專利名稱：用于測試和測量儀器的連續(xù)頻帶采集設(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，更具體地，涉及用于測試和測量儀器的連續(xù)頻帶采集設(shè)備。
背景技術(shù)：
數(shù)字示波器具有有限的輸入帶寬。示波器的輸入帶寬的限制了輸入信號的帶寬。在Pupalaikis等人的美國專利申請出版物2004/0128076中，公開了一種具有增加可用帶寬的實(shí)時示波器。該實(shí)時示波器將輸入信號拆分成多個拆分信號。將一個拆分信號數(shù)字化。同時，將其他拆分信號頻移成基帶信號，并進(jìn)行數(shù)字化。將上述數(shù)字化的頻移信號頻移至它們初始的頻率范圍，然后，將它們與其他數(shù)字化的信號組合，以創(chuàng)建上述輸入信號的表示。通過將輸入信號的頻帶頻移至它們各自的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬內(nèi)，可以用上述具有較小帶寬的數(shù)字轉(zhuǎn)換器來采集具有比該數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入帶寬更大的頻率范圍的輸入信號。
然而，該實(shí)時示波器要求輸入信號由拆分器進(jìn)行拆分，且要求為用于創(chuàng)建輸入信號的上述表示的每個頻帶使用示波器通道的等價物。結(jié)果，拆分器可能造成輸入信號變差，且這樣的帶寬增加的單個示波器通道的成本增加到約為頻帶數(shù)目乘以一個正常通道的成本。
因此，仍然需要用于測試和測量儀器的改進(jìn)的采集設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
一個實(shí)施例包括用于測試和測量儀器的連續(xù)頻帶采集設(shè)備，該設(shè)備包括接收輸入信號的輸入端、將選定的信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)換器、有選擇地將輸入端連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的旁路路徑、將輸入信號頻移和有選擇地將經(jīng)過頻移的輸入信號連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的頻移路徑，該頻移路徑包括用于頻移的裝置、將輸入信號切換到上述旁路路徑和頻移路徑之一的輸入開關(guān)，和通過有選擇地將上述頻移路徑與旁路路徑之一的輸出連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器而將選定的信號提供給上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出開關(guān)。
另一個實(shí)施例包括將測試和測量儀器的輸入信號數(shù)字化的方法，該方法包括使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器在未頻移時間段內(nèi)將上述信號數(shù)字化，將上述信號頻移至少一個移位頻率，對于每個移位頻率，頻移發(fā)生在相關(guān)的頻移時間段內(nèi)，該相關(guān)的頻移時間段不同于任何其他移頻時間段和上述未頻移時間段，在該相關(guān)的頻移時間段內(nèi)將每個經(jīng)過頻移的信號數(shù)字化，并將上述數(shù)字化信號和每個經(jīng)過移頻的數(shù)字化信號組合成重構(gòu)信號。
另一個實(shí)施例包括諸如數(shù)字示波器或數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試和測量儀器，該儀器包括用于從至少一個移位頻率中選擇選定的移位頻率的裝置；用于將輸入信號頻移上述選定的移位頻率的裝置；用于選擇上述輸入信號或上述經(jīng)過頻移的信號的裝置；用于將選定的信號數(shù)字化的裝置；用于存儲每個輸入信號和每個頻移了移位頻率的的信號的數(shù)字版本的裝置；和用于將上述存儲信號組合成重構(gòu)信號的裝置。
從引用附圖的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，可以更容易地理解本發(fā)明的前述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)頻帶采集設(shè)備的實(shí)施例的框圖；圖2示出了圖1所示設(shè)備的輸入信號的頻域內(nèi)容、該輸入信號的頻帶和重構(gòu)信號的帶寬；圖3示出了圖1所示時域中數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端的信號的示例；圖4是流程圖，它示出了一種使用連續(xù)頻帶采集設(shè)備將信號數(shù)字化的方法實(shí)例；圖5是圖4所示操作的流程圖，它還包括內(nèi)插數(shù)字化信號；圖6是圖4所示操作的流程圖，它還包括頻移經(jīng)過頻移的信號；圖7是圖4所示操作的流程圖，它還包括將數(shù)字化信號存儲在存儲器中；圖8是圖4所示操作的流程圖，它還包括選擇和組合選定的數(shù)字化信號；和圖9是圖4所示操作的流程圖，它還包括均衡信號路徑的頻率響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)頻帶采集設(shè)備的實(shí)施例的框圖。該采集設(shè)備包括輸入端44、數(shù)字轉(zhuǎn)換器24、旁路路徑10、頻移路徑12、輸入開關(guān)20、輸出開關(guān)22。輸入端44接收輸入信號。數(shù)字轉(zhuǎn)換器24將選定的信號46數(shù)字化。
使用開關(guān)20和22，旁路路徑10可以有選擇地將輸入44或輸入44的頻移版本連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。例如，旁路路徑10可以將來自輸入開關(guān)20的輸入信號44直接連接到輸出開關(guān)22和數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。當(dāng)輸入開關(guān)20已經(jīng)選定旁路路徑10時，輸入信號44經(jīng)過輸入開關(guān)20到達(dá)旁路路徑10。當(dāng)輸出開關(guān)22已選定旁路路徑10時，作為選定的信號46，旁路路徑10上的信號通過輸出開關(guān)22到達(dá)數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。例如，通過讓輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22連接到旁路路徑10，該采集設(shè)備可表現(xiàn)得如同不進(jìn)行信號的任何頻移的普通采集設(shè)備一樣。
頻移路徑12將連接到其上的信號頻移。輸入開關(guān)20可將輸入信號44連接到頻移路徑12。輸出開關(guān)22可將經(jīng)過頻移的信號作為選定的信號46連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。頻移路徑12包括用于進(jìn)行頻移的裝置48。
盡管在圖1中是分開表示的，但輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22可以是同一裝置的一部分。例如，輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22可以是雙刀雙擲(DPDT)開關(guān)的一部分。
用于進(jìn)行頻移48的裝置將連接到頻移路徑12的頻率分量頻移至較低的頻率范圍。通過將上述信號的頻率頻移至較低的頻率范圍，便可將在其他情況下處于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬外的頻率頻移到處于該數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬內(nèi)。例如，數(shù)字轉(zhuǎn)換器24可具有10GHz的帶寬。輸入信號可具有0和15GHz之間的頻率分量。通過將輸入信號的處于10和15GHz之間的頻率分量頻移至數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的10GHz帶寬內(nèi)，數(shù)字轉(zhuǎn)換器24可以在不造成過度失真的情況下將上述較高的頻率分量數(shù)字化。
用于進(jìn)行頻移的裝置48可包括至少一個頻移信號14、選擇上述至少一個移頻信號14之一的信號選擇器16、和響應(yīng)選定的頻移信號17頻移輸入信號的頻移器18。頻移信號14可以是正弦信號。圖1示出了從f1到fn的多個信號14，因而，可以存在任何數(shù)目的頻移信號14。信號選擇器16選擇頻移信號14之一，并將其作為選定的頻移信號17。響應(yīng)選定的頻移信號17，頻移器18頻移頻移路徑12上的信號的頻率。
例如，頻移信號可以是頻率為f1、f2和f3的正弦信號。信號選擇器16可以是將頻率f1、f2和f3作為輸入的RF開關(guān)。由該RF開關(guān)選定的其中一個正弦信號將作為選定的頻移信號17通過該開關(guān)。頻移器18可以是混頻器。該選定的頻移信號17可以用作該混頻器的本地振蕩器(LO)信號。輸入到頻移路徑12的信號可用作該混頻器的RF信號。結(jié)果，頻移路徑12上的信號將向下頻移選定的頻移信號17所具有的頻率。
頻移路徑12也可以包括濾波器34。濾波器34可具有多個可選擇的截止頻率。每個截止頻率與頻移信號14之一相關(guān)。
盡管某些頻移器18并不需要濾波器34，但是，可以將濾波器34與作為頻移器18的混頻器一起使用。當(dāng)用多個接近上述LO頻率的頻率分量與信號混合時，處于上述LO頻率兩側(cè)的兩個頻率將對一個基帶頻率產(chǎn)生影響。例如，將比上述LO頻率低Δf的第一頻率和比上述LO頻率高Δf的第二頻率均頻移Δf的頻率。結(jié)果，上述比LO頻率高和低的頻率互相干擾。為僅頻移比LO頻率低的頻率，可以用濾波器34濾除高于LO頻率的頻率。類似地，可以用濾波器34濾除比LO頻率低的頻率，以頻移上述較高的頻率。
在一個實(shí)例中，在進(jìn)行多頻帶信號重構(gòu)后，混頻器的RF端口可具有比上述模擬通道的最終所期望的擴(kuò)展帶寬寬10％的帶寬。例如，如果輸入信號具有0至20GHz的范圍，且數(shù)字轉(zhuǎn)換器24具有0至10GHz的帶寬，則混頻器的RF端口可具有0至22GHz的帶寬。盡管說明了用于選擇混頻器的一個參數(shù)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，可選擇該混頻器的RF帶寬，使其足以包括將進(jìn)行頻移的頻率的所期望的范圍。取決于混頻器的特性，這樣的帶寬可以大于或小于1.1倍的最終所期望的擴(kuò)展帶寬。例如，當(dāng)混頻器在其RF頻帶的邊緣處具有較低的幅值和相位失真時，可選擇上述RF帶寬，以使其具有少于上述的10％的裕度。
此外，上述RF帶寬不必?cái)U(kuò)展到DC頻帶。例如，使用上述的0至20GHz的輸入信號和0至10GHz的數(shù)字轉(zhuǎn)換器帶寬，可以用具有9至22GHz的RF帶寬和0至11GHz的IF帶寬的混頻器來將上述輸入信號的頻率分量從10至20GHz頻移至上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器頻帶內(nèi)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，當(dāng)使用混頻器頻移給定的頻帶時，可以使用幾種移位頻率。例如，如果要頻移從10至15GHz的頻帶，則可采用10GHz的LO頻率。結(jié)果，10GHz周圍的頻率將頻移至0GHz，15GHz周圍的頻率將頻移至5GHz。另外，也可使用15GHz的LO頻率。在這種情況下，15GHz周圍的頻率將頻移至0GHz，10GHz周圍的頻率將頻移至5GHz。從而，10和15GHz之間的頻率將頻移到5和0GHz之間的頻率，而在頻域中上述頻率是原有頻率的鏡像。此外，可以使用上述期望的頻帶之外的LO頻率。使用10至15GHz的示例信號，可使用9GHz的LO頻率。結(jié)果，上述頻率將頻移至1至6GHz。可以使用任何將期望的頻帶頻移至數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬內(nèi)的移位頻率。
用于進(jìn)行頻移的裝置可包括其他能將信號頻率進(jìn)行頻移的電路。例如，實(shí)施諸如同相正交(IQ)調(diào)制的其他調(diào)制技術(shù)的電路可頻移信號。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，信號選擇器16可采取任何形式。例如，信號選擇器16可以是以機(jī)械方式選擇一個頻移信號14的機(jī)械裝置。另外，信號選擇器16可以是以電子方式選擇一個頻移信號14的固態(tài)裝置。
數(shù)字轉(zhuǎn)換器24將選定的信號46數(shù)字化。數(shù)字轉(zhuǎn)換器24包括對波形進(jìn)行采樣和將其存儲在數(shù)字存儲器中所需的、諸如跟蹤和保持電路以及A/D轉(zhuǎn)換器的標(biāo)準(zhǔn)電路。數(shù)字轉(zhuǎn)換器24可包括模擬的前置放大器。該前置放大器和任何相關(guān)的衰減器可形成數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的模擬通道的一部分。數(shù)字轉(zhuǎn)換器24和影響輸入形狀的部件均對數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬產(chǎn)生了影響。此外，數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬可遠(yuǎn)小于重構(gòu)的最終波形的最終帶寬。
上述采集設(shè)備也可包括從26(0)至26(n)的多個存儲器，以存儲來自旁路路徑10和頻移路徑12的數(shù)字化信號。存儲器26(0)可與旁路路徑10有關(guān)，而其他存儲器26(1)至26(n)可與頻移路徑12有關(guān)，其中，為每個選定的頻移信號14指派存儲器26(1)至26(n)中的一個存儲器。
上述采集設(shè)備也可以包括數(shù)字頻移器28，以頻移來自頻移路徑12的、26(1)至26(n)中的相關(guān)存儲器內(nèi)的相關(guān)信號。將之前經(jīng)過向下頻移的信號朝它們的初始頻率向上頻移。由于數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬構(gòu)成了瓶頸，所以可以通過將處于上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器頻帶外的輸入信號的頻率向下頻移，將這些信號數(shù)字化，然后將上述經(jīng)過頻移的信號頻移回它們的初始頻率，來準(zhǔn)確地?cái)?shù)字化具有超出數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬的頻率范圍的信號。
上述采集設(shè)備也可以包括組合器30，以組合任何來自頻移路徑12和來自旁路路徑10的信號。由于來自旁路路徑10的信號表示未經(jīng)頻移而通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬的信號，且來自頻移路徑12的信號表示數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬外的信號，因而可以得到包括數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬外的頻率的輸入信號的準(zhǔn)確表示。
上述采集設(shè)備也可以包括內(nèi)插器36。將每個內(nèi)插器36配置成將存儲器26中的信號內(nèi)插成公共采樣率。該公共采樣率可以高于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的采樣率。例如，以數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的采樣率采樣由數(shù)字轉(zhuǎn)換器24進(jìn)行數(shù)字化的信號。數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的采樣率足以表示處于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬內(nèi)的信號。然而，該采樣率可能不足以表示處于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24帶寬以外的信號。任何沿頻移路徑12的信號最初可能包括處于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬之外的頻率。進(jìn)行頻移后。來自頻移路徑12的信號能夠通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的頻帶。然而，由于該數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣率僅足以處理數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬內(nèi)的信號，因此，在將來自頻移路徑13的信號頻移回它們的初始頻率后，需要比上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣率更高的采樣率來準(zhǔn)確地表示上述信號。通過將上述數(shù)字化信號內(nèi)插成更高的公共采樣率，則上述數(shù)字化信號的組合可以更準(zhǔn)確地表示輸入信號。
上述采集設(shè)備也可以包括均衡濾波器38。對每個頻移信號14，將該均衡濾波器38配置成均衡來自輸入開關(guān)20的輸入并通過旁路路徑10或頻移路徑12到達(dá)均衡濾波器38的輸入的頻率響應(yīng)。如圖1所示，均衡濾波器38均衡經(jīng)過頻移的組合信號，且另一個均衡器38均衡來自旁路路徑10的信號。上述均衡可以補(bǔ)償任何由于在通向均衡器38的路徑上使用非理想部件而造成的幅值或相位失真。上述幅值和相位均衡也可以校正數(shù)字化信號之間的時間對準(zhǔn)。
在將多條路徑進(jìn)行組合后，盡管圖中示出的均衡濾波器38均處于一條路徑上，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，這樣的均衡濾波器可以位于沿輸入信號路徑的任何位置。例如，在將所有信號進(jìn)行組合之后，可使用一個均衡濾波器38。另外，每個數(shù)字化信號可具有與之相關(guān)的均衡濾波器38。
上述采集設(shè)備可包括帶阻開關(guān)42。每個帶阻開關(guān)42配置成將相關(guān)的存儲器26從通往組合器30的路徑上斷開。盡管圖中示出在相關(guān)的存儲器26后直接實(shí)施了帶阻開關(guān)42，但是，也可以在任何可將存儲器26從組合器30斷開的位置實(shí)施這些帶阻開關(guān)。例如，可以在任何內(nèi)插器36后實(shí)施帶阻開關(guān)42。此外，盡管使用了術(shù)語開關(guān)，但是，也可以將帶阻開關(guān)42以物理元件或數(shù)字元件的形式進(jìn)行實(shí)施。例如，帶阻開關(guān)42可以是增益為零的數(shù)字增益級。結(jié)果，來自相關(guān)存儲器26的信號便不能到達(dá)組合器30，從而將存儲器26與組合器30斷開。
上述采集設(shè)備可包括控制器32?？蓪⒃摽刂破髋渲贸煽刂戚斎腴_關(guān)20和輸出開關(guān)22來選擇期望的路徑，并控制信號選擇器16來選擇頻移信號14。此外，控制器32可控制用哪個存儲器26存儲來自數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的任何信號。例如，控制器32可將輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22設(shè)到旁路路徑10。從而，數(shù)字轉(zhuǎn)換器將接收通過旁路路徑10的輸入信號。類似地，控制器32可將輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22設(shè)到頻移路徑12，并將信號選擇器16設(shè)到期望的頻移信號14。結(jié)果，數(shù)字轉(zhuǎn)換器將接收由頻移路徑12進(jìn)行頻移的輸入信號。
圖2示出了圖1所示設(shè)備的輸入信號的頻域內(nèi)容、該輸入信號的頻帶和重構(gòu)信號的帶寬。頻帶0大概示出了數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的輸入帶寬。由于頻帶1至頻帶n超出數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬，因而該數(shù)字轉(zhuǎn)換器一般不能將這些頻帶內(nèi)的信號數(shù)字化。通過將頻帶1至頻帶n頻移到數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的頻帶內(nèi)，可以將這些頻帶內(nèi)的信號數(shù)字化。最終的BW示出了使用相對于數(shù)字轉(zhuǎn)換器24的帶寬的頻帶0至頻帶n形成的重構(gòu)信號的帶寬。
圖3示出了時域中數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端的信號的示例。如上所述，這些帶不是同時數(shù)字化的。在圖3中，頻帶0在時間段T0內(nèi)數(shù)字化，頻帶1在時間段T1內(nèi)數(shù)字化，頻帶2在時間段T2內(nèi)數(shù)字化，頻帶n在時間段Tn內(nèi)數(shù)字化。在將帶n數(shù)字化后，可以重構(gòu)具有包括頻帶0至頻帶n在內(nèi)的帶寬的輸入信號。從而，在不同時間段中，用相同的數(shù)字轉(zhuǎn)換器對每個頻帶進(jìn)行了數(shù)字化。
盡管已對采集設(shè)備進(jìn)行說明，但這樣的采集設(shè)備仍可以是測試和測量儀器的一部分。這樣的測試和測量儀器可包括示波器平臺。該采集設(shè)備可以是示波器本身的一部分，或是和該示波器一起使用的探針頭或插件模塊的一部分。另外，上述采集設(shè)備也可以是數(shù)字轉(zhuǎn)換器平臺的一部分，該平臺的主要目標(biāo)是將模擬波形轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制樣本形式存儲在存儲器內(nèi)的數(shù)字波形。
這樣的測試和測量儀器的實(shí)例可包括用于從至少一個移位頻率選擇選定的移位頻率的裝置、用于將輸入信號頻移該選定的移位頻率的裝置、用于選擇該輸入信號或經(jīng)過頻移的信號的裝置、用于將選定的信號數(shù)字化的裝置、用于存儲每個輸入信號和每個頻移了移位頻率的信號的數(shù)字版本的裝置和用于將這些存儲的信號組合成重構(gòu)信號的裝置。
用于從至少一個移位頻率選擇選定的移位頻率的裝置可包括如上所述的信號選擇器16。然而，其他用于選擇該選定的移位頻率的裝置也是可能的。例如，這樣的裝置可包括信號發(fā)生器。信號發(fā)生器可以產(chǎn)生多個頻率。從而，對于所有移位頻率，可以僅存在一臺發(fā)生器。為選擇特定的移位頻率，可以給該信號發(fā)生器編制所期望的移位頻率。當(dāng)需要不同的移位頻率時，可以給該信號發(fā)生器編制新的移位頻率。
用于將輸入信號頻移上述選定的移位頻率的裝置可包括用于進(jìn)行上述的頻移的裝置48。盡管以上僅說明了一個頻移路徑12，但該用于頻移輸入信號的裝置可包括多個頻移路徑12。每個頻移路徑12可頻移輸入信號的多個頻帶。旁路路徑10與多個頻移路徑12的組合允許對輸入信號的期望的頻帶進(jìn)行數(shù)字化。如果作為頻移路徑12的一部分的頻移器18僅能覆蓋輸入信號的一部分頻帶，則多個頻移路徑12相當(dāng)有用。例如，如果將混頻器用作頻移器18，該混頻器僅具有覆蓋5至15GHz的帶寬。如果輸入信號具有超過15GHz的頻帶，則需要額外的混頻器來覆蓋上述較高的頻率范圍。該額外的混頻器可覆蓋15至25GHz的頻率，并可以是第二頻移路徑的一部分。
用于選擇輸入信號或經(jīng)過頻移的信號的裝置可包括如上所述的輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22。然而，這樣的裝置可僅包括輸出開關(guān)22。例如，如果輸入信號在旁路路徑10和頻移路徑12之間發(fā)生拆分，則可能僅需要輸出開關(guān)22。在輸入信號進(jìn)行頻移的同時，旁路路徑10可讓上述輸入信號通過。可以用輸出開關(guān)22選擇這些信號之一。
用于將選定的信號數(shù)字化的裝置可包括如上所述的數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。此外，可以將放大器、濾波器、衰減器、輸入限制器等等與數(shù)字轉(zhuǎn)換器24一起使用。
用于存儲每個輸入信號和每個頻移了移位頻率的信號的數(shù)字版本的裝置可包括如上所述的存儲器26。此外，這樣的裝置可包括單個存儲器，且每個數(shù)字化信號存儲在該存儲器中的特定位置。并且，用于存儲的裝置可以是存儲連續(xù)采樣的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出的先進(jìn)先出(FIFO)存儲器。該FIFO存儲器可能不具有用于在特定的時間段內(nèi)獲取的數(shù)字化信號的固定存儲器位置。相反地，上述用于選擇的裝置選擇即將數(shù)字化的信號的時刻可確定信號在存儲器中的位置。
可以將用于把存儲的信號組合成重構(gòu)信號的裝置與內(nèi)插器36、數(shù)字頻移器28和組合器30一起使用。此外，可以由均衡濾波器38和帶阻開關(guān)42對該用于組合的裝置進(jìn)行補(bǔ)充。盡管圖中示出該用于組合的裝置組合來自圖1中各個獨(dú)立的存儲器的信號，但是該用于組合的裝置也可以與上述用于存儲的裝置一起使用。例如，取決于數(shù)字化信號在存儲器內(nèi)的存儲方式，用于組合的裝置可訪問單個存儲器的各個特定部分。
上述采集設(shè)備也可包括用于選擇存儲信號的子集的裝置，在這種情況下，用于組合的裝置用來將存儲信號的該子集組合成重構(gòu)信號。用于選擇存儲信號的子集的裝置可包括如上所述的帶阻開關(guān)42。此外，該用于選擇子集的裝置可連接到其他設(shè)備，且這些設(shè)備可影響特定存儲信號對上述重構(gòu)信號的影響。例如，該用于選擇子集的裝置可將存儲信號的值設(shè)定為0，以消除其對重構(gòu)信號的影響。
也可以將頻移信號的裝置連接到對信號進(jìn)行濾波的裝置。對于每個移位頻率，該用于濾波的裝置可具有不同的截止頻率。在信號的頻移過程中，處于輸入信號的期望頻帶外的頻率分量可能干擾該頻帶的頻移。通過對信號進(jìn)行濾波，可以減少帶外頻率的影響。此外，對于每個移位頻率，用于該濾波器的期望的截止頻率可能不同。結(jié)果，該用于濾波的裝置可包括可調(diào)濾波器，可以將該濾波器調(diào)整到具有與移位頻率相關(guān)的期望的截止頻率。
現(xiàn)在，引用圖4-9，將對使用連續(xù)頻帶采集設(shè)備數(shù)字化信號的方法的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖4是流程圖，它示出了一種使用連續(xù)頻帶采集設(shè)備來將信號數(shù)字化的方法實(shí)例。在60處，使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器在未頻移時間段內(nèi)將信號進(jìn)行數(shù)字化。例如，參閱圖1，為將信號數(shù)字化，將輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22設(shè)到旁路路徑10。然后，數(shù)字轉(zhuǎn)換器24將通過旁路路徑10的輸入信號數(shù)字化。可將該數(shù)字化信號存儲在存儲器26中。
在62中，將輸入信號頻移至少一個移位頻率。對于每個使用的移位頻率，上述頻移發(fā)生在一個相關(guān)的頻移時間段內(nèi)。用于任意給定的頻移的相關(guān)頻移時間段不同于任何其他頻移時間段，也不同于未發(fā)生頻移的時間段。結(jié)果，對在其中將輸入信號頻移一個給定的移位頻率的時間段而言，這些時間段不僅彼此互不相同，也不同于在其中將未經(jīng)頻移的輸入信號數(shù)字化的那個時間段。
在64中，將每個經(jīng)過頻移的信號數(shù)字化。如上所述，每個經(jīng)過頻移的信號是在頻移時間段內(nèi)進(jìn)行頻移的。在那個頻移時間段內(nèi)，將經(jīng)過頻移的信號數(shù)字化。例如，參閱圖1，在第一頻移時間段內(nèi)，將輸入開關(guān)20和輸出開關(guān)22設(shè)到頻移路徑12。信號選擇器16選擇第一移位頻率，且將輸入信號頻移該頻率。然后，在數(shù)字轉(zhuǎn)換器24處將上述經(jīng)過頻移的信號數(shù)字化。在第二頻移時間段內(nèi)，用另一個移位頻率重復(fù)進(jìn)行了上述頻移和數(shù)字化。結(jié)果，通過時分復(fù)用，由同一數(shù)字轉(zhuǎn)換器對未經(jīng)頻移的輸入信號和經(jīng)過頻移的信號進(jìn)行了數(shù)字化處理。為幫助同步未經(jīng)頻移和經(jīng)過頻移的信號，可以響應(yīng)與輸入信號有關(guān)的外部觸發(fā)來將每個信號數(shù)字化。
盡管說明了一種將信號數(shù)字化的次序，但是，該次序也可以是任何期望的次序。例如，可以將被頻移第一頻率的信號數(shù)字化。然后，將未經(jīng)頻移的信號數(shù)字化。最后，將被頻移第二頻率的信號數(shù)字化?？梢源嬖趯⑽唇?jīng)頻移和經(jīng)過頻移的信號數(shù)字化的任何次序。
根據(jù)需要，可以為輸入信號的每個頻帶重復(fù)上述頻移和數(shù)字化操作。另外，即使擁有頻移和數(shù)字化輸入信號的所有頻帶的能力，也可以僅頻移和數(shù)字化輸入信號的頻帶的一個子集。例如，考慮具有0-5GHz、5-10GHz、10-15GHz和15-20GHz的頻帶的輸入信號。為得到處于0-20GHz范圍內(nèi)的任何信號的完整表示，可以將0-5GHz的頻帶不經(jīng)頻移地進(jìn)行數(shù)字化，而將剩余的三個頻帶進(jìn)行頻移和數(shù)字化。從而，將整個0-20GHz的頻率范圍進(jìn)行了數(shù)字化處理。然而，如果不想要某個頻帶，如5-10GHz的頻帶，則可以將0-5GHz的頻帶不經(jīng)頻移地進(jìn)行數(shù)字化，且僅將10-15GHz和15-20GHz的頻帶進(jìn)行頻移和數(shù)字化。結(jié)果，輸入信號的處于5-10GHz頻帶的頻率分量將不成為重構(gòu)信號的一部分。
在70中，組合任何經(jīng)過數(shù)字化的信號。這些經(jīng)過數(shù)字化的信號可包括未經(jīng)頻移的數(shù)字化信號和數(shù)字化的頻移信號，或是這些信號的子集。如上所述，不必將可被數(shù)字化的頻帶進(jìn)行數(shù)字化處理。從而，不必?cái)?shù)字化未經(jīng)頻移的頻帶，也不必將其應(yīng)用在組合之中。將選定的經(jīng)過數(shù)字化的信號組合成重構(gòu)信號。由于已得到了處于比數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬更大的帶寬內(nèi)的頻率分量，因此，可以準(zhǔn)確地得到具有比數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬更大的帶寬的輸入信號。
圖5是圖4中所示操作的流程圖，它還包括內(nèi)插經(jīng)過數(shù)字化的信號。在74中，內(nèi)插了經(jīng)過數(shù)字化的信號。這些經(jīng)過數(shù)字化的信號包括任何未經(jīng)頻移的數(shù)字化信號和任何數(shù)字化的頻移信號。將這些數(shù)字化信號內(nèi)插成更高的公共采樣率。一般地，兩倍于信號的最高頻率分量的采樣率足以準(zhǔn)確地以數(shù)字方式表示該信號。因?yàn)檫@些經(jīng)過頻移的信號被頻移至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的帶寬內(nèi)，因此，數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣率足以準(zhǔn)確表示上述經(jīng)過頻移的信號。然而，在將上述經(jīng)過頻移的信號頻移回它們的初始頻率后，該采樣率可能低于準(zhǔn)確表示這些經(jīng)過頻移的信號所需的采樣率。結(jié)果，在將信號頻移回它們的初始頻率之前，將這些經(jīng)過頻移的信號內(nèi)插成更高的采樣率。為方便組合，也可以將未經(jīng)頻移的數(shù)字化信號內(nèi)插成上述公共采樣率。該內(nèi)插提供了足夠數(shù)目的樣本來準(zhǔn)確表示輸入信號的初始頻率分量。例如，如果得到了N個相同頻寬的連續(xù)頻帶，則數(shù)字化信號的采樣率可提高到原來速度的N倍。
圖6是圖4所示操作的流程圖，它還包括對經(jīng)過頻移的信號的頻移。在72中，將任何經(jīng)過頻移的信號頻移回它們的初始頻率。例如，在62中，可以將10-15GHz的頻率范圍頻移至0-5GHz，在64中，將其進(jìn)行數(shù)字化，然后，在72中將其頻移回10-15GHz的范圍。
可以通過調(diào)制數(shù)字化信號來執(zhí)行這樣的頻移。一種調(diào)制方法是將數(shù)字化信號乘以作為用于該數(shù)字化信號的初始頻移信號的相同頻率的正弦波。在進(jìn)行這樣的相乘后，可以用濾波器從相乘結(jié)果中除去任何不期望的分量。另一種調(diào)制方法可包括正弦波的單邊帶調(diào)制。單邊帶調(diào)制導(dǎo)致將輸入信號的頻率頻移該正弦波的頻率。
圖7是圖4所示操作的流程圖，它還包括將數(shù)字化信號存儲在存儲器中。在77中，將未經(jīng)頻移的數(shù)字化信號存儲在存儲器中。在76中，將每個數(shù)字化的頻移信號存儲在存儲器中。將所有來自信號頻帶的數(shù)字化信號存儲在各自的存儲器中。結(jié)果，當(dāng)獲取最后一個期望的頻帶時，可以將該頻帶與在較早的時間段內(nèi)進(jìn)行數(shù)字化的數(shù)字化頻帶進(jìn)行組合。盡管此處說明的是為每個數(shù)字化信號指定獨(dú)立的存儲器的情形，但是，本領(lǐng)域具有不同技能的人員將懂得，每個存儲器可以是同一存儲器的一部分，但是它們占據(jù)了彼此不同的地址空間。
圖8是圖4所示操作的流程圖，它還包括選擇和組合選定的數(shù)字化信號。在78中，選擇了數(shù)字化信號的一個子集。在80中，將該子集組合成重構(gòu)信號?？梢赃x擇數(shù)字化信號的任何子集。例如，可以選擇四個數(shù)字化頻帶中的三個頻帶。此外，可以僅選擇一個數(shù)字化信號。
而且，子集的選擇與上述的關(guān)于頻移和數(shù)字化的信號頻帶的選擇不同。如上所述，僅頻移和數(shù)字化期望保留的頻帶，而剔除輸入信號的其他可能頻帶。然后，可以將所有這些頻帶組合在一起。相反，當(dāng)選擇子集時，將多個頻帶數(shù)字化，然后選出這些頻帶的期望的子集用于組合。在前一個實(shí)例中，僅數(shù)字化期望保留的頻帶。在后一個實(shí)例中，僅組合所有數(shù)字化信號中的期望保留的數(shù)字化信號。從而，通過不同的方法可得到類似的結(jié)果。
圖9是圖4所示操作的流程圖，它還包括均衡信號的各個路徑的頻率響應(yīng)。在82中，可均衡數(shù)字化信號的各個路徑的頻率響應(yīng)。數(shù)字化操作、頻移和其他對信號進(jìn)行的處理可能使信號發(fā)生失真。每個數(shù)字化信號可能具有不同的失真。為補(bǔ)償這種效應(yīng)，可以補(bǔ)償影響數(shù)字化信號的頻率響應(yīng)。例如，頻移和數(shù)字化可能引入幅值和相位失真，在靠近頻帶邊緣的頻率范圍中尤其如此?？墒褂眠m當(dāng)?shù)臑V波器來補(bǔ)償這樣的失真。
盡管圖9中示出均衡82發(fā)生在獲取數(shù)字化信號之后，但是本行業(yè)技術(shù)人員將懂得，在處理輸入信號時，可以在任一點(diǎn)處執(zhí)行均衡82。例如，在緊接組合數(shù)字化信號的流程的之前時刻，可以執(zhí)行均衡82。此外，考慮諸如頻移和由對輸入信號進(jìn)行的放大操作造成的失真等任何非線性效應(yīng)，可以將輸入信號進(jìn)行預(yù)失真處理。而且，82中的均衡可以是在多個點(diǎn)處進(jìn)行的部分均衡的結(jié)果，這些部分均衡與形成期望均衡的整體均衡合拍。
盡管這些額外的流程是在圖5-9中彼此獨(dú)立地示出的，但是，在本領(lǐng)域技術(shù)人員確認(rèn)對特定應(yīng)用有效時，也可以將這些流程在各種子組合中進(jìn)行組合。
盡管在本公開中已分別說明了數(shù)字部件和操作數(shù)字信號的方法，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得，在諸如數(shù)字信號處理(DSP)集成電路等應(yīng)用中，可以分別實(shí)施這些部件和方法，也可以一起實(shí)施這些部件和方法。
盡管已對特定的實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，仍應(yīng)懂得，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。在不背離如以下的權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于測試和測量儀器的采集設(shè)備，包括用于接收輸入信號的輸入端；用于將選定信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于有選擇地將所述輸入端連接到所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的旁路路徑；用于頻移所述輸入信號和有選擇地將所述經(jīng)過頻移的輸入信號連接到所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的頻移路徑，該頻移路徑包括用于進(jìn)行頻移的裝置；用于將所述輸入信號切換到所述旁路路徑和頻移路徑之一的輸入開關(guān)；用于通過有選擇地將所述頻移路徑和所述旁路路徑之一的輸出連接到所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器來將選定信號提供給所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出開關(guān)。
2.權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中，所述用于頻移的裝置還包括至少一個頻移信號；用于選擇所述至少一個頻移信號之一的信號選擇器；和用于響應(yīng)所述選擇的頻移信號頻移所述信號的頻移器。
3.權(quán)利要求2中的設(shè)備，其中所述頻移器還包括混頻器。
4.權(quán)利要求2中的設(shè)備，其中所述頻移路徑還包括具有多個可選的截止頻率的濾波器。
5.權(quán)利要求1中的設(shè)備，還包括多個存儲器，用于對每個選定頻移信號來存儲來自所述頻移路徑和所述旁路路徑的數(shù)字化信號；至少一個數(shù)字頻移器，用于頻移來自相關(guān)的存儲器中的頻移路徑的相關(guān)信號；組合器，用于組合所述至少一個數(shù)字化的頻移信號和來自所述旁路路徑的信號。
6.權(quán)利要求5中的設(shè)備，還包括多個內(nèi)插器，且每個內(nèi)插器配置成將所述存儲器中的信號內(nèi)插成公共的采樣率。
7.權(quán)利要求5中的設(shè)備，還包括均衡濾波器，對每個頻移信號，均衡來自所述輸入開關(guān)的輸入端并通過所述頻移路徑到達(dá)該均衡濾波器的輸入端的頻率響應(yīng)。
8.權(quán)利要求5中的設(shè)備，還包括均衡濾波器，均衡來自所述輸入開關(guān)的輸入端并通過所述旁路路徑并到達(dá)該均衡濾波器的輸入端的頻率響應(yīng)。
9.權(quán)利要求5中的設(shè)備，還包括多個帶阻開關(guān)，每個帶阻開關(guān)可用于將相關(guān)的存儲器從通向所述組合器的路徑上斷開。
10.權(quán)利要求1中的設(shè)備，還包括控制器，該控制器控制所述輸入開關(guān)和所述輸出開關(guān)來選擇期望的路徑，以及控制所述信號選擇器來選擇頻移信號。
11.權(quán)利要求10中的設(shè)備，還包括多個存儲器，對于每個選定的頻移信號，存儲來自所述頻移路徑的數(shù)字化信號，和存儲來自所述旁路路徑的數(shù)字化信號，其中，所述控制器進(jìn)一步配置成控制每個所述存儲器中所述數(shù)字化信號的存儲。
12.一種為測試和測量儀器將輸入信號數(shù)字化的方法，包括使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器在未發(fā)生頻移的時間段內(nèi)數(shù)字化所述信號；將所述信號頻移至少一個移位頻率，對于每個移位頻率，所述頻移發(fā)生在相關(guān)的頻移時間段內(nèi)，該相關(guān)的頻移時間段不同于任何其他頻移時間段以及未頻移的時間段；在所述相關(guān)的頻移時間段內(nèi)將每個頻移的信號數(shù)字化；和將所述數(shù)字化信號和每個數(shù)字化的頻移信號組合成重構(gòu)信號。
13.權(quán)利要求12中的方法，還包括頻移每個數(shù)字化的頻移信號。
14.權(quán)利要求12中的方法，還包括將所述數(shù)字化信號和每個數(shù)字化的頻移信號內(nèi)插成公共的采樣率。
15.權(quán)利要求12中的方法，還包括將每個數(shù)字化信號和每個數(shù)字化的頻移信號存儲在相關(guān)的存儲器中。
16.權(quán)利要求12中的方法，還包括選擇所述數(shù)字化信號和每個數(shù)字化的頻移信號的子集；和將所述信號的子集組合成重構(gòu)信號。
17.權(quán)利要求12中的方法，還包括，對每個數(shù)字化信號和每個數(shù)字化的頻移信號，將該信號的路徑的相關(guān)頻率響應(yīng)均衡到組合點(diǎn)。
18.一種測試和測量儀器，包括用于從至少一個移位頻率中選擇選定的移位頻率的裝置；用于將輸入信號移位所述選定的移位頻率的裝置；用于選擇所述輸入信號或所述頻移信號的裝置；用于將所述選定的信號數(shù)字化的裝置；用于存儲每個輸入信號和頻移了每個移位頻率的信號的數(shù)字版本的裝置；和用于將所述存儲的信號組合成重構(gòu)信號的裝置。
19.權(quán)利要求18中的設(shè)備，還包括用于頻移與移位頻率相關(guān)的任何存儲信號的裝置。
20.權(quán)利要求18中的設(shè)備，還包括用于選擇所述存儲的信號的子集的裝置；用于將所述存儲信號的子集的組合成所述重構(gòu)信號的裝置。
21.權(quán)利要求18中的設(shè)備，還包括用于過濾所述信號的裝置，對于每個移位頻率，該用于過濾的裝置具有不同的截止頻率。
全文摘要
一種用于測試和測量儀器的采集設(shè)備，包括接收輸入信號的輸入端、將選定的信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)換器、有選擇地將上述輸入連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的旁路路徑、將上述輸入信號頻移和有選擇地將經(jīng)過頻移的輸入信號連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的頻移路徑，該頻移路徑包括用于頻移的裝置、將輸入信號切換到上述旁路路徑和頻移路徑之一的輸入開關(guān)，和通過有選擇地將上述頻移路徑與旁路路徑之一的輸出連接到上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器而將選定的信號提供給上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出開關(guān)。
文檔編號G01R13/02GK1873717SQ20061007999
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者J·J·皮克爾德 申請人:特克特朗尼克公司