專利名稱：利用自適應(yīng)匹配濾波器組表征脈沖信號(hào)器件的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用自適應(yīng)匹配濾波器組(filterbank)表征脈沖信號(hào)器件的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)過(guò)去已被用來(lái)測(cè)量被測(cè)器件的連續(xù)波(CW)S參數(shù)性能。一般來(lái)說(shuō)，CW信號(hào)是500Mhz到50GHz范圍內(nèi)的射頻(RF)信號(hào)，但是該范圍是可變的。通常在這些正常工作條件下，VNA充當(dāng)窄帶測(cè)量?jī)x，其中VNA將已知的RF信號(hào)施加到被測(cè)器件，然后測(cè)量RF頻率響應(yīng)。如果查看單個(gè)CW頻率的響應(yīng)，則將看到頻域中的單個(gè)頻譜音調(diào)。一般來(lái)說(shuō)，VNA分析儀具有內(nèi)建的源和接收器，該源和接收器被設(shè)計(jì)為同步工作，從而利用窄帶探測(cè)來(lái)測(cè)量被測(cè)器件(DUT)的頻率響應(yīng)。大多分析儀可以配置來(lái)在許多不同的頻率范圍上產(chǎn)生頻率掃描。
在某些情形中，施加到DUT的信號(hào)必須是以特定的速率(有時(shí)稱作脈沖重復(fù)頻率(prf))和持續(xù)時(shí)間呈脈沖型的(導(dǎo)通和斷開)。如果要查看單脈沖音調(diào)的頻域響應(yīng)，該頻域響應(yīng)可能包含無(wú)限數(shù)目的頻譜音調(diào)，這對(duì)利用標(biāo)準(zhǔn)的窄帶分析儀提出了挑戰(zhàn)。
例如，使正弦波x(t)在導(dǎo)通和斷開之間轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的單脈沖音調(diào)在圖1A中示作100。該單脈沖音調(diào)100被表示為rectpw(t)·x(t)。單脈沖音調(diào)100可以與下面在圖1A中示作102的級(jí)數(shù)函數(shù)進(jìn)行卷積shah1prf(t)]]>來(lái)獲得在圖1A中示作104的脈沖信號(hào)y(t)。該卷積由下式表示y(t)=(rectpw(t)·x(t))*shah1prf(t)]]>圖1B和1C進(jìn)一步示出了在頻域中的脈沖RF信號(hào)的頻譜分量。具體而言，圖1B示出了信號(hào)106的圖105，該信號(hào)106示出了脈沖PF信號(hào)中的頻譜分量的寬頻譜。頻域106中的脈沖RF信號(hào)以間隔1/(脈沖寬度)示出了頻譜分量中的最小點(diǎn)109。圖1C示出了主頻譜分量108周圍的頻譜分量的更高分辨率的圖107，其中主頻譜分量在這樣一個(gè)PF信號(hào)的頻率處，該P(yáng)F信號(hào)是由振蕩器生成的，然后該振蕩器的輸出通常被在導(dǎo)通和斷開之間轉(zhuǎn)換來(lái)提供脈沖PF信號(hào)。其他頻譜分量然后被以脈沖重復(fù)頻率(prf)(RF信號(hào)被導(dǎo)通和斷開的頻率)偏移。在圖1C的情形中，prf近似為1.69KHz。不同的頻譜分量110、112、114和116然后被以等于prf整數(shù)倍的頻率量從主頻譜分量偏移。
在某些應(yīng)用中，脈沖信號(hào)器件表征可以利用自適應(yīng)濾波器歸零(nulling)和濾波器選通(gating)來(lái)隔離主頻譜分量，主頻譜分量對(duì)應(yīng)于在導(dǎo)通和斷開之間轉(zhuǎn)換的RF信號(hào)的RF頻率，從而提供脈沖PF信號(hào)。在題為“PULSED SIGNAL DEVICE CHARACTERIZATION EMPLOYINGADAPTIVE NULLING AND IF GATING”的未決美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/883,100中提供了這種應(yīng)用的一個(gè)示例，該申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人，并且該申請(qǐng)整體通過(guò)引用結(jié)合于此。將認(rèn)識(shí)到，一般來(lái)說(shuō)，主頻譜分量可以對(duì)應(yīng)于中頻(IF)，中頻是在脈沖信號(hào)被注入到被測(cè)器件后從對(duì)脈沖信號(hào)的RF正弦波形執(zhí)行下變頻的VNA的接收器通道中產(chǎn)生的。
但是，利用自適應(yīng)濾波器歸零和選通來(lái)排除與主頻譜分量或者對(duì)應(yīng)的IF相對(duì)應(yīng)的那些頻譜分量之外的頻譜分量的濾波技術(shù)可能導(dǎo)致從DUT接收到的原始測(cè)量信號(hào)的能量損失。一般而言，這種能量損失與脈沖PF信號(hào)的占空比成比例，因?yàn)闉V波器丟棄了除脈沖信號(hào)的基本音調(diào)(呈脈沖型導(dǎo)通和斷開的PF信號(hào)的頻率)之外的所有頻率分量。隨著占空比降低，更多的能量移動(dòng)到側(cè)帶中，更少的能量保留在主頻譜分量中。這是因?yàn)樵陬l域中側(cè)帶頻譜分量的大小與脈沖寬度(PW)和脈沖重復(fù)頻率的乘積(即，占空比＝(PW×PRF))成反比。因此，在使用自適應(yīng)濾波器歸零和選通的情況下，占空比可以直接影響動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量，因?yàn)楫?dāng)占空比降低時(shí)被處理的信號(hào)能量減小。這種被處理的信號(hào)能量損失對(duì)于以非常低的占空比呈脈沖型的信號(hào)而言尤其成問(wèn)題，例如在恒溫測(cè)量和器件表征技術(shù)中所要求的占空比。在某些情形中，這種測(cè)量結(jié)果是不可用的，因?yàn)槿鄙傧到y(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。


圖1A-1C示出了在頻域中的脈沖信號(hào)的描繪和在時(shí)域中脈沖信號(hào)的描繪之間的關(guān)系。
圖2是示出了本發(fā)明實(shí)施例的框圖。
圖3示出了這里的方法的實(shí)施例的圖，該方法用于利用濾波器組中的多個(gè)濾波函數(shù)來(lái)選擇并處理多個(gè)不同的頻譜分量。
圖4A-4C是在時(shí)域中和頻域中示出了脈沖輸入信號(hào)的圖，并且圖示了用來(lái)選擇不同的頻譜分量的多個(gè)不同濾波函數(shù)。
圖5A-5G是示出了這里的示例性實(shí)施例中的濾波器組輸出的信號(hào)的圖。
圖6A-6G是示出了這里的示例性實(shí)施例中的音調(diào)移位器輸出的音調(diào)移位后的信號(hào)的圖。
圖7A-7B是在時(shí)域和頻域二者中示出了由這里的實(shí)施例中的累加器輸出的信號(hào)的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在測(cè)量具有低占空比的脈沖信號(hào)時(shí)具有良好動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括提供脈沖RF信號(hào)到被測(cè)器件的信號(hào)源；接收來(lái)自被測(cè)器件的響應(yīng)信號(hào)并且對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)提供多個(gè)頻譜分量的濾波器組；將這些頻譜分量組合成組合信號(hào)的累加器；以及對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)確定被測(cè)器件的特性的分析儀。
圖2示出了這里的系統(tǒng)200的示例性實(shí)施例。該系統(tǒng)提供了VNA202，VNA 202具有端口206和208，被測(cè)器件204可以連接到這些端口。VNA 202包括RF源210，該源一般能夠提供CW輸出信號(hào)，并且可替換地該CW輸出信號(hào)可以呈脈沖型導(dǎo)通和斷開，來(lái)以不同的脈沖重復(fù)頻率提供不同脈沖寬度的CW信號(hào)。開關(guān)212然后可以將源210輸出的RF信號(hào)路由到與分析儀202的端口206相對(duì)應(yīng)的通道214，或者開關(guān)212可以將源的輸出路由到到VNA的端口208的通道216。通道214包括耦合器218，耦合器218具有輸出耦合器路徑220。A輸出路徑220工作來(lái)捕獲從端口206向源210傳輸?shù)牟糠中盘?hào)。從端口206向源傳輸?shù)脑撔盘?hào)是可能與來(lái)自源的從到器件204的輸入反射回的RF信號(hào)的一部分相對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)，或者是A輸出路徑220上的可能與正從源210通過(guò)端口208、通過(guò)DUT 204、然后通過(guò)端口206傳輸?shù)男盘?hào)相對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)。相應(yīng)地，通道216包括耦合器222，耦合器222具有B輸出耦合器路徑224，B輸出耦合器路徑224工作來(lái)捕獲傳輸過(guò)DUT 204的信號(hào)或者DUT 204反射的信號(hào)。
除了包含來(lái)自被測(cè)器件204的信號(hào)的測(cè)量通道220和224之外，VNA分析儀202還包括R1參考通道226和R2參考通道228。通過(guò)將在參考通道中接收到的信號(hào)與在測(cè)量通道220或224之一中接收到的信號(hào)相比較，可以確定DUT 204的性能特性。在許多實(shí)例中，網(wǎng)絡(luò)分析儀被用來(lái)確定DUT的S參數(shù)。S參數(shù)(S11、S12、S21和S22)可以例如用來(lái)提供關(guān)于DUT 204的反射和傳輸屬性的信息。
在系統(tǒng)200中，參考通道226和228中的每個(gè)、以及測(cè)量通道220和224中的每個(gè)被輸入到接收器模塊230，接收器模塊230處理從測(cè)量通道和參考通道輸入的信號(hào)。
接收器230可以以多種不同的方式實(shí)現(xiàn)，并且可以包括多個(gè)不同的組件。一般而言，網(wǎng)絡(luò)分析儀中的接收器模塊包括混頻器，該混頻器工作來(lái)將源210輸出的相對(duì)較高頻率的RF信號(hào)下變頻。RF信號(hào)的主頻譜分量將被轉(zhuǎn)換成IF信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于源210的RF頻率。在脈沖型工作模式中，源210輸出的信號(hào)將包括圍繞RF頻率的許多其他頻譜分量。因此，到IF的轉(zhuǎn)換還將提供圍繞IF的許多下變頻后的頻譜分量。
在一個(gè)實(shí)施例中，在來(lái)自通道220-228的信號(hào)已被下變頻后，接收器模塊230將提供ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。在信號(hào)被數(shù)字化后，接收器的不同元件工作來(lái)處理信號(hào)，這將在下面更詳細(xì)地描述。應(yīng)當(dāng)注意，盡管這里討論的某些示例性實(shí)現(xiàn)方式設(shè)想主要利用數(shù)字處理方案，但是，當(dāng)然也可以使用模擬方法來(lái)實(shí)現(xiàn)相同或等價(jià)的結(jié)果。
在一個(gè)實(shí)施例中，接收器模塊230可以包括單個(gè)編程的處理器，用于實(shí)現(xiàn)這里所述的不同的處理方法。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，接收器模塊可以包括許多不同的互連的處理模塊，例如，可編程門陣列、ASIC和通用處理器。一般而言，接收器模塊230將包括濾波器組模塊232，該濾波器組模塊232工作來(lái)向輸入信號(hào)提供多種不同的濾波函數(shù)。這些不同的濾波函數(shù)工作來(lái)選擇測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的不同的頻譜分量。在濾波器組模塊232已對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了處理后，音調(diào)移位器模塊234工作來(lái)將多個(gè)不同的頻譜分量移位到與來(lái)自源210的脈沖信號(hào)的RF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率。另外，音調(diào)移位器模塊234可以工作來(lái)使這多個(gè)變體的頻譜分量中的每個(gè)的相位對(duì)齊。到音調(diào)移位器模塊234的輸出然后被傳輸?shù)嚼奂悠髂K236，累加器模塊236工作來(lái)組合多個(gè)不同的頻譜分量。輸入到接收器的與不同的測(cè)量和參考通道中的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的處理過(guò)的信號(hào)被分析儀模塊238用來(lái)確定被測(cè)器件的特性。這些確定出的特性然后經(jīng)由VNA分析儀202的用戶接口240被呈現(xiàn)給用戶。用戶接口可以包括例如平板顯示器或打印機(jī)。另外，網(wǎng)絡(luò)分析儀的用戶接口一般包括鍵盤和各種其他輸入設(shè)備，利用它們用戶可以控制VNA的不同操作。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了在測(cè)量具有低占空比的脈沖信號(hào)時(shí)具有良好動(dòng)態(tài)范圍的方法300，例如圖3所示的。該方法包括產(chǎn)生脈沖信號(hào)(302)，和將脈沖信號(hào)施加到被測(cè)器件(304)。然后接收來(lái)自被測(cè)器件的測(cè)量信號(hào)。測(cè)量信號(hào)然后被濾波，以選擇響應(yīng)信號(hào)的多個(gè)不同的頻譜分量。這些不同的頻譜分量然后被用來(lái)形成組合信號(hào)。然后對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)確定被測(cè)器件的特性。
取決于系統(tǒng)所用的源，脈沖RF信號(hào)的RF頻率可能在很大范圍的不同頻率上變化。在一個(gè)實(shí)施例中，該范圍可能是從數(shù)MHz到多至50GHz或者更高。脈沖RF信號(hào)的prf速率也可以在極大的范圍上變化，但是在許多應(yīng)用中，prf將在1-5kHz的范圍內(nèi)。
在脈沖RF信號(hào)被施加到DUT后，系統(tǒng)的處理元件接收到測(cè)量信號(hào)(306)。測(cè)量信號(hào)與已傳輸通過(guò)DUT的脈沖RF信號(hào)或者到DUT的輸入中反射出的脈沖RF信號(hào)相對(duì)應(yīng)。另外，系統(tǒng)的處理元件也將接收上述參考輸入信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，最初，來(lái)自A通道的測(cè)量信號(hào)將在306處被下變頻并且被數(shù)字化，這種被變頻并數(shù)字化后的信號(hào)實(shí)際上仍是測(cè)量信號(hào)。然后該被數(shù)字化的信號(hào)將根據(jù)一組數(shù)字濾波模塊308提供的不同的濾波函數(shù)被處理。例如，本討論設(shè)想對(duì)在VNA 202的A測(cè)量通道220上接收到的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波和處理，但是也將對(duì)到VNA的處理器的其他測(cè)量和參考信號(hào)輸入上接收到的信號(hào)執(zhí)行模擬處理操作。
對(duì)測(cè)量信號(hào)的濾波利用濾波器組308進(jìn)行，該濾波器組308工作來(lái)應(yīng)用不同的濾波函數(shù)310-318...N，其中這些濾波函數(shù)被實(shí)現(xiàn)來(lái)選擇測(cè)量信號(hào)的不同頻譜分量，并且濾波函數(shù)的特性是基于脈沖信號(hào)的prf以及脈沖信號(hào)的RF頻率確定的。
與利用僅依賴于自適應(yīng)濾波器歸零的濾波方案的系統(tǒng)相比，利用數(shù)字濾波器組操作的本系統(tǒng)的實(shí)施例可以提供改進(jìn)的動(dòng)態(tài)范圍。濾波器組380的操作提供了一系列匹配的歸零濾波器或者濾波器函數(shù)，其中每個(gè)濾波器函數(shù)的特性是基于脈沖RF信號(hào)的prf和RF頻率確定的，并且濾波器函數(shù)的輸出被組合來(lái)捕獲通過(guò)脈沖化產(chǎn)生的IF(與RF頻率相對(duì)應(yīng)的下變頻后的信號(hào))和側(cè)帶頻譜分量。每個(gè)頻譜分量包含與測(cè)量有關(guān)的相關(guān)信息。從每個(gè)濾波函數(shù)輸出的濾波后信號(hào)320-328然后利用不同的音調(diào)移位函數(shù)332-340而被處理，其中音調(diào)移位函數(shù)工作來(lái)將每個(gè)不同的濾波后頻譜分量轉(zhuǎn)換到與IF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率，并且世每個(gè)不同信號(hào)的相位對(duì)齊。由音調(diào)移位函數(shù)輸出(342-350)的信號(hào)然后被累加或者說(shuō)組合(352)成信號(hào)354，信號(hào)354與從DUT反射出的或者傳輸通過(guò)DUT的RF信號(hào)相對(duì)應(yīng)，并且該信號(hào)354包括來(lái)自脈沖RF信號(hào)的多個(gè)被選中的頻譜分量的信息。
對(duì)輸入到VNA的接收器模塊的每個(gè)參考通道和測(cè)量通道上的RF信號(hào)提供類似的處理操作，并且這些處理過(guò)的信號(hào)然后被VNA的處理器分析(356)來(lái)確定DUT的特性，例如，S參數(shù)，確定出的特性然后可以被輸出(358)。
在上面討論的方法中，濾波器組的輸出被施加到累加器，或者數(shù)字重組器，該累加器或數(shù)字重組器將結(jié)果信號(hào)相互關(guān)聯(lián)并累加。在一個(gè)實(shí)施例中，累加器的輸出將構(gòu)成單個(gè)正弦波形，該正弦波形將不會(huì)表現(xiàn)出與占空比成比例的處理后信號(hào)損失，因?yàn)樵摀p失可以通過(guò)增加利用濾波器組和累加器累加的頻譜分量的數(shù)目而被減小。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍的增加。這里的一個(gè)實(shí)施例的操作提供了一類相干性綜合(coherency integration)，其中對(duì)于相關(guān)信號(hào)能量的每次加倍，所得到的相干信號(hào)增益的增加為6dB，而不相關(guān)的噪聲綜合僅對(duì)應(yīng)于3dB的增加。此外，濾波器的數(shù)目和濾波器的特性(例如，每個(gè)濾波器的形狀)可以基于脈沖信號(hào)的特性而被修改。例如，用來(lái)控制脈沖RF信號(hào)的RF頻率和prf的控制器輸入也可以用來(lái)確定濾波器組所應(yīng)用的濾波器函數(shù)的參數(shù)。
采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以提供獨(dú)立于脈沖RF測(cè)試信號(hào)的占空比的對(duì)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍的控制。具體而言，通過(guò)增加利用多個(gè)偏移濾波函數(shù)選擇的頻譜分量的數(shù)目，可以提高動(dòng)態(tài)范圍。因此，動(dòng)態(tài)范圍的相對(duì)增益變成濾波器組帶寬(噪聲減小)和濾波器組中的數(shù)字濾波器的數(shù)目(信號(hào)增益)的函數(shù)。另外，作為數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，將認(rèn)識(shí)到，濾波器組中的每個(gè)不同濾波器函數(shù)的獨(dú)立的濾波器系數(shù)和數(shù)字濾波器抽頭計(jì)數(shù)允許頻率上的噪聲選擇性。數(shù)字濾波還提供相干信號(hào)增益對(duì)綜合時(shí)間的靈活性。
濾波器組可以利用多個(gè)自適應(yīng)歸零數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)自適應(yīng)歸零數(shù)字濾波器接收其相應(yīng)的頻率分量，并且對(duì)其進(jìn)行濾波。每個(gè)自適應(yīng)歸零數(shù)字濾波器可以利用控制輸入來(lái)確定數(shù)字濾波器的特性。例如，由濾波器選擇的頻譜分量的頻率和濾波器函數(shù)的歸零點(diǎn)之間的間隔可以基于輸入到DUT的脈沖RF信號(hào)的特性來(lái)確定。這里所使用的“零”一般指在與頻率響應(yīng)中的通過(guò)或傳輸頻帶部分相比時(shí)，濾波器頻率響應(yīng)中具有相對(duì)較高衰減的點(diǎn)。
在某些實(shí)施例中，零點(diǎn)被調(diào)節(jié)為與測(cè)量或參考信號(hào)中的不想要的或不希望的信號(hào)分量或諧波的頻率位置相對(duì)應(yīng)。零點(diǎn)和信號(hào)諧波之間的頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系在某些實(shí)施例中是近似的。因此，零點(diǎn)的位置在這里可能指與頻譜分量的附近區(qū)域相對(duì)應(yīng)。這樣調(diào)節(jié)之后，不希望的頻譜分量被零點(diǎn)衰減，在某些情形中被極大地衰減。這樣，調(diào)節(jié)之后，自適應(yīng)歸零數(shù)字濾波器函數(shù)相對(duì)于由給定的濾波器函數(shù)選擇的頻譜分量，實(shí)質(zhì)上消除了不希望的頻譜分量或者使不希望的頻譜分量“歸零”。在某些實(shí)施例中，通過(guò)得知脈沖RF信號(hào)的RF頻率和prf，來(lái)使零點(diǎn)適用于接收到的信號(hào)。
在某些實(shí)施例中，濾波器函數(shù)是有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，其中FIR濾波器的頻率響應(yīng)通常由位于通帶任一側(cè)的周期性零點(diǎn)表征。在周期性零點(diǎn)被用來(lái)類似地衰減周期性信號(hào)諧波時(shí)，這些周期性定位的零點(diǎn)可以簡(jiǎn)化FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)和/或降低FIR濾波器的復(fù)雜度。
在某些實(shí)施例中，濾波器函數(shù)可以在濾波器配置中包括多個(gè)求和元件以及反饋和前饋路徑。本發(fā)明的實(shí)施例不限于特定的濾波器實(shí)現(xiàn)或者濾波器拓?fù)?。FIR濾波器設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)、數(shù)字濾波器的一般設(shè)計(jì)、以及這樣的濾波器的實(shí)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)方式都是本領(lǐng)域公知的，并且可以在關(guān)于數(shù)字濾波器和/或數(shù)字信號(hào)處理的主題的教科書中找到，這些教科書包括John G.Proakiset al.Digital Signal Processing，2ndEdition，Macmillian Publishing Company，1992，其整體通過(guò)引用結(jié)合于此。
在本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)方式中，具有矩形窗口響應(yīng)的FIR濾波器被用作FIR濾波器。在其他實(shí)施例中，具有近似矩形窗口響應(yīng)的FIR濾波器被用作FIR濾波器。在其他實(shí)施例中，具有除矩形或接近矩形窗口響應(yīng)之外的響應(yīng)的FIR濾波器被用作FIR濾波器。
實(shí)際上，取決于接收器通道的應(yīng)用和特定實(shí)現(xiàn)方式，可以以多種方式實(shí)現(xiàn)濾波器函數(shù)。例如，濾波器可以被實(shí)現(xiàn)為電路，或者離散或集成電路的一部分，例如但不限于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的電路或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)中的電路?；蛘?，濾波器函數(shù)可由信號(hào)處理器電路或系統(tǒng)提供，或者作為由諸如微處理器之類的通用處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序的函數(shù)/子例程提供。
圖4A在時(shí)域中示出了脈沖RF信號(hào)402。該脈沖RF信號(hào)具有RF信號(hào)導(dǎo)通并且其正以RF頻率產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)段，并且該脈沖RF信號(hào)還具有其被斷開的時(shí)段。脈沖被導(dǎo)通和斷開的比率對(duì)應(yīng)于上述prf。頻域中的脈沖正弦波形包含許多頻譜分量側(cè)帶。每個(gè)頻譜側(cè)帶分量，或者被選中的頻譜側(cè)帶分量在濾波器組中可以具有相關(guān)聯(lián)的濾波器函數(shù)。注意，圖4B中在頻域中示出的最高音調(diào)或者說(shuō)最大幅度的信號(hào)404(對(duì)應(yīng)于IF頻率)示出了幅度為1/2的IF，與時(shí)域中的具有峰值1的脈沖信號(hào)相比，在本示例中該幅度與占空比相同。在這種情形中，具有單個(gè)濾波器函數(shù)的自適應(yīng)歸零技術(shù)可能導(dǎo)致處理后的信號(hào)能量降低50％，而多濾波器函數(shù)方法可以提供小得多的百分比的處理后的信號(hào)能量降低。
圖4B在頻域中示出了圖4A的脈沖RF信號(hào)。如上所述，頻譜分量404對(duì)應(yīng)于RF頻率的頻譜分量。圖4B還圖示了許多其他的側(cè)帶頻譜分量406-416...N。這些頻譜分量是使RF信號(hào)脈沖化的結(jié)果。
圖4C在頻域中示出了由本發(fā)明的實(shí)施例的濾波器組提供的濾波函數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，圖4A-4C各個(gè)圖中的比例是為了說(shuō)明目的提供的。元素418提供第一濾波函數(shù)。濾波函數(shù)418用來(lái)選擇與RF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率，RF頻率在圖4B中被示作頻譜分量404。該被選中的頻率可以是RF頻率，或者與該RF頻率相對(duì)應(yīng)的IF頻率。濾波函數(shù)418還提供濾波函數(shù)中的一系列零點(diǎn)420-428...n。這些零點(diǎn)是這樣的點(diǎn)，在這些點(diǎn)處，濾波函數(shù)工作來(lái)濾除與給定的零點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的頻率處的大多能量。濾波函數(shù)適于將在以等于prf的量偏離通過(guò)頻率的頻率上的每個(gè)零點(diǎn)間隔開。因此，濾波函數(shù)418將工作來(lái)選擇圖4B所示的頻率分量404，并且丟棄以對(duì)應(yīng)于prf的量偏離RF頻譜分量的頻率分量406-416，或者使頻率分量406-416歸零。因此，如圖4A-4C所示，每個(gè)濾波器函數(shù)被與進(jìn)入的頻譜分量對(duì)齊，并且與脈沖信號(hào)匹配，從而使其他頻譜分量歸零。濾波器組中的每個(gè)濾波器函數(shù)可以獨(dú)立于其他濾波器函數(shù)，并且具有其自身的復(fù)加權(quán)因子和抽頭計(jì)數(shù)。
例如，圖4C的濾波函數(shù)430將工作來(lái)選擇圖4B中的頻譜分量406，并且通過(guò)濾波函數(shù)430的歸零來(lái)丟棄圖4B所示的其他頻譜分量。其他濾波函數(shù)432-440將以類似的方式工作來(lái)選擇相應(yīng)的頻譜分量并且丟棄其他頻譜分量。
圖5A-5G示出了從圖4C所示的每個(gè)不同的濾波函數(shù)輸出的輸出信號(hào)。濾波器組輸出包括處于不同頻率處的一系列正弦波形。圖5D示出了與RF脈沖信號(hào)的RF頻率的IF相對(duì)應(yīng)的信號(hào)502，該信號(hào)可能是從例如圖4C的濾波函數(shù)418的中央濾波函數(shù)輸出的。IF頻率幅度示出了與占空比(1/2)成比例的信號(hào)能量損失(1/2)。圖5A-5C示出的其他輸出信號(hào)504、506和508以及圖5E-5G示出的510、512和514然后對(duì)應(yīng)于圖4C的其他濾波函數(shù)430-440的輸出。值得注意的是正被測(cè)的DUT一般對(duì)脈沖RF信號(hào)的不同頻譜分量具有不同的影響。例如，考慮示出了輸出信號(hào)506和512的圖5B和圖5F，其中DUT具有強(qiáng)烈衰減這些頻譜分量的影響。
圖6A-6G示出了被應(yīng)用到圖5A-5G示出的輸出信號(hào)的音調(diào)移位函數(shù)的操作效果。如圖6A-6G所示，音調(diào)移位函數(shù)操作來(lái)調(diào)節(jié)并對(duì)齊圖5A-5G示出的每個(gè)輸出信號(hào)的相位，以使經(jīng)音調(diào)移位后的輸出信號(hào)602-614處于與RF頻率的IF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率處。音調(diào)移位函數(shù)還操作來(lái)對(duì)齊經(jīng)音調(diào)移位后的輸出信號(hào)602-614的相位。在操作中，從濾波器組產(chǎn)生的正弦波形中的每個(gè)被與復(fù)數(shù)值混頻系數(shù)“w”混頻，從而使它們的所產(chǎn)生的頻率和相位相關(guān)。在某些實(shí)施例中，需要考慮VNA的硬件的IF頻率響應(yīng)。在這種情形中，IF頻率響應(yīng)校準(zhǔn)可以被用作對(duì)復(fù)混頻系數(shù)的校正因子。
圖6A-6G的經(jīng)音調(diào)移位后的信號(hào)602-614然后從音調(diào)移位器被傳輸?shù)接糜诮M合信號(hào)的累加器。一般而言，累加器的這種操作包括對(duì)來(lái)自音調(diào)移位器的經(jīng)音調(diào)移位的信號(hào)進(jìn)行綜合，然后提供如圖7A所示的單個(gè)正弦波形，該正弦波形的結(jié)果幅度與原始正弦波形的幅度接近匹配，其中該原始正弦波形在被施加到DUT的脈沖RF信號(hào)中在導(dǎo)通和斷開之間脈沖。圖7B在頻域中示出了圖7A的信號(hào)。這種對(duì)多頻譜分量的捕獲使在現(xiàn)有系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生的信號(hào)損失減少了很多，在現(xiàn)有系統(tǒng)中該損失與占空比成比例，然后所產(chǎn)生的組合信號(hào)被分析來(lái)確定DUT的特性。上述這種相同的處理技術(shù)可以用于輸入到接收模塊的所有測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，然后處理后的信號(hào)被分析儀模塊用來(lái)確定被測(cè)器件的特性。
盡管這里僅示出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是本發(fā)明不是要被這些實(shí)施例限制。相反，本發(fā)明的范圍由這些描述和所附權(quán)利要求書及其等同物一起限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在測(cè)量系統(tǒng)中分析器件的方法，所述方法包括將脈沖信號(hào)施加到所述器件；在所述脈沖信號(hào)已被施加到所述器件后，接收與所述脈沖信號(hào)相對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)；對(duì)所述測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)選擇所述測(cè)量信號(hào)的多個(gè)不同頻譜分量；將所述多個(gè)不同的頻譜分量進(jìn)行組合來(lái)形成組合信號(hào)；以及對(duì)所述組合信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)確定所述器件的特征。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脈沖信號(hào)由RF頻率和脈沖重復(fù)速率表征，并且對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的濾波使得所選擇的多個(gè)頻譜分量中的第一頻譜分量對(duì)應(yīng)于所述RF頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脈沖信號(hào)由RF頻率和脈沖重復(fù)速率表征，并且對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的濾波使得所選擇的第一頻譜分量對(duì)應(yīng)于所述RF頻率，并且使得所選擇的第二頻譜分量對(duì)應(yīng)于所述RF頻率加所述脈沖速率頻率的第一整數(shù)倍。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濾波還包括對(duì)所述測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)選擇多個(gè)頻譜分量，其中在所述第一頻譜分量之后的每個(gè)所選擇的頻譜分量對(duì)應(yīng)于所述RF頻率加所述脈沖重復(fù)頻率的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述多個(gè)頻譜分量中的每個(gè)都在不同的頻率處，并且還包括在組合所述頻譜分量之前，將所述頻譜分量中的每個(gè)的不同頻率移位使所述多個(gè)頻譜分量中的每個(gè)移位到與所述RF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率所必需的量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，與所述RF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率是通過(guò)將所述測(cè)量信號(hào)下變頻而產(chǎn)生的IF頻率，并且所述濾波是利用數(shù)字濾波器組完成的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，組合所述頻譜分量包括將每個(gè)所述不同的頻譜分量相加。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述脈沖信號(hào)是具有RF頻率的脈沖RF信號(hào)；并且對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的濾波包括控制所述濾波以使得提供選擇在所述RF頻率處的頻譜分量的濾波函數(shù)，并且提供與所述測(cè)量信號(hào)的其他頻譜分量相對(duì)應(yīng)的濾波零點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述濾波零點(diǎn)被偏移與所述脈沖信號(hào)的脈沖速率頻率相對(duì)應(yīng)的量。
10.一種測(cè)試系統(tǒng)，包括信號(hào)源，其將由RF頻率和脈沖重復(fù)速率表征的脈沖信號(hào)提供到被測(cè)器件；濾波器組，其接收來(lái)自所述被測(cè)器件的測(cè)量信號(hào)并且對(duì)所述測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)提供多個(gè)頻譜分量；累加器，其將所述頻譜分量組合成組合信號(hào)；以及分析儀，其對(duì)所述組合信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)確定所述被測(cè)器件的特性。
11.如權(quán)利要求10所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)頻譜分量之一與所述RF頻率相對(duì)應(yīng)。
12.如權(quán)利要求10所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)頻譜分量之一與所述RF頻率相對(duì)應(yīng)，并且所述多個(gè)頻譜分量中的第二頻譜分量與所述RF頻率加所述脈沖重復(fù)頻率的第一整數(shù)倍相對(duì)應(yīng)。
13.如權(quán)利要求11所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述濾波器組工作為使所述多個(gè)頻譜分量中的每個(gè)與所述RF頻率加所述脈沖速率頻率的不同整數(shù)倍相對(duì)應(yīng)。
14.如權(quán)利要求13所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)頻譜分量中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于不同的頻率；并且所述測(cè)試系統(tǒng)還包括音調(diào)移位器，其在所述累加器組合所述不同頻譜分量之前，將所述頻譜分量中的每個(gè)的不同頻率移位使所述頻譜分量中的每個(gè)移位到與所述RF頻率相對(duì)應(yīng)的頻率所必需的量。
15.如權(quán)利要求10所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述累加器工作來(lái)對(duì)所述頻譜分量中的每個(gè)加和。
16.如權(quán)利要求10所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，所述濾波器組將多個(gè)不同的濾波函數(shù)應(yīng)用到所述測(cè)量信號(hào)，其中每個(gè)濾波函數(shù)選擇相應(yīng)的頻譜分量，每個(gè)濾波函數(shù)在與對(duì)應(yīng)于該濾波函數(shù)的頻譜分量不一致的的頻譜分量處提供多個(gè)濾波零點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，每個(gè)濾波零點(diǎn)從其相應(yīng)的頻譜分量的頻率偏移開與所述脈沖速率頻率相對(duì)應(yīng)的量。
18.如權(quán)利要求10所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，由所述濾波器組接收到的測(cè)量信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。
19.一種用于在測(cè)量系統(tǒng)中分析器件的方法，所述方法包括接收來(lái)自所述器件的脈沖測(cè)量信號(hào)；將所述脈沖信號(hào)傳輸通過(guò)濾波器組，所述濾波器組利用多個(gè)濾波器函數(shù)來(lái)選擇所述測(cè)量信號(hào)的多個(gè)不同的頻譜分量；將所述多個(gè)不同頻譜分量組合來(lái)形成組合信號(hào)；以及對(duì)所述組合信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)確定所述器件的特性。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于所述脈沖測(cè)量信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)屬性確定所述濾波器函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述濾波器函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)屬性包括所述濾波器函數(shù)中的零點(diǎn)之間的間隔，并且所述脈沖測(cè)量信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)屬性包括脈沖重復(fù)頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)試系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法采用濾波器組來(lái)選擇脈沖測(cè)量信號(hào)的不同頻譜分量。濾波器組利用濾波器零點(diǎn)來(lái)抑止未被選擇的頻譜分量。在濾波出所選擇的頻譜分量后，這些頻譜分量被組合來(lái)提供測(cè)量信號(hào)，測(cè)量信號(hào)被分析來(lái)確定被測(cè)器件的特性。濾波器的特性可以響應(yīng)于施加到被測(cè)器件的脈沖信號(hào)的特性的改變而被調(diào)節(jié)，以使所選擇的頻譜分量與被施加到被測(cè)器件的脈沖信號(hào)所產(chǎn)生的期望頻譜分量相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)H03H21/00GK1975445SQ20061015231
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
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