專利名稱：具有振蕩器相位去抖動的測試和測量儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試和測量儀器，并且更具體地，涉及具有振蕩器相位去抖動的測試和測量儀器。
背景技術(shù)：
數(shù)字示波器具有有限的輸入帶寬。數(shù)字化器、放大器和其他組件具有有限的帶寬。 因此，被采樣的信號的最大輸入頻率可以是有限的。為了增大有效帶寬，可以將輸入信號分割為多個分割信號。對一個分割信號進行數(shù)字化。同時，將其他分割信號頻移至處于獲取電路的數(shù)字化帶寬內(nèi)的基帶頻率范圍?？梢酝ㄟ^將分割信號與由振蕩器生成的周期性信號進行混頻來對分割信號進行頻移。然后，可以對頻移后的分割信號進行數(shù)字化。然而，各個周期性信號可以弓I入相對于觸發(fā)器的相移。將數(shù)字化后的頻移信號頻移至它們的原始頻率范圍，并且然后將這些數(shù)字化后的頻移信號與其他數(shù)字化后的信號組合，以創(chuàng)建輸入信號的表示。周期性信號所引入的相移可以使重構(gòu)信號失真。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種測試和測量儀器，其包括振蕩器，被配置為生成周期性信號；混頻器，被配置為將輸入信號與所述周期性信號混頻以生成頻移信號；
觸發(fā)系統(tǒng)，被配置為生成觸發(fā)信號；相位檢測器，被配置為感測所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的相位；以及控制器，被配置為響應(yīng)于所述相位而調(diào)整對所述頻移信號的處理。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種測試和測量，其包括將輸入信號與周期性信號進行混頻以生成頻移信號；生成觸發(fā)信號；感測所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的相位；以及響應(yīng)于所述相位而調(diào)整對所述頻移信號的處理。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有全通濾波器的測試和測量儀器的框圖。圖2是圖示了觸發(fā)信號與周期性信號之間的相移的曲線圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的頻移電路的框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的另一頻移電路的框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的獲取電路的框圖。
具體實施例方式本公開描述了使用與信號處理的混合以在帶寬倍增期間減小失真的測試和測量儀器的實施例。例如，如上所述，可以將相移引入到頻移輸入信號子帶的數(shù)字化版本中。該相移是相對于觸發(fā)信號的相移。被頻移的分割信號內(nèi)的輸入信號的每個子帶可以具有相對于彼此而引入的不同相移以及基帶子帶。當(dāng)重新組合時，子帶將具有該相移。如以下將更詳細描述的那樣，可以對該相移進行補償。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有全通濾波器的測試和測量儀器的框圖。該測試和測量儀器包括分割器20。該分割器20被配置為將輸入信號40分割為這里由分割信號 42和44表示的多個分割信號。分割器20可以是多種分割器。在一個示例中，分割器20是電阻性功率分配器。在一個實施例中，分割器20被配置為將輸入信號40分割為分割信號42和44，使得分割信號42和44的頻譜是實質(zhì)上相同的。實質(zhì)上相同包括由分量變化引起的變化。例如，分割器20可以被設(shè)計為產(chǎn)生相同的分割信號42和44 ；然而，每個分割信號可以稍稍不同。這種分割信號42和44仍被視為實質(zhì)上相同。在另一實施例中，分割器20被配置為將輸入信號21分割為具有不等頻譜的分割信號42和44。如以下將描述的，每個分割信號的各個頻率分量促成重構(gòu)信號。然而，對于合適的重構(gòu)，所有頻率分量都可以但不需要經(jīng)過每條路徑。因此，在一個實施例中，每個分割信號42和44僅需要重構(gòu)信號中將根據(jù)該分割信號而使用的輸入信號40的頻率分量。相應(yīng)地，分割器20可以分割輸入信號40，使得分割信號42和44具有所期望的頻譜。盡管已經(jīng)描述了兩個分割信號42和44，但是輸入信號40可以被分割為任何數(shù)目的分割信號。例如，分割器20可以被配置為將輸入信號40分割為四個分割信號，每一個都與不同頻率子帶相關(guān)聯(lián)。這里僅作為示例使用兩個分割信號42和44。測試和測量儀器包括數(shù)字化器26。盡管未示出，但每個數(shù)字化器沈按照需要可以具有前置放大器、衰減器、濾波器和/或模擬信道中的其他模擬電路。因此，在數(shù)字化之前可以對去到數(shù)字化器沈的輸入信號進行放大、衰減或用其他方式濾波。此外，數(shù)字化器 26可以是可對信號進行數(shù)字化的任何各種電路。例如，數(shù)字化器沈按照需要可以包括電路 (諸如跟蹤和保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器、解復(fù)用器電路)以對關(guān)聯(lián)的輸入信號進行采樣。在一條路徑中，分割信號42可以被數(shù)字化器沈數(shù)字化以生成數(shù)字化后的分割信號62。由于該分割信號42可以是基帶信號(S卩，其未被頻移)，因此數(shù)字化后的分割信號62 可以表示被信號組合器38用于將信號重新組合為重構(gòu)信號64的基帶分量。在另一條路徑中，將分割信號44輸入至混頻器M。振蕩器22被配置為生成被輸入至混頻器M的周期性信號46。周期性信號46和分割信號44的組合可以生成頻移信號 48。頻移信號48可以被數(shù)字化器沈數(shù)字化。在一個實施例中，數(shù)字化器沈可以被配置為實質(zhì)上同時對各個輸入信號進行采樣。然而，由于混頻器M的頻移，將相移引入頻移信號48中。具體地，由振蕩器22生成的周期性信號46可以與用于觸發(fā)獲取的觸發(fā)輸入50異步。由于周期性信號46可以與觸發(fā)信號50不同步，因此周期性信號46對于觸發(fā)輸入50的相對相位可以隨著觸發(fā)事件而改變。圖2是圖示觸發(fā)信號與周期性信號之間的相移的曲線圖。利用觸發(fā)事件84來圖示觸發(fā)信號80。如以下將更詳細描述的，觸發(fā)信號80可以是從如圖1所圖示的觸發(fā)輸入 50生成的信號。相對于觸發(fā)信號80，圖示了周期性信號82。周期性信號86上的參考點從觸發(fā)信號80偏移了時間86。盡管圖示了特定時間，但是由于觸發(fā)信號80與周期性信號82 不同步，因此時間86可以針對每個不同觸發(fā)事件84而改變。相應(yīng)地，被引入與周期性信號 82相關(guān)聯(lián)的每個分割信號中的相移將在所觸發(fā)的獲取之間改變。
返回參照圖1，當(dāng)被數(shù)字化器沈數(shù)字化時，頻移信號48產(chǎn)生數(shù)字化后的頻移信號 56。由周期性信號46引入的相移存在于數(shù)字化后的頻移信號56中。然而，對數(shù)字化后的頻移信號56的適當(dāng)處理實質(zhì)上可以移除相移。例如，在該實施例中，將數(shù)字化后的頻移信號56與由振蕩器30表示的周期性信號進行混頻。由于在此處信號被數(shù)字化，因此可以通過在適當(dāng)?shù)奶幚砥髦袑?shù)字化后的信號進行乘法來執(zhí)行混頻。例如，數(shù)字信號處理器(DSP)、微處理器、可編程邏輯器件或者具有適當(dāng)外圍器件的其他處理系統(tǒng)可以實現(xiàn)上述和其他組件(如控制器57、相位檢測器34、全通濾波器36、信號組合器38等)的功能。在其他示例中，每個塊可以是分立地實現(xiàn)的。可以實現(xiàn)完整集成到完全分立組件之間的任何變化。在將數(shù)字化后的頻移信號56實質(zhì)上恢復(fù)至其如在分割信號44中的原始頻率范圍的情況下，混頻器觀可以輸出恢復(fù)后的分割信號58。在該示例中，恢復(fù)后的分割信號58具有上述相移。然而，恢復(fù)后的分割信號58可以由全通濾波器36濾波。全通濾波器可以具有與由周期性信號46感應(yīng)的相移相對的相位響應(yīng)。因此，當(dāng)將輸出補償?shù)姆指钚盘?0輸入至信號組合器38時，實質(zhì)上可以消除補償分割信號60與數(shù)字化后的分割信號62之間的相位差。盡管已經(jīng)描述了全通濾波器36，但是可以以其他方式實現(xiàn)相位校正。例如，可以對恢復(fù)后的分割信號58執(zhí)行其他濾波，例如帶通濾波、頻譜成形濾波等。全通濾波器36的相位調(diào)整可以是這種其他濾波的一部分。在另一示例中，全通濾波器36可以是信號組合器38 的一部分。如以下將更詳細描述的，可以以除了對恢復(fù)后的分割信號58進行濾波以外的其他方式實現(xiàn)相位校正。測試和測量儀器可以包括觸發(fā)系統(tǒng)32。觸發(fā)系統(tǒng)32可以被配置為響應(yīng)于觸發(fā)輸入50而生成觸發(fā)信號52。如上所述，相對于觸發(fā)信號52的相移可以針對每個獲取時段而不同。可以在相位檢測器34中將觸發(fā)信號52與數(shù)字化后的周期性信號M進行比較以生成相位信號55。例如，可測量時間或相位差的任何電路可以用作相位檢測器34。在另一實施例中，相位檢測器34可以被實現(xiàn)為控制器57和/或其他處理電路的一部分。在另一實施例中，相位檢測器34可以與測量從觸發(fā)至采樣時鐘的時間的電路類似。與之相比，在本申請中，所測量的是從觸發(fā)至周期性信號的參考點(例如，升高的零交叉)的時間。在一個示例中，這種電路使用對電容器進行充電的恒定電流源以便測量所需時間間隔。其他電路可以被設(shè)計為執(zhí)行類似測量以測量時間或相位。在一個實施例中，可以如所期望的那樣使用時間和相位。例如，周期性信號46可以是實質(zhì)上單個頻率。因此。給定的時間對應(yīng)于給定的相位。相位檢測器34可以被配置為測量觸發(fā)信號與周期性信號之間的時間并將該時間轉(zhuǎn)換為相位。相應(yīng)地，相位信號55和 /或?qū)τ|發(fā)信號52與周期性信號50的相位方面的差的其他表示可以被表示為時間或相位?？刂破?7可以被配置為響應(yīng)于相位信號55而調(diào)整對數(shù)字化后的頻移信號56的處理。在該示例中，控制器57被配置為響應(yīng)于相位信號55使用控制信號59來調(diào)整全通濾波器36。例如，對全通濾波器36的調(diào)整可以是對濾波器方程的重新計算。在另一示例中，可以預(yù)先計算多個濾波器的集合?？刂破骺梢员慌渲脼轫憫?yīng)于相位而選擇濾波器。例如，控制器可以將相位55轉(zhuǎn)換為濾波器集合中的索引。索引可以是用于針對全通濾波器36選擇濾波器的控制信號59。因此，不需要針對每次獲取都重新計算全通濾波器36。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的頻移電路的框圖?？梢砸远喾N方式來實現(xiàn)分割信號的相位校正。在圖1中，數(shù)字化后的頻移信號56被混頻器觀和振蕩器 30恢復(fù)至其實質(zhì)上原始頻率范圍。然后，對恢復(fù)后的分割信號58進行濾波以校正相位。然而，如圖3所示，對數(shù)字化后的頻移信號56的處理可以不同。具體地，全通濾波器100可以被配置為對數(shù)字化后的頻移信號56進行濾波以生成濾波后的頻移信號102。也就是說，可以在將信號恢復(fù)至其原始頻率范圍之前，在特定分割信號之后的路徑中校正相位誤差。與上述全通濾波器36類似，全通濾波器100可以是其他濾波的一部分、可以響應(yīng)于來自控制器57的控制信號59、可以是預(yù)先計算的濾波器的索引等等。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的另一頻移電路的框圖。在該實施例中，數(shù)字化后的頻移信號56不需要由如上所述的全通濾波器濾波。相比之下，可以將相位校正引入在混頻器觀中的與數(shù)字化后的頻移信號56混頻的周期性信號中。例如，濾波器120可以用于對來自混頻器30的周期性信號進行濾波。盡管濾波器 120可以是全通濾波器，但是在該實施例中，濾波器可以是幅度響應(yīng)并非在所有頻率處均為 1的更窄濾波器。也就是說，由于周期性信號占用實質(zhì)上窄的頻率范圍，因此可以使用類似的窄的濾波器。通過對來自混頻器30的周期性信號進行相移，可以在將數(shù)字化后的頻移信號56恢復(fù)至其實質(zhì)上原始頻率范圍時將補償相移引入該數(shù)字化后的頻移信號56中。盡管已經(jīng)在用于對來自振蕩器30的周期性信號的相位進行移位的技術(shù)中描述了濾波器，但是可以使用其他技術(shù)。例如，可以調(diào)整在振蕩器30中周期性信號自身的生成，使得相對相位具有所期望的相位偏移。也就是說，在一個實施例中，振蕩器30可以是由函數(shù)生成的數(shù)字振蕩器?？梢葬槍χ鸫潍@取將相位偏移引入該函數(shù)中。相應(yīng)地，可以以多種方式實現(xiàn)相位校正。在一個實施例中，可以針對逐次獲取調(diào)整相位校正。因此，盡管觸發(fā)輸入50可以與振蕩器22異步從而導(dǎo)致針對逐次獲取而變化的、 兩者之間的相位偏移，但是可以補償變化的相位偏移，從而減小重構(gòu)信號64中的抖動。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試和測量儀器的獲取電路的框圖。在圖1中，對來自振蕩器22的周期性信號46進行數(shù)字化并將其供應(yīng)給相位檢測器34。如圖5所示，可以以不同方式獲得周期性信號46的相位信息。在一個實施例中，在混頻器130中將分割信號44與周期性信號134進行混頻。然而，周期性信號132可以由倍頻器132生成。也就是說，對周期性信號46的頻率加倍以生成周期性信號134。在一個實施例中，加倍后的周期性信號134的頻率可以處于分割信號 44中的所期望的子帶的高頻側(cè)。組合器138可以將頻移后的分割信號136與周期性信號46進行組合。然后，組合信號140可以被數(shù)字化器沈數(shù)字化。結(jié)果得到的數(shù)字化后的頻移分割信號142可以用于多種目的。例如，所期望的子帶存在于數(shù)字化后的頻移分割信號142中并可以被相應(yīng)地使用。此外，還存在用于對分割信號44進行頻移的與周期性信號134同步的信號。相應(yīng)地，數(shù)字化后的頻移分割信號142可以由下面這樣的濾波器濾波，該濾波器被配置為將周期性信號146從數(shù)字化后的頻移分割信號142實質(zhì)上隔離。然后，可以在如上所述的相位檢測器34中使用該實質(zhì)上被隔離的信號。
盡管以上已經(jīng)描述了對周期性信號46進行數(shù)字化和通過信道來傳送周期性信號 46，但是控制器57可以使用可將與周期性信號46有關(guān)的相位信息傳送至儀器中的任何其他技術(shù)來調(diào)整對分割信號的處理。另一實施例包括體現(xiàn)在計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀代碼，所述計算機可讀代碼在被執(zhí)行時使得機器執(zhí)行上述操作的任一個。如這里所使用的，計算機是可以執(zhí)行代碼的任何器件。微處理器、可編程邏輯器件、多處理器系統(tǒng)、數(shù)字信號處理器、個人計算機等均為這種機器的示例。在一個實施例中，所述計算機可讀介質(zhì)可以是被配置為以非瞬時方式存儲所述計算機可讀代碼的有形計算機可讀介質(zhì)。測試和測量儀器的示例是示波器平臺。數(shù)字化平臺的其他示例包括頻譜分析器、 邏輯分析器等等。具有將模擬波形轉(zhuǎn)換為由存儲器中存儲的二進制樣本表示的數(shù)字波形的目的的任何儀器可以利用這里描述的實施例而實現(xiàn)。盡管已經(jīng)描述了具體實施例，但是將認識到，本發(fā)明的原理不限于這些實施例。在不脫離如下述權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的原理的情況下，可以進行變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種測試和測量儀器，包括 振蕩器，被配置為生成周期性信號；混頻器，被配置為將輸入信號與所述周期性信號混頻以生成頻移信號； 觸發(fā)系統(tǒng)，被配置為生成觸發(fā)信號；相位檢測器，被配置為感測所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的相位；以及控制器，被配置為響應(yīng)于所述相位而調(diào)整對所述頻移信號的處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 第一數(shù)字化器，被配置為對所述輸入信號進行數(shù)字化；以及第二數(shù)字化器，被配置為對所述頻移信號進行數(shù)字化；其中，所述控制器被配置為在將數(shù)字化后的頻移信號與數(shù)字化后的輸入信號進行組合之前調(diào)整對數(shù)字化后的頻移信號的處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 被配置為對所述周期性信號進行數(shù)字化的數(shù)字化器； 其中，所述相位檢測器響應(yīng)于數(shù)字化后的周期性信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 數(shù)字化器，被配置為對所述頻移信號進行數(shù)字化；以及濾波器，被配置為將所述周期性信號從數(shù)字化后的頻移信號實質(zhì)上隔離； 其中，所述相位檢測器響應(yīng)于實質(zhì)上隔離的周期性信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其中，所述相位檢測器被配置為 測量所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的時間；以及將所述時間轉(zhuǎn)換為相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其中，所述控制器被配置為 響應(yīng)于所述相位而選擇濾波器；以及響應(yīng)于所選擇的濾波器而對所述頻移信號進行濾波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 被配置為對所述頻移信號進行數(shù)字化的數(shù)字化器；其中，所述控制器被配置為響應(yīng)于所述相位而對數(shù)字化后的頻移信號進行濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 被配置為對所述頻移信號進行數(shù)字化的數(shù)字化器； 其中，所述控制器被配置為將數(shù)字化后的頻移信號頻移至實質(zhì)上原始頻率范圍，以生成數(shù)字化后的子帶信號；以及響應(yīng)于所述相位而對數(shù)字化后的子帶信號進行濾波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，還包括 被配置為對所述頻移信號進行數(shù)字化的數(shù)字化器； 其中，所述控制器被配置為響應(yīng)于第二周期性信號，將數(shù)字化后的頻移信號頻移至實質(zhì)上原始頻率范圍， 以生成數(shù)字化后的子帶信號；以及響應(yīng)于所述相位而對所述第二周期性信號進行濾波。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試和測量儀器，其中，所述控制器被配置為響應(yīng)于所述相位、針對由所述觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)的每次獲取調(diào)整對所述頻移信號的處理。
11.一種方法，包括將輸入信號與周期性信號進行混頻以生成頻移信號； 生成觸發(fā)信號；感測所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的相位；以及響應(yīng)于所述相位而調(diào)整對所述頻移信號的處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述輸入信號進行數(shù)字化；以及對所述頻移信號進行數(shù)字化；以及在將數(shù)字化后的頻移信號與數(shù)字化后的輸入信號進行組合之前調(diào)整對數(shù)字化后的頻移信號的處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述周期性信號進行數(shù)字化；以及感測所述觸發(fā)信號與數(shù)字化后的周期性信號之間的相位。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述頻移信號進行數(shù)字化；對數(shù)字化后的頻移信號進行濾波以將所述周期性信號從數(shù)字化后的頻移信號實質(zhì)上隔離；以及感測所述觸發(fā)信號與實質(zhì)上隔離的周期性信號之間的相位。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括測量所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的時間；以及將所述時間轉(zhuǎn)換為相位。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 響應(yīng)于所述相位而選擇濾波器；以及響應(yīng)于所選擇的濾波器而對所述頻移信號進行濾波。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述頻移信號進行數(shù)字化；以及響應(yīng)于所述相位而對數(shù)字化后的頻移信號進行濾波。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述頻移信號進行數(shù)字化；將數(shù)字化后的頻移信號頻移至實質(zhì)上原始頻率范圍，以生成數(shù)字化后的子帶信號；以及響應(yīng)于所述相位而對數(shù)字化后的子帶信號進行濾波。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 對所述頻移信號進行數(shù)字化；響應(yīng)于第二周期性信號，將數(shù)字化后的頻移信號頻移至實質(zhì)上原始頻率范圍，以生成數(shù)字化后的子帶信號；以及響應(yīng)于所述相位而對所述第二周期性信號進行濾波。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括響應(yīng)于所述相位、針對由所述觸發(fā)信號觸發(fā)的每次獲取調(diào)整對所述頻移信號的處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有振蕩器相位去抖動的測試和測量儀器。一種測試和測量儀器，包括振蕩器，其被配置為生成周期性信號；混頻器，其被配置為將輸入信號與所述周期性信號進行混頻以生成頻移信號；觸發(fā)系統(tǒng)，其被配置為生成觸發(fā)信號；相位檢測器，其被配置為感測所述觸發(fā)信號與所述周期性信號之間的相位；以及控制器，其被配置為響應(yīng)于所述相位而調(diào)整對所述頻移信號的處理。
文檔編號H03L7/081GK102545893SQ20111034508
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者J. 皮克德 J. 申請人:特克特朗尼克公司