件之該時間直 比值鏟抽 〜位準以下而重複地將該振幅自—類 值轉換為-數位值以判_漏曲線。 9. 如請求項1 $ t、土 中之每—者之令’、步包含在獲得該等計時信號 老浐 ^、S之前，將該等計時信號中之至少 者施加至一憨诵：由，士 „ 〜王> 一 1() 、濾波益以減少該等計時信號之失真。 1〇·如h未項1之方法，其進一步包含： 將該振幅自一類比值轉換為一數位值；及 處理該數位值以判定該等計時信號中之該至小—本 該循環内的該事件之該時間。 夕者之 115839-990820.doc ⑧ -2- 11 ·如請求項1夕古、冬 们之方法 按照該等計時彳士 吁彳5唬中之該至少兩者的該等振巾5夕 τ 數，來判定哕耸4 + 寸溉巾田之一函 疋以4叶時信號中之該至少一者之_ 按照該等計時 角，及 數，來判定該等:的該相角之-函 事件之該時間。”之至少一者之該循環内的該 12.如請求項1之方法，其進一步包含： 按：5亥等計時信號中之該至少兩者的該等振幅之一函 數’來判定太_ ^ 在—硬平面中的該等計時信號中之該至 者之座標；及 按：該等計時信號中之該至少一者的該等座標之一函 “判定該等計時信號中之至少—者之該循環内的該 事件之該時間。 .種=於判定—事件之-時間之方法，其包含： >得在4事件之該時間點的複數個計時信號中之每一 相的振幅，彡中該等計時信號中之至少兩者彼此異 按照該等計時信號中之該至少兩者的該等振幅之一函 來判定該等計時信號中之至少_者之—循環内的該 事件之該時間； 猎由將該等計時信號中之該至少兩者施加至追縱及保 持電路，來追縱該等計時信號中之該至少兩者之該振 幅； 藉由採用來自該追蹤及保持電路之複數個讀數，來判 Γ C 1 115839-990820.doc « j I _ III ι· I I 丨_ _ · ^ · ·*»..、··..** _| I i , I · · I _誠 定該追蹤及保持電路中之M並判定4漏曲線； :藉由外_漏曲線中之計時信號振幅值來補 漏，及 》亥等k外推之計時信號振幅值之一函數，來 該循環内之該事件之該時間。 ^弋 14.如睛求項j 3之方， 至噹据斤像 ，、進—步包含自該事件之該時間直 μ "田奢至一預定位準以下而重複地將該振幅自__ 比值轉換為-數位值以判定㈣漏曲線。 類 15·如請求項"之方法，其中按 兩者的複絲之-函數，來判 ^ , 术判疋該事件之該時間。 6·如請求項13之方法，其進一步包含： 計數自-開始時間之該等計時信號中之至少 環，以判定一循環計數； 者的# 使該等計時信號中之該至 - 有的一週期乘以該循$ 。十數’以判定該事件之-參考時間；及 " 將該參考時間添加至該循環 判定自該開始時間之該事件的-^事件之料間，以 17:=13之方法’其中該等計時信號中之該至少兩者 彼此異相約90度。 兩者 18.如請求項13之方法，其進一牛 ^ 0. 乂匕含藉由產生一第一許昧 。^產生該第—計時信號之一經相蒋太 ° 等計時信號t之該至少兩者。相移之複本而產生該 19·如請求項13之方法，其中該等計時信 為具有相同頻率之週期信號。 ""乂兩者 II5839-990S20.doc 1334288 ^ -0f I 丨—· * ·，i · 20.如請求項13之方法，甘，仓 土 a人 〜 法其進一步包含在獲得該等計時作 中^每一者之該振幅之前，將該等計時信號中之至^ 者施力S ▼通據波器以減少該等計時信號之失直。 21.如請求項！3之方法，其進一步包含· ^ 將該振幅自—類比值轉換為一數位值；及 處理該數位值以判定該等計時信號中之該至少—者之 該循環内的該事件之該時間。 22.如請求項13之方法，其進一步包含： 按照該等計時信號中之該至少兩者的 數，來判定該等計時信號中之該至少—者之一;; H巧料錢巾之該至少—相該 數，來判定該等計時信號令之至少一-函 事件之該時間。 者之該循％内的該 23.如請求項13之方法，其進一步包含： 按照該等計時信號中之該至少兩者的該等 — 數’來判定在_禮孚而由认—_哲 函 者之座標；&复千面中的该4計時信號中之該至少- 者的該等座標之—函 一者之該循環内的該 按照該等計時信號中之該至少_ 數來判疋3玄等計時信號中之至.少 事件之該時間。 115839-990820.doc