TWI411788B - 時間任意信號功率統計測量裝置及方法 - Google Patents
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Description
本發明大致上係有關於測量儀器,且更精確地係有關於即時析譜儀。
諸如析譜儀及示波器的測量儀器具有即時獲取及分析資料之能力。可進行即時測量之析譜儀的範例包含由Beaverton,Oregon的Tektronix,Inc.製造之TektronixWCA200,WCA300,RSA2200及RSA3300系列的析譜儀。這些析譜儀擷取且分析資料之無縫區段。
即時數位測量儀器使用一獲取記憶體,以使儲存即時擷取的信號。諸如頻率掩蔽觸發脈衝器的觸發脈衝器允許在觸發之前、期間及之後發生的事件,被擷取及顯示、或儲存以供進一步處理之用。除了提供觸發器以識別信號的標記以外,即使在當全體信號超出獲取記憶體的容量時,進行涵蓋整體信號之其他測量是有用的。
依此,一測量儀器包含一FFT模組,該模組提供一頻域輸出;及一功率計算器,該功率計算器被連接至該頻域輸出,以使測量供一任意長度之測試信號用的功率統計。某些實施例可包含一頻譜積分模組,以計算含在頻帶內的功率,或用以計算平均值的一濾波/平均模組。測量儀器之多種實施例包含用以儲存諸如最大功率、平均功率、最小功率或峰均值功率的功率測量資料之累加器。CCDF模組可提供於某些實施例中以追蹤功率趨勢。
測量儀器提供在任意長度之信號上進行功率測量的能力。該方法的一實施例包含將信號轉換成頻域,且然後在該頻域中計算功率統計。所計算之功率統計可包含最大功率、最小功率、平均功率、峰均值功率、或CCDF測量。
由以下連同所附申請專利範圍及圖式讀取之詳細說明可更清楚本發明之多數實施例的觀點。
現在参考圖1,一即時析譜儀10係顯示具有一用以接收輸入RF信號或其他相關信號之輸入處理器20。輸入處理器20典型地包含一低通濾波器22,隨後為使用一局部振盪器26將已濾波輸入信號轉換成一中頻(IF)信號之混合器24。IF信號通過一帶通濾波器28且然後輸入至一類比對數位(A/D)轉換器30,以提供進一步處理用之數位信號。該數位信號係輸入至一數位IF正交處理器31,以自該數位信號導出同相(I)及正交相位(Q)信號。I及Q信號均輸入至數位信號處理器(DSP)32,用以即時處理以供顯示於一監視器34上,其提供頻率vs時間vs振幅之三維表示,亦稱之為一譜圖。I及Q信號均亦輸入至一獲取記憶體36及一觸發脈衝產生器40。當觸發脈衝產生器40偵測到一事件時,產生一觸發,導致獲取記憶體36固持來自觸發事件之前及/或之後的資料以供後續處理之用。後續處理可由DSP32或其他處理器(未示於圖)執行。後續處理可供即時分析或非即時分析使用。一頻譜計算引擎50被連接至數位IF正交處理器31以使測量信號功率統計。信號功率統計可於任意期間被測量,而同時該儀器連續即時地捕獲且分析信號擾動。信號功率統計可被儲存且在一任意期間之後更新,即使當該期間超出獲取記憶體之儲存容量時。
圖2提供頻譜計算引擎50之額外細部。該頻譜計算引擎50之一實施例包含一連接至I及Q輸入的環式緩衝器52。環式緩衝器的輸出被連接至一快速傅立葉轉換(FFT)模組54。在一可選擇實施例中,無提供環式緩衝器。FFT模組54根據由數位IF正交處理器31提供的即時資料計算信號頻譜。一功率計算器模組55連接至FFT模組54以測量及計算有關於含在一或更多頻帶內之功率的值。這些帶可被使用者所指定,或被提供作為儀器內之預設值。在一頻譜計算引擎之實施例中,一頻譜積分模組56連接至FFT模組54,做為部份之功率計算器模組。在一替代實施例中,頻譜積分模組連接至FFT模組54,做為一獨立的電路塊。頻譜積分模組經由加總及定比振幅頻譜計算含在一特定頻帶或多數頻帶內之功率。在一實施例中,頻帶均被提供為固定預設值。在一可選擇實施例中,頻帶可由使用者選擇。
在一頻譜計算引擎50之實施例中,一濾波/平均模組58連接至FFT模組54。濾波/平均模組58計算經過任何任意時段後之信號功率統計。任意時段可由使用者選擇,或由觸發脈衝標準所決定。濾波/平均模組可被應用為一簡單區段平均函數、一起伏平均值、或一取平均濾波器。如示於圖2,濾波/平均模組58可被應用為一部份之功率計算器55。在一替代實施例中,濾波/平均模組58可被應用為獨立的電路塊。
在一頻譜計算引擎50之實施例中,可提供累加器以儲存某些測量值。例如,最大功率累加器62儲存在頻帶內的最大被測量功率。或者,多數之最大功率累加器可提供給多數頻帶之用。類似地,一最小功率累加器64被提供以儲存關於最小被測量功率的資訊,且一平均功率累加器66被提供以儲存關於平均被測量功率的資訊。在另一實施例中,提供一峰均值累加器68。累加器在某些情况中可保持一單一值,在其他情况中,累加器可被應用為可儲存一段時間的多數值之較長時間記錄器。
在頻譜計算引擎之某些實施例中,提供一互補累積分佈函數(CCDF)模組72。CCDF模組計算CCDF、收集相關於峰值的資訊、及儲存相關於最大值之趨勢資訊。CCDF代表高於一被測量信號的平均功率之峰值功率超出一臨界值的可能性。在CCDF模組72中,信號振幅之分佈係與平均功率一起被累計。高於平均之峰值超出臨界值的可能性,係被連續地計算在自1至0範圍中的可能性。
如示於圖2,環式緩衝器52及FFT模組54均被提供為頻譜計算引擎50專用的組成件。在替代實施例中,例如一FFT模組係關於一即時觸發脈衝系統而提供,在觸發脈衝產生器中的FFT模組之輸出可連接至觸發器電路及功率計算器55二者。如此,可允許在觸發脈衝產生器內的既存容量協助進行額外之有用測量。
在某些實施例中,頻譜計算引擎50係使用一FPGA或一ASIC來實施。在某些實施例中,頻譜計算引擎50可在相同FPGA或ASIC上與部份之觸發脈衝產生器一起實施。在其他實施例中,組成頻譜計算引擎50的某些或全部模組,可使用軟體在一CPU、或其他一般目的處理器上執行、或被一數位信號處理器(DSP)來達成。
在某些應用中,一些取樣損失係可接受的。雖然一般不希望有取樣損失,這些應用仍可使用於此大致提供的頻譜計算引擎而予供應。
可使用由頻譜計算引擎50所提供的測量信號功率統計以進行多種測量。例如,對較寬種類之信號條件的信號行為之全面系統描述係可能的。於虛擬隨機位元序列(PRBS)驅動測試情境中,經由可被使用以在整體測試序列中評估信號擾動之頻譜計算引擎,可以進行連續時間功率測量。如此,在PRBS測試序列的期間或速率超出習知技術儀器之信號擷取能力、或超出獲取記憶體之容量的情况中,提供優於習知方法的益處。使用連續時間方法,即使同時擷取且包含所有測試信號條件,仍可支援任意長時段的功率統計測量。在某些實施例中,連續時間方法測量亦可提供仍然允許盲點在系統中的實用性,雖然也許會影響測量準確性,信號於該期間實際上並未被測量。
在頻譜計算引擎50包含CCDF模組72的實施例中,CCDF可被計算且記錄以提供可被使用以評估在功率放大器中之非線性的趨勢資訊。
頻譜計算引擎50亦提供一方法以測量諸如峰值對平均值比例、峰值功率、平均值功率、最小功率之多種信號功率統計。例如,平均值功率可在進行的基礎上被測量為一執行平均值功率。其他測量亦可在進行的基礎上被維持,測量更新該值為一新的最大或最小值。
經由測量目前功率且比較該目前功率與一被儲存之最大功率值而決定一最大功率,並在當該目前功率超出該已儲存之最大功率值時更新儲存最大功率值。類似地,經由測量目前功率且比較該目前功率與一被儲存之最小功率值而決定一最小功率,並在當該目前功率少於該已儲存之最小功率值時更新儲存最小功率值。經由比較目前峰值對運行平均值功率,可提供一峰均值功率。
頻譜計算引擎50亦允許有關於SEM(spectral emission mask,頻譜發射遮罩)或ACLR(adjacent channel leakage ratio,鄰近通道洩漏比)/ACPR(adjacent channel power ratio,鄰近通道功率比)測量頻帶選擇性功率的方法。含在一系列頻帶內之平均功率的測量,可被使用以決定SEM或ACLR/ACPR頻區功率位準。該系列頻帶可被預設在測量儀器內,或是,使用者可指定所需頻帶。就SEM或ACLR/ACPR測量而言,計算含在一系列頻區內的每一頻區中之功率位準。在某些實施例中,此一被計算之功率位準可與極限規格比較。該極限規格可被預設在儀器中,或由使用者提供。使用連續時間頻帶選擇性功率計算方法,每一頻區之功率係不遺失信號擾動地以連續時間計算。此一方法經由讓連續時間功率計算運行經過測試信號的時間長度,允許供這些頻區用之功率被經過測試信號的整體長度而計算。測試信號可例如由一PRBS驅動測試情境所提供。
明顯的,無須背離本發明之原理,習於本技藝者可製成本發明之前述實施例的細部之多種變化。因而,本發明之範疇應由下述申請專利範圍所決定。
10...即時析譜儀
20...輸入處理器
22...低通濾波器
24...混合器
26...局部振盪器
28...帶通濾波器
30...類比對數位轉換器(A/D)
31...數位中頻正交處理器
32...數位信號處理器(DSP)
34‧‧‧監視器
36‧‧‧獲取記憶體
40‧‧‧觸發脈衝產生器
50‧‧‧頻譜計算引擎
52‧‧‧環式緩衝器
54‧‧‧快速傅立葉轉換模組(FFT)
55‧‧‧功率計算器模組
56‧‧‧頻譜積分模組
58‧‧‧濾波/平均模組
62‧‧‧最大功率累加器
64‧‧‧最小功率累加器
66‧‧‧平均功率累加器
68‧‧‧峰均值累加器
72‧‧‧互補累積分佈函數模組(CCDF)
圖1係顯示一設有一頻譜計算引擎之即時析譜儀。
圖2顯示一頻譜計算引擎之實施例。
10...即時析譜儀
20...輸入處理器
22...低通濾波器
24...混合器
26...局部振盪器
28...帶通濾波器
30...類比對數位轉換器(A/D)
31...數位中頻正交處理器
32...數位信號處理器(DSP)
34...監視器
36...獲取記憶體
40...觸發脈衝產生器
50...頻譜計算引擎
Claims (19)
- 一種測量儀器,包含:類比對數位(A/D)轉換器,接收任一長度之測試信號及產生數位信號;FFT模組,接收該數位信號及產生一頻域輸出,由該FET模組所接收之該數位信號不儲存於獲取記憶體中;及功率計算器,測量用以提供給使用者之該頻域輸出的功率統計。
- 如申請專利範圍第1項之測量儀器,其中該FFT模組係被提供為部份之觸發脈衝產生器。
- 如申請專利範圍第1項之測量儀器,進一步包含頻譜積分模組,以使計算含在頻帶內之功率。
- 如申請專利範圍第1項之測量儀器,進一步包含一濾波/平均模組,以使計算經過一任意時段後之信號功率統計。
- 如申請專利範圍第4項之測量儀器,其中該濾波/平均模組被應用為一簡單區段平均函數。
- 如申請專利範圍第4項之測量儀器,其中該濾波/平均模組被應用為平均濾波器。
- 如申請專利範圍第1項之測量儀器,進一步包含累加器,以使儲存一功率測量值。
- 如申請專利範圍第7項之測量儀器,其中該功率測量值係最小功率、最大功率、平均功率、或峰均值功率功率。
- 如申請專利範圍第1項之測量儀器,進一步包含互補累積分佈函數(CCDF)模組,以使計算及儲存CCDF趨勢資料。
- 一種提供時間任意功率統計之方法,包含:將測試信號數位化以產生數位信號;將該數位信號自時域轉換至頻域,該數位信號不儲存於獲取記憶體中;及計算經過一即時的任意時段後在該頻域內的功率統計用以提供給使用者。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中轉換信號係藉計算時域信號的快速傅立葉轉換(FFT)達成。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中計算功率統計包含計算在一頻帶內的功率。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中計算功率統計包含計算一平均功率。
- 如申請專利範圍第13項之方法,其中該平均功率係使用一簡單區段平均函數計算。
- 如申請專利範圍第13項之方法,其中該平均功率係使用一平均濾波器計算。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中計算功率統計包含決定一最大功率,其係藉測量目前功率且比較該目前功率與一儲存的最大功率值,並在當該目前功率超出該儲存的最大功率值時更新該儲存的最大功率值。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中計算功率統 計包含決定一最小功率,其係藉測量目前功率且比較該目前功率與一儲存的最小功率值,並在當該目前功率少於該儲存的最小功率值時更新該儲存的最小功率值。
- 如申請專利範圍第10項之方法,其中計算功率統計包含比較一目前峰值與一運行平均功率,以提供一峰均值功率。
- 如申請專利範圍第10項之方法,進一步包含一互補累積分佈函數。
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