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专利名称：使用差位图的信号检测和触发的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试和测量仪器，更具体来说，涉及密度位图。
背景技术：
例如可向 Tektronix, Inc. (Beaverton, Oregon)购买的 RSA6100 禾口 RSA3400 系列等实时谱分析仪实时触发、捕捉和分析RF信号。这些测试和测量仪器无缝捕捉RF信号，使得与常规扫频分析仪和向量信号分析仪不同，在指定带宽中没有遗漏数据。Tektronix实时谱分析仪使用称作“数字荧光”或者备选称作"DPX ”的技术，来产生称作“DPX谱”的显示。通过将表示输入信号的连续数字数据流实时地变换为一系列频谱并且然后在数据库中聚集频谱，来形成DPX谱。数据库提供测量周期期间输入信号占用幅度或功率对频率空间的特定位置的时间百分比的准确测量，又称作“DPX密度 ”。DPX获取和显示技术揭示常规谱分析仪和向量信号分析仪完全遗漏的例如短持续时间或不频繁事件等的信号细节。要获得关于DPX的更多信息，参见在http://www. tek. com可得到的标题为"DPX Acquisition Technology for Spectrum Analyzers Fundamentals (谱分析仪基础的DPX 获取技术)”的Tektronix文档号37W-19638。

发明内容
在一些情况下，实时谱分析仪的用户可能想要观测在高密度信号存在时的极低密度信号。例如，用户可能想要观测占用与极高密度信号相同的频率范围或者那个频率范围的某个部分的极小干扰信号。然而，使用常规DPX谱显示，可能很难或者不可能辨别这种小密度变化，甚至在仔细操纵色标控件之后。本发明的发明人已经认识到，为了克服上述现有技术的缺陷，所需的是一种能够检测在大密度值存在时的极小密度变化的测试和测量仪器。相应地，本发明的实施例提供一种测试和测量仪器，所述测试和测量仪器将表示输入信号的数字数据转换为多个位图，并且然后将位图之一从位图的另一个中减去以产生差位图。差位图没有包含两个位图共同的密度值，而是仅包含两个之间的密度差，由此揭示在大密度值存在时的极小密度变化。在一些实施例中，在显示装置上显示差位图。在其它实施例中，差位图用于生成触发信号。通过结合所附权利要求书及附图来阅读以下详细描述，本发明的目的、优点及其它新特征显而易见。


图1示出实时谱分析仪的高级框图。
图2示出图1所示的处理器的高级功能框图。图3示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。图4示出第一位图。图5示出第二位图。图6示出差位图。图7示出更新参考位图的第一方式的可视化。图8示出更新参考位图的第二方式的可视化的两个视图。图9示出如何从被测位图的一列中减去参考位图的一列以产生差位图的一列。
具体实施例方式现在参照图1，实时谱分析仪100接收射频(RF)输入信号，并且可选地使用混频器 105、本地振荡器(LO) 110和滤波器115对它下变频，以便产生中频(IF)信号。模数转换器 (ADC) 120对IF信号进行数字化，以便产生表示IF信号的连续数字数据流。在两个路径中处理该数字数据。在第一路径中，将数字数据输入到处理器125，处理器125实时分析数字数据。在第二路径中，将数字数据输入到存储器135(它在一些实施例中包括环形缓冲器) 并且还输入到触发检测器140，触发检测器140实时处理数字数据，并且将经处理的数据与用户指定触发标准进行比较。当经处理的数字数据满足触发标准时，触发检测器140生成使存储器135存储数字数据块的触发信号。处理器125然后分析所存储的数字数据。在由处理器125进行处理之后，数字数据可在显示装置130上显示或者存储在存储装置(未示出)中。现在参照图2，为了提供DPX处理，处理器125使用频率变换205、例如快速傅立叶变换(FFT)、线性调频Z变换(chirp-Z transform)等，以实时地将连续数字数据流变换为一系列频谱210。谱210然后在数据结构中聚集，该数据结构称作“位图数据库” 220，本文中有时称作“密度位图”或备选地称作“位图”。频谱210可按照多种方式来聚集。在一个实施例中，对各谱210进行光栅化(rasterized)，以便产生“光栅化谱”215。光栅化谱包括按照一系列行和列所排列的单元阵列，其中各行表示特定幅度值，而各列表示特定频率值。 各单元的值或者为“ 1 ”，又称作“命中(hit) ”，它指示输入信号在测量周期期间存在于幅度对频率空间中的那个特定位置；或者为“0”(示为空白单元)，它指示不是这种情况。将光栅化谱215的对应单元的值相加在一起，以便形成位图数据库220，并且然后将位图数据库 220的各单元的值除以光栅化谱215的总数，使得它指示测量周期期间命中的总数除以光栅化谱215的总数，或者等效地，测量周期期间输入信号占用幅度对频率空间中的那个特定位置的时间百分比，又称作“DPX密度 ”或者备选地称作“密度”。为了简洁起见，光栅化谱215和位图数据库220示为具有10行和11列，但是大家会理解，在一个实际实施例中，光栅化谱215和位图数据库220可具有数百行和列。位图数据库220本质上是三维直方图， 其中χ轴为频率，y轴为幅度，以及ζ轴为密度。位图数据库220可在显示装置145上显示， 其中各单元的密度由颜色分等级(color-graded)像素来表示。备选地，位图数据库220可存储在存储装置(未示出)中。在一些情况下，通过将频谱系列210组织为称作“帧”的一个或多个频谱210的集合，并且然后将各帧转换为位图数据库220，将频谱系列210转换为多个位图数据库220。
现在参照图3，在本发明的一些实施例中，处理器125通过执行下列步骤来处理数字数据⑴将数字数据转换为多个位图；以及⑵将称作“参考位图”的位图之一从称作 “被测位图”的位图的另一个中减去，以便产生“差位图”。差位图没有包含两个位图共同的密度值，而是仅包含两个之间的密度差。以下示例示出差位图能够如何揭示在大密度值存在时的极小密度变化。考虑图4 所示的位图400和图5所示的位图500。位图400和500均根据相同的数字数据流但在不同时间创建。为了提供实际位图的更逼真说明，位图400和500示为具有数百行和列，其网格线未示出，而其颜色等级示为灰度级，其中更深的灰色阴影指示信号更频繁地存在。位图 400和500均示出正交相移键控(QPSK)信号。最深的密度值指示对于测量间隔期间的时间的相当大部分该QPSK信号存在于功率或幅度对频率空间中的那个位置。注意，位图400看起来与位图500实质相同。从位图500中减去位图400产生如图6所示的差位图600，其中色标扩大为示出较小范围的密度差值，包括正和负密度差。差位图600揭示低于该QPSK信号20dB的参考信号 605。干扰信号605存在于位图500中，但没有存在于位图400中。注意，与对于所述时间的相当大部分存在的QPSK信号相对照，干扰信号605即使在其峰值密度值仅为0. 00002% (即，千万分之二)时也能够易于看到。在一些实施例中，处理器125实时地将连续数字数据流转换为一系列位图，并且从每个新创建位图中减去参考位图，由此实时地监测输入信号的极小密度变化。在这种情况下，可能有利的是，不时更新参考位图，以便抵制输入信号中的低频改变，例如幅度漂移 (amplitudedrift)、频率漂移(frequency wander)等等。这样，测试和测量仪器能够“追踪出(track-out) ”输入信号中的缓慢改变，并且由此仅检测比更新参考位图更快发生的改变。例如，如果参考位图每隔50毫秒更新，则第一阶次(first order)，差位图仅揭示在50 毫秒之内发生的输入信号的改变。参考位图可通过各种方式来更新。在一些实施例中，参考位图响应用户命令而更新。在其它实施例中，参考位图响应在实时谱分析仪100内部或外部生成的信号而更新。在一些实施例中，处理器125周期地更新参考位图。参考位图可通过各种方式周期地更新。在一些实施例中，在创建各位图之后更新参考位图。这能够通过在先进先出 (FIFO)存储器结构中创建新位图时将其存储来实现，其中参考位图是正好在FIFO的用户指定槽中存储的无论什么位图。图7示出其中在FIFO中存储13个位图的这个实施例的一个示例的可视化。用户指定槽是第10个槽，并且因而参考位图710是正好存储在第10个槽中的无论什么位图。这样，参考位图710始终为新创建位图700之前10个位图。因此， 参考位图以新位图被创建的相同速率随时间“滚动”。在其它实施例中，参考位图在每N个位图被创建之后更新，其中N为大于1的用户指定整数。例如，可在每10个位图被创建之后用最近创建位图来更新参考位图。在那种情况下，在更新参考位图之后，将它从随后10个位图中减去，以便生成10个差位图，并且然后再次更新参考位图。更新参考位图的这种方式还能够按照FIFO来可视化。例如，图8示出在两个不同时间的相同FIFO的两个视图，一个是其中参考位图805为新创建位图800之前 5个位图，以及一个是其中参考位图810为新创建位图800之前10个位图，其中FIFO的其它槽为空。大家会理解，与前一段落中所述的方法相比，更新参考位图的这种方法有利地减少存储位图所需的存储量。在其中于显示装置130上显示参考位图的情况下，可处理差位图，以便通过应用平滑、滤波、对高于用户指定值的密度差进行加重而对低于用户指定值的密度差进行去加重(de-emphasizing)，来使密度差更易于看到。具体来说，在实时监测输入信号的极小密度变化的情况下，可能有利的是应用持续性(persistence)，以便使短暂瞬态信号在显示装置 130上保持为可见足够长时间，供用户观测它。在一些实施例中，差位图用于执行测量。大家会理解，差位图可用于执行在通常对常规位图进行操作的实时谱分析仪上可得到的许多测量，但是那些测量的结果可具有明显不同的含义。在一些实施例中，处理器125收集多个顺序位图，从单个参考位图中减去多个顺序位图以产生表示多个不同测量间隔的多个差位图，测量每个差位图的密度差以产生多个密度差测量结果，并且然后以密度差对测量间隔的显示形式来提供那些密度差测量结果。 这样，处理器125可帮助用户识别输入信号中存在的间断干扰信号的周期。在任何一个像素位置，正密度差指示在那个位置相比参考位图被测位图具有更多命中，意味着输入信号在那个特定幅度耗费更多时间而在更高或更低幅度耗费更少时间。仅考虑一个频率列，位于负密度差之上的正密度差指示被测位图示出在参考位图中不存在的信号，或者换言之，它指示信号“已出现”。相反，位于负密度差之下的正密度差指示参考位图示出在被测位图中不存在的信号，或者换言之，它指示信号“已消失”。这是因为，当任何种类的附加信号被引入频带时，它增加那个频带中的总功率级。相反，当信号从频带中被去除时，它减小那个频带中的总功率级。考虑如下示例图9所示的列910表示参考位图的一列，其中各像素中所示的数字表示对那个像素的命中数量。列910中的命中模式表示噪声的正态分布(normal distribution)。由包含9个命中的像素所指示的噪声分布的平均数位于自列910顶部起9个像素。接下来考虑表示被测位图的一列的列905。在那里，已将附加信号引入频带，它使频带中的总功率增加该附加信号的功率，或者换言之， 它使噪声分布垂直偏移两个像素。因此，噪声分布的平均数这时位于自列905顶部起7个像素。列915表示通过从被测位图的列905中减去参考位图的列910所形成的差位图的一列。在自列915顶部起第7个像素，密度差等于9-7 = 2。向下两个像素，在自列915顶部起的第9个像素，密度差等于4-9 = -5。因此，如上所述，位于负密度差(_5)之上的正密度差(2)指示附加信号“已出现”。当附加信号存在于参考位图但不存在于被测位图中时，该模式相反，从而在较低幅度产生正密度差而在较高幅度产生负密度差。在一些实施例中，处理器125指示信号在差位图中出现或消失的时间。在其它实施例中，处理器125指示信号在差位图的用户指定部分出现或消失的时间。在本发明的一些实施例中，触发检测器140通过执行下列步骤来处理数字数据 (1)将数字数据转换为多个位图；以及(2)将称作“参考位图”的位图之一从称作“被测位图”的位图的另一个中减去，以便产生“差位图”。当差位图满足用户指定触发标准时，触发检测器140生成触发信号。如上所述，触发信号使存储器135存储数字数据块，数字数据块然后由处理器125进行分析，并且结果可在显示装置130上显示或者存储在存储装置 (未示出)中。用户指定触发标准能够采取许多形式。例如，在一些实施例中，当差位图中的峰值密度差超过用户指定密度阈值时，触发检测器140生成触发信号。在其它实施例中，当差位图的用户指定部分中的峰值密度差超过用户指定密度阈值时，触发检测器140 生成触发信号。在各种其它实施例中，差位图用于在根据常规位图进行触发的各种触发方案的任一个中代替常规位图，并且用户指定触发标准通过那些触发方案来定义。这类触发方案的示例包括于2009年9月28日提交的共同未决美国专利申请No. 12/568141，标题为"Frequency Domain Bitmap Triggering Using Color, Density and Correlation Based Triggers (使用基于颜色、密度和相关性的触发的频域位图触发)”；以及于2010年 5月13日提交的共同未决美国专利申请No. 12/779732，标题为‘‘Signal Recognition and Triggering UsingComputer Vision Techniques (使用计算机视觉技术的信号识别和触发)”。在多个实施例中，处理器125和触发检测器140可通过硬件、软件或者它们两者的组合来实现，并且可包括和/或运行于通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)上等等。虽然以上实施例将差位图描述为通过从被测位图中减去参考位图来计算，但是大家会理解，实质等效差位图可通过从参考位图中减去被测位图来计算。这个第二计算提供胃胃 胃^lAfflt百胃白勺(that isnegative but otherwise identical) $胃。虽然在实时谱分析仪的上下文中描述上述实施例，但是大家会理解，本文所述的原理同样可适用于能够聚集输入信号的多次获取的任何测试和测量仪器，例如扫频分析仪、向量信号分析仪、逻辑分析仪和示波器。例如，在本发明的一些实施例中，示波器将表示输入信号的数字数据转换为多个眼图，并且然后将眼图之一从眼图的另一个中减去，以便产生揭示存在于输入信号中的极小间断信号的差眼图。在那种情况下，位图不是如上所述的频域位图，而是表示时域中的取样电压值的聚集。通过以上论述会理解，本发明代表测试和测量设备领域的重大进步。虽然为了便于说明而示出和描述了本发明的具体实施例，但是大家会理解，可在没有背离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。相应地，本发明应仅受所附权利要求书限制。
权利要求
1.一种测试和测量仪器，包括模数转换器，用于接收输入信号和产生数字信号；以及处理器，用于通过把来自所述数字信号的数字数据转换为多个位图并且将称作参考位图的所述位图之一从所述位图的另一个中减去以产生差位图，来处理所述数字数据。
2.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器实时处理所述数字数据。
3.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器在所述数字数据响应触发信号而被存储在存储器中之后处理所述数字数据。
4 一种测试和测量仪器，包括模数转换器，用于接收输入信号和产生数字信号；触发检测器，用于通过把来自所述数字信号的数字数据转换为多个位图并且将称作参考位图的所述位图之一从所述位图的另一个中减去以产生差位图，来处理所述数字数据， 并且用于在所述差位图满足用户指定触发标准时生成触发信号；以及存储器，用于响应所述触发信号而存储来自所述数字信号的数字数据。
5.如权利要求2所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器实时地将所述数字数据转换为一系列位图，并且从每个新创建位图中减去所述参考位图。
6.如权利要求5所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器更新所述参考位图。
7.如权利要求6所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器响应用户命令而更新所述参考位图。
8.如权利要求6所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器响应在所述测试和测量仪器内部或外部生成的信号而更新所述参考位图。
9.如权利要求6所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器周期地更新所述参考位图。
10.如权利要求9所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器在各位图被创建之后更新所述参考位图。
11.如权利要求9所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器在每N个位图被创建之后更新所述参考位图，其中N为大于1的用户指定整数。
12.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，在显示装置上显示所述差位图。
13.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器使用所述差位图来执行测量。
14.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器指示信号在所述差位图中出现或消失的时间。
15.如权利要求1所述的测试和测量仪器，其中，所述测试和测量仪器是从由实时谱分析仪、扫频分析仪、向量信号分析仪、逻辑分析仪和示波器所组成的组中选取的测试和测量仪器。
16.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器实时地将所述数字数据转换为一系列位图，并且从每个新创建位图中减去所述参考位图。
17.如权利要求16所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器更新所述参考位图。
18.如权利要求17所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器响应用户命令而更新所述参考位图。
19.如权利要求17所述的测试和测量仪器，其中，所述处理器响应在所述测试和测量仪器内部或外部生成的信号而更新所述参考位图。
20.如权利要求17所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器周期地更新所述参考位图。
21.如权利要求20所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器在各位图被创建之后更新所述参考位图。
22.如权利要求20所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器在每N个位图被创建之后更新所述参考位图，其中N为大于1的用户指定整数。
23.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，在显示装置上显示所述差位图。
24.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器使用所述差位图来执行测量。
25.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述触发检测器指示信号在所述差位图中出现或消失的时间。
26.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，所述测试和测量仪器是从由实时谱分析仪、扫频分析仪、向量信号分析仪、逻辑分析仪和示波器所组成的组中选取的测试和测量仪器。
27.如权利要求4所述的测试和测量仪器，其中，当所述差位图中的密度差超过用户指定密度阈值时，所述差位图满足所述用户指定触发标准。
全文摘要
本发明的名称为使用差位图的信号检测和触发。测试和测量仪器将表示输入信号的数字数据转换为多个位图，并且然后将所述位图之一从所述位图的另一个中减去，以便产生差位图。差位图没有包含两个位图共同的密度值，而是仅包含两个之间的密度差，由此揭示在大密度值存在时的极小密度变化。在一些实施例中，在显示装置上显示差位图。在其它实施例中，差位图用于生成触发信号。
文档编号G01R23/16GK102313841SQ201110125798
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者J·F·特平, K·A·恩格霍尔姆 申请人:特克特朗尼克公司