[發(fā)明專利]用于頻譜分析儀的檢波裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111544496.5
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN113933589B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉山;羅勇;楊遠(yuǎn)征
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市鼎陽科技股份有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R23/18
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 白雪瑾;彭家恩

一種用于頻譜分析儀的檢波裝置和方法，中央處理器系統(tǒng)接收計算各個數(shù)據(jù)收集單元對應(yīng)的檢波信息數(shù)據(jù)并將檢波信息數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部存儲器中；可編程邏輯控制器生成一獲取檢波信息數(shù)據(jù)的請求并輸出該請求；數(shù)據(jù)交互接口在接收到請求時從中央處理器系統(tǒng)的內(nèi)部存儲器中獲取檢波信息數(shù)據(jù)并發(fā)送給可編程邏輯控制器；可編程邏輯控制器根據(jù)檢波信息數(shù)據(jù)對原始掃描數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)運算處理。本發(fā)明在中央處理器系統(tǒng)對檢波信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并存儲，無需占用中央處理器系統(tǒng)過多的計算資源，可編程邏輯控制器按需獲取檢波信息數(shù)據(jù)進(jìn)行檢波處理，不會大幅占用可編程邏輯控制器的內(nèi)部存儲資源，且無需在可編程邏輯控制器端外掛高速存儲器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻譜分析儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于頻譜分析儀的檢波裝置和方法。

背景技術(shù)

頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量，可用于測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。

頻譜分析儀對于頻域的分析，尤其是很大動態(tài)范圍的頻域分析，掃描都是一個必須的過程，也是現(xiàn)代頻譜分析儀進(jìn)行測量時，內(nèi)部必須要做的事情。頻譜分析儀的掃描過程可以概括為從起始頻率掃描到終止頻率處，這個過程會產(chǎn)生大量的原始掃描數(shù)據(jù)。而頻譜分析儀多采用數(shù)字顯示，因此需要確定對每個顯示數(shù)據(jù)點，應(yīng)該用什么樣的值來代表，無論在顯示器上能夠顯示多少個數(shù)據(jù)點，每個數(shù)據(jù)點必須能代表某個頻率范圍或某段時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的信號。這個過程好似先將某個頻率范圍或時間間隔的原始掃描數(shù)據(jù)都放到一個數(shù)據(jù)收集單元(bucket)內(nèi)，然后運用某一種必要的數(shù)學(xué)運算從這個信號收集單元中取出想要的信息，此過程在頻譜分析儀設(shè)計領(lǐng)域稱為檢波處理。隨后，這些檢波處理后的數(shù)據(jù)被放入存儲器再被寫到顯示器上。常用的數(shù)學(xué)運算包括MAX、MIN、Sample、AVG，不同的數(shù)學(xué)運算代表著不同的檢波類型（正峰值檢波、負(fù)峰值檢波、sample檢波、平均檢波）。例如，最常用的正峰值檢波方式，采用的數(shù)學(xué)運算為MAX，即將一個bucket內(nèi)最大的原始掃描數(shù)據(jù)取出來，然后將這個最大值顯示到顯示器上。另外三種數(shù)學(xué)運算分別表示取一個bucket中的最小值，取bucket中某個位置的值，取bucket中所有原始掃描數(shù)據(jù)的平均值。

高端的頻譜分析儀為了能夠盡可能地顯示出信號的細(xì)節(jié)，其支持的檢波點數(shù)往往高達(dá)10^5級別，假設(shè)此時用戶設(shè)置的檢波點數(shù)為X，那么就意味著此時需要將整個掃描范圍分成X個bucket，每個bucket檢出一個點。每個bucket包含多大的頻率間隔或時間間隔，該間隔包含的原始掃描數(shù)據(jù)的個數(shù)是多少，是需要提前計算好的，在此我們稱之為檢波信息，而每個bucket的檢波信息可能是各不相同的，因為頻率間隔或時間間隔可能是均勻的，也可能是非均勻的，在頻譜儀領(lǐng)域非均勻間隔都是基于對數(shù)步進(jìn)的，本申請統(tǒng)一將均勻間隔的檢波稱為線性檢波，非均勻間隔的檢波稱為對數(shù)檢波。

鑒于以上，如果要盡可能地顯示出信號的細(xì)節(jié)時，就必須針對極大檢波點數(shù)的情況設(shè)計出一種高效的檢波方案，而頻譜分析儀的檢波操作包括兩個部分，一是每個bucket對應(yīng)的檢波信息數(shù)據(jù)的計算，二是在一個bucket內(nèi)進(jìn)行的數(shù)學(xué)運算。現(xiàn)有的頻譜分析儀通常按照以下四種方式進(jìn)行檢波操作：

（1）頻譜分析儀在中央處理器系統(tǒng)層對原始的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行檢波，這種方式當(dāng)原始掃描數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率很高且數(shù)據(jù)量很大時，將給CPU帶來很大的計算壓力，占用CPU過多的計算資源。

（2）頻譜分析儀在CPU層計算好檢波信息數(shù)據(jù)，然后將檢波信息數(shù)據(jù)存放在高速處理器（例如FPGA）層，在FPGA層利用這些檢波信息數(shù)據(jù)對原始的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行檢波。但是高端的頻譜分析儀為了能夠盡可能地顯示出信號的細(xì)節(jié)，其支持的檢波點數(shù)往往高達(dá)10^5級別，而每一個檢波點都需要相應(yīng)的檢波信息數(shù)據(jù)，將如此多的檢波信息數(shù)據(jù)存儲在FPGA內(nèi)部，那么將占用過多的FPGA內(nèi)部寶貴且稀少的存儲資源，這必將壓縮其他模塊的設(shè)計資源，非常不利于FPGA系統(tǒng)設(shè)計的靈活性與可擴(kuò)展性。