專利名稱：用于生成門控密度位圖的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試和測量儀器，且更特別地涉及密度位圖。
背景技術(shù)：
實時頻譜分析器，例如購自俄勒網(wǎng)州比弗頓的泰克公司的RSA6100和RSA3400系列，實時觸發(fā)、捕獲并分析RF信號。這些測試和測量儀器無縫地捕獲RF信號使得，不像常規(guī)掃頻頻譜分析器和矢量信號分析器，在指定帶寬內(nèi)沒有數(shù)據(jù)被遺漏。泰克實時頻譜分析器使用被稱為“數(shù)字熒光(Digital Phosphor)”或者被稱為 "DPX ”的技術(shù)以產(chǎn)生被稱為“DPX頻譜”的顯示。DPX頻譜通過以下方式形成數(shù)字化輸入信號以產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流且然后通過將它轉(zhuǎn)換成一系列的頻譜，再然后在數(shù)據(jù)庫中累加頻譜來實時地處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫提供在輸入信號占據(jù)幅度或功率對頻率的空間 (也被稱為“DPXDensity ”)的特定位置的測量周期期間時間百分比的精確測量。DPX采
集和顯示技術(shù)揭示信號細(xì)節(jié)，諸如完全被常規(guī)頻譜分析器和矢量信號分析器所漏掉的短時或偶發(fā)事件。要了解更多關(guān)于DPX的信息，參見在http://WWW. tek. com/上可找到的標(biāo)題為"DPX Acquisition Technology for Spectrum Analyzers Fundamentals，，泰克文檔號為37W-19638的文檔。

發(fā)明內(nèi)容
在某些例示中，使用者可能想觀察脈沖化的RF信號的DPX頻譜?？上У氖?，DPX 頻譜有時候呈現(xiàn)如在圖1中示出的那樣，其中脈沖化的RF信號105被幻像痕跡(phantom trace) 110和噪聲下限痕跡(noise floor trace) 115所掩蓋。噪聲下限痕跡115對應(yīng)于當(dāng)不存在RF脈沖時的時間?；孟窈圹E110是以下現(xiàn)實的結(jié)果RF脈沖沒有與DPX處理同步， 因此，偶爾地頻譜是基于表示RF脈沖的上升沿或下降沿的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)段產(chǎn)生的。當(dāng)這樣的不連續(xù)時域波形被轉(zhuǎn)換到頻域時，其呈現(xiàn)出輸入信號在相鄰頻率窗口(frequency bin)中包含能量。這種效應(yīng)被稱為“頻譜擴(kuò)展”或者“頻譜泄漏”。實時頻譜分析器使用時間窗口化以減輕頻譜擴(kuò)展，然而，即使時間窗口化也不能在所有的情況下防止頻譜擴(kuò)展。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到為了避免頻譜擴(kuò)展，所需要的就是只當(dāng)RF脈沖充分導(dǎo)通(on)時才能夠?qū)㈩l譜累加到數(shù)據(jù)庫的實時頻譜分析器。由此，本發(fā)明的實施例提供了一種測試和測量儀器，其將表示輸入信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列的頻譜并且響應(yīng)選通信號將頻譜累加到位圖數(shù)據(jù)庫中。在一些實施例中，當(dāng)輸入信號的瞬時功率違背功率閾值時， 生成選通信號。當(dāng)結(jié)合權(quán)利要求和附圖進(jìn)行閱讀時，通過下文的詳細(xì)說明，本發(fā)明的目的、優(yōu)點、 和其它新穎的特征將顯而易見。


圖1描繪了常規(guī)的DPX頻譜顯示。
圖2描繪了常規(guī)的實時頻譜分析器的高級方塊圖。圖3示出了如何處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生常規(guī)的位圖數(shù)據(jù)庫。圖4示出了在位圖數(shù)據(jù)庫中如何累加頻譜。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例如何處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生位圖數(shù)據(jù)庫。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例如何處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生位圖數(shù)據(jù)庫。圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例產(chǎn)生的DPX頻譜顯示。圖8示出了在圖6所示實施例是如何正確地生成選通信號，即使當(dāng)輸入信號包括一系列的具有不同脈沖寬度的RF脈沖的時候。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例如何處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生位圖數(shù)據(jù)庫。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例如何處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生位圖數(shù)據(jù)庫。
具體實施例方式現(xiàn)在參看圖2，實時頻譜分析器200接收射頻(RF)輸入信號且可選地使用混頻器 205、本地振蕩器(LO) 210、和濾波器215對其進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生中頻(IF)信號。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)220數(shù)字化IF信號以產(chǎn)生表示IF信號的連續(xù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在兩條路徑上被處理。在第一路徑上，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被輸入到實時分析數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理器225。在第二路徑上，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被輸入到存儲器235(在一些實施例中，其包括環(huán)形緩沖器)并且還被輸入到觸發(fā)檢測器對0，觸發(fā)檢測器240實時地處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且把處理過的數(shù)據(jù)與使用者規(guī)定的觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。當(dāng)處理過的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)滿足觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時，觸發(fā)檢測器240生成使存儲器235存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)塊的觸發(fā)信號。然后處理器225非實時地分析存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在由處理器225處理后，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可在顯示裝置230上顯示或存儲在存儲裝置中(未示出)?，F(xiàn)參看圖3，為了提供DPX處理，處理器225通過使用窗函數(shù)305對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的時間段進(jìn)行時間窗口化(time window)來實時處理連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流以產(chǎn)生一系列時間窗口化的時間段，使用頻率變換310(諸如快速傅里葉變換(FFT)、線性調(diào)頻(chirp) Z變換或類似變換)將這些系列的時間窗口化的時間段變換成一系列頻譜，且然后使用累加器315在被稱作“位圖數(shù)據(jù)庫”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中累加頻譜。累加器135可以各種方式累加頻譜。在圖 4中顯示的一個實施例中，每個頻譜405被柵格化(rasterize)以產(chǎn)生“柵格化頻譜”410。 柵格化頻譜包括排列成一系列的行和列的單元(cell)陣列，每行表示特定幅度或功率值并且每列表示特定頻率值。每個單元的值或者為“1”，也被稱為“命中(hit)”，其表明在測量周期期間在幅度或功率對頻率的空間的那個特定位置存在輸入信號，或者為“0”(描繪為空白單元)，其表明不存在輸入信號。柵格化頻譜410的相對應(yīng)的單元的值被合計在一起以形成位圖數(shù)據(jù)庫415，且然后位圖數(shù)據(jù)庫415中的每個單元的值除以柵格化頻譜410的總數(shù)，使得其指示在測量周期期間除以柵格化頻譜410的總數(shù)的命中總數(shù)，或等效地，在測量周期期間輸入信號占據(jù)幅度或功率對頻率的空間的那個特定位置的時間百分比，也被稱為“DPX Density ”或者可替換地被稱為“密度(density)”。為簡單起見，柵格化頻譜405 和位圖數(shù)據(jù)庫415被描繪成具有十行和十一列，然而，應(yīng)了解在實際實施例中，柵格化頻譜 410和位圖數(shù)據(jù)庫415可具有數(shù)百行和列。位圖數(shù)據(jù)庫415本質(zhì)上是三維直方圖，其中χ軸為頻率，y軸為幅度或功率，且ζ軸為密度。位圖數(shù)據(jù)庫415可顯示于顯示裝置230上，其中每個單元的密度由顏色分級的像素表示?？商鎿Q地，位圖數(shù)據(jù)庫415可被存儲在存儲裝置中(未示出)。在本發(fā)明的一些實施例中，只有當(dāng)選通信號被確證(asserted)時(S卩，當(dāng)選通信號指示邏輯1時)，累加器才累加頻譜到位圖數(shù)據(jù)庫中?？梢愿鞣N方式來實施這種功能。例如，如圖5中所示，選通信號可施加于窗函數(shù)505的使能輸入，使得只有當(dāng)選通信號被確證時，窗函數(shù)505才傳送時間窗口化的時間段到頻率變換510，且由此頻率變換510才傳送頻譜到累加器515。當(dāng)選通信號未被確證時(即，當(dāng)選通信號指示邏輯零時)，窗函數(shù)505不傳送時間窗口化的時間段到頻率變換510，并且由此頻率變換510不傳送頻譜到累加器515。 應(yīng)了解選通信號可替代地施加于頻率變換510或累加器515的使能輸入以產(chǎn)生等效結(jié)果。在一些實施例中，選通信號在外部生成并且被輸入到實時頻譜分析器200。例如， 選通信號可由另一測試和測量儀器生成。在其它實施例中，選通信號在實時頻譜分析器200 內(nèi)生成。在一些實施例中，當(dāng)測試的信號的瞬時功率違背使用者規(guī)定的功率閾值時，處理器225就生成選通信號。可以各種方式來實施這種功能。在圖6中示出了一個實例，其中， 功率計算器620計算數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的瞬時功率，并且比較器625把計算的瞬時功率與使用者規(guī)定的功率閾值進(jìn)行比較且當(dāng)計算的瞬時功率違背使用者規(guī)定的功率閾值時生成選通信號。 “違背”意味著或者“超過”或者“低于”，這取決于使用者規(guī)定的選擇。在圖6顯示的實施例對于測量RF脈沖特別有用。例如，如果使用者將功率閾值設(shè)置為剛剛低于RF脈沖的峰值且規(guī)定“違背”意味“超過”時，那么只有當(dāng)RF脈沖的瞬時功率在那個值之上時，就是說，只有當(dāng)RF脈沖充分導(dǎo)通時，才生成選通信號，且由此累加器615才累加頻譜。就是說，當(dāng)RF 脈沖正在接通、正在切斷、或完全不存在的時間，累加器615將不會累加任何頻譜，且因此所得到的DPX頻譜將不會遭受頻譜擴(kuò)展，如圖7中所顯示的。無頻譜擴(kuò)展使得使用者更容易識別當(dāng)存在RF脈沖705時發(fā)生的間歇性異常和其它異常行為。重要地，即使當(dāng)輸入信號包括一系列具有不同脈沖寬度的RF脈沖時，在圖6中所顯示的實施例也正確地生成選通信號。例如，考慮到圖8中所顯示的情況，其中輸入信號包括RF脈沖805、810、和815，其每一個都具有不同的脈沖寬度。如果功率閾值820被設(shè)置成剛剛低于那些RF脈沖的峰值，那么在對應(yīng)于RF脈沖805、810和815充分導(dǎo)通的時間的 TIME UTIME 2 JPTIME 3期間將生成選通信號，且由此累加器615將累加頻譜。應(yīng)了解沒有常規(guī)的頻譜分析器能夠以這種方式采集數(shù)據(jù)。在替代實施例中，只有當(dāng)選通信號未被確證時，累加器才累加頻譜到位圖數(shù)據(jù)庫中。這個實施例對于測量RF脈沖特別地有用。例如，如果使用者設(shè)置功率閾值為剛剛高于 RF脈沖的截止功率(off-power)且指定“違背”意味“超過”，那么只有當(dāng)輸入信號的瞬時功率在那個水平之下時，也就是說，當(dāng)RF脈沖完全截止(off)時，累加器才累加頻譜。以這種方式，只當(dāng)不存在RF脈沖時，使用者才會觀察輸入信號?，F(xiàn)在參考圖9，在一些實施例中，首先利用具有使用者規(guī)定特性的濾波器930過濾輸入到功率計算器920的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。以這種方式，當(dāng)在使用者規(guī)定的頻帶內(nèi)的輸入信號的瞬時功率違背使用者規(guī)定的功率閾值時，產(chǎn)生選通信號。濾波器可為任何種類的濾波器， 包括低通、高通、帶通、帶阻等等?？梢愿鞣N方式來實施濾波器930。在一些實施例中，濾波器930被實施為離散時間濾波器，諸如有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。在其它的實施例中，濾波器930通過以下方式來來數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)濾波將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻譜，將該頻譜乘以濾波函數(shù)，將修改的頻譜變換回時域，然后傳送所得到的波形作為濾波過的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在替代實施例中，濾波器930將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成頻譜且然后傳送那個頻譜作為濾波過的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在那種情況下，功率計算器920計算頻譜的每個頻率窗口中的頻域功率，且當(dāng)頻率窗口中的一個或多個頻率窗口的頻域功率違背使用者規(guī)定的功率閾值時，比較器925就生成選通信號。應(yīng)了解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下無數(shù)其它實施方式將實現(xiàn)基本相似的功能。在一些實施例中，選通信號的定時(timing)可由使用者來調(diào)整。可以各種方式來實施這種功能。在圖10中示出了一個實例，其中，比較器1025的輸出在其被輸入到累加器 1015之前被輸入到脈沖生成邏輯1030。當(dāng)比較器1025產(chǎn)生邊沿時，脈沖生成邏輯1030生成脈沖，在該脈沖被確證時，其使累加器1015累加頻譜。在一些實施例中，脈沖的寬度為使用者規(guī)定的。在其它實施例中，在使用者規(guī)定的延遲后，脈沖生成邏輯1030產(chǎn)生脈沖。在一些實施例中，響應(yīng)比較器1025的輸出的上升沿，脈沖生成邏輯1030產(chǎn)生脈沖。在其它實施例中，響應(yīng)比較器1025的輸出的下降沿，脈沖生成邏輯1030產(chǎn)生脈沖。利用這些各種使用者可規(guī)定的參數(shù)，使用者可以觀察脈沖化的RF信號的各種方面。例如，使用者可以觀察在每個RF脈沖的上升沿之后的10微秒長的時間窗，無論RF脈沖的實際寬度如何。對于另一實例，使用者可以觀察在每個RF脈沖的下降沿之后5微秒開始的100微秒長的時間窗。 應(yīng)了解也可在選通信號在外部生成且被輸入到實時頻譜分析器200時使用脈沖生成邏輯。在一些實施例中，處理器225自動地確定在輸入信號中的RF脈沖的峰值功率并且基于那個值設(shè)置功率閾值。處理器225可通過檢測所計算的瞬時功率的最大值來確定RF 脈沖的峰值功率。應(yīng)了解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可對本文中描述的實施例做出各種修改以便實現(xiàn)不同的性能特性。例如，在一些實施例中，通過將每N個相連的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值分組成不同的時間段將連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成連續(xù)系列的時間段，其中N為整數(shù)，無論選通信號的狀態(tài)如何。例如，通過將每IOM個相連的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值分組成不同的時間段而將連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成連續(xù)系列的時間段，無論選通信號的狀態(tài)如何。在其它的實施例中，每當(dāng)選通信號被確證時，就開始新系列的時間段，由此使時間段與輸入信號同步。例如， 在選通信號被確證后，第一 IOM個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值構(gòu)成了第一時間段，第二 IOM個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值構(gòu)成了第二時間段，以此類推。在一些實施例中，只有在相對應(yīng)的時間段開始時選通信號被確證和在相對應(yīng)的時間段結(jié)束時選通信號仍被確證的情況下，累加器才累加頻譜。在其它實施例中，在相對應(yīng)的時間段期間在任何時候選通信號都被確證的情況下，累加器累加頻譜。在一些實施例中，輸入到窗函數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過延遲元件(未示出)延遲以便補償其它電路元件(例如濾波器、功率計算器、比較器等)的插入延遲。在各種實施例中，處理器225可以硬件、軟件、或這兩者的組合來實施，且可包括和/或被實行在通用微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或類似物上。本文中所描述的各種參數(shù)被描述為“使用者規(guī)定的”。然而，應(yīng)了解在各種其它實施例中那些參數(shù)可由處理器225自動確定或由標(biāo)準(zhǔn)來限定。從前述討論應(yīng)了解本發(fā)明代表了在測試和測量設(shè)備領(lǐng)域中的重大進(jìn)步。盡管為了說明起見，已經(jīng)示出并且描述了本發(fā)明的具體實施例，但應(yīng)了解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出各種修改。因此，除了受到權(quán)利要求限制外，本發(fā)明不應(yīng)受到限制。
權(quán)利要求
1.一種測試和測量儀器，包括模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其用于將輸入信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；以及，處理器，其用于通過將所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列頻譜并且響應(yīng)選通信號將頻譜累加到數(shù)據(jù)庫中來實時地處理所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其特征在于，當(dāng)所述選通信號被確證時，所述處理器將頻譜累加到所述數(shù)據(jù)庫中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其特征在于，當(dāng)所述選通信號未被確證時， 所述處理器將頻譜累加到所述數(shù)據(jù)庫中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其特征在于，所述選通信號在所述測試和測量儀器的外部生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其特征在于，所述選通信號在所述測試和測量儀器內(nèi)生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試和測量儀器，其特征在于，當(dāng)所述輸入信號的瞬時功率違背功率閾值時，所述處理器就生成所述選通信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試和測量儀器，其特征在于，當(dāng)在頻帶內(nèi)的所述輸入信號的瞬時功率違背所述功率閾值時，所述處理器就生成所述選通信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試和測量儀器，其特征在于，所述處理器基于所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)自動地確定所述功率閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試和測量儀器，其特征在于，所述選通信號的定時是可調(diào)整的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試和測量儀器，其特征在于，所述選通信號的定時是可調(diào)整的。
11.一種方法，其包括以下步驟將輸入信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；以及，通過將所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列頻譜并且響應(yīng)選通信號將頻譜累加到數(shù)據(jù)庫中來實時地處理所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述選通信號被確證時，將頻譜累加到數(shù)據(jù)庫中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述選通信號未被確證時，將頻譜累加到數(shù)據(jù)庫中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述輸入信號的瞬時功率違背功率閾值時，就生成所述選通信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，當(dāng)在頻帶內(nèi)的所述輸入信號的瞬時功率違背所述功率閾值時，就生成所述選通信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，基于所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)自動地確定所述功率閾值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述選通信號的定時是可調(diào)整的。
全文摘要
一種測試和測量儀器，其將表示輸入信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列頻譜并且響應(yīng)選通信號將頻譜累加到位圖數(shù)據(jù)庫中。在一些實施例中，當(dāng)輸入信號的瞬時功率違背功率閾值時，生成選通信號。
文檔編號G01R23/16GK102419396SQ20111018978
公開日2012年4月18日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者A·K·小希爾曼 申請人:特克特朗尼克公司