本發(fā)明涉及用于平均數(shù)據(jù)信號(hào)而同時(shí)最小化由諸如抖動(dòng)之類(lèi)的影響導(dǎo)致的失真的改進(jìn)的方法。

背景技術(shù)：

直接平均通常用于改進(jìn)諸如示波器之類(lèi)的測(cè)量?jī)x器中的測(cè)量精度。通過(guò)取多個(gè)信號(hào)的平均值（或者平均從單個(gè)信號(hào)獲取的多個(gè)樣本），結(jié)果的信噪比（snr）可以增加，這是因?yàn)榉侵貜?fù)的噪聲和失真被平均掉。但是，當(dāng)信號(hào)具有抖動(dòng)時(shí)，經(jīng)平均的結(jié)果可能失真。當(dāng)信號(hào)被平均時(shí)，該抖動(dòng)導(dǎo)致結(jié)果的較高頻部分比結(jié)果的其余部分衰減得更多。這可以典型地被視為經(jīng)平均的結(jié)果中的較緩慢的上升沿。

通常，測(cè)量?jī)x器可能將抖動(dòng)引入到它們正在測(cè)量的信號(hào)中。例如，實(shí)時(shí)示波器中的觸發(fā)抖動(dòng)將抖動(dòng)引入到通過(guò)示波器獲取的樣本中。因此，這些儀器可能甚至在使用平均時(shí)也不能夠如更加昂貴的設(shè)備那樣精確地做出測(cè)量。因此，存在對(duì)于最小化抖動(dòng)對(duì)經(jīng)平均的結(jié)果的影響的改進(jìn)的平均技術(shù)的需要。

改進(jìn)的平均技術(shù)對(duì)于數(shù)個(gè)不同信號(hào)處理應(yīng)用可以是有用的，并且可以允許具有獲取抖動(dòng)的儀器取代更加昂貴的儀器。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，改進(jìn)的平均技術(shù)可以允許實(shí)時(shí)示波器測(cè)量被測(cè)設(shè)備的s參數(shù)。

在一個(gè)示例中，所公開(kāi)的技術(shù)可以允許實(shí)時(shí)示波器測(cè)量s參數(shù)而不需要諸如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（vna）之類(lèi)的附加儀器。隨著比特率增加，高速串行數(shù)據(jù)鏈路仿真和測(cè)量日益增加地需要在對(duì)數(shù)據(jù)鏈路中的組件建模時(shí)使用s參數(shù)。例如，為了全面表征和仿真圖1中所示的串行數(shù)據(jù)鏈路100，發(fā)射器（tx）105的輸出阻抗（由反射系數(shù)s22表示）、接收器（rx）115的輸入阻抗（由反射系數(shù)s11表示）和信道110的全部s參數(shù)（s11，s12，s21和s22）都是需要的。

傳統(tǒng)上，需要具有采樣示波器的時(shí)域反射計(jì)（tdr）系統(tǒng)或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（vna）來(lái)測(cè)量這些類(lèi)型的s參數(shù)，以用于兩端口或多端口網(wǎng)絡(luò)表征。這些專(zhuān)用儀器通常是昂貴的，并且不是廣泛可得到的。相比之下，實(shí)時(shí)示波器常用于調(diào)試、測(cè)試和測(cè)量高速串行數(shù)據(jù)鏈路。使用實(shí)時(shí)示波器來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)鏈路的s參數(shù)將是方便的。

不幸的是，雖然一些之前的方法允許實(shí)時(shí)示波器測(cè)量s參數(shù)或相關(guān)功能，但是它們未使得示波器能夠進(jìn)行足夠精確的測(cè)量以消除對(duì)于附加的vna或基于采樣示波器的tdr解決方案的需要。例如，agilent的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)解決方案（在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no.13/247,568（“'568申請(qǐng)”）中描述）使用精密探頭來(lái)測(cè)量探頭阻抗和被測(cè)設(shè)備（dut）的轉(zhuǎn)移函數(shù)。這些測(cè)量結(jié)果然后可以用于創(chuàng)建嵌入式或非嵌入式濾波器，以補(bǔ)償所測(cè)量到的系統(tǒng)特性。但是使用該方法測(cè)量的轉(zhuǎn)移函數(shù)未提供針對(duì)dut的精確延遲信息。例如，較長(zhǎng)的高質(zhì)量線纜可能具有與較短但是較低質(zhì)量的線纜相同的幅度損失。但是這兩個(gè)線纜具有非常不同的群延遲特性。由于在'568申請(qǐng)中公開(kāi)的方法未測(cè)量精確的延遲信息，因此其不足夠精確以確定正在使用何種類(lèi)型的線纜。

美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no.14/673,747（“'747申請(qǐng)”）確實(shí)描述了一種使用實(shí)時(shí)示波器連同信號(hào)發(fā)生器和功率分配器來(lái)測(cè)量完整s參數(shù)的方法。但是在'747申請(qǐng)中公開(kāi)的方法由于實(shí)時(shí)示波器中固有的觸發(fā)抖動(dòng)而仍舊有測(cè)量錯(cuò)誤的傾向。

如以上所討論的，實(shí)時(shí)示波器的精度可以通過(guò)使用平均來(lái)改進(jìn)。但是實(shí)時(shí)示波器具有觸發(fā)抖動(dòng)，其導(dǎo)致信號(hào)的較高頻部分比信號(hào)的其余部分衰減得更多。這可以典型地被視為所測(cè)量到的信號(hào)中的較緩慢的上升沿。由于現(xiàn)有技術(shù)平均解決方案未解決該衰減，因此它們未使得實(shí)時(shí)示波器能夠如諸如vna或采樣示波器之類(lèi)的其它儀器那樣精確地做出測(cè)量。

此外，當(dāng)平均重復(fù)數(shù)據(jù)模式時(shí)，模式必須全部對(duì)準(zhǔn)。傳統(tǒng)上，模式基于邊沿交叉或者通過(guò)使用互相關(guān)來(lái)對(duì)準(zhǔn)。但是模式中的噪聲可能使邊沿交叉失真，導(dǎo)致基于邊沿的方法中的精度的損失。并且互相關(guān)在計(jì)算上是昂貴的。

因此，存在對(duì)于進(jìn)行更精確的信號(hào)測(cè)量的改進(jìn)的平均技術(shù)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例在平均多個(gè)信號(hào)時(shí)使用群延遲來(lái)改進(jìn)信噪比。這消除由于抖動(dòng)而發(fā)生在常規(guī)平均技術(shù)中的失真。所公開(kāi)的技術(shù)可以使用在使用平均的任何應(yīng)用中，或者由任何類(lèi)型的設(shè)備或儀器所使用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，所公開(kāi)的技術(shù)可以由實(shí)時(shí)示波器用于以較大精度測(cè)量s參數(shù)，而不管示波器的固有觸發(fā)抖動(dòng)。這可以允許實(shí)時(shí)示波器取代更加昂貴的設(shè)備。在另一實(shí)施例中，所公開(kāi)的技術(shù)可以在平均從多個(gè)獲取獲得的重復(fù)數(shù)據(jù)模式時(shí)、或者在平均從單個(gè)長(zhǎng)獲取獲得的重復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的多個(gè)部分時(shí)使用。并且，由于所公開(kāi)的技術(shù)在計(jì)算上是高效的，因此它們可以由具有較少處理能力的設(shè)備使用。

附圖說(shuō)明

圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)高速串行數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)。

圖2描繪了兩個(gè)矢量的平均值的相位和幅度。

圖3描繪了依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于補(bǔ)償數(shù)據(jù)信號(hào)之間的時(shí)間遷移的方法。

圖4描繪了相比于使用現(xiàn)有技術(shù)平均技術(shù)獲得的幅度圖線的，依照所公開(kāi)的發(fā)明獲得的幅度圖線。

圖5描繪了相比于利用現(xiàn)有技術(shù)vna測(cè)量的插入損失的，依照所公開(kāi)的發(fā)明測(cè)量的插入損失。

圖6描繪了依照本發(fā)明的用于執(zhí)行時(shí)鐘恢復(fù)的示例性?xún)x器。

具體實(shí)施方式

圖1描繪了串行數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的高級(jí)框圖。發(fā)射器（tx）105通過(guò)信道110連接到接收器（rx）115。如本領(lǐng)域中已知的，信道110可以由任何物理傳輸介質(zhì)構(gòu)成，所述物理傳輸介質(zhì)包括銅導(dǎo)線、同軸線纜、光纖或（在無(wú)線傳輸?shù)那闆r下）空氣。信道110還可以由多個(gè)介質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)時(shí)示波器常用于測(cè)量串行數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的特性。如以上所討論的，實(shí)時(shí)示波器中的觸發(fā)抖動(dòng)引入水平遷移，其導(dǎo)致所測(cè)量到的信號(hào)的較高頻部分在使用平均時(shí)衰減。兩個(gè)原本相同的數(shù)據(jù)信號(hào)（例如信號(hào)a和b）之間的水平時(shí)間遷移（還稱(chēng)為抖動(dòng)）導(dǎo)致這兩個(gè)信號(hào)之間的恒定群延遲。該群延遲導(dǎo)致這兩個(gè)信號(hào)之間的成比例的相位差δφ。時(shí)間差δt與相位差δφ之間的關(guān)系可以在以下等式中看到：

（等式1）

這些水平遷移對(duì)經(jīng)平均的結(jié)果所具有的影響可以在頻域中檢查。在特定頻率f處，每一個(gè)信號(hào)可以由復(fù)數(shù)坐標(biāo)中的矢量表示，如圖2中所示。在圖2中，兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)a和b由矢量205和210表示。205和210之間的相位差為δφ220。

取205和210的直接平均值得出矢量215。如圖2中所描繪的，矢量215指向線225的中點(diǎn)。矢量215垂直于線225，并且二等分角度δφ。215的幅度是cos(δφ/2)乘以205和210的共同幅度。當(dāng)205和210異相（即當(dāng)δφ220不為零）時(shí)，215的幅度將小于205和210的共同幅度。

所公開(kāi)的技術(shù)通過(guò)在執(zhí)行平均之前顯式地測(cè)量和補(bǔ)償δt來(lái)解決數(shù)據(jù)信號(hào)之間的時(shí)間遷移。通過(guò)補(bǔ)償時(shí)間遷移，相位差δφ220對(duì)于需要平均的所有數(shù)據(jù)信號(hào)減小到零。因此經(jīng)平均的矢量215將具有與205和210相同的幅度，因?yàn)閏os(0)=1。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，獲取兩個(gè)或更多數(shù)據(jù)信號(hào)并且計(jì)算所有數(shù)據(jù)信號(hào)的直接平均值。針對(duì)每一個(gè)個(gè)體信號(hào)計(jì)算群延遲，并且針對(duì)平均信號(hào)計(jì)算平均群延遲。接著，計(jì)算每一個(gè)信號(hào)的群延遲與平均群延遲之間的差值。補(bǔ)償該差值以創(chuàng)建經(jīng)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)。最后，經(jīng)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)一起被平均以創(chuàng)建經(jīng)平均的結(jié)果。

圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于執(zhí)行基于群延遲的平均的示例性流程圖。在步驟300處，獲取兩個(gè)或更多數(shù)據(jù)信號(hào)。在步驟305處計(jì)算所有數(shù)據(jù)信號(hào)的直接平均值，以獲得經(jīng)平均的信號(hào)。

在圖3中所示的實(shí)施例中，通過(guò)使用每一個(gè)信號(hào)的相位來(lái)確定群延遲。在步驟310處，確定經(jīng)平均的信號(hào)的相位。在一個(gè)實(shí)施例中，相位通過(guò)執(zhí)行針對(duì)經(jīng)平均的信號(hào)的快速傅里葉變換（fft）來(lái)計(jì)算。在另一實(shí)施例中，相位通過(guò)取經(jīng)平均的信號(hào)的導(dǎo)數(shù)并且執(zhí)行針對(duì)的導(dǎo)數(shù)的fft來(lái)計(jì)算。在兩個(gè)實(shí)施例中，可以在執(zhí)行fft之前可選地應(yīng)用窗口函數(shù)。窗口函數(shù)通過(guò)消除到相鄰頻率箱（frequencybin）中的泄漏來(lái)改進(jìn)性能。

在步驟315處，類(lèi)似于步驟310，針對(duì)個(gè)體數(shù)據(jù)信號(hào)計(jì)算相位。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)執(zhí)行針對(duì)每一個(gè)信號(hào)的fft來(lái)計(jì)算相位。在其中在步驟310中導(dǎo)數(shù)用于確定的實(shí)施例中，必須在執(zhí)行fft之前在步驟315處計(jì)算每一個(gè)信號(hào)的導(dǎo)數(shù)，以找到每一個(gè)導(dǎo)數(shù)的相位。在兩個(gè)實(shí)施例中，可以可選地在執(zhí)行fft之前應(yīng)用窗口函數(shù)。

在步驟310和315中，執(zhí)行對(duì)信號(hào)還是其導(dǎo)數(shù)的fft的決定可以取決于信號(hào)包含什么類(lèi)型的數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)信號(hào)的起始和結(jié)束值不接近于彼此（例如如階躍狀波形中那樣）時(shí)，使用信號(hào)的導(dǎo)數(shù)可以是優(yōu)選的。對(duì)于其它類(lèi)型的信號(hào)，使用信號(hào)自身可以得出更好的結(jié)果。

在步驟320處，計(jì)算每一個(gè)個(gè)體相位與平均相位之間的相位差。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟310和315中找到的相位可以展開(kāi)并且用于計(jì)算針對(duì)每一個(gè)個(gè)體信號(hào)的相位差。例如，可以從展開(kāi)的個(gè)體相位減去展開(kāi)的平均相位以獲得相位差。還可以使用計(jì)算相位差的任何其它合適的方法。

在步驟325處，計(jì)算每一個(gè)相位差的斜率。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用最小均方（lms）方法來(lái)執(zhí)行直線擬合。當(dāng)執(zhí)行l(wèi)ms擬合時(shí)可以可選地使用加權(quán)函數(shù)。例如，該相位圖線在較低頻率處比其在較高頻率處更平滑。為了獲得更加精確的斜率，比高頻值更多地加權(quán)低頻值可以是有用的。

相位斜率可以被直接補(bǔ)償，或者首先轉(zhuǎn)換成時(shí)間差。在其中補(bǔ)償時(shí)間差的實(shí)施例中，斜率首先用于在步驟330處確定針對(duì)每一個(gè)信號(hào)的時(shí)間遷移。例如，以上的等式1描述斜率與時(shí)間遷移之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)每一個(gè)信號(hào)的時(shí)間遷移可以通過(guò)用該信號(hào)的相位差的斜率除以2π*f（其中f是頻率）來(lái)確定。換言之：

（等式2）

在步驟335處，補(bǔ)償信號(hào)。在其中在步驟330處計(jì)算時(shí)間遷移的實(shí)施例中，補(bǔ)償時(shí)間遷移。在一個(gè)實(shí)施例中，在每一個(gè)個(gè)體信號(hào)（或其導(dǎo)數(shù)）上執(zhí)行的fft的結(jié)果可以與相乘以獲得經(jīng)補(bǔ)償?shù)膄ft結(jié)果——其中j表示負(fù)一的平方根，f是頻率，并且是每一個(gè)信號(hào)的時(shí)間遷移。在其它實(shí)施例中，經(jīng)補(bǔ)償?shù)膄ft結(jié)果可以替代地通過(guò)將fft結(jié)果與相乘來(lái)獲得。

在步驟340處，經(jīng)補(bǔ)償?shù)膄ft結(jié)果被平均并且轉(zhuǎn)換到時(shí)域，以便獲得經(jīng)平均的時(shí)域結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，平均經(jīng)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)以獲得經(jīng)平均的結(jié)果，并且逆fft（ifft）用于將經(jīng)平均的結(jié)果轉(zhuǎn)換到時(shí)域。在另一實(shí)施例中，可以在平均ifft結(jié)果以獲得經(jīng)平均的時(shí)域結(jié)果之前，首先執(zhí)行ifft以將每一個(gè)經(jīng)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)化到時(shí)域。

在其中在步驟310或315中使用信號(hào)的導(dǎo)數(shù)的實(shí)施例中，在步驟345處對(duì)在步驟335中獲得的經(jīng)平均的結(jié)果積分，以將經(jīng)平均的結(jié)果返回到其正確形式。盡管圖3中描繪的實(shí)施例使用相位和時(shí)間導(dǎo)數(shù)，但是可以替代地使用用于確定和補(bǔ)償群延遲的任何已知方法。

所公開(kāi)的基于群延遲的方案具有若干優(yōu)點(diǎn)。首先，通過(guò)補(bǔ)償時(shí)間遷移，所公開(kāi)的技術(shù)通過(guò)保留較高頻率處的經(jīng)平均的信號(hào)水平來(lái)改進(jìn)總體snr。第二，所公開(kāi)的技術(shù)使用fft和ifft，fft和ifft在計(jì)算上比必須在平均數(shù)據(jù)信號(hào)之前對(duì)準(zhǔn)它們的常規(guī)方案（諸如互相關(guān)方法）更高效。第三，所公開(kāi)的技術(shù)通過(guò)使用最小均方（lms）類(lèi)型的線擬合來(lái)獲得經(jīng)平均的結(jié)果，這產(chǎn)生可以直接用于補(bǔ)償時(shí)間遷移的單個(gè)值。相比之下，常規(guī)互相關(guān)方法要求額外的內(nèi)插步驟以找到時(shí)間遷移的值。第四，所公開(kāi)的技術(shù)使用每一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)中的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)獲得的值。與此相對(duì)的，基于邊沿交叉的常規(guī)方法僅使用每一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)中的波形的邊沿周?chē)膸讉€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。最后，所公開(kāi)的技術(shù)可以用于提供平均重復(fù)數(shù)據(jù)模式的在計(jì)算上高效的方式，而同時(shí)提供比傳統(tǒng)基于邊沿的方法更精確的結(jié)果。

圖4描繪了針對(duì)經(jīng)歷了導(dǎo)數(shù)操作的階躍狀數(shù)據(jù)信號(hào)的幅度圖線。如圖4中所示，依照本發(fā)明獲得的基于群延遲的平均結(jié)果的幅度（通過(guò)圖線405示出）在與常規(guī)平均的結(jié)果（通過(guò)圖線410示出）相比時(shí)在30ghz處改進(jìn)約2db。

圖5描繪了依照本發(fā)明的使用實(shí)時(shí)示波器獲得的插入損失測(cè)量結(jié)果505。如圖5中所示，對(duì)于高達(dá)25ghz的頻率，插入損失曲線505與利用vna取得的插入損失測(cè)量510相關(guān)。這說(shuō)明，在給定頻率范圍內(nèi)，所公開(kāi)的技術(shù)使得實(shí)時(shí)示波器能夠與vna類(lèi)似精確地測(cè)量信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，改進(jìn)的基于群延遲的平均技術(shù)可以由諸如實(shí)時(shí)示波器之類(lèi)的示例性通用設(shè)備600執(zhí)行——如圖6中所描繪的。設(shè)備600可以通過(guò)可以為數(shù)字或模擬輸入的物理輸入605或諸如網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)器或設(shè)備接口之類(lèi)的接口，來(lái)獲取數(shù)據(jù)信號(hào)。在其中接口605接收模擬信號(hào)的實(shí)施例中，模擬到數(shù)字（a/d）轉(zhuǎn)換器610可以用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在另一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)信號(hào)可以從存儲(chǔ)器（例如存儲(chǔ)器620）或從另一設(shè)備獲取。存儲(chǔ)器620可以存儲(chǔ)指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)使處理器615執(zhí)行改進(jìn)的基于群延遲的平均技術(shù)。存儲(chǔ)器620還可以存儲(chǔ)從物理接口605獲取的數(shù)據(jù)。在所公開(kāi)的方法期間獲得的一個(gè)或多個(gè)中間或最終結(jié)果可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器620中、輸出到不同設(shè)備或用于通過(guò)處理器615進(jìn)行另外的操作。存儲(chǔ)器620可以包括一個(gè)或多個(gè)分離的存儲(chǔ)器，包括位于一個(gè)或多個(gè)其它設(shè)備中的存儲(chǔ)器。

盡管出于說(shuō)明的目的而描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改。例如，所公開(kāi)的技術(shù)不限于計(jì)算實(shí)時(shí)示波器中的s參數(shù)，而是可以用于補(bǔ)償任何其它儀器或設(shè)備中的時(shí)間遷移，或者用于其它類(lèi)型的信號(hào)處理。并且，如之前所討論的，任何合適的方法可以用于確定和補(bǔ)償群延遲。另外，可以使用確定或估計(jì)導(dǎo)數(shù)的任何合適的方法。例如，如本領(lǐng)域中已知的，可以通過(guò)取其差值來(lái)估計(jì)信號(hào)的導(dǎo)數(shù)。盡管使用了術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)信號(hào)”，但是要理解的是，可以對(duì)任何類(lèi)型的所獲取的信號(hào)（即“被測(cè)信號(hào)”）執(zhí)行本技術(shù)。同樣地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解信號(hào)的相位、延遲和群延遲之間的關(guān)系。相應(yīng)地，除非如隨附權(quán)利要求所限制的那樣，否則本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)受到限制。