CN1940579B

CN1940579B - 射频自相关信号触发发生器

Info

Publication number: CN1940579B
Application number: CN2006100824628A
Authority: CN
Inventors: K·L·伯纳德
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: CN1940579A; EP1724595B1; US20060265213A1; US7734464B2; KR20060120493A; TW200710403A; JP4879646B2; KR101241255B1; JP2006329979A; TWI397699B; EP1724595A1; DE602006008212D1

Abstract

射频自相关信号触发发生器，一个自相关触发包括一个相关性检测器，用以通过使信号同其时间延迟版本相关来产生一个相关系数，且当提供对应一个预定条件的相关系数时实时生成一个触发。还提供一种方法，其根据自相关测量产生触发。自相关触发可被用来根据自相关涉及自相关模型的程度(例如，一个信号中的随机程度)来产生一个触发。

Description

射频自相关信号触发发生器

技术领域

本发明通常涉及信号触发器，特别是基于自相关特征的实时信号触发器。

背景技术

诸如频谱分析器和示波器的测量仪器具有实时采集和分析数据的能力。具有实时测量能力的示例频谱分析器包括TektronixWCA200、WCA300、RSA2200和RSA3300系列频谱分析器，它们由Tektronix，Inc.of Beaverton，Oregon生产。这些频谱分析器获取并分析无缝数据块。

测量仪器采集、处理和显示数据的速度高于操作员能够有针对性地观察显示数据的速度。在测量仪器中使用触发器来启动或终止数据的采集。这些触发器基于外部源提供的待分析输入信号的时域信息。能够在频谱数据上触发的内部触发器已被用来在检测到一个预定义频谱事件之后显示累积频谱。例如，频率掩模触发器计算信号频谱，且在求得频谱违反用户定义的频谱掩模时触发。一个预定义的数据块被存储，它包括在触发紧接在事件之前和之后发生的事件的相关信息，由此操作员能够回顾这些数据并执行所期望的后处理。

期望触发器能够允许测量仪器在多种附加信号特征上触发。

发明内容

因此，提供了一种自相关触发器。自相关触发器将信号同其时间延迟版本相比较来产生可同相关性阀值或相关掩模比较的一个相关系数或相关性序列，用以确定存在所关心的条件。当存在所关心的条件时，自相关触发器生成一个触发。

提供了自相关触发器的一个实施例，包括一个相关性检测器，用以通过使信号同其时间延迟版本相关来产生一个相关系数。滞后发生器将信号的一个时间延迟版本提供到相关性检测器，用以同该信号相比较。当相关系数同相关性阀值之间的比较满足相关性条件时，同相关性检测器连接的比较器生成一个触发。在另一个实施例中，比较器包括一个相关器，它能够将相关性序列同相关掩模比较用以确定是否满足相关性条件，并随后生成一个触发。

还提供了一种生成自相关触发的方法。该方法包括使信号同其时间延迟版本相关来产生一个相关系数。将这个相关系数同相关性阀值相比较来确定一个相关性条件，且当满足该相关性条件时生成一个触发。在这一方法的一个实施例中，通过将相关系数同一个被设置为接近零的阀值相比较且当超出这个阀值(可能显示非随机信号的存在)时触发来实现随机性触发。在另一个实施例中，将一个也被公知为相关性序列的相关系数序列同一个包括多个阀值的掩模相比较。相关性序列可被用来检测随机程度同时降低由单个相关系数测量产生的错误触发的数目。在另一个实施例中，可将相关性序列同一个相关掩模相比较来确定它与期望的自相关模型之间的相关性。例如，一旦存在或不存在本质上正弦形式的信号，可使用正弦波模型来触发。在另一个实施例中，自相关模型可以是弱自相关模型或强自相关模型。

结合附加权利要求和附图阅读下面的详细阐述，本发明不同实施例的方面将变得显而易见。

附图说明

图1展示一个实时频谱分析器。

图2展示一个自相关触发器。

图3展示一个自相关触发器。

图4展示一个自相关触发器。

具体实施方式

现参考图1，示出了实时频谱分析器10，其具有输入处理器20，用以接收输入RF信号或其它感兴趣的信号。输入处理器20通常包括低通滤波器22，其后跟随有一个混频器24，后者使用局部振荡器26将滤波输入信号转换为中频(IF)信号。IF信号通过带通滤波器28，随后输入到模拟数字(A/D)转换器30中，以便提供一个用于进一步处理的数字信号。这个数字信号被输入到数字IF正交处理器31，用以从该数字信号得到同相(I)和正交相位(Q)信号。I和Q信号被输入到数字信号处理器(DSP)32中，用以实时处理显示在监视器34上，监视器34提供频率对时间对振幅的三维表示(也被称为频谱图)。I和Q信号还被输入到采集存储器36和触发发生器40中。触发发生器40检测到一个事件时，生成一个触发使采集存储器36自触发事件之前和/或之后保存数据，用于后续处理。可由DSP 32或另一个处理器(未示出)执行后续处理。后续处理可用于实时分析或非实时分析。

图2进一步示出触发发生器40的一个实施例。I和Q信号被输入到循环缓冲器42中，它提供所接收RF数据(I/Q)的一个时间段。一个时间段也被称为一个采样或一个记录。为了执行自相关，将该时间段同其自身的一个版本相比较。在触发发生器40的一个实施例中，自相关被用来确定信号的随机程度。随机信号(例如和白噪声相关的随机信号)同其自身滞后0相比较时，应当产生相关系数1，当它同其自身的任何时移版本(对应滞后1到滞后n)相比较时，应当产生接近0的相关系数。为了使用触发发生器40确定随机程度，对有源信号及其时间延迟版本执行实时比较。在本触发器的一个实施例中，这通过为相关性检测器44提供至少两组I和Q来实现。记为I0和Q0的第一组I和Q从循环缓冲器42被输入。记为I1和Q1的第二组I和Q通过时滞46之后从循环缓冲器42被输入，时滞46提供I和Q相对I0和Q0的时间延迟版本。滞后量在生产触发发生器40期间预先确定或由本领域的操作员设定。由于相关系数对任何非零滞后都应当接近0，因此可使用任何适当的滞后值，例如滞后1。应当理解两个信号可被延迟不同量，并且仍然对应于只对单个路径施加滞后所提供的类似的相对滞后。尽管实际上每个滞后可对应一个采样点的一个移位，但滞后量通常指任何时间移位量。在某些实施例中，使用一个FPGA或一个ASIC来实现触发发生器40。这些实施例中，可使用包含在FPGA或ASIC中的一个移位寄存器来实现滞后。在其它实施例中，可使用运行在CPU上的软件或其它通用处理器或由数字信号处理器(DSP)实现滞后。

相关性检测器44执行任何必要的计算，用以产生一个相关系数(CC)。相关系数通常从-1变化到1，但在数字系统中，这个范围可由任何适当方式表达。使用在允许时间内计算相关系数的任何适当装置来实现相关性检测器44。在实时触发的情况下，可使用在该仪器的采样率所允许的时间内完成必要计算的任何电路或部件实现相关性检测器44。一个实时触发器将优选地在循环缓冲器42得到下一组采样之前完成触发确定。这将使触发操作在不丢失任何采样的前提下得以实时继续。在某些应用中，某些采样丢失是可以接受的。尽管一般不希望有采样丢失，但仍使用在此提供的自相关触发服务这些应用。在本触发器的一个实施例中，使用一个现场可编程门阵列(FPGA)实现相关性检测器。在另一个实施例中，使用一个ASIC实现相关性检测器44。在另一个实施例中，可使用运行在CPU或其它通用处理器上的软件，只要其对于期望的采样率足够快。类似地，在某些实施例中也可以使用DSP，只要其对期望的采样率足够快。

连续地实时计算相关系数(CC)并将其输出，用以指示RF/IF数据同其时间延迟版本之间的相关程度。相关系数被输入到比较器48中，用以同一个相关性阀值相比较。在本触发器的另一个实施例中，对比较器48使用一个将单个相关系数同阀值相比较的简单比较电路。相关性阀值依赖定义一个触发事件所期望的相关性程度。相关性阀值可由生产商预设或由最终用户选定。在本触发器的一个实施例中，触发事件被定义为在相关系数超过相关性阀值时引发一个触发。例如，对随机信号而言，从信号同其自身延迟版本之间的比较求得的相关系数(CC)应当非常接近零。如果相关系数(CC)超过相关性阀值(被设置为可位于零任意一侧的容限)，将指示存在非随机信号。比较器48随后产生一个触发。触发随后导致采集存储器36保存与该信号有关的信息。可将采集存储器36设置为自触发之前、触发期间、触发之后或它们的任意组合开始保存与该信号有关的信息。可选择相关性阀值来平衡对识别非随机事件和避免可能的错误触发的需要。识别随机性特征和非随机信号之存在的能力可被用来监视和识别暗中的或未授权的信号。例如，特定频率处频谱的静态区域可能期望仅包含随机噪声。当信号随机性特征改变时，可能指示出现了不希望的、中断的或暗中的传输。通过提供一个自相关触发来确定随机性，可捕获这个信号以便进一步分析。

在另一个实施例中，当相关系数位于相关性阀值内时，选择触发事件来引发一个触发。例如，当非随机信号变为随机信号时，激活触发。

在触发发生器40的一个实施例中，保留相关系数的时间历史50用以提供数据，以便允许在更长的时间段上对该信号性能进行分析。在另一个实施例中，将该历史存储在触发发生器40中。在另一个实施例中，相关系数被提供并被存储在位于触发发生器40外部的历史50中。

阐述了自相关触发的一个实施例，其被配置来根据信号内的随机程度产生一个相关系数。上述随机信号模型仅仅是可采用自相关性识别的模型中的一种。更一般地，自相关触发器可被用来根据信号同某一特殊特征模型的匹配程度进行触发。虽然自相关触发可根据单个相关系数来确定随机程度，但其它模型可能需要多个时间滞后来确定信号同某一预定义特征模型的匹配程度。

图3展示触发发生器40的一个实施例，其用于根据一个使用多个时滞的自相关来提供触发。基础触发同前面结合图2阐述的触发相类似。提供了可由触发发生器控制的可变时滞。时滞46现被表示为可变且可由相关性检测器44通过控制路径54控制。相关性检测器44产生一个相关性序列，它是对应不同滞后量的相关系数序列。例如，时滞46提供滞后1时，相关性检测器44将产生相关系数CC1。相关性检测器44随后将更新时滞46(例如更新为滞后2)并产生相关系数CC2。因此，相关性检测器44将产生对应N个不同滞后值的一个相关性序列CC1、CC2、CC3到CCN。一个实施例中，以单一步长增加滞后量，例如滞后1、滞后2、滞后3等。另一个实施例中，以非单一步长增加滞后量，例如滞后1、滞后3、滞后7、滞后12。相关性检测器44能够计算的最大滞后量和自相关的数目受到相关性检测器44相对于该仪器采样率的速度的限制。

比较器48将相关性检测器44提供的相关性序列同一个相关掩模进行比较。某些实施例中，比较器48被实现为用于确定相关性序列同相关掩模之间相关性的相关器，而不是对比两个值的简单比较器。例如，在本触发器的一个实施例中，使用一个现场可编程门阵列(FPGA)来实现比较器48。另一个实施例中，使用一个ASIC实现比较器48。另一个实施例中，则可使用运行在CPU或其它通用处理器上的软件来实现比较器48，所述CPU或者通用处理器对理想采样率足够快。类似地，在某些实施例中也可以使用DSP，只要其对于理想采样率而言足够快。

在触发发生器40的一个实施例中，当相关性序列在预定义相关掩模内时，比较器48将生成一个触发。另一个实施例中，当相关性序列超出预定义相关掩模时，比较器48将生成一个触发。可预定义相关掩模同某一特殊特征模型相对应。由相关性序列表示的这个多时滞自相关形状与预定义特征模型的匹配程度是可变的，且可调整来满足多种用途。多时滞相关可被用作随机程度。这种情况下，可使用滞后0处具有值1的一个简单掩模和在其它区域内稍大于零的一个阀值。其它实施例中，多时滞相关可被用来确定随机程度，其中信号不对应白噪声，因此其对所有滞后量都不接近零。因此，可使用多时滞随机性掩模来减少同单个时滞实施例相关的错误触发。可使用例如正弦波模型的附加模型来检测信号调制假信号(glitch)或失效。正弦波信号模型也可被用来检测不该出现正弦波信号的地方是否出现了正弦波信号。其它实施例中，可将相关掩模设置为同任何理想的弱或强自相关模型对应。

图4展示触发发生器40的另一个实施例，其用于根据多时滞自相关生成触发。与相应时滞46一起平行提供多相关性检测器44。第一实施例中，每个相关性检测器44产生一个相关系数(CC)。随后组合这些相关系数以便产生一个相关性序列，使用比较器48对这个序列进行比较。

另一个实施例中，每对相关性检测器和时滞包括一个控制路径54。这将允许每个比较检测器实现一个多时滞相关的序列，以便产生一个相关性序列。随后组合这些相关性序列以便产生一个最终相关性序列，用以在比较器48中使用。

上面的阐述中，将触发发生器40的不同部件作为独立部件进行讨论。在本触发发生器的某些实施例中，可以使用单个部件实现比较检测器44、时滞46和比较器48。由一个FPGA或ASIC的不同部分执行所有三种操作。另一个实施例中，可在运行于单个CPU上或其它通用处理器或单个DSP内的软件中执行所有三种操作。历史50可被提供在相同的设备中，或被提供在独立的存储器或缓冲器中。

触发发生器40的多个实施例可被合并到一台测量仪器中，以便为该仪器提供附加的功能性。当耦接到一个频谱分析接收器系统时，该自相关信号触发可在一个大的频率范围上运行，具有非常高的灵敏度和动态范围，但其带宽有限。或者，当耦接到一个示波器时，该自相关触发器可在一个非常大的频率带宽上运行，但所述频率带宽相对频谱分析器具有更低的动态范围。

在不背离本发明基本原理的前提下可对本发明上述实施例的细节进行多种变换，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明的范围由下面的权利要求确定。

Claims

1.一种根据自相关触发捕获输入信号数据的测量仪器，其包括：

处理器，向监视器提供频率对时间对振幅的三维表示；

相关性检测器，通过使输入信号同其时间延迟版本相关来产生相关系数；

滞后发生器，将输入信号的时间延迟版本提供给相关性检测器；

连接到相关性检测器上的比较器，当满足相关性条件时其产生触发信号，以及

采集存储器，响应于所述触发信号保存与所述输入信号有关的信息，其中比较器包括相关器，用于使包括相关系数序列的相关性序列同相关掩模进行相关来确定是否满足相关性条件。

2.权利要求1中提供的测量仪器，其中滞后发生器包括移位寄存器。

3.权利要求1中提供的测量仪器，还包括连接到相关性检测器上的用以随时间的过去存储相关性数据的历史缓冲器。

4.权利要求1中提供的测量仪器，其中相关性检测器、滞后发生器以及比较器被集成到实时频谱分析器中。

5.权利要求1中提供的测量仪器，其中相关性检测器、滞后发生器以及比较器被集成到示波器中。

6.权利要求1中提供的测量仪器，其中相关性检测器、滞后发生器以及比较器被集成，以便能够实时产生触发，由此在不丢失采样的情况下产生触发。

7.一种生成自相关触发的方法，包括：

使输入信号同其时间延迟版本相关，以便产生相关系数；

将该相关系数同相关性阈值相比较来确定相关性条件；

当满足该相关性条件时生成触发信号；

响应于所述触发信号保存与所述输入信号有关的信息，以及

基于所述与所述输入信号有关的信息显示频谱，

其中将相关系数同相关阈值相比较还包括将相关系数序列同相关掩模相比较，以便根据同自相关模型的比较来确定相关性条件，所述相关掩模包括至少一个相关阈值。

8.权利要求7中的方法，其中将相关性阈值设置为偏移自零的预定阈值，用以提供与输入信号随机程度相对应的相关性条件。

9.权利要求7中的方法，其中自相关模型是随机性模型。

10.权利要求7中的方法，其中自相关模型是正弦波模型。

11.权利要求7中的方法，其中自相关模型是强自相关模型。

12.权利要求7中的方法，其中自相关模型是弱自相关模型。

13.一种具有自相关触发发生器的测量仪器，包括：

用于对输入信号和其时间延迟版本进行相关来实时产生一个相关系数的装置；

用于延迟输入信号的装置，以便产生该输入信号的时间延迟版本来输入到用于进行相关的装置中；

用于比较相关系数和相关性阈值从而实时确定相关性条件的装置；

用于在满足该相关性条件时实时生成触发信号的装置；

用于响应于所述触发信号保存与所述输入信号有关的信息的装置，以及

用于基于与所述输入信号有关的信息显示频谱的装置，

其中用于比较相关系数和相关性阈值的装置包括用于将相关性序列同相关掩模进行比较的装置。

14.权利要求13中提供的测量仪器，其中用于进行相关的装置被实现为FPGA、ASIC、DSP或运行在通用处理器上的软件。

15.权利要求13中提供的测量仪器，其中用于进行相关的装置、用于延迟的装置、用于比较的装置以及用于实时生成触发信号的装置被实现为单个FPGA、单个ASIC、单个DSP或运行在单个通用处理器上的软件的部分。

16.权利要求13中提供的测量仪器，还包括用于存储相关系数的历史的装置。