数字频率响应补偿器及任意响应发生器系统技术方案

一种数字信号处理系统（１），该系统能够补偿频率响应变化（５）并生成遵从所提供的规格（１４）的响应特性（８）。该系统自动生成数字滤波器（１０），用于为该补偿提供几乎是任何形式的通道频率响应信息以及用户定义规格。论证了该系统权衡噪声性能、脉冲响应以及频率响应平坦度以便提供优化响应的能力。该系统还向用户提供了关于最终响应特性（１５）的反馈。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】下列提交的申请的全部内容在此引入作为参考序号为No.09/669,955、申请日为2000年9月26日的美国申请；序号为No.09/988,120、申请日为2001年11月16日的美国申请；序号为No.09/988,420、申请日为2001年11月16日的美国申请。
技术介绍
本专利技术涉及具有数字频率响应补偿器及任意(arbitrary)响应发生器的数字信号处理(DSP)系统。一般地说，本专利技术涉及到具有模拟输入信号、模拟电子设备(例如，衰减器、增益元件及缓冲器)以及把模拟输入信号转换成该输入信号的数字表示的序列的模数转换器(ADC)的系统。本专利技术适合被设计带有上述部件以便获取波形以用于观看、分析、测试和鉴定目的，以及其它的各种目的的仪器。更具体地说，本专利技术适合数字取样示波器(DSO)，尤其是超高带宽和采样率的DSO以及单脉冲DSO(有时候被称为实时DSO)。这些DSO能够用足够的过取样及保真度来数字化电压波形以捕获具有单个触发事件的波形。传统上，DSO一直是工程师用来检查信号的主要观看工具。随着高速、复杂的波形在当今的通信以及数据存储业中的应用，已不再强调对波形的简单观看，而是对还能够进行波形分析的DSO寄予更大的需求。对DSO分析能力的日益增大的需求需要较大程度的信号保真度(即较高质量的数字化波形)。在作出对信号保真度的更多要求的同时，对具有较高带宽和采样率的DSO的需求同样持续没有衰退。遗憾的是，高速信号需要高带宽的DSO，为超高带宽、高采样率、实时DSO要付出额外费用。数字示波器的采样率大约每2-21/2年要增加一倍，而带宽几乎每4年增加一倍。带宽的增大并不是不需代价就出现的。通常，将模拟部件施展到它们的极限。有时候，峰化电路被用于更进一步地展宽带宽。对更大带宽的这一扩展常常以信号保真度为代价而出现，尤其是在脉冲响应(过冲和阻尼振荡)以及频率响应平坦度范围内。这是由于脉冲峰化往往有些不受控制(即难于峰化一个系统而同时保持平坦响应)。此外，由于模拟部件被压到它们的带宽极限，因此如果该带宽被超出，则频率响应常常急剧下降。因此，高带宽示波器不再具有平缓的频率响应跌落特性。尽管存在这一情形，但DSO用户原先的期望并没有改变。用户们仍然期望低噪声—即使对于带宽的每次加倍噪声提高到2的平方根倍—并且他们期望DSO具有确定的跌落特性。使该情形变得进一步复杂的事实是，高速DSO的设计涉及到极其大量的权衡和折衷。信号保真度的三种主要的传统量度-噪声、频率响应和时域响应-全都彼此对抗。如先前提到的，通过示波器扩展更大的带宽会使输入信号中的噪声增大。与单极点或双极点频率响应特性的任何偏离都会增大过冲和阻尼振荡。把硬件部件的带宽扩展到它们的极限只会使问题更严重。使频率响应变平坦会使脉冲响应变得更坏。改进脉冲响应典型地意指降低仪器的带宽(该带宽一直是不合需要的)。由于DSO是通用的仪器，因此会谨慎地选择权衡，但是总有许多用户不能得到满足。留给用户的唯一选择处于几个固定带宽范围之间，它们联系在一简单的RC电路内。即使按照受限带宽模式，该响应也常常仍然不能很好地顺从于单极点响应，并能够有0.5dB之多的变化。在DSO的纵向市场应用的开发中，其中示波器模拟，例如，特殊的通信或磁盘驱动器通道，与特定响应的一致(compliance)是必要的。对通道进行模拟的这一能力提供了快速样机研究和分析的能力。专利技术概述因此，按照本专利技术，提供了一种能够补偿由于带宽增大而造成的退化(即频率响应平坦度和/或与特定的期望响应特性的一致)的部件。此外按照本专利技术，提供了一种能够作出关于噪声、平坦度和/或脉冲响应特性的权衡，而不是依赖于静态仪器特性的可调部件。因而该可调部件允许针对给定的测量优化该仪器。按照本专利技术，提供了一种使用该可调部件来把仪器的响应特性反馈给用户的能力。另外按照本专利技术，提供了一种能够被校准以改变通道响应特性的部件。本专利技术的一个优选实施例提供了一种能够补偿输入波形的通道响应特性的信号处理系统。该系统包括输入规格(specification)、滤波器建立器以及滤波器。输入规格用来规定滤波器的设计，并包括规定用来获取输入波形的通道的响应特性的通道响应特性，以及用来规定希望的频率响应和与该希望的频率响应的一致程度的用户规格。滤波器建立器为滤波器生成系数并输出最终的性能规格。滤波器具有补偿滤波器发生器，用于根据通道响应特性的倒数(inverse)生成对应于补偿响应的系数，以及响应滤波器发生器，用于根据用户规格生成对应于理想响应与降噪响应的组合的系数。滤波器过滤输入波形并输出具有希望频率响应的总响应波形。该滤波器包括用于存储滤波器建立器所生成的系数的滤波器系数高速缓存；用于按照存储在滤波器系数高速缓存内的对应于补偿响应的系数来过滤输入波形的补偿滤波器部分；以及具有用于过滤从所述补偿滤波器部分输出的补偿波形的响应过滤级和降噪级的响应滤波器部分，所述补偿滤波器部分输出总响应波形。响应滤波器部分使用存储在滤波器系数高速缓存内的对应于理想响应与降噪响应的组合的系数进行滤波。在本专利技术的另一个方面，可以将滤波器实现为无限脉冲响应(IIR)滤波器或有限脉冲响应(FIR)滤波器。在本专利技术的又一个方面，可以根据一参考信号和由通道获取的参考信号来预先确定通道响应特性。在本专利技术的还一个方面，用户规格可以包括带宽、响应优化、补偿一致以及滤波器实现类型。响应优化可以是利用Besselworth(贝塞耳沃思)滤波器实现的脉冲响应优化、使用Butterworth(巴特沃思)滤波器实现的噪声性能优化或是使用Butterworth滤波器实现的平坦度优化。滤波器实现类型可以是有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)。按照本专利技术的另一个实施例，提供了一种过滤输入的数字波形的信号处理元件。该元件包括滤波器建立器、无限脉冲响应(IIR)滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器以及输出选择器开关。滤波器建立器用于根据通道频率响应和用户响应特性生成滤波器系数。根据响应输入和校正输入来确定通道频率响应。无限脉冲响应(IIR)滤波器具有用于该输入数字波形的IIR输入以及连到滤波器建立器的IIR系数输入。IIR滤波器根据由滤波器建立器生成的滤波器系数，从该输入数字波形产生IIR过滤波形。有限脉冲响应(FIR)滤波器具有用于该输入数字波形的FIR输入以及连到滤波器建立器的FIR系数输入。FIR滤波器根据由滤波器建立器生成的滤波器系数，从该输入数字波形产生FIR过滤波形。输出选择器开关选择IIR过滤波形或FIR过滤波形以供输出。在该实施例中，滤波器建立器检测如下输入数字波形的采样率的变化，该变化会要求滤波器系数被改变或重新生成。滤波器建立器根据输出选择器开关而为FIR滤波器或IIR滤波器生成滤波器系数。滤波器建立器具有通道、补偿、整形器以及降噪输出，用来评估滤波性能。在该实施例的另一方面，响应输入是一已知输入响应，并且所述校正输入是一由输入通道所获得的测量输入响应。用户响应特性用于生成相应于该滤波器的任意响应部分的滤波器系数。用户响应特性包括带宽、响应优化、补偿一致以及滤波器实现类型。响应优化可以是利用Besselworth滤波器实现的脉冲响应优化，利用Butterworth滤波器实现的噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够补偿输入波形的通道响应特性的信号处理系统，包括：　　　　输入规格，用于规定滤波器的设计，包含：　　　　通道响应特性，用于定义用来获取所述输入波形的通道的响应特性；以及　　　　用户规格，用于规定期望的频率响应以及与该期望频率响应的一致程度；　　　　滤波器建立器，用于为所述滤波器生成系数并输出最终的性能规格，具有：　　　　补偿滤波器发生器，用于根据通道响应特性的倒数而生成相应于补偿响应的系数；以及　　　　响应滤波器发生器，用于根据用户规格生成相应于理想响应与降噪响应的组合的系数；以及　　　　所述滤波器用于过滤所述输入波形并输出具有所述期望频率响应的总响应波形，包含：　　　　滤波器系数高速缓存，用于存储由所述滤波器建立器生成的系数；　　　　补偿滤波器部分，用于使用存储在所述滤波器系数高速缓存内的、对应于所述补偿响应的系数来过滤所述输入波形；以及　　　　响应滤波器部分，具有响应滤波级和降噪级，用于过滤从所述补偿滤波器部分输出的补偿波形并输出所述总响应波形；所述响应滤波器部分使用存储在所述滤波器系数高速缓存内的、对应于所述理想响应与所述降噪响应的所述组合的系数进行过滤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-2-27 10/090,0511.一种能够补偿输入波形的通道响应特性的信号处理系统，包括输入规格，用于规定滤波器的设计，包含通道响应特性，用于定义用来获取所述输入波形的通道的响应特性；以及用户规格，用于规定期望的频率响应以及与该期望频率响应的一致程度；滤波器建立器，用于为所述滤波器生成系数并输出最终的性能规格，具有补偿滤波器发生器，用于根据通道响应特性的倒数而生成相应于补偿响应的系数；以及响应滤波器发生器，用于根据用户规格生成相应于理想响应与降噪响应的组合的系数；以及所述滤波器用于过滤所述输入波形并输出具有所述期望频率响应的总响应波形，包含滤波器系数高速缓存，用于存储由所述滤波器建立器生成的系数；补偿滤波器部分，用于使用存储在所述滤波器系数高速缓存内的、对应于所述补偿响应的系数来过滤所述输入波形；以及响应滤波器部分，具有响应滤波级和降噪级，用于过滤从所述补偿滤波器部分输出的补偿波形并输出所述总响应波形；所述响应滤波器部分使用存储在所述滤波器系数高速缓存内的、对应于所述理想响应与所述降噪响应的所述组合的系数进行过滤。2.根据权利要求1的信号处理系统，其中将所述滤波器实现为无限脉冲响应(IIR)滤波器。3.根据权利要求1的信号处理系统，其中将所述滤波器实现为有限脉冲响应(FIR)滤波器。4.根据权利要求1的信号处理系统，其中所述通道响应特性是基于一参考信号和由所述通道获取的参考信号而预先确定的。5.根据权利要求1的信号处理系统，其中所述用户规格包括带宽、响应优化、补偿一致以及滤波器实现类型。6.根据权利要求5的信号处理系统，其中所述响应优化是利用Besselworth滤波器实现的脉冲响应优化。7.根据权利要求5的信号处理系统，其中所述响应优化是利用Butterworth滤波器实现的噪声性能优化。8.根据权利要求5的信号处理系统，其中所述响应优化是利用Butterworth滤波器实现的平坦度优化。9.根据权利要求5的信号处理系统，其中所述滤波器实现类型是有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)。10.根据权利要求1的信号处理系统，其中所述用户规格缺省为预先确定的值。11.一种信号处理元件，用于过滤输入的数字波形；包括滤波器建立器，用于根据通道频率响应和用户响应特性来生成滤波器系数；所述通道频率响应是根据响应输入和校正输入确定的；无限脉冲响应(IIR)滤波器，具有用于所述输入数字波形的一IIR输入和一连到所述滤波器建立器的IIR系数输入；所述IIR滤波器根据由所述滤波器建立器生成的滤波器系数从该输入数字波形中产生IIR滤波波形；有限脉冲响应(FIR)滤波器，具有用于所述输入数字波形的一FIR输入和一连到所述滤波器建立器的FIR系数输入；所述FIR滤波器根据由所述滤波器建立器生成的滤波器系数从该输入数字波形中产生FIR滤波波形；以及输出选择器开关，用于选择所述IIR滤波波形或所述FIR滤波波形以供输出。12.根据权利要求11的信号处理元件，其中所述滤波器建立器检测要求生成滤波器系数的所述输入数字波形的采样率的变化。13.根据权利要求11的信号处理元件，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ普帕莱基斯，
申请(专利权)人：勒克罗伊公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]