專利名稱：信號處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及數(shù)據(jù)采集和信號處理。更具體地說，本發(fā)明是針對一種在信號數(shù)據(jù)的實時分析期間允許信號數(shù)據(jù)吞吐到存儲介質(zhì)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
科學家和工程師很想監(jiān)控或分析諸如噪聲和振動之類的信號，他們常常采用一種專用于實時處理和顯示模擬信號的動態(tài)信號分析器。模擬信號的處理通常包括利用數(shù)字處理技術(shù)把模擬信號從時域變換到頻域或其他域，所述數(shù)字處理技術(shù)使用傅里葉變換或快速傅里葉變換算法和/或各種濾波技術(shù)。在變換后，已變換的信號被輸出到用戶接口級進行顯示，或者用于進一步分析，或用于任意種類的存儲。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在初始或原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字技術(shù)處理之前對其進行保存是十分有用的。從而在稍后時刻為了簡單的重放初始/原始信號數(shù)據(jù)或為了初始/原始信號數(shù)據(jù)的進一步處理，可以對這些信號進行訪問。
在數(shù)據(jù)被實時處理的同時允許信號數(shù)據(jù)被儲存的方法已經(jīng)開發(fā)出來。一種常規(guī)的方法涉及到把測試目標既連接到信號分析器又連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此，當采用一個單獨的信號分析器和一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，用戶需要購買兩個設(shè)備單元。
另一種常規(guī)的方法涉及組合設(shè)備的使用，在將數(shù)據(jù)存儲到一個內(nèi)部存儲設(shè)備上的同時，它允許用戶分析信號數(shù)據(jù)。可是，能夠永久儲存信號數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)成本較高。因此，對內(nèi)部存儲設(shè)備的要求增加了與組合設(shè)備的制造相關(guān)的成本。
因此，所希望的是提供一個動態(tài)信號分析系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r分析信號數(shù)據(jù)，同時允許信號數(shù)據(jù)吞吐到設(shè)備外部的一個存儲介質(zhì)上，以便降低與信號估計相關(guān)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，提供一個信號分析系統(tǒng)，它包括主數(shù)字信號處理(DSP)電路，從屬DSP電路，一個低壓差分信號(LVDS)總線，其中LVDS總線把主DSP電路耦合到從屬DSP電路；以及一個通用串行總線(USB)接口，其中USB接口耦合到主DSP電路上。
在本發(fā)明的另外一個方面中，提供一個信號分析系統(tǒng)，它包括用于把模擬數(shù)據(jù)變換到數(shù)字域的裝置，用于分析所述信號數(shù)據(jù)的裝置，以及用于把所述信號數(shù)據(jù)吞吐到一個外部存儲設(shè)備的裝置，其中分析裝置和吞吐裝置并行操作。
在本發(fā)明的另外一個方面中，提供一種用于實時處理數(shù)據(jù)且并行存儲數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括并行地分析和儲存信號數(shù)據(jù)，包括如下步驟信號數(shù)據(jù)的模數(shù)變換，處理信號數(shù)據(jù)，經(jīng)由一個USB接口把信號數(shù)據(jù)吞吐到一個外部存儲設(shè)備，其中信號數(shù)據(jù)的處理和信號數(shù)據(jù)的吞吐被并行執(zhí)行。
在本發(fā)明的另一個方面中，提供一個信號分析系統(tǒng)，它包括一個主DSP電路，多個從屬DSP電路，以及一個以閉環(huán)形式配置的LVDS總線，所述LVDS總線把多個從屬DSP電路中的每一個都與主DSP電路串聯(lián)耦合。
因此，為了可以更好地理解隨后本發(fā)明的詳細說明以及為了可以更好地理解對本領(lǐng)域的貢獻，在這里已經(jīng)相當廣泛地概述了本發(fā)明較重要的一些特征。當然，本發(fā)明還有另外的特點，這將在下面進行描述并且這將形成在此附加的權(quán)利要求的主題。
在這方面，詳細解釋本發(fā)明至少一個實施例之前，應該理解，本發(fā)明的應用不被限制為如下說明書中闡明的或者在附圖中表示的結(jié)構(gòu)細節(jié)以及組件配置。本發(fā)明能夠是其它的實施例并且能夠以各種方式被實踐和實現(xiàn)。同時，還應該理解，在此以及在摘要中使用的措詞和術(shù)語是為了說明的目的，而不應該被認為是限制。
如此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解本公開內(nèi)容所基于的概念可以被輕易的作為基礎(chǔ)來使用，以便設(shè)計出實現(xiàn)本發(fā)明一些目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)。因此，很重要的是，權(quán)利要求被認為是包括不偏離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的那些等價結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明動態(tài)信號分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明主數(shù)字信號處理電路和從屬數(shù)字信號處理電路之間的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明用于并行處理和存儲信號數(shù)據(jù)的方法流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖中的圖1，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，如圖1所示，本發(fā)明的一個信號處理系統(tǒng)10在信號數(shù)據(jù)的實時信息分析期間允許信號數(shù)據(jù)被吞吐到存儲介質(zhì)中。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明，信號處理系統(tǒng)10的一個實施例包括一個信號分析器11，它集成了用于信號調(diào)理的輸入模塊12-18；信號處理電路，例如主數(shù)字信號處理(DSP)電路20和從屬DSP電路22、24，用于執(zhí)行實時信息分析；以及通用系統(tǒng)總線(USB)接口電路26，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，即，允許獲得的信號數(shù)據(jù)被吞吐到一個外部存儲介質(zhì)28。在本發(fā)明的一個實施例中，一個外部直流電源29被用來向信號分析器11供電。
每個輸入端口12-18被用來接收處于特定的頻帶寬度和特定的增益設(shè)置(即，信道)處的信號。如圖1所示，輸入端口12-18是輸入模塊30的一部分。輸入端口12-18的模塊結(jié)構(gòu)允許信號處理系統(tǒng)10較為容易的擴展，以容納通過增加額外的輸入模塊30而形成的附加輸入12-18。因此，當?shù)玫叫盘柼幚硐到y(tǒng)10時，用戶能夠使用的輸入端口不限制為現(xiàn)在的輸入數(shù)目12-18。輸入端口可以測量的物理量基于不同的需求而變化。例如，當信號分析系統(tǒng)10具有不同信號調(diào)理電路和不同類型的轉(zhuǎn)換器時，輸入端口可以測量加速度、速度、位移、溫度、壓力、聲壓、轉(zhuǎn)速、輸入脈沖數(shù)目。
在本發(fā)明的一個實施例中，每個輸入模塊30具有四個輸入端口12-18。在本發(fā)明的另一實施例中，每個輸入模塊30具有兩個輸入端口12-18。另外，根據(jù)本發(fā)明，信號處理系統(tǒng)10的一個實施例容納高達八個四輸入模塊30或者16個兩輸入模塊?？墒?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應該理解輸入端口12-18的數(shù)目、每個輸入模塊的輸入端口30的數(shù)目以及輸入模塊30的數(shù)目可以變化。
從屬DSP電路，可以容納在諸如前端板(FEB)之類的一個從屬DSP板32、24上，從屬DSP電路耦合到一個輸入端口12-18上來執(zhí)行本領(lǐng)域已知的處理功能，例如濾波、觸發(fā)、基本快速傅里葉變換、順序跟蹤、以及八度分析處理功能。在本發(fā)明的一個實施例中，每個從屬DSP電路22、24為輸入端口12-18處接收到的多達兩個的信道執(zhí)行處理功能。可是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應該理解從屬DSP電路22，24可以被用來處理任意多個輸入。
在本發(fā)明的同一或另一實施例中，模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器電路36、38耦合到從屬DSP電路22、24。在本發(fā)明的一個實施例中，A/D電路36、38與從屬DSP電路22、24一起位于從屬DSP板32、34上。A/D電路36、38被用來把在輸入端口12-18處接收到的模擬信號變換為由從屬DSP電路22、24處理的數(shù)字信號。
從屬DSP電路22、24和/或從屬DSP板32、34耦合到主DSP電路20，它可以通過低壓差分信號(LVDS)40駐留于主DSP板39上。LVDS40是一個雙向十六位總線，它使用了所有十六位來轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)。在本領(lǐng)域中已知的是，LVDS作為一種快速的方式來在需要小功率的兩個裝置之間傳送數(shù)據(jù)，并且以一百兆比特/秒(bps)到大于一千兆比特/秒的速度進行操作。在本發(fā)明的一個實施例中，LVDS運行在480兆比特/秒的速度上。
LVDS40的一個重要特征是它允許從屬DSP電路22、24和/或板32、34串行化。主DSP20和從屬DSP電路22、24和/或板32、34之間的通信被多路復用。數(shù)據(jù)在被轉(zhuǎn)送給主DSP20之前在每個從屬DSP電路22、24和/或板32、34上被處理和緩存。當已準備好轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)時，從屬DSP電路22、24通過LVDS串行總線40將消息發(fā)送給主DSP，并且產(chǎn)生中斷。
主DSP20將利用主DSP電路20和/或板39的消息驅(qū)動管理軟件結(jié)構(gòu)來接收數(shù)據(jù)，所述消息驅(qū)動管理軟件結(jié)構(gòu)允許主DSP電路從串行化數(shù)據(jù)中單獨地讀取從屬DSP電路22、24的數(shù)據(jù)。通過仔細安排主DSP20和從屬DSP電路22、24之間的作業(yè)，所有的輸入數(shù)據(jù)能被實時分析，即不丟失數(shù)據(jù)。
另外，本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)10不需要每個從屬DSP電路22、24和/或板32、34單獨地連接到主DSP電路20。因此，本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)10需要較少的傳導連接，比如電纜和連接器，就能把從屬DSP電路22、24耦合到主DSP電路20。因此，本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)10降低了與制造信號分析系統(tǒng)相關(guān)的成本。
在本發(fā)明的一個實施例中，當從屬DSP電路22、24串聯(lián)連接時，主DSP電路20以一種串行化的格式接收來自從屬DSP電路22、24和/或板32、34中的數(shù)據(jù)。可是，數(shù)據(jù)必須被變換為并行格式以便單獨地實現(xiàn)每個信道的處理。一種本領(lǐng)域已知的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)42，被用來控制主DSP電路20和從屬DSP電路22、24之間的通信，以使所有信道的數(shù)據(jù)被緩存在每個從屬DSP上、以串聯(lián)的形式被轉(zhuǎn)送給主DSP、并被相應地處理。在本發(fā)明的一個實施例中，當主DSP電路20請求來自于從屬DSP電路22、24和/或板32、34中的數(shù)據(jù)時，F(xiàn)PGA42進行控制，以便實現(xiàn)期望的處理功能。
輸出DSP電路44可以是信號調(diào)理電路，比如正弦波或白噪聲發(fā)生器，它負責基于重現(xiàn)信號或者基于用戶定義的數(shù)學模型產(chǎn)生某一個波形。在重現(xiàn)的情況下，數(shù)據(jù)從外部設(shè)備被下載到主DSP20，然后輸出到可以位于輸出DSP板45上的從屬DSP輸出電路44中。從屬輸出端口46、48耦合到從屬DSP輸出電路44。在本發(fā)明的一個實施例中，從屬DSP輸出電路50準備將已處理的數(shù)據(jù)輸出到輸出端口46、48。在本發(fā)明的一個實施例中，從屬DSP輸出電路44對于兩個輸出46、48執(zhí)行處理功能。
在本發(fā)明的同一或另一實施例中，兩個輸出端口46、48被合并成為一個輸出模塊50。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應該理解從屬輸出電路44所服務的輸出端口46、48的數(shù)目可以變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應該理解每一輸出模塊50的輸出端口46、48的數(shù)目以及輸出模塊50的數(shù)目可以變化。
在本發(fā)明的同一或另一實施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(D/A)電路51被用來把從原始信號數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理中得到的數(shù)字信號變換為模擬信號。
從屬DSP電路22、24/板32、34還被用來把諸如時域中的信號數(shù)據(jù)之類的原始數(shù)據(jù)傳送給USB接口電路26。USB接口電路26用于把輸入信號數(shù)據(jù)以原始的或未處理的格式，傳送給與外部USB接口電路54相關(guān)的外部存儲介質(zhì)28，外部USB接口電路54被用來接收來自信號分析器11中USB接口電路26的信號數(shù)據(jù)。因此，信號數(shù)據(jù)可以通過USB總線55發(fā)射到外部存儲介質(zhì)28和/或發(fā)射到外部處理器56，所述外部處理器56把原始數(shù)據(jù)引導到外部存儲器介質(zhì)28，而不需要信號分析器11具有能夠永久儲存原始數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲介質(zhì)。因此，降低了與本發(fā)明信號處理系統(tǒng)10相關(guān)的成本?！逶紨?shù)據(jù)″可以包括諸如校準、高通或低通濾波或抽取之類的某些時域處理之后的那些數(shù)據(jù)。
而且，USB總線55允許數(shù)據(jù)采集與信號處理操作并行完成。在本發(fā)明的一個實施例中，采用USB2.0接口。USB2.0接口允許本發(fā)明的信號分析器與任意USB備用設(shè)備一起使用。因此，信號分析器可以被連接到以及重新連接到外部設(shè)備而不必每次都重新配置連接。
在本發(fā)明的同一或另一實施例中，USB接口電路26被用來傳送原始數(shù)據(jù)和/或已處理的數(shù)據(jù)給顯示器56。在本發(fā)明的一個實施例中，外部USB接口電路54、外部存儲介質(zhì)28和顯示器58是個人計算機(PC)59設(shè)備的一部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，主DSP電路26和/或板39包括以直接存儲訪問(DMA)能力62進行處理的處理器60。從屬DSP電路22、24和/或板32、34利用DMA62傳送原始數(shù)據(jù)。在信號數(shù)據(jù)上執(zhí)行某些處理和/或變換功能之前，主DSP電路20/板39的處理器60與從屬DSP電路22、24和/或模數(shù)轉(zhuǎn)換器36、38通信，以便以數(shù)據(jù)的原始格式拷貝數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個實施例中，主DSP電路20/板39的處理器60利用DMA62把未處理的/原始的數(shù)據(jù)引導到USB接口。在本發(fā)明的同一或另一實施例中，主DSP20的處理器60為將來自從屬DSP電路22、24、44的數(shù)據(jù)拷貝和/或傳送到與主DSP20相關(guān)的存儲器中，而執(zhí)行一些指令。在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)主DSP執(zhí)行的指令，與主DSP相關(guān)的存儲器中的數(shù)據(jù)被拷貝或傳送給USB接口電路，在此，它通過USB總線55被傳送給外部存儲介質(zhì)28。
在本發(fā)明的另一實施例中，為了向外部設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，在諸如PC設(shè)備59的CPU，外部設(shè)備56、58、28、59之類的外部處理器56對原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生請求后，與DSP處理電路20、22、24、44中任何一個相關(guān)的存儲器中的數(shù)據(jù)被傳送給USB接口電路。在本發(fā)明的一個實施例中，允許外部設(shè)備拷貝儲存在DSP電路20、22、24、44和/或板32、34、39、45中任何一個里的原始數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個實施例中，外部處理器56把接收到的原始數(shù)據(jù)引導到與外部處理器56相關(guān)的存儲介質(zhì)28中。
處理器60上的存儲器不會永久儲存原始數(shù)據(jù)。因此，與之相關(guān)的成本小于其它永久存儲介質(zhì)的成本。因此，制造本發(fā)明的信號分析器11的成本小于制造一個傳統(tǒng)信號分析器的成本，因為傳統(tǒng)信號分析器需要一個單獨的數(shù)據(jù)采集設(shè)備或者一個需要昂貴的永久存儲介質(zhì)來收集并儲存原始數(shù)據(jù)的組合系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖2所示，從1到n的從屬DSP板64-76經(jīng)由LVDS80-94以一個圓形循環(huán)/傳輸路徑的形式被串聯(lián)連接到主DSP板78上。通過根據(jù)如何對待循環(huán)中的每個從屬DSP板64-76而命令LVDS80-94，數(shù)據(jù)可以在主DSP板78和每個從屬DSP64-76板之間單獨地轉(zhuǎn)送。主DSP板78和每一從屬DSP板64-76可以位于發(fā)送、接收或分支模式中。因此，例如，如果主DSP板78要將數(shù)據(jù)傳送到從屬DSP板76，則從屬DSP板64-74將處于分支模式中，主DSP板78將處于發(fā)送模式中而從屬DSP板76將處于接收模式中。如果前端板32、34、45的任何一個，即輸入板或輸出板，物理上未被安裝，則將插入一個中繼模塊來填空白位置。因此，總是能夠確保圓形循環(huán)的拓撲結(jié)構(gòu)。中繼模塊總是被構(gòu)思為具有分支功能。
圖3是一個表明并行處理和存儲數(shù)據(jù)的方法的流程圖。在步驟96，信號分析系統(tǒng)10的信號分析器接收信號數(shù)據(jù)。在步驟98和100中，信號分析系統(tǒng)通過DSP電路20、22、24處理信號數(shù)據(jù)，并且通過USB接口電路26把原始信號數(shù)據(jù)并行地傳送到外部存儲介質(zhì)。在步驟102，信號分析系統(tǒng)10把未處理的信號數(shù)據(jù)和/或已處理的信號輸出到顯示器。
本發(fā)明的許多特性和優(yōu)點從詳細說明書中是顯而易見的，因此，從屬權(quán)利要求用來覆蓋本發(fā)明的所有這些特性和優(yōu)點，并且這些特性和優(yōu)點都落在本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)。另外，由于對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將輕易想到很多的修改和變化，因此不期望把本發(fā)明限制為圖示以及描述的精確結(jié)構(gòu)和操作，因此，落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有適當修改和等同替代可以被采取。
不言而喻，本發(fā)明不限制為在此圖示以及所述的具體結(jié)構(gòu)和布置，而是包含歸入如下權(quán)利要求范圍之內(nèi)的所有此類修改形式。
權(quán)利要求
1.一種信號分析系統(tǒng)，包括主DSP電路；從屬DSP電路；一條LVDS總線，用于把主DSP電路耦合到從屬DSP電路；以及一個耦合到主DSP電路的USB接口。
2.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括一個耦合到從屬DSP電路的輸入端口。
3.如權(quán)利要求2所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括一個耦合到從屬DSP電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括耦合到主DSP電路的輸出DSP電路；以及一個耦合到輸出DSP電路的輸出端口。
5.如權(quán)利要求4所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括一個耦合到輸出DSP電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
6.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括耦合到從屬DSP電路的兩個輸入端口，所述兩個輸入端口被合并到一個兩輸入模塊中。
7.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括耦合到從屬DSP電路的四個輸入端口，所述四個輸入端口被合并到一個四輸入模塊中。
8.如權(quán)利要求6所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括耦合到從屬DSP電路的兩個輸出端口，所述兩個輸出端口被合并到一個兩輸出模塊中，所述兩輸出模塊與所述兩輸入端模塊可互換。
9.如權(quán)利要求7所述的信號分析器，進一步包括耦合到從屬DSP電路的兩個輸出端口，所述兩個輸出端口被合并到一個兩輸出模塊中，所述兩輸出模塊與所述四輸入端模塊可互換。
10.如權(quán)利要求1所述的信號分析器，其中USB接口是一個USB 2.0接口。
11.如權(quán)利要求6所述的信號分析器，其中十六個兩輸入端模塊耦合到從屬DSP電路。
12.如權(quán)利要求7所述的信號分析器，其中信號分析器容納八個四輸入模塊。
13.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，其中從屬DSP電路包括通過LVDS總線串聯(lián)連接的至少兩個從屬DSP電路。
14.如權(quán)利要求1所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括一個耦合到主DSP電路的DMA，它傳送來自從屬DSP電路中的原始數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求14的所述信號分析系統(tǒng)，進一步包括一個耦合到存儲器緩存的外部存儲介質(zhì)，所述外部介質(zhì)通過USB接口接收儲存在存儲器緩存中的原始數(shù)據(jù)。
16.一種信號分析系統(tǒng)，包括用于接收信號數(shù)據(jù)的裝置；用于分析信號數(shù)據(jù)的裝置；以及用于把信號數(shù)據(jù)吞吐到外部存儲設(shè)備的裝置，其中分析裝置和吞吐裝置并行操作。
17.如權(quán)利要求16所述的信號分析系統(tǒng)，其中吞吐裝置是一個USB 2.0接口。
18.如權(quán)利要求16所述的信號分析系統(tǒng)，其中分析裝置包括主DSP電路和從屬DSP電路。
19.如權(quán)利要求18所述的信號分析系統(tǒng)，進一步包括用于在主DSP電路和從屬DSP電路之間串聯(lián)傳送數(shù)據(jù)的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的信號分析系統(tǒng)，其中通信裝置是一條LVDS總線。
21.一種用于并行分析和存儲信號數(shù)據(jù)的方法，包括如下步驟接收信號數(shù)據(jù)；處理所述信號數(shù)據(jù)；以及通過USB接口把信號數(shù)據(jù)吞吐到外部存儲設(shè)備，其中信號數(shù)據(jù)的處理和信號數(shù)據(jù)的吞吐被并行執(zhí)行。
22.一種信號分析系統(tǒng)，包括一個主DSP電路；多個從屬DSP電路；以及一條以閉環(huán)形式配置的LVDS總線，用于把多個從屬DSP電路中的每一個與主DSP電路串聯(lián)耦合。
全文摘要
一種信號分析系統(tǒng)，它包括主DSP電路，從屬DSP電路，一個LVDS總線，其中該LVDS總線把主DSP電路耦合到從屬DSP電路，以及一個USB接口，其中該USB接口耦合到主DSP電路。
文檔編號G06F15/76GK1659542SQ03813073
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者詹姆士·諸葛, 唐正歌, 于立新, 沈國忠 申請人:Lds試驗及測量有限公司