用於帶寬倍增的任意多波段覆蓋混頻器設備和方法
2023-09-20 16:46:00 3
專利名稱：用於帶寬倍增的任意多波段覆蓋混頻器設備和方法
用於帶寬倍增的任意多波段覆蓋混頻器設備和方法
背景技術：
本公開涉及測試和測量儀器，並且特別地涉及具有用於帶寬倍增的任意多波段覆蓋混頻器設備和關聯技術的測試和測量儀器的獲取設備。測試和測量儀器、包括數字示波器的性能受到獲取系統的輸入帶寬的限制。用於獲取高頻信號的常規部件包括尖端跟蹤和保持採樣電路、模數轉換電路、高速存儲器等。然而，傳統跟蹤和保持採樣及模數電路有效地構建和部署起來要求大的時間和資本投入。其他方法已涉及在數字轉換器平臺前面使用混頻器技術以允許系統與標準數字轉換器平臺架構相比具有較寬的帶寬和在開發努力方面的較低成本。在授予Pupalaikis等人的美國專利申請公開2004/0128076中，公開了一種具有增加的可用帶寬的實時示波器。該實時不波器將輸入信號分離成多個分離信號。一個分離信號被數位化。同時，其他分離信號被頻移至基帶頻率範圍並數位化。數位化頻移信號被頻移至其原始頻率範圍並然後與其他數位化信號組合以產生輸入信號的表示。通過使輸入信號的子波段頻移至在其各自數字轉換器的帶寬內，可以使用較低帶寬數字轉換器來獲取具有比數字轉換器的輸入帶寬大的頻率範圍的輸入信號。然而，仍需要一種允許與在輸入信號的重構中使用的本機振蕩器係數具有逆矩陣關係的任意混頻器本機振蕩器係數的多波段覆蓋設備和方法。另外，在提供任意係數和高效重構算法的使用的特定布置中使用較窄帶寬的四個數字轉換器來同時地使兩個寬帶輸入信號數位化將是期望的。
圖1圖示出了根據本發明的示例性實施例的包括與測試和測量儀器的獲取設備相關聯的多波段覆蓋混頻器設備的各種部件的流程圖。圖2圖示出了圖1的示例性輸入信號及其關聯混頻信號，其具有比輸入信號低的帶寬的頻移波段。圖3圖示出了根據本發明的另一示例性實施例的包括與測試和測量儀器的獲取設備相關聯的多波段覆蓋混頻器設備的各種部件的流程圖。圖4圖示出了圖3的示例性輸入信號及其關聯混頻信號，其具有比輸入信號低的帶寬的頻移波段。圖5圖示出了圖3的另一示例性輸入信號及其關聯混頻信號，其具有比輸入信號低的帶寬的頻移波段。圖6圖示出了根據本發明的示例性實施例的重構部。圖7圖示出了測試和測量儀器的方框圖，包括根據本發明的實施例的多波段覆蓋混頻器獲取設備。
具體實施例方式本文公開的本發明的實施例提供了用於增加測試和測量儀器的獲取帶寬的多波段覆蓋混頻器設備和重構部。本文公開的概念和實施例可以在多種測試和測量儀器內實現，諸如數字示波器、頻譜分析儀、向量分析儀、混頻域示波器(MDO)或任何其他適當的測試和測量設備。圖1圖示出了包括根據本發明的示例性實施例的與測試和測量儀器的獲取設備相關聯的多波段覆蓋混頻器設備100的各種部件的流程圖。分離器102接收寬帶RF輸入信號105。分離器可以是多種分離器。在一個示例中，分離器20是電阻性功率分配器。分離器在多個路徑103之間將輸入信號105分離成多個分離信號，使得分離信號的頻譜是基本上相同的。基本上相同包括由部件變化引起的變化。例如，可以將分離器設計成產生相同的分離信號；然而，每個信號可能略有不同。此類分離信號仍被認為是基本上相同的。將理解的是雖然路徑103的數目被示為四個，但可以使用任何數目的路徑。可以將與每個分離信號、包括OHz下的DC相關聯的所有頻率饋送到相應的混頻器(例如130、135、140和145)，其產生頻率變換信號(例如110、115、120和125)。每個混頻器的輸出被饋送到相應低通濾波器(例如160、162、164和166)和/或數字轉換器(例如170、172、174和176)的輸入端。重構部180接收數位化信號，處理數位化信號，基本上重構原始輸入信號，並輸出重構波形150。設備100包括 具有關聯函數(例如fl、f2、f3和f4)的振蕩器(例如190、192、194和196)。每個振蕩器基於係數生成振蕩信號。例如,振蕩器函數Π基於係數al、a2、a3和a4來生成振蕩信號。同樣地，振蕩器函數f2基於係數bl、b2、b3和b4來生成振蕩信號。振蕩器函數f3基於係數cl、c2、c3和c4來生成振蕩信號。並且振蕩器函數f4基於係數dl、d2、d3和d4來生成振蕩信號。可以任意地選擇a、b、c和d係數，條件是係數矩陣的行列式是非零。換言之
權利要求
1.一種用於測試和測量儀器的獲取設備，包括 第一輸入通道，其具有第一和第二數字轉換器路徑； 第二輸入通道，其具有第三和第四數字轉換器路徑； 第一和第二混頻器，其分別與所述第一和第二數字轉換器路徑相關聯； 第三和第四混頻器，其分別與所述第三和第四數字轉換器路徑相關聯； 多個加法器，每個加法器與所述第一、第二、第三和第四混頻器中的相應的一個相關聯； 第一振蕩器，其被耦合到所述多個加法器中的每一個並被配置成基於第一多個係數來產生用於每個加法器的振蕩信號；以及 第二振蕩器，其被耦合到所述多個加法器中的每一個並被配置成基於第二多個係數來產生用於每個加法器的振蕩信號。
2.根據權利要求1所述的獲取設備，其中，所述多個加法器中的每一個被配置成將來自所述第一振蕩器的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的振蕩信號相加。
3.根據權利要求1所述的獲取設備，其中 所述第一數字轉換器路徑包括第一低通濾波器和第一數字轉換器； 所述第二數字轉換器路徑包括第二低通濾波器和第二數字轉換器； 所述第三數字轉換器路徑包括第三低通濾波器和第三數字轉換器；以及 所述第四數字轉換器路徑包括第四低通濾波器和第四數字轉換器。
4.根據權利要求1所述的獲取設備，其中 所述多個加法器包括第一、第二、第三和第四加法器； 所述第一加法器被耦合到所述第一混頻器； 所述第二加法器被耦合到所述第二混頻器； 所述第三加法器被耦合到所述第三混頻器；以及 所述第四加法器被耦合到所述第四混頻器。
5.根據權利要求4所述的獲取設備，其中 所述第一加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數al的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數bl的振蕩信號相加以產生第一組合信號； 所述第二加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數a2的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數b2的振蕩信號相加以產生第二組合信號； 所述第三加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數Cl的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數dl的振蕩信號相加以產生第三組合信號； 所述第四加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數c2的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數d2的振蕩信號相加以產生第四組合信號； 並且其中 Ial M |a2;以及 cl d\ c2 d2
6.根據權利要求5所述的獲取設備，其中 所述第一混頻器被配置成將第一輸入信號與所述第一組合信號混合以產生第一頻率變換信號； 所述第二混頻器被配置成將所述第一輸入信號與所述第二組合信號混合以產生第二頻率變換信號； 所述第三混頻器被配置成將第二輸入信號與所述第三組合信號混合以產生第三頻率變換信號；以及 所述第四混頻器被配置成將所述第二輸入信號與所述第四組合信號混合以產生第四頻率變換信號。
7.根據權利要求1所述的獲取設備，還包括重構部，其包括 多個內插器，每個內插器與所述第一、第二、第三和第四數字轉換器路徑中的相應的一個相關聯，並被配置成分別對第一、第二、第三和第四頻率變換信號中的一個進行內插；以及 多個混頻器，每個混頻器與所述第一、第二、第三和第四數字轉換器路徑中的一個相關聯，並被配置成分別將所述第一、第二、第三和第四頻率變換信號中的一個與第一、第二、第三和第四重組信號中的一個混合。
8.根據權利要求7所述的獲取設備，其中，所述重構部還包括第一、第二、第三和第四加法器，每個加法器被耦合到所述多個混頻器中的相應的一個。
9.根據權利要求8所述的獲取設備，其中，所述重構部還包括第一和第二振蕩器，每個振蕩器被耦合到重構部的所述加法器中的每一個。
10.根據權利要求9所述的獲取設備，其中 所述重構部的第一加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數gl的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數g3的振蕩信號相加以產生所述第一重組信號； 所述重構部的第二加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數g2的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數g4的振蕩信號相加以產生所述第二重組信號； 所述重構部的第三加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數hi的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數h3的振蕩信號相加以產生所述第三重組信號； 所述重構部的第四加法器被配置成將來自所述第一振蕩器的基於係數h2的振蕩信號與來自所述第二振蕩器的基於係數h4的振蕩信號相加以產生所述第四重組信號； 其中
11.一種用於測試和測量儀器的獲取設備，包括 分離器，其被配置成將輸入信號分離成多個分離信號；多個振蕩器，每個振蕩器被配置成基於多個係數來生成多個振蕩信號； 多個加法器，每個加法器被配置成將關聯的多個振蕩信號加和成關聯組合信號； 多個混頻器，每個混頻器被配置成將關聯的分離信號與關聯組合信號混合以產生頻率變換信號； 多個低通濾波器，每個濾波器被配置成對關聯頻率變換信號進行濾波；以及 多個數字轉換器，每個數字轉換器被配置成使關聯濾波信號數位化。
12.根據權利要求11所述的獲取設備，還包括 重構部，其被配置成接收已濾波和數位化頻率變換信號並產生基本上等效於輸入信號的重構波形。
13.根據權利要求11所述的獲取設備，其中 所述分離器被配置成在N個路徑之間將輸入信號分離成N個分離信號； 所述多個混頻器對應於N個混頻器； 每個路徑包括所述N個混頻器中的相應的一個； 所述多個加法器對應於N個加法器； 所述N個混頻器中的每一個被耦合到所述N個加法器中的相應的一個； 所述多個振蕩器對應於N個振蕩器； 所述N個振蕩器中的每一個被耦合到所述N個加法器中的每一個；以及 每個振蕩器被配置成基於多個N個係數產生N個振蕩信號。
14.根據權利要求13所述的獲取設備，其中 所述N個加法器中的每一個被配置成從所述N個振蕩器接收N個振蕩信號並對其求和且產生關聯組合信號。
15.根據權利要求14所述的獲取設備，其中 所述N個混頻器中的每一個被配置成接收關聯組合信號並將所述組合信號與所述N個分離信號中的相應的一個混合以產生關聯頻率變換信號。
16.根據權利要求11所述的獲取設備，其中，所述多個振蕩器包括； 第一振蕩器，其與第一組係數al、a2、a3和a4相關聯； 第二振蕩器，其與第二組係數bl、b2、b3和b4相關聯； 第三振蕩器，其與第三組係數Cl、c2、c3和c4相關聯； 第四振蕩器，其與第四組係數dl、d2、d3和d4相關聯； 並且其中 al M cl dl a2 h2 c2 d2 . a3 b3 c3 d3 a4 bA cA d4
17.一種用於使得用於測試和測量儀器的輸入信號數位化的方法，包括； 將輸入信號分離成多個分離信號； 基於多個係數來確定多個振蕩信號； 將所述多個振蕩信號加和成多個組合信號； 將所述組合信號中的每一個與分離輸入信號中的相應的一個混合以生成關聯頻率變換信號； 對所述頻率變換信號中的每一個進行濾波； 使所述已濾波和頻率變換信號中的每一個數位化；以及 通過將所述數位化頻率變換信號重組來重構基本上等效於所述輸入信號的波形。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，重構所述波形還包括 用等於分離輸入信號的數目的因數對所述數位化頻率變換信號中的每一個進行內插。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述多個係數對應於第一多個係數且所述多個振蕩信號對應於第一多個振蕩信號，其中，重構所述波形還包括； 基於第二多個係數來確定第二多個振蕩信號； 將所述第二多個振蕩信號加和成多個重組信號； 將所述內插信號中的每一個與所述重組信號中的相應的一個混合， 其中，所述第一多個係數與所述第二多個係數具有逆矩陣關係。
20.存儲非臨時計算機可執行指令的一個或多個有形計算機可讀介質，所述非臨時計算機可執行指令在被處理器執行時進行操作以執行根據權利要求17所述的方法。
全文摘要
一種用於將寬帶輸入信號分離並將多個頻帶覆蓋在與一個或多個數字轉換器相關聯的每個路徑上的設備和方法。可以將來自每個路徑上的分離信號的所有頻率饋送到混頻器。每個混頻器的本機振蕩器接收信號的和，其每個可以設置成任何的任意頻率，只要係數的關聯矩陣行列式為非零即可。在將振蕩器信號加在一起之前，每個振蕩器信號被乘以係數，該係數可以表示相位和量值。每個混頻器將組合信號與輸入混合，從而生成一組多個被覆蓋頻帶。處理數位化信號以基本上重構原始輸入信號。因此，使用多個單獨數字轉換器對寬帶輸入信號進行數位化。特別地，系統可以使用較窄帶寬的四個數字轉換器來支持兩個寬帶信號。
文檔編號H03D7/16GK103051287SQ201210385769
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者J.J.皮克德, K.譚 申請人:特克特朗尼克公司