测试和测量仪器中的时域测量

摘要

本发明的名称为测试和测量仪器中的时域测量。测试和测量仪器及方法用于接收射频(RF)信号，使用模数转换器将RF信号数字化，对数字化信号进行下变频以产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息，使用I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时域轨迹，以及测量和显示基于IQ的时域轨迹的各种测量值。基于IQ的时域测量值能够自动生成和显示和/或传送给外部装置。

说明书

技术领域

本发明一般涉及测试和测量仪器中的时域测量。

背景技术

射频(RF)传输在当今的无线连接世界中变得越来越普遍。例如， 蜂窝电话使用在全球正迅速增加，高速数据网络正在扩展，并且家庭 无线网络和广域网正变得普遍。在这些和其它类似进步中，现在越发 至关重要的是，测试和测量仪器提供有用特征和接口，使得正发生情 况的准确描绘能够被构成并且提供给现场人员、如测试工程师和其他 合格技术人员。

RF载波信号能够基于载波的幅度、频率或相位的变化通过各种 方式来传送信息。管理部门通常分配将要供不同目的使用的射频范 围。因此，准许某些装置仅在预定带之内进行操作。这类限制产生用 于适配这些限制并且遵守公认通信标准的更为复杂且有效的方法。例 如，许多现代传输系统使用跳频和相位调制以符合通信标准，并且提 供争用类似资源的不同装置之间的改进功能性和互通。

由于这些信号的复杂性质，难以或者不可能使用常规技术对这些 信号的某些方面进行准确测量。虽然一些实时谱分析器(RTSA)擅长 测量频域中的RF信号的一般性，但是它们缺乏更特定的测量能力， 特别是在时域中。解调和数据解码能力以及在某种程度上有限单通道 测量在某些RTSA中是可用的，但是这类仪器缺乏了解迅速扩大和多 层面技术领域中的RF信号总量所需的测量功能性的丰富性。

在随机突发长度，跳频算法、相位调制、信号失真和RF信号的 其它要求高的特性存在的情况下-(特别在时域中)测量RF信号的现 有方法是不足的。因此，难以或者不可能诊断信号传输中的问题或者 对信号进行全面测量。

发明内容

主题发明的实施例提供用于测量射频(RF)信号的时域特性的测 量技术。主题设备、系统和方法对RF信号进行接收、数字化和下变 频，以便从数字化RF信号来产生I(同相)和Q(正交)基带分量信息。 一个或多个基于IQ的时域轨迹使用I和Q基带分量信息来生成。这 类基于IQ的时域轨迹包括例如频率对时间轨迹、相位对时间轨迹、 幅度(即功率对时间)轨迹、I对时间轨迹和/或Q对时间轨迹。

在一些示例实施例中，测试和测量仪器的测量部分产生与基于 IQ的时域轨迹的属性对应的测量值，例如基于IQ的时域轨迹的频率、 基于IQ的时域轨迹的脉冲宽度、基于IQ的时域轨迹与另一个信号之 间的延迟、基于IQ的时域轨迹的上升和下降时间以及能够对时域波 形进行的各种其它适当测量。例如，测量部分可产生频率对时间轨迹 中的跳频的频率，并且在测试和测量仪器的显示单元上显示测量值， 或者以其它方式向外部计算机或存储器装置传送测量值。一般来说， 测量对应于信号的特性，并且在所获取记录的开始或者在记录的多个 位置对整体时域记录来进行。能够一次一个地或者按照任何组合来进 行测量。能够将各种测量值应用于基于IQ的时域轨迹，正如下面更 全面描述。

附图说明

图1示出按照本发明的一个示例实施例的测试和测量仪器的框 图，其中包括模数转换器(ADC)、数字下变频器、包括轨迹生成部分 和测量部分的控制器以及显示单元。

图2A-2B示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如频率对 时间轨迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图3示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如相位对时间轨 迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图4示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如功率对时间轨 迹之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示。

图5是示出按照本发明的一些实施例、用于测量基于IQ的时域 轨迹的技术的流程图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的一个示例实施例的测试和测量仪器100的 框图，其中包括模数转换器(ADC)108、数字下变频器115、包括轨迹 生成部分145和测量部分147的控制器140以及显示单元150。测试 和测量仪器100能够是数字示波器、实时谱分析器(RTSA)或其它适 当测量装置。为了简洁和一致起见(而非限制)，测试和测量仪器在 本文中将一般称作示波器。

示波器100可具有适合与本文所述的各个实施例配合使用的诸 如输入端子110之类的多个通道或输入。虽然示波器可具有单个输入 端子110，但是所述的发明方面同样可适用于具有四个输入或者任何 数量的输入的示波器。虽然示波器100的组件示为直接相互耦合，但 是应当理解，示波器100能够包括各种其它电路或软件组件、输入、 输出和/或接口，它们不一定被示出，而是设置在示波器100的所示 组件之间或者以其它方式与其关联。

在输入端子110接收被测电信号、优选地为RF信号。能够将RF 信号转换成模拟中频(IF)信号，模拟中频信号在由ADC 108数字化之 前经过滤波。但是，本文将一般提及“RF信号”或“多个RF信号”，并 且应当理解，这种提及能够包括一个或多个RF信号或者从RF信号 所得出的一个或多个IF信号。

ADC 108构造成将被测RF信号数字化。数字下变频器115操作 地耦合到ADC 108，接收数字化RF信号，并且从数字化RF信号来 产生I(同相)和Q(正交)基带分量数据或信号。更具体来说，混频器120 将正弦和余弦与数字化RF信号进行数值相乘，由此生成包含原始RF 信号中存在的全部信息的I和Q分量信息。此后，能够使用抽选滤波 器125对信号分量数据进行抽选，抽选滤波器125对与信号关联的噪 声和样本进行数字滤波并且减少其数量。

获取存储器130操作地耦合到数字下变频器115，并且配置成获 取和存储与RF信号关联的数字化I和Q基带分量信息的一个或多个 记录135。换言之，获取存储器130能够从数字下变频器115接收I 和Q基带分量信息，并且将它存储。在一些实施例中，由ADC 108 所输出的数字化数据可首先直接存储到存储器、如存储器130，并且 然后由下变频器115来访问，以便产生I和Q基带分量信息。示波器 的各输入端子110能够使其关联其中存储分量信息的获取存储器130 的不同部分或者不同记录135。获取存储器130能够是任何种类的存 储器。例如，获取存储器130能够是易失性存储器、非易失性存储器、 动态随机存取存储器、静态存储器等等。

控制器140操作地耦合到获取存储器130，并且接收I和Q分量 信息。控制器140还耦合到显示单元150，处理被测信号，并且产生 对应波形、轨迹和/或测量供由显示单元150显示。作为对显示轨迹 和测量的替代或补充，控制器140能够经由诸如总线或导线之类的导 体将轨迹和测量传送给外部装置160。除了其它可能性之外，外部装 置160还能够包括例如与测试和测量仪器分离的计算机或者外部存 储器装置。

控制器140能够包括轨迹生成部分145和测量部分147。轨迹生 成部分145使用I和Q基带分量信息来生成一个或多个基于IQ的时 域轨迹。例如，在下变频之后，轨迹生成部分145能够通过计算(Q 除以I)的反正切、即ARCTAN(Q/I)，来生成相位。轨迹生成部分145 还能够通过计算相位相对时间的导数、即d/dt(相位)，来生成频率。 相位和频率用于分别绘制相位对时间和频率对时间轨迹。另外，轨迹 生成部分145能够生成幅度(即，功率对时间)轨迹，它例如能够通过 取I的平方与Q的平方相加的平方根(例如SQRT(I^2+Q^2))来生成。 下面将更详细地进一步描述各种轨迹。

测量部分147产生基于IQ的时域轨迹的至少一个可测量方面的 测量值。例如，如果基于IQ的时域轨迹是频率对时间轨迹，则测量 部分147能够通过测量频率对时间轨迹中的跳频的频率来产生测量 值，由此确定信号的频率调制跳速方面(frequency modulated hop rate  aspect)。作为另一个示例，测量部分147能够测量频率对时间轨迹的 脉冲宽度，由此确定信号的频率调制跳周期方面(frequency modulated  hop duration aspect)。一般来说，测量对应于信号的特性，并且在诸 如获取存储器130的记录135之类的所获取记录的开始或者在所获取 记录的多个位置对整体时域记录来进行。能够一次一个地或者按照任 何组合来进行测量。还能够对频率对时间轨迹来进行诸如下面进一步 描述等的其它测量值。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其 它适当测量能够适用于基于IQ的时域轨迹。

另外，测量部分147能够产生I和Q基带分量信息的单独轨迹的 至少一个可测量方面的测量值。换言之，能够直接对I基带分量信息 的轨迹或者对Q基带分量信息的轨迹进行测量。

显示单元150适合在显示单元的同一窗口中显示一个或多个基 于IQ的时域轨迹连同(即，彼此靠近或者彼此重叠)频域轨迹，例如 RF信号的谱和/或RF信号的谱图。诸如RF信号的谱和谱图之类的 频域轨迹通过对I和Q数据应用快速傅立叶变换(FFT)算法来产生。 当生成基于IQ的时域轨迹的测量值时，还能够在显示单元的同一显 示中在便于示波器的用户查看的位置显示测量值。换言之，基于IQ 的时域轨迹、基于IQ的频域轨迹和测量值能够在实质占用显示单元 150的整个显示的单个窗口中彼此靠近显示。

本文提到频域，但是应当理解，它们指的是频域测量和/或轨迹， 这是本领域的技术人员理解的。例如，RF信号的谱(spectrum)是在频 域之内，并且通常包括具有表示频率范围的水平轴以及表示给定频率 的幅度或信号功率的垂直轴的图表。另外，RF信号的谱图(spectrogram) 被认为是在频域之内，并且通常包括具有表示频率范围的水平轴、表 示时间的垂直轴以及由轨迹的变化颜色所表示的幅度的图表。

相反，时域包括不同类型的测量和/或轨迹。例如，频率对时间 测量和/或轨迹被理解为是在时域而不是频域之内，并且被理解为具 有表示时间的水平轴以及表示频率的垂直轴。频率对时间测量具有比 谱图更优良的时域分辨率。

与频率对时间相似，功率对时间轨迹示出信号的功率如何随时间 而变化，并且被理解为是在时域之内；水平轴表示时间，以及垂直轴 表示功率-通常是以对数标度-而不是线性标度的电压。另外，相位 对时间测量和/或轨迹作为时间的函数来显示，并且被理解为是在时 域之内；水平轴表示时间，以及垂直轴表示相位值的范围。本文中提 到基于IQ的时域轨迹，它们指的是从I和Q分量信息或数据所得出 的信号和/或轨迹，但其处于时域之内，与频域形成对照。

ADC 108、数字下变频器115、包括轨迹生成和测量部分的控制 器140以及显示单元150中的任一个可存在于硬件、软件、固件或者 它们的任何组合中或者使用它们来实现。

图2A-2B示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如频率对 时间轨迹225之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示 200。

如图2A所示，显示200的上部包括示例控制信号220和频率对 时间轨迹225。虽然在显示200的上部示出，但是应当理解，信号和 轨迹能够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号220称作“控制” 信号，但是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器所接 收或生成的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够用于 同时接收诸如RF信号和控制信号220之类的各种信号，并且诸如频 率对时间轨迹225之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息来得 出。

在一些实施例中，控制信号220能够指示频率的转变，并且频率 对时间轨迹225反映这些转变。在一些实施例中，不需要信号和/或 轨迹之间的因果关系；例如，测量能够在时域信号(即，与控制信号 220无关)与频率对时间轨迹225之间进行。

(图1的)测量部分147能够产生与频率对时间轨迹关联的一个或 多个测量值230。例如，测量部分147能够产生频率对时间轨迹中的 跳频的频率测量值，并且在显示200上显示测量值。测量部分147能 够产生作为示例如图2B所示的各种附加测量值230，例如频率对时 间轨迹的脉冲的脉冲宽度、控制信号与频率对时间轨迹之间的延迟、 频率对时间轨迹的脉冲或部分的上升时间、频率对时间轨迹的脉冲或 部分的下降时间、频率对时间轨迹的过冲条件、频率对时间轨迹的转 换速率等等。实际上，本领域的技术人员可能已知的各种其它适当测 量能够适用于频率对时间轨迹。另外，控制器140能够经由诸如总线 或导线之类的导体将测量值230传送给外部装置160。

此外，频域中的谱图285和/或谱290能够连同时域中的频率对 时间轨迹一起(即，彼此靠近或者彼此重叠)以及连同控制信号和测量 值一起在实质占用显示单元150的整个显示200的单个窗口200中显 示。换言之，谱图285和谱290没有在与其它信号和轨迹分离的显示 中显示，否则这将使得难以将信号之间的信息进行相关。相反，来自 频域中的谱图285和/或谱290的信息能够在同一显示中与来自时域 轨迹的信息、如频率对时间轨迹225和测量值230相关或关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动 产生频率对时间轨迹的多个测量值，并且在显示200上自动显示测量 值230，供用户进一步分析。例如，能够响应用户输入而通过自动测 量频率对时间轨迹中的跳频的频率以及频率对时间轨迹中的脉冲宽 度，并且显示这类测量值以使得用户能够观察它们，来自动确定频率 调制跳速和跳周期。诸如相对于控制信号的延迟之类的其它测量也能 够自动确定和显示。应当理解，以上所述的测量技术和值的任一个均 能够由示波器100自动测量和显示。

图3示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如相位对时间轨 迹325之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示300。

如图3所示，显示300的上部包括控制信号320和相位对时间轨 迹325。虽然在显示300的上部示出，但是应当理解，信号和轨迹能 够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号320称作“控制”信号，但 是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器所接收或生成 的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够用于同时接收 诸如RF信号和控制信号320之类的各种信号，并且诸如相位对时间 轨迹325之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息来得出。

控制信号320能够指示相位的转变或者RF信号的另外某种特 性。在一些实施例中，不需要信号和/或轨迹之间的因果关系；例如， 测量能够在时域信号(即，与控制信号320无关)与相位对时间轨迹325 之间进行。

(图1的)测量部分147能够产生与相位对时间轨迹关联的一个或 多个测量值330。例如，测量部分147能够产生测量值330，测量值 330与上述测量值230相似或者以其它方式与其对应，但应用于相位 对时间轨迹325。测量值330能够在显示300上显示或者经由诸如总 线或导线之类的导体传送给外部装置160。实际上，本领域的技术人 员可能已知的各种其它适当测量能够适用于相位对时间轨迹。

此外，频域中的谱图385和/或谱390能够连同时域中的相位对 时间轨迹325一起(即，彼此靠近或者彼此重叠)以及连同控制信号320 和测量值330一起在实质占用显示单元150的整个显示300的单个窗 口300中显示。换言之，谱图385和谱390没有在与其它信号和轨迹 分离的显示中显示，否则这将使得难以将信号之间的信息进行相关。 相反，来自频域中的谱图385和/或谱390的信息能够在同一显示中 与来自时域轨迹的信息、如相位对时间轨迹325和测量值330相关或 关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动 产生相位对时间轨迹的多个测量值，并且在显示300上自动显示测量 值330，供用户进一步分析。例如，电路的相位调制输出与控制输入 之间的延迟能够通过测量控制信号320与相位对时间轨迹325之间的 延迟来确定。这些测量还能够自动确定和显示。应当理解，以上所述 的测量技术和值的任一个均能够用于测量相位对时间轨迹的特性，由 示波器100自动测量和/或显示。

图4示出按照本发明的一个示例实施例、包括诸如功率对时间轨 迹425之类的各种所接收或所得出信号和轨迹的简化显示400。

如图4所示，显示400的上部包括控制信号420和幅度(即，功 率对时间)轨迹425。虽然在显示400的上部示出，但是应当理解，信 号和轨迹能够位于显示的任何区域中。另外，虽然信号420称作“控 制”信号，但是在一些实施例中，这个信号可以是由测试和测量仪器 所接收或生成的任何信号、如时域信号。示波器的多个端子110能够 用于同时接收诸如RF信号和控制信号420之类的各种信号，并且诸 如功率对时间轨迹425之类的轨迹能够从与所接收信号关联的信息 来得出。

控制信号420能够指示功率的转变或者RF信号的另外某种特 性。在一些实施例中，不需要信号和/或轨迹之间的因果关系；例如， 测量能够在时域信号(即，与控制信号420无关)与功率对时间轨迹325 之间进行。

(图1的)测量部分147产生与功率对时间轨迹关联的一个或多个 测量值430。例如，测量部分147能够产生测量值430，测量值430 与上述测量值230相似或者以其它方式与其对应，但应用于功率对时 间轨迹。测量值430能够在显示400上显示或者经由诸如总线或导线 之类的导体传送给外部装置160。实际上，本领域的技术人员可能已 知的各种其它适当测量能够适用于功率对时间轨迹。

此外，频域中的谱图485和/或谱490能够连同时域中的功率对 时间轨迹425一起以及连同控制信号420和测量值430一起在实质占 用显示单元150的整个显示400的单个窗口400中显示。换言之，谱 图485和谱490没有在与其它信号分离的显示中显示，否则这将使得 难以将信号之间的信息进行相关。相反，来自频域中的谱图485和/ 或谱490的信息能够在同一显示中与来自时域轨迹的信息、如功率对 时间轨迹425和测量值430相关或关联。

在一些实施例中，测量部分147能够响应用户进行的选择而自动 产生功率对时间轨迹的多个测量值，并且在显示400上自动显示测量 值430，供用户进一步分析。这些测量还能够自动确定和显示。应当 理解，以上所述的测量技术和值的任一个均能够用于测量功率对时间 轨迹的特性，由示波器100自动测量和/或显示。

图5是示出按照本发明的一些实施例、用于测量基于IQ的时域 轨迹的技术的流程图。该技术开始于505，其中在诸如示波器之类的 测试和测量仪器的端子处接收RF信号。在510，ADC用于将RF信 号数字化。该流程然后进入515，其中对数字化信号下变频，以便产 生I和Q基带分量信息或数据。在520，生成使用IQ基带分量信息 的时域轨迹。然后，该流程能沿若干路径的任一个继续进行，例如进 行到525，其中测量基于IQ的时域轨迹的频率，进行到530，其中测 量基于IQ的时域轨迹的脉冲的脉冲宽度，进行到535，其中测量基 于IQ的时域轨迹的脉冲的上升时间，或者进行到540，其中测量基 于IQ的时域轨迹的其它值。其它值能够包括以上参照图1-4所述的 测量值的任一个，并且为了简洁起见而将不重复。然后，该流程进入 545和/或550，其中测量值在示波器的显示单元150上显示以供用户 观察和分析，和/或传送给(图1的)外部装置160以供进一步处理或分 析。

虽然描述了具体实施例，但是大家会理解，本发明的原理并不局 限于那些实施例。例如，虽然上述实施例描述波形的不同性质，但是 上述性质不是趋向于统计的、例如与抖动测量关联的性质；但是，所 公开的实施例并不局限于非统计性质，而是能够扩展到抖动测量等等 或者其它类型的统计测量。例如，能够对例如统计、直方图等测量执 行进一步分析。例如最小数、最大数、平均数、平均值、标准差等等 统计值能够应用于测量。应当理解，其它分析类型能够包括测量值的 趋势图表、直方图等等。

在一些实施例中，从包括软盘、光盘、固定磁盘、易失性存储器、 非易失性存储器、随机存取存储器、只读存储器或闪速存储器的集合 所得到的产品包括具有关联指令的机器可访问介质，关联指令在测试 和测量装置中运行时使机器执行本文所公开的本发明的各个实施例 的步骤。可进行其它变更和修改，而没有背离以下权利要求书所提出 的本发明的原理。