通過信號模式觸發(fā)的數(shù)字測量儀器的制造方法
【專利摘要】測量儀器接收來自測量目標(biāo)的模擬輸入信號；將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；掃描數(shù)字信號，并使用通過硬件實(shí)現(xiàn)的靈活匹配過程將所掃描數(shù)字信號與模式特征相比較；以及按照靈活匹配過程的結(jié)果觸發(fā)測量儀器。
【專利說明】通過信號模式觸發(fā)的數(shù)字測量儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字測量儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字測量儀器用于測量和/或觀察電信號性質(zhì)。舉一個(gè)例子來說，數(shù)字示波器可以用于捕獲和顯示電信號的快照，以便使用戶可以觀察像信號形狀、振幅等那樣的特征。在示波器以及其它數(shù)字信號測量儀器中，可以使用觸發(fā)器來確定捕獲信號的期望部分加以測量，顯示和/或分析的時(shí)間。例如，一旦檢測到像過渡信號邊沿或某些類型的毛刺那樣的可識別事件，就可以激發(fā)這樣的觸發(fā)器。
[0003]圖1例示了數(shù)字化示波器100的簡化例子，以便顯示在一些傳統(tǒng)背景下如何發(fā)生觸發(fā)。如圖1所例示，示波器100包含信號調(diào)節(jié)器105、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 110、存儲器115、處理器120、顯示器125、觸發(fā)器130和時(shí)基135。
[0004]信號調(diào)節(jié)器105通常通過示波器探針接收模擬輸入信號，并進(jìn)行像垂直縮放那樣的信號調(diào)節(jié)操作。ADCllO接收來自信號調(diào)節(jié)器105的模擬輸入信號，并采樣和數(shù)字化信號以產(chǎn)生數(shù)字輸入信號。然后ADCllO將數(shù)字輸入信號存儲在存儲器115中以便隨后展示在顯示器125上。觸發(fā)器130分析模擬輸入信號以檢測觸發(fā)事件，以及時(shí)基135按照所檢測事件調(diào)整顯示器135的定時(shí)。處理器120對存儲的數(shù)字輸入信號進(jìn)行任何所需后處理。然后響顯示器125應(yīng)所檢測觸發(fā)事件展示數(shù)字輸入信號的一部分。
[0005]在大多數(shù)現(xiàn)代示波器中，可以以多種不同方式進(jìn)行觸發(fā)。例如，可以使用像自動掃掠模式、單次掃掠模式、和觸發(fā)掃掠模式那樣的不同觸發(fā)模式進(jìn)行觸發(fā)。自動掃掠模式一般用在用戶不確定如何設(shè)置觸發(fā)條件的地方或用于直流(DC)波形，它迫使示波器在沒有觸發(fā)條件的情況下觸發(fā)，讓人粗略看一下波形。單次掃掠模式有助于捕獲像毛刺那樣沒有隨后波形數(shù)據(jù)蓋寫顯示器的單發(fā)事件。觸發(fā)掃掠模式只有在發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)才更新顯示器。示波器在顯示任何采樣波形數(shù)據(jù)之前一直等待觸發(fā)條件出現(xiàn)；然后自動重新裝備(arm)和捕獲下一段數(shù)據(jù)。這種模式常用于觀看重復(fù)波形。單次掃掠模式與觸發(fā)掃掠模式之間的主要差異之一是前者不重新裝備和重新顯示，而是在第一次觸發(fā)之后就停止。
[0006]在上述模式的每一種內(nèi)可以使用多種不同類型的觸發(fā)器。這樣觸發(fā)器的例子包括邊沿觸發(fā)器、邊沿過渡觸發(fā)器、邊沿到邊沿觸發(fā)器、脈寬觸發(fā)器、毛刺觸發(fā)器、狀態(tài)觸發(fā)器、欠幅脈沖觸發(fā)器、超時(shí)觸發(fā)器、TV模式觸發(fā)器、建立和保持模式觸發(fā)器、窗口模式觸發(fā)器、和通信模式觸發(fā)器，僅舉幾例而已。另外，觸發(fā)功能可以通過像AND限定符、拖延時(shí)間或靈敏度設(shè)置那樣的附加機(jī)制來修改。AND限定符對一個(gè)或多個(gè)通道的觸發(fā)器進(jìn)行邏輯AND運(yùn)算。拖延時(shí)間設(shè)置示波器重新裝備它的觸發(fā)電路之前等待的時(shí)間量。這可以用于，例如，觸發(fā)一連串脈沖的第一個(gè)脈沖，但不觸發(fā)其余脈沖。靈敏度設(shè)置通常根據(jù)觸發(fā)電路中的滯后來調(diào)整，以防止對窄帶寬波形的不正確雙觸發(fā)。低靈敏度設(shè)置通常用于4GHz或以下的所有波形。
[0007]上述觸發(fā)器通常用基于硬件的觸發(fā)電路來實(shí)現(xiàn)。例如，可以用圖1的觸發(fā)器內(nèi)的電路實(shí)現(xiàn)它們。不過，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器，使用戶或開發(fā)者可以指定更復(fù)雜和/或更靈活的觸發(fā)功能。例如，某些觸發(fā)器可以通過在處理器120上運(yùn)行軟件以檢查存儲在存儲器115中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。這樣觸發(fā)器的幾個(gè)例子通過安捷倫(Agilent)公司的InfiniiScan軟件來實(shí)現(xiàn)。它們包括“測量尋找者(measurement finder)”觸發(fā)器、“區(qū)域限定尋找者(zone qualify finder)”觸發(fā)器、“通用串行模式尋找者(generic serialpattern finder)”觸發(fā)器、“非單調(diào)邊沿尋找者(non-monotonic edge finder)”觸發(fā)器和“欠幅脈沖尋找者(runt finder)”觸發(fā)器。
[0008]與基于硬件的觸發(fā)器相比，軟件觸發(fā)器往往提供更多的靈活性、功能、和對功能的控制。例如，InfiniiScan欠幅脈沖尋找者觸發(fā)器提供滯后控制，而基于硬件的欠幅脈沖尋找者觸發(fā)器一般沒有。但是，軟件觸發(fā)器一般依賴于硬件觸發(fā)器；例如，通常在硬件觸發(fā)器之后馬上或在某個(gè)時(shí)延之后裝備它們。這種功能提供了兩級定序器，軟件尋找器在事件之間存在指定延遲地接在硬件觸發(fā)器之后。另外，軟件觸發(fā)器往往比硬件觸發(fā)器慢得多，這導(dǎo)致了示波器不能尋找下一個(gè)觸發(fā)事件的死時(shí)間相當(dāng)長。這種死時(shí)間使軟件觸發(fā)器不可能在短時(shí)段內(nèi)激發(fā)稀有事件。在硬件觸發(fā)器中也存在死時(shí)間，盡管對于極短波長來說，當(dāng)搜索稀有事件時(shí)，死時(shí)間可能仍然是顯著的，但比軟件觸發(fā)器中的死時(shí)間短。
[0009]圖2是例示示波器中的死時(shí)間的概念的圖形。如圖2所例示，示波器接收輸入信號，并在標(biāo)為“觸發(fā)”的垂直線上裝備觸發(fā)器。在標(biāo)為“獲取時(shí)間”的第一間隔期間，觸發(fā)器等待在本例中發(fā)生在如垂直虛線所指的時(shí)間上的觸發(fā)事件。一旦檢測到觸發(fā)事件，就激發(fā)(fire)觸發(fā)器。此后，在標(biāo)為“死時(shí)間”的間隔中，捕獲，存儲，分析以及處理示波器數(shù)據(jù)加以顯示。這些操作都要花時(shí)間，它們隨像存儲深度、采樣速率、和波形更新速率那樣的各種因素而變。在一些傳統(tǒng)示波器中，例如，死時(shí)間可能占多達(dá)99%的總運(yùn)行時(shí)間。在死時(shí)間期間，示波器不分析到來的數(shù)據(jù)，因此，基本上是“盲的”。于是，示波器可能無法檢測稀有事件，除非在相對較長時(shí)段內(nèi)都在工作。
[0010]鑒于傳統(tǒng)基于硬件和軟件的觸發(fā)器的上述缺點(diǎn)，普遍需要在保持足夠性能的同時(shí)能夠提供更高靈活性的觸發(fā)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在一個(gè)代表性實(shí)施例中，一種操作測量儀器的方法包含接收來自測量目標(biāo)的模擬輸入信號；將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；掃描數(shù)字信號，并使用通過硬件實(shí)現(xiàn)的靈活匹配過程將所掃描數(shù)字信號與模式特征相比較；以及按照靈活匹配過程的結(jié)果觸發(fā)測量儀器。
[0012]在一些實(shí)施例中，該數(shù)字信號在退出用于將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的ADC時(shí)被實(shí)時(shí)掃描，并且在存儲在存儲器中之前被掃描。在其它實(shí)施例中，該數(shù)字信號被存儲在測量儀器的深存儲器中，并且在深存儲器中得到掃描。該數(shù)字信號可以包含，例如，時(shí)序電壓。另夕卜，該模式特征可以用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對時(shí)間的變化率(dv/dt)來定義，以及該靈活匹配過程可以通過識別數(shù)字信號的變化率的模式來執(zhí)行匹配。
[0013]在一些實(shí)施例中，該靈活匹配過程包含針對定義模式特征的正則表達(dá)式評估數(shù)字信號。該正則表達(dá)式可以具有與要通過靈活匹配過程匹配的所掃描數(shù)字信號的一部分中的數(shù)字樣本的數(shù)量成比例的長度。在一些其它實(shí)施例中，該靈活匹配過程使用像Smith-Waterman算法或Needleman-Wunsch算法那樣的局部對準(zhǔn)算法將數(shù)字信號與模式特征對準(zhǔn)。
[0014]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含相對于數(shù)字信號確定該靈活匹配過程的相位對準(zhǔn)；以及一旦實(shí)現(xiàn)了成功的相位對準(zhǔn)，就裝備測量儀器的觸發(fā)器。確定該靈活匹配過程的相位對準(zhǔn)可以包含，例如，將模式特征的多個(gè)實(shí)例與數(shù)字信號相比較，以識別與信號模式相位對準(zhǔn)的實(shí)例，其中相互相移模式特征的實(shí)例?？梢圆⑿械貙⒛Ｊ教卣鞯膶?shí)例與數(shù)字信號相比較。
[0015]在一些實(shí)施例中，一旦檢測到模式特征與數(shù)字信號之間的失配，就觸發(fā)測量儀器。此外，在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含將第一觸發(fā)器裝備成響應(yīng)通過測量儀器的硬件檢測的第一事件激發(fā)；以及響應(yīng)第一觸發(fā)器的裝備，將第二觸發(fā)器裝備成按照靈活匹配過程的結(jié)果激發(fā)。
[0016]在另一個(gè)代表性實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包含配置成接收來自測量目標(biāo)的模擬輸入信號，以及將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的ADC ;包含配置成掃描數(shù)字信號，以及使用靈活匹配過程將所掃描數(shù)字信號與模式特征相比較的硬件的匹配單元；以及配置成按照該靈活匹配過程的結(jié)果激發(fā)的觸發(fā)器。
[0017]在一些實(shí)施例中，該匹配單元在數(shù)字信號退出ADC時(shí)并且在存儲在存儲器中之前實(shí)時(shí)地掃描數(shù)字信號。在一些實(shí)施例中，該靈活匹配過程針對定義模式特征的正則表達(dá)式或模糊匹配算法評估數(shù)字信號。在一些實(shí)施例中，該觸發(fā)器被配置成在該靈活匹配過程檢測到數(shù)字信號與模式特征之間的失配的情況下激發(fā)。該靈活匹配過程可以配置成在數(shù)字信號是周期性函數(shù)的情況下重復(fù)檢測模式特征與數(shù)字信號之間的匹配。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可以從如下詳細(xì)描述中最佳地理解所述實(shí)施例。在可應(yīng)用和可行的任何地方，相同標(biāo)號都指代相同元件。
[0019]圖1是例示示波器的例子的方塊圖；
[0020]圖2是例示示波器中的死時(shí)間的概念的波形時(shí)序圖；
[0021]圖3是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例觸發(fā)測量儀器的方法的概念圖；
[0022]圖4是例示按照另一個(gè)代表性實(shí)施例觸發(fā)測量儀器的方法的概念圖；
[0023]圖5是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例使用正則表達(dá)式識別信號模式以便觸發(fā)測量儀器的概念圖；
[0024]圖6是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的一個(gè)例子的帶有毛刺的正弦波形的電壓圖；
[0025]圖7是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的另一個(gè)例子的數(shù)字信號中的觸地反彈的電壓圖；
[0026]圖8是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的又一個(gè)例子的時(shí)鐘信號中的抖動或擺動的電壓圖；以及
[0027]圖9是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例，為了將波形與觸發(fā)對準(zhǔn)，因此裝備測量儀器的正確觸發(fā)器的目的，將信號模式模板與輸入信號對準(zhǔn)的過程的電壓圖。
【具體實(shí)施方式】[0028]在如下詳細(xì)描述中，為了說明而非限制的目的，將給出公開具體細(xì)節(jié)的代表性實(shí)施例，以便使人們可以全面理解本發(fā)明的教導(dǎo)。但是，對于從本公開中獲益的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，顯而易見，不偏離本文公開的具體細(xì)節(jié)的按照本發(fā)明教導(dǎo)的其它實(shí)施例仍然在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。此外，可能省略對眾所周知裝置和方法的描述，以便不埋沒對示范性實(shí)施例的描述。這樣的方法和裝置顯然在本發(fā)明教導(dǎo)的范圍之內(nèi)。
[0029]本文所使用的技術(shù)只是為了描述具體實(shí)施例的目的而無意限制。所定義的術(shù)語另外還具有如在本發(fā)明教導(dǎo)的【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)通常所理解和接受的所定義術(shù)語的科學(xué)和技術(shù)含義。如在說明書和所附權(quán)利要求書中所使用，術(shù)語“一個(gè)”、“一種”和“該”包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指代物兩者，除非上下文另有明確指定。因此，例如，“一個(gè)器件”包括一個(gè)器件和多個(gè)器件。
[0030]所述實(shí)施例一般涉及數(shù)字測量儀器以及相關(guān)操作方法。在某些實(shí)施例中，數(shù)字測量儀器通過實(shí)時(shí)地將數(shù)字化測量數(shù)據(jù)與規(guī)則或模式特征相比較生成新型的基于硬件觸發(fā)器或加強(qiáng)現(xiàn)有硬件觸發(fā)器，以便發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)選成某些類型的預(yù)期或意外結(jié)果的時(shí)間。這些比較，例如，可以通過在深存儲器中或隨著其離開ADC掃描捕獲的數(shù)據(jù)來完成。
[0031]在某些實(shí)施例中，使用像正則表達(dá)式、增強(qiáng)正則表達(dá)式型語言、像Smith-Waterman或Needleman-Wunsch那樣的搜索算法、或像位圖那樣的模糊匹配那樣的靈活匹配機(jī)制將模式特征或規(guī)則與數(shù)字化測量數(shù)據(jù)相比較。如本文所使用，術(shù)語“靈活匹配”指的是“匹配”可以采取各種可替代形式的過程。例如，包括通配符的正則表達(dá)式可以通過各種不同長度或成分的模式來匹配。類似地，模糊匹配算法或上述搜索算法之一可以識別在匹配模式中遭受插入或刪除的變化精度的近似匹配。上述和其它靈活匹配機(jī)制可以通過使用像，例如，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)、或有限狀態(tài)機(jī)(FSM)那樣的各種硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。另外，取代圖1的存儲器115、處理器120、和/或觸發(fā)器130或除了它們之外，可以實(shí)現(xiàn)這些和/或其它硬件部件，但代表性實(shí)施例不局限于特定硬件結(jié)構(gòu)。
[0032]所述實(shí)施例的一些可以解決像相對較慢性能和/或死時(shí)間那樣，現(xiàn)有觸發(fā)的上述性能局限性。于是，這些實(shí)施例可以用作現(xiàn)有觸發(fā)器的替換物或補(bǔ)充物。另外，所述實(shí)施例可以使測量儀器使用的活動觸發(fā)器的數(shù)量增加。它們也可以用于表示更復(fù)雜或更長的觸發(fā)波形。
[0033]在如下的描述中，將針對示波器來某些實(shí)施例，這些實(shí)施例的一些潛在好處將針對示波器性能來描述。不過，所述概念可以在像邏輯分析儀、質(zhì)譜儀、頻譜分析儀等那樣其它類型的數(shù)字測量儀器中找到現(xiàn)成應(yīng)用。
[0034]在示波器中，輸入信號通常采取隨時(shí)間而變的電壓模式(振幅)的形式。于是，為了使用特征或規(guī)則識別特定信號模式，可能有必要將特征或規(guī)則編碼成時(shí)變電壓值。這樣的編碼特征或規(guī)則可以用于，例如，檢測毛刺或下降或上升沿、異常眼圖、信號反射、欠幅脈沖和其它事件。另外，在示波器使用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)的情況下，可以使用編碼信號或規(guī)則來定位時(shí)鐘恢復(fù)數(shù)據(jù)中的有效或無效模式。這可以用于，例如，重新創(chuàng)建像串行總線上的協(xié)議數(shù)據(jù)那樣的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。
[0035]許多數(shù)字過濾器包含分析輸入數(shù)據(jù)和對所捕獲電壓電平進(jìn)行測量的軟件。這樣的測量值可以包括，例如，均方根(RMS)值、波形下的面積、占空比、循環(huán)寬度、下沖和過沖(振鈴)、上升時(shí)間、周期(頻率)、峰到峰、最小、最大和平均波形值等。在一些數(shù)字示波器中，這些測量值被基于軟件的觸發(fā)器用于確定捕獲波形的時(shí)間。這樣觸發(fā)器可以用于，例如，幫助確定任何噪聲源或根源，另外，是否應(yīng)該或可以做些什么來消除那種噪聲。
[0036]在下述的某些實(shí)施例中，基于硬件的觸發(fā)器被配置成根據(jù)與波形的形狀和/或波形與預(yù)定形狀的匹配有關(guān)的測量值來激發(fā)。用戶可以，例如，選擇與具有某些頻率、峰到峰值、和特定形狀的波形和固有噪聲水平匹配的觸發(fā)器。在觸發(fā)器激發(fā)的情況下，用戶可能能夠觀察到某種類型的噪聲或其它感興趣性質(zhì)。示波器可以運(yùn)行這些觸發(fā)器的幾個(gè)來自動消除或揭示某些常見問題。
[0037]圖3是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例觸發(fā)測量儀器的方法的概念圖。在圖3的例子中，數(shù)字采樣模擬輸入信號，以產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列，并根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列內(nèi)二進(jìn)制模式的匹配觸發(fā)測量儀器。
[0038]參照圖3，模擬輸入信號包含標(biāo)為“波”的波形。匹配過程檢查包含多個(gè)樣本的一個(gè)時(shí)段上的波形。這個(gè)時(shí)段也稱為樣本尺寸，用標(biāo)為“時(shí)段”的多個(gè)方格指示，每個(gè)方格對應(yīng)于標(biāo)為“樣本”的多個(gè)樣本之一。在某些背景下，可以使用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)的某些形式確定采樣的定時(shí)。總體地，在指定時(shí)段上所取的樣本形成標(biāo)為“二進(jìn)制”的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列。在該二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列中，每個(gè)樣本在波形大于預(yù)定閾值的情況下被指定第一值(例如，“I”或“高”)，而在波形小于等于預(yù)定閾值的情況下被指定第二值(例如，“O”或“低”)。
[0039]一旦捕獲了二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列，就可以使用幾種匹配過程的任何一種將其與一種或多種特征匹配。這樣匹配過程的例子公開在2012年8月30日提交的美國專利申請第13/600, 112號中，在此通過引用將其主題并入本文中。在圖3的例子中，如標(biāo)記“對準(zhǔn)”所指，首先將該序列劃分成八個(gè)位的單元，將八位單元編碼成十六進(jìn)制值(例如，70，C3，F(xiàn)8)，并將編碼位傳遞給標(biāo)為“匹配器”的基于硬件匹配單元來進(jìn)行匹配。匹配單元確定編碼位是否與幾種指定特征的一種或多種匹配，一旦識別出一種或多種相應(yīng)匹配，就生成一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)。
[0040]一般說來，按照用戶規(guī)定或設(shè)計(jì)，匹配過程可以使用精確匹配過程或靈活匹配過程。靈活匹配做法的例子包括正則表達(dá)式、增強(qiáng)正則表達(dá)式型語言、像Smith-Waterman或Needleman-Wunsch那樣的搜索算法、或也稱為位圖、SHIFT-AND或SHIFT-OR的像Wu-Manber那樣的模糊匹配。此外，這些和其它模式或字符串匹配技術(shù)可以相互結(jié)合地實(shí)現(xiàn)，以檢測二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列內(nèi)多種不同特征的存在與否或不同特征的類型。另外，匹配單元可以并行地執(zhí)行多個(gè)匹配過程，以便如圖3中從匹配單元出來的多個(gè)箭頭所指，同時(shí)控制多個(gè)觸發(fā)。[0041 ] 在使用所述做法的實(shí)施例中，要與二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列匹配的特征、規(guī)則或模式的長度可能與樣本尺寸或時(shí)段長度成比例。例如，假設(shè)時(shí)段長度是100個(gè)樣本，要識別的模式是正弦波。正弦波模式可以通過與正弦波配置中的100個(gè)樣本加上或減去計(jì)及像噪聲那樣的某些類型異常的一些未知數(shù)值的正則表達(dá)式來識別。正則表達(dá)式也可以用克林(Kleene)星號終止，使正弦波模式被循環(huán)(recurring)識別。
[0042]圖4是例示按照另一個(gè)代表性實(shí)施例觸發(fā)測量儀器的方法的概念圖。圖4的方法與圖3的方法類似，除了一旦在二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列中檢測到幾種同時(shí)模式的匹配就觸發(fā)測量儀器之外。幾種同時(shí)模式的匹配可以用于，例如，觸發(fā)包含協(xié)議組，即，不同層上的多個(gè)協(xié)議的信號。例如，可以用于觸發(fā)承載TCP或UDP/IP (傳輸控制協(xié)議或用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)的協(xié)議。
[0043]參照圖4，與圖3的例子一樣編碼模擬輸入信號，并將編碼數(shù)據(jù)提供給匹配單元。匹配單元生成指示與相應(yīng)特征、規(guī)則、模式等的匹配的多個(gè)輸出信號。換句話說，輸出信號指示在輸入信號中存在這樣的特征、規(guī)則、模式等。與圖3 —樣，這些匹配可以使用像正則表達(dá)式、對準(zhǔn)算法、模糊匹配等那樣的精確或靈活匹配做法來確定。每個(gè)輸出信號可以是，例如，指示一種或多種模式的檢測的二進(jìn)制值。
[0044]將輸出信號輸入第二匹配單元中，第二匹配單元確定所檢測的模式是否指示存在感興趣的某個(gè)協(xié)議組或一些其它特征。識別這樣的協(xié)議和/或其它特征的技術(shù)和技藝的例子公開在美國專利申請第13/600，112號中。如圖4所指，第二匹配單元可以使用像FPGA或CPU那樣的硬件來實(shí)現(xiàn)。另外，盡管在圖4中未示出，但實(shí)現(xiàn)第二匹配單元的硬件在物理上和/或在邏輯上可以與實(shí)現(xiàn)第一匹配單元的硬件集成。
[0045]在圖3和4的例子中，存在各種方式來表示要通過匹配單元匹配的模式、特征、或規(guī)則。一種方式是確定數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對時(shí)間的變化率，并利用不同長度規(guī)則編碼這個(gè)變化率。匹配單元然后可以通過識別dv/dt的變化模式進(jìn)行匹配，其中V=電壓，和t=時(shí)間，或樣本的數(shù)量。在示波器的背景下，例如，波形是振幅與數(shù)字化數(shù)值的時(shí)序之間的關(guān)系的可視顯示。例如，邊沿的上升可以通過從某個(gè)值以下到另一個(gè)值之上花費(fèi)了多少個(gè)樣本來捕獲。
[0046]圖5是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例使用正則表達(dá)式識別信號模式以便觸發(fā)測量儀器的概念圖。為了使說明簡單起見，假設(shè)圖5的測量儀器含有8-位ADC，因此使用8-位值來表不模擬輸入信號的每個(gè)樣本。例如，八位值“ 11111111”或“ 255 ”可以表不輸入信號的最高電壓電平，八位值“00000000”或“O”可以表示輸入信號的最低電壓電平。另外，為了簡單起見，還假設(shè)測量儀器與到來模擬數(shù)據(jù)范圍、輸入衰減或放大無關(guān)地使用ADC的整個(gè)范圍。
[0047]參照圖5，輸入信號用標(biāo)為“波”的波形例示。將輸入信號數(shù)字化，以產(chǎn)生標(biāo)為“數(shù)字值”的數(shù)字值的序列。在典型操作期間，像例示在圖3或4中的那種那樣的匹配單元分析數(shù)字值，以檢測通過正則表達(dá)式定義的特征模式的存在。匹配單元的這些功能可以通過確定性FSM來實(shí)現(xiàn)，確定性FSM使用正則表達(dá)式范圍的組合來規(guī)定低值和高值。這些范圍的每一個(gè)要求該值必須在O與某個(gè)低閾之間或在某個(gè)高閾之上。
[0048]用于識別特征模式的各個(gè)步驟通過標(biāo)為“使用情況”的“使用情況”描述顯示在圖5中。示范性正則表達(dá)式顯示在使用情況描述下面。在示范性正則表達(dá)式中，范圍表達(dá)式[O - 20]規(guī)定低值可以采用的最大和最小電壓，序列修飾符“ + ”規(guī)定匹配模式可以具有這些“低”值的“一個(gè)或多個(gè)”，得出范圍表達(dá)式[0-20]+。在FSM內(nèi)，在到來值等于O與20之間的數(shù)值的情況下，將采用到這個(gè)“低”狀態(tài)的重復(fù)過渡。否則，在該數(shù)值未在O與20之間的情況下，F(xiàn)SM將過渡到下一個(gè)狀態(tài)，并評估與下一個(gè)范圍表達(dá)式>{0，5}有關(guān)的數(shù)值。如果不滿足下一個(gè)范圍表達(dá)式，則觸發(fā)器可能激發(fā)以指示模式失配。在某些可替代實(shí)施例中，F(xiàn)SM可能沒有激發(fā)地過渡回到初始狀態(tài)，再次搜索范圍表達(dá)式[0-20]+。換句話說，在一些實(shí)施例中，觸發(fā)器可能最終響應(yīng)模式匹配來激發(fā)而不是響應(yīng)模式失配來激發(fā)。
[0049]在下一個(gè)狀態(tài)中，根據(jù)數(shù)學(xué)算符“〉”評估到來值，數(shù)學(xué)算符“〉”意味著無論該數(shù)值可能是什么，該數(shù)值都必須大于觀察的最后值。這使?fàn)顟B(tài)機(jī)可以與，例如，上升沿匹配。在例示的例子中，序列修飾符是{0,5},而不是“ + ”。這個(gè)序列修飾符指示FSM必須在O到5個(gè)樣本之間觀察上升值。換句話說，到下一個(gè)狀態(tài)的上升時(shí)間應(yīng)該是5個(gè)或更少個(gè)樣本，如果，例如，每I納秒取得一個(gè)樣本，則意味著上升時(shí)間必須小于5納秒。如果測量儀器的采樣速率偶爾高得多，則可以調(diào)整序列修飾符以便在適當(dāng)樣本數(shù)量內(nèi)。另一種替代是將數(shù)值“抽選”到匹配單元中，但這可能會選成精度損失，并可能妨礙識別波形中的細(xì)微特征。不過，抽選被認(rèn)為是在存在相對較快采樣速率的情況下產(chǎn)生較短序列長度的可能方式。
[0050]在下一個(gè)狀態(tài)中，F(xiàn)SM尋找高于或等于235的一個(gè)或多個(gè)“高”值。再次將序列修飾符“ + ”用于表示一個(gè)或多個(gè)高值:[235 - 255]+。其后面接著指示降低值的“〈”算符，序列修飾符再次在指示5個(gè)或更少個(gè)樣本的下降時(shí)間的O與5之間:〈{0，5}。最后，正則表達(dá)式包括用括號將規(guī)定零個(gè)或多個(gè)以前表達(dá)式的前表達(dá)式括起來的序列修飾符:([O - 20] +> {O, 5} [235 - 255] +< {O, 5} ) *。
[0051]在圖5的例子中，正則表達(dá)式匹配使測量儀器在用電壓值180表示的“欠幅脈沖信號”上觸發(fā)。換句話說，正則表達(dá)式與波形匹配直到第三組“高”值之后，然后停止。實(shí)際上，這樣的事件可能指示，例如，正在測試的設(shè)備具有存在到低/高值的兩條或更多條路徑的競爭條件。
[0052]一般說來，正則表達(dá)式可以用于表示像范圍、通配符、交替、級聯(lián)和各種其它東西那樣的多種多樣結(jié)構(gòu)。不過，代表性實(shí)施例不局限于正則表達(dá)式。例如，如上所指，匹配單元可以使用像位圖模式匹配、局部/全局對準(zhǔn)工具等那樣的其它模糊模式匹配算法識別特征模式。
[0053]下面的圖6到8例示了將模式匹配用在測量儀器中來觸發(fā)相當(dāng)常見事件。更具體地說，圖6是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的一個(gè)例子的帶有毛刺的正弦波形的電壓圖。圖7是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的另一個(gè)例子的數(shù)字信號中的觸地反彈的電壓圖。圖8是例示作為可以按照一個(gè)代表性實(shí)施例檢測出來觸發(fā)測量儀器的信號模式的又一個(gè)例子的時(shí)鐘信號中的抖動或擺動的電壓圖。
[0054]圖9是例示按照一個(gè)代表性實(shí)施例將信號模式模板與測量儀器的輸入信號對準(zhǔn)的過程的電壓圖。這個(gè)過程通常在模式識別之前進(jìn)行，以便保證將輸入信號的時(shí)段的起點(diǎn)與用于模式識別的正則表達(dá)式或其它機(jī)制的起點(diǎn)對準(zhǔn)。允許測量儀器精確跟蹤輸入信號，以便檢測像例示在圖6到8中的那些那樣的毛刺和其它異常事件。在不存在這樣對準(zhǔn)的情況下，可能出現(xiàn)誤肯定。
[0055]參照圖9，標(biāo)為“ I ”到“5”的曲線代表在不同時(shí)間偏移量上的信號模式模板，標(biāo)為“數(shù)據(jù)”的曲線代表要使用信號模式模板跟蹤的輸入信號。在顯示在圖9中的每個(gè)不同偏移量上，測量儀器嘗試將模板與輸入信號匹配。但是，如圖9所例示，只與曲線“5”發(fā)生匹配。
[0056]將信號模式模板與輸入信號對準(zhǔn)的過程可以以多種方式進(jìn)行。下面描述不同對準(zhǔn)做法的各種例子。
[0057]在第一種做法中，測量儀器似乎將數(shù)據(jù)與曲線“ I ”對準(zhǔn)地著手匹配，然后逐條曲線地沿著5個(gè)樣本跟蹤，直到與輸入信號對準(zhǔn)，即，開始匹配。在曲線“5”上，測量儀器檢測指示正確跟蹤的多個(gè)肯定匹配。響應(yīng)這些肯定匹配，測量儀器可以裝備觸發(fā)器，并且輸入信號與對準(zhǔn)信號模式之間的隨后失配可以使觸發(fā)器激發(fā)?？商娲兀绻麑?zhǔn)信號模式(例如，正則表達(dá)式)正在掃描重復(fù)波形，則測量儀器可以在裝備觸發(fā)器之前等待波形經(jīng)過了一個(gè)完整周期，以保證完全對準(zhǔn)。
[0058]確定信號模式模板定義重復(fù)波形的一種方式是作為總序列修飾符的克林星號的存在，例如，對于任何數(shù)量的低值過渡，[0-10]*。另一種方式是使用戶可以，例如，通過用戶界面規(guī)定期待重復(fù)波形。
[0059]只要信號模式模板不太寬松地與輸入信號匹配，第一種做法的過程就可以可靠地進(jìn)行。例如，范圍表達(dá)式不應(yīng)該太寬地涵蓋在發(fā)生真正對準(zhǔn)之前可以引起識肯定匹配的一組數(shù)值。在發(fā)生只局部對準(zhǔn)的情況下，例如，在曲線“4”上，則在裝備觸發(fā)器之前跟蹤一個(gè)完整周期可以改善對準(zhǔn)。但是，如果在曲線“4”上偏移了一個(gè)樣本地對準(zhǔn)，但由于包括在信號模式模板中容忍稍有噪聲波形的寬度，已經(jīng)有幾個(gè)樣本匹配，則測量儀器可以漂移一個(gè)樣本，使對準(zhǔn)過程繼續(xù)下去。通過以這種方式加入小跳躍量，每當(dāng)重新開始掃描時(shí)可以不必重復(fù)匹配幾個(gè)波形地提高真正對準(zhǔn)的可能性。
[0060]在第一種做法的一種變體中，可以同時(shí)將幾個(gè)信號模式模板與輸入信號匹配。換句話說，多個(gè)模板可以同時(shí)在活動。這些模板可以沿著輸入信號漂移一個(gè)樣本直到波形重復(fù)，或在測量儀器中的硬件和存儲器的制約下至少盡可能地沿著。多個(gè)活動模板提供了表達(dá)式的“滑動窗口”，以便并行地進(jìn)行對準(zhǔn)。在模板的一個(gè)實(shí)例成功跟蹤波形，即，曲線“5”的情況下，測量儀器裝備表達(dá)式的該實(shí)例，并忽略所有其它實(shí)例，以便在輸入信號移動到規(guī)定值之外的情況下，只有活動模板使觸發(fā)器激發(fā)。由于像方波和二進(jìn)制波那樣，許多波形都具有天然觸發(fā)點(diǎn)，所以對于這些波形，應(yīng)該相對容易實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。
[0061]在第二種做法中，可以響應(yīng)現(xiàn)有硬件觸發(fā)器來裝備模式匹配觸發(fā)器。在這些情況下，模式匹配在物理上仍然可以接近輸入信號，并且仍然可以以硬件速度運(yùn)行，因此，一旦它們最初已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)，就可以避免由“盲”時(shí)間引起的數(shù)據(jù)大量丟失。類似地，像含有檢測波形與零相交，具有邊沿，或從邊沿到邊沿的地方，找到最小或最大，然后裝備觸發(fā)器的單獨(dú)小功能塊那樣，可用實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)的各種其它選項(xiàng)。
[0062]在第三種做法中，可以在基于硬件的模式匹配之前使用對準(zhǔn)算法。舉一個(gè)例子來說，可以使用Smith-Waterman算法來檢測有噪聲輸入信號與信號模式模板之間的局部對準(zhǔn)。這種做法的可能缺點(diǎn)是Smith-Waterman算法在計(jì)算方面可能是昂貴的,并且在返回結(jié)果方面可能稍慢一點(diǎn)。
[0063]如上文所指，在某些實(shí)施例中，可以根據(jù)用硬件進(jìn)行的靈活模式匹配觸發(fā)測量儀器。該靈活模式匹配可以，例如，通過正則表達(dá)式、模糊匹配、局部對準(zhǔn)算法、或各種其它技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。除了別的以外，這些和其它實(shí)施例可以潛在地提高觸發(fā)操作的速度、精度、靈敏度、和靈活性。
[0064]雖然本文公開了代表性實(shí)施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該懂得，可以依照本發(fā)明的教導(dǎo)作出許多改變，它們?nèi)匀辉谒綑?quán)利要求書的范圍之內(nèi)。因此，除了在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)外，本發(fā)明不受其它限制。
【權(quán)利要求】
1.一種操作測量儀器的方法，其包含: 接收來自測量目標(biāo)的模擬輸入信號； 將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 掃描數(shù)字信號，并使用通過硬件實(shí)現(xiàn)的靈活匹配過程將所掃描數(shù)字信號與模式特征相比較；以及 按照靈活匹配過程的結(jié)果觸發(fā)測量儀器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字信號在退出用于將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)時(shí)被實(shí)時(shí)掃描。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該數(shù)字信號在存儲在存儲器中之前得到掃描。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字信號被存儲在測量儀器的深存儲器中，并且在深存儲器中得到掃描。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該靈活匹配過程包含針對定義模式特征的正則表達(dá)式評估數(shù)字信號。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該正則表達(dá)式具有與要通過靈活匹配過程匹配的所掃描數(shù)字信號的一部分中的數(shù)字樣本的數(shù)量成比例的長度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該靈活匹配過程使用局部對準(zhǔn)算法將數(shù)字信號與模式特征對準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該局部對準(zhǔn)算法是Smith-Waterman算法或Needleman-Wunsch 算法。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字信號包含時(shí)序電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含相對于數(shù)字信號確定該靈活匹配過程的相位對準(zhǔn)，以及一旦實(shí)現(xiàn)了成功的相位對準(zhǔn)，就裝備測量儀器的觸發(fā)器。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中確定該靈活匹配過程的相位對準(zhǔn)包含將模式特征的多個(gè)實(shí)例與數(shù)字信號相比較，以識別與信號模式相位對準(zhǔn)的實(shí)例，其中模式特征的實(shí)例相互相移。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中并行地將模式特征的實(shí)例與數(shù)字信號相比較。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含一旦檢測到模式特征與數(shù)字信號之間的失配，就觸發(fā)測量儀器。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含將第一觸發(fā)器裝備成響應(yīng)通過測量儀器的硬件檢測的第一事件激發(fā)，以及響應(yīng)第一觸發(fā)器的裝備，將第二觸發(fā)器裝備成按照靈活匹配過程的結(jié)果激發(fā)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法,其中該模式特征用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對時(shí)間的變化率(dv/dt)來定義，以及該靈活匹配過程通過識別數(shù)字信號的變化率的模式來執(zhí)行匹配。
16.—種系統(tǒng),其包含: 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，配置成接收來自測量目標(biāo)的模擬輸入信號，以及將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 匹配單元，包含配置成掃描數(shù)字信號，以及使用靈活匹配過程將所掃描數(shù)字信號與模式特征相比較的硬件；以及 觸發(fā)器，配置成按照該靈活匹配過程的結(jié)果激發(fā)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該匹配單元在數(shù)字信號退出模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)時(shí)并且在存儲在存儲器中之前實(shí)時(shí)地掃描數(shù)字信號。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該靈活匹配過程針對定義模式特征的正則表達(dá)式或模糊匹配算法評估數(shù)字信號。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該觸發(fā)器被配置成在該靈活匹配過程檢測到數(shù)字信號與模式特征之間的失配的情況下激發(fā)。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該靈活匹配過程被配置成在數(shù)字信號是周期性函數(shù)的情況下重復(fù)檢測 模式特征與數(shù)字信號之間的匹配。
【文檔編號】G01R13/02GK103995164SQ201410023010
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】A.R.萊哈尼, A.柯克哈姆, M.W.卡蘭-格雷 申請人:安捷倫科技有限公司