用于固定采样率信号源的数字信号处理波形合成制造技术

一种测试和测量仪器，包括具有输出采样率的数模转换器，其被配置成接收数字采样波形和参考时钟并以该采样率输出模拟波形；波形合成器，其被配置成接收具有波特率的输入波形并输出波特率小于数模转换器的采样率的数字采样波形；以及端口，其被配置成输出该模拟波形。

【技术实现步骤摘要】
用于固定采样率信号源的数字信号处理波形合成对相关申请的交叉引用本申请要求2018年12月31日提交的临时美国专利申请号62/787,192的权益，该临时美国专利申请的全部内容在此通过引用并入本申请中。
本公开涉及与测试和测量系统有关的系统和方法，并且特别地涉及为固定采样率信号源合成波形。
技术介绍
为数据通信应用合成波形的常规信号源通常使用的采样率是所生成波形的期望波特率的整数倍。这些波形可以包括诸如用于相干光通信应用等的信令技术，诸如不归零（NRZ）、脉冲振幅调制（PAM）、跨两个同步信道针对同相（I）和正交（Q）信号分量的正交振幅调制（QAM）。利用传统的波形生成方法，信号源可以使用以恒定整数插值因子对波形符号值进行简单复制，以从波形波特率到由数模转换器（DAC）所使用的采样率进行上采样。至少，利用传统同步波形合成方法支持任意波特率的波形生成需要参考时钟和DAC采样率，该DAC采样率在频率上可以在全部倍频程上变化，即跨1:2倍的频率范围而变化，其以整数比而与期望的波形波特率同步。然而，利用高速DAC和信号源来设计同步波形生成（其采样频率可以跨全部倍频程而变化）可能是具有挑战性的。而且，改变DAC采样频率以支持针对需要在几个不同波特率之间切换的测试和测量应用的不同波形波特率可能经常需要实行耗时的重新校准，因为许多DAC减损可能对采样率是敏感的。本公开的实施例解决了现有技术的这些和其他缺陷。附图说明通过参考附图对实施例的以下描述，本公开的实施例的各方面、特征和优点将变得显而易见，其中：图1是根据本公开的一些实施例的具有波形合成器的测试和测量仪器的框图。图2是根据本公开的一些实施例的Farrow重采样滤波器的示例。图3是根据本公开的其他实施例的具有另一波形合成器的测试和测量仪器的示例。图4是根据本公开的实施例的线性边缘插值的结果图。图5是根据本公开的实施例实行的线性边缘插值的结果图。图6是根据本公开的其他实施例的具有波形合成器的测试和测量仪器的框图。具体实施方式本公开的实施例可以通过使用数字信号处理（DSP）来利用相对于目标波形波特率被过采样的异步固定速率DAC或窄可调速率DAC来合成波形，从而解决常规和传统技术的挑战。如将在下面更详细讨论的，本公开的实施例可以通过DSP中的分数复制/插值技术来支持任意波形波特率，以将以期望波特率下的波形上采样到DAC的采样率。利用固定速率DAC或窄可调速率DAC和信号源的本公开的实施例优于利用可以至少在倍频程（octave）上改变其采样率的DAC和信号源的传统整数复制方法，因为高速固定速率DAC相对于可变采样率DAC可以更易于设计和优化。即使对于其中固定速率DAC的采样率高于可比较的可变采样率DAC的情况，也是如此。此外，本公开的实施例可以允许固定速率DAC或窄可调速率DAC和采样信号被校准一次，并且然后可以动态地改变波形波特率而无需重新校准。还可以利用被用来以分数比率复制波形和/或对波形进行插值的DSP波形合成实施例中的一些来在波形生成期间动态地调制符号周期，以引入扩频时钟，将抖动减损和/或其他与时序或相位有关的减损添加到利用信号源为应力测试应用生成的波形。如果预先完成了波形的复制/插值，并将其加载到被用来以DAC采样率生成实时输出波形的信号源中的波形模式存储器中，则可以在诸如现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）之类的实时DSP硬件中或通过预先计算来实现本文中公开的实施例。图1是根据本公开的一些实施例的具有波形合成器的测试和测量仪器100的框图。输入波形102，x[n]是要生成的期望输出波形符号值的数字表示，可以以要合成的波形的波特率（Fs,symbol）对其进行采样。可以在波形合成器104处接收输入波形102，该波形合成器104以整数因子N复制波形，以将输入波形上采样到更高的采样率。以较大因子（诸如以十倍或更多倍）对输入波形102进行上采样将改善在映射到DAC112的输出异步采样率时的时间分辨率，并且可以减少在该过程中引入的伪影，但是如果使用实时DSP来实现，那么也将增加硬件复杂性。输入波形102可以具有以下波特率，该波特率可以以非整数有理数比（rationalratio）而小于DAC112的采样率。一旦输入波形102已经以N被复制，低通滤波器106，G（z）就被应用以去除高于DAC112的奈奎斯特频率的信号内容，以及对输出波形的频率和瞬态响应特性实行任何其他期望的整形，这可以包括进行预加强（pre-emphasis）以补偿DAC112和/或下游信道信号路径的响应。在低通滤波器106之后，以M对数据进行降采样108，以降低采样率来与DAC112的输出采样率匹配。在一些实施例中，M是恒定整数值。然而，在其他实施例中，M可以是分数降采样因子，其可以在合成输出波形时通过颤动每个DAC采样周期使用的降采样因子M来被支持。也就是说，M因子可以在连续的整数值之间交替，使得在许多DAC采样周期内平均的平均降采样因子达到期望的分数降采样因子。基于以上内容，波形波特率由等式（1）确定：（1）在DAC112处接收降采样波形y[m]并且将其转换成模拟信号。DAC112还可以从测试和测量仪器100的另一组件接收参考时钟114。在通过DAC112将波形转换成模拟信号之后，可以通过被用来去除高于DAC112的第一奈奎斯特区的信号内容的模拟低通滤波器116，H（f）对模拟波形进行滤波。这可以去除传统DAC在较高奈奎斯特区中的零阶保持效应，其引起跨较高奈奎斯特区的第一奈奎斯特区中的波形频谱的sin（πf）/（πf）复制，这对于其中DAC采样率与输入波形波特率不以整数上采样因子相关的情况可能是不合期望的，因为诸如当波特率以非整数有理数比而小于DAC112的采样率时，它可以在输出波形中创建伪影。将经滤波的波形输出到测试和测量仪器100中的端口118。被测设备可以通过线缆（或者如果在DAC112输出之后使用电光转换器，则可以通过光纤）连接到端口118以接收经滤波的模拟波形。在其中DAC112采样率（Fs,DAC）是波形波特率（Fs,symbol）的整数倍的实施例或情况中，由于DAC112的零阶保持响应与正在合成的波形相干，并且可以增强输出波形中的期望符号转变，所以可以去除或旁路掉模拟低通滤波器116，并且可以将来自DAC112的输出直接发送到端口118。在一些实施例中，可以使用直接线性插值重采样器或Farrow重采样滤波器结构而不是上面讨论的低通滤波器106来合成波形，而不是波形复制器104、低通滤波器106和降采样器108。在这样的实施例中，图1的实施例的剩余组件将保持相同。使用直接线性插值重采样器，可以使用下面的等式（2）、（3）和（4）从输入波形102，x[n]计算出DAC输入采样y[m]。（2）（3）（4）其中，。也就是说，r是输出采样率与波形波特率之比。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试和测量仪器，包括：/n具有输出采样率的数模转换器，其被配置成接收数字采样波形和参考时钟并以所述采样率输出模拟波形；/n波形合成器，其被配置成接收波特率以非整数有理数比而小于所述数模转换器的采样率的输入波形，并提供所述数字采样波形；以及/n端口，其被配置成输出所述模拟波形。/n

【技术特征摘要】
20181231 US 62/787192;20190828 US 16/5545481.一种测试和测量仪器，包括：
具有输出采样率的数模转换器，其被配置成接收数字采样波形和参考时钟并以所述采样率输出模拟波形；
波形合成器，其被配置成接收波特率以非整数有理数比而小于所述数模转换器的采样率的输入波形，并提供所述数字采样波形；以及
端口，其被配置成输出所述模拟波形。


2.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，其中所述波形合成器实时操作。


3.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，其中所述波形合成器包括：
波形复制器，其被配置成以整数因子N对所述输入波形进行上采样，其中N大于1；
低通滤波器，其被配置成接收上采样的输入波形并去除高于所述数模转换器的奈奎斯特频率的波形内容；
降采样器，其被配置成对经滤波的上采样输入波形进行降采样，以与所述输出采样率匹配。


4.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，进一步包括模拟低通滤波器，其被配置成接收所述模拟信号并去除高于所述数模转换器的第一奈奎斯特区的信号内容。


5.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，其中所述波形合成器包括：
波形符号时钟发生器，其被配置成接收所述参考时钟并输出符号转变事件和符号转变下采样相位；以及
边缘插值器，其被配置成接收所述输入波形、所述符号转变事件以及所述符号转变下采样相位，并以所述波特率和所述数模转换器采样率的有理数比来输出波特率小于所述数模转换器的采样率的数字采样波形。


6.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中所述边缘插值器被配置成通过具有恒定斜率的线性边缘插值来对波特率小于所述采样率的数字采样波形进行内插。


7.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中所述边缘插值器被配置成通过具有可变斜率的线性边缘插值来对波特率小于所述采样率的所述数字采样波形进行内插。


8.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中所述边缘插值器包括：
边缘插值器查找表，其被配置成接收所述输入信号和所述符号转变下采样相位，并输出内插边缘信号。


9.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中所述波形符号时钟发生器被进一步配置成接收波形符号时钟调制信号。


10.一种用于合成波形的方法，包括：
通过具有输出采样率的数模转换器以所述采样率将数字采样波形转换成模拟波形；
接收具有波特率的输入波形；
通过波形合成器合成波特率小...

【专利技术属性】
技术研发人员：GA马丁，P萨塔扎德，JJ皮克德，DG克尼林，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US