具有主分量分析器的示波器制造技术

提供了具有主分量分析器的示波器

【技术实现步骤摘要】
具有主分量分析器的示波器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本公开要求2022年6月21日提交的题为“PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS AS AN OSCILLOSCOPE MEASUREMENT”的美国临时申请第63/353,950号的权益，其公开内容通过引用在其整体上结合于此。


[0003]本公开涉及测试和测量仪器，并且更具体地，涉及包括用于对仪器搜集的测量数据执行主分量分析的工具的测量仪器。

技术介绍

[0004]现代示波器和其他测试和测量设备接受来自被测设备(DUT)的信号，并对这些信号执行各种测量。在许多情况下，还从信号中收集数据，并且可以对该收集的数据执行测量和分析。有时对测量的参数执行测试，例如基于测量的电压、电流或功率的阈值测试。并且有时在施行测试或测量之前执行输入信号的变换。例如，测试和测量仪器可以接受时域中的输入信号，对该信号执行傅立叶变换以将其转换到频域，并然后在频域中进行期望的测试或测量。
[0005]如上所述，可以从输入信号中收集数据，或者在某些情况下，仪器可以生成描述或表征输入信号的数据。尽管一些常规示波器可以对该数据执行简单的数据处理，例如统计处理，或者可以使用直方图或时序趋势来绘制该数据，但是通常，常规测试和测量设备上的数据分析工具限于简单的工具和处理。
[0006]根据本公开的实施例解决了在常规仪器中发现的这些和其他限制。
附图说明
[0007]图1是示出根据本公开的实施例，包括主分量分析的示波器如何将这种分析应用于示波器搜集的数据集合的图。
[0008]图2是根据本公开的实施例，由具有主分量分析器的示波器搜集的数据集合的图。
[0009]图3A和3B是原始和排序数据样本的图，其示出了目前示波器中常规数据处理的限制。
[0010]图4A示出了根据本公开的实施例的一组直方图，其示出了包括主分量分析的示波器可以如何应用数据分析的步骤。
[0011]图4B示出了根据本公开的实施例的一组直方图，其示出了包括主分量分析的示波器可以如何应用另一数据分析步骤。
[0012]图5A和5B是示出根据本公开的实施例的包括主分量分析的示波器可以如何应用数据分析的附加步骤的图。
[0013]图6是示出根据本公开的实施例的仅使用单个主分量重新生成的数据的图。
[0014]图7A和7B是示出根据本公开的实施例的包括主分量分析的示波器可以如何向用
户呈现主分量分析的结果的时间趋势图。
[0015]图8A和8B是示出根据本公开的实施例的包括主分量分析的示波器可以如何向用户呈现主分量分析的结果的频谱图。
[0016]图9是根据本公开的实施例的包括主分量分析的示波器的功能框图。
具体实施方式
[0017]本专利技术的实施例包括诸如示波器的测试和测量仪器，其能够对由该仪器从被测设备(DUT)接收的测量或数据执行主分量分析(PCA)。PCA对大型数据集进行操作，例如从DUT接收的测量数据。对这些数据集执行PCA允许用户确定哪些变量包含关于数据的最多信息，例如数据中包括的测量。一般而言，PCA是数据的矩阵分解，其允许用户从主分量域中的测量分析和提取洞察，该主分量域可以是与产生测量数据的测量域不同的域。在某些方面，PCA将数据从测量域重新映射到主分量域的能力类似于傅立叶变换将例如时域中搜集的数据重新表征为频域中的测量。使用PCA工具，用户可以能够辨别出没有PCA分析情况下不可识别的关于特定测量的关系。此外，PCA分析在分析多个变量和确定哪些变量彼此相关方面特别强。
[0018]如上所述，PCA对数据集进行操作。图1是示出PCA的一个基本原则的数据图表10。假设图表10上的数据是具有X分量和Y分量的数据。数据根据其XY分量映射在图表10上。PCA通过坐标变换将数据从测量域映射到主分量域。为了找到主分量轴，在下述过程中对测量数据执行奇异值分解。主分量轴(在这种情况下为轴20)将总是如下轴：当来自数据集的数据被投影到该特定轴上时，该轴具有最大方差。为了对一组数据执行奇异值分解，可以设想在原始数据的任意取向上生成轴，并将数据集投影到该任意轴上。记录目前轴的投影数据的方差，并然后通过将原始数据投影到新的任意轴来重复该过程。这个过程在所有可能的轴取向上重复。当已经产生了所有可能的轴时，分析每个轴的方差数据，以确定哪个轴当原始数据被投影到其上时具有最大的方差。具有最大方差的轴是主分量轴。换句话说，主分量轴将指向测量数据具有最大方差的方向。在图1的数据集中，主轴标为轴20。也可以生成其他轴，每个变量或数据中的测量一个轴。在PCA中，每个主轴彼此正交，因此次分量轴30与主分量轴20正交，如图1所示。当测量是线性相关时，例如前馈均衡器抽头以及具有各种电平的信号上携带的数据，PCA特别有用。应当注意，当测量数目为三个或更多时，测量数据的可视化，包括使用PCA分析的可视化，变得越来越困难，但是对于分析更适度数目的测量是有用的工具。PCA在分析测量数据中有用的原因之一是PCA产生主分量的分级结果。然后，用户可以系统地选择将哪些主分量用于统计分析或绘制。
[0019]图2示出了从具有不归零编码的系统搜集的测量数据，该系统具有电平测量，其中电平是线性相关的。该数据由1000对线性相关数据生成。换句话说，根据等式1，记录的测量同时从均值在相反方向移动。
[0020]等式(1)lvl1＝x1+x
n
[0021]lvl0＝x0+x
n
[0022]其中，x1均匀分布在区间[.8，1]，x0＝
‑
2x1+1，并且x
n
是零均值高斯噪声，标准差为0.1。
[0023]图2所示的测量数据的传统分析在图3A和3B中示出。注意，无论是即时测量还是测
量水平的观察趋势都没有揭示关于记录的数据的任何重要信息。在图3A和3B中，示出了介于0
‑
1000之间的每个样本数的即时测量。在图3A中下降且在图3B中上升的较黑的线以排序的顺序示出了测量。
[0024]然而，对记录的数据使用PCA可以揭示数据内的线性关系，这是使用传统工具所不能识别的，诸如图3A和3B所示的。
[0025]首先，为了执行PCA，如上所述，使用奇异值分解从测量数据中提取主分量，以确定主分量轴。然后，在导出主分量之后，最初在测量域中搜集的测量被投影到主分量(PC)域中，其中每个PC是电平的线性组合。
[0026]等式(2)
[0027]例如，使用等式2，电平[1，
‑
1]V被映射到[
‑
0.223，.0002]。
[0028]主分量1轴(PC1)和主分量2轴(PC2)在图2中示出，它们是通过对图2中的测量数据执行该PC分析而确定的。注意，PC2轴与PC1轴正交。
[0029]在导出主分量并因此导出PC域之后，并且在原始测量数据也已经被投影到PC域之后，可以进行仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：用于接受来自被测设备(DUT)的输入信号的输入；用于从输入信号生成第一测量数据和第二测量数据的测量单元；以及一个或多个处理器，被配置为：使用主分量分析从第一和第二测量数据中导出至少一个主分量，以及将第一测量数据和第二测量数据重新映射到从至少一个主分量导出的主分量域。2.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个处理器还被配置成对重新映射的数据执行统计分析。3.根据权利要求2所述的系统，其中统计分析包括均值和标准差分析。4.根据权利要求2所述的系统，其中一个或多个处理器还被配置成在输出显示器上示出统计分析的结果。5.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个处理器还被配置成从重新映射的数据生成绘图，并在输出显示器上示出绘图。6.根据权利要求5所述的系统，其中绘图是直方图、时间趋势图或频谱显示。7.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个处理器还被配置成：使用仅来自单个主分量的信息将来自主分量域的第一测量数据和第二测量数据重新映射回测量域。8.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个处理器还被配置成：使用来自少于主分量域中所有分量的信息将来自主分量域的第一测量数据和第二测量数据重新映射回测量域。9.根据权利要求1所述的系统，其中测量单元生成N组测量数据，并且其中一个或多个处理器被配置成从N组测量数据中导出M个主分量，其中M处于范围[1，N]。10.一种方法，包括：从被测设备(DUT)接收输入信号；从输入信号生成第一测量数据；从输入信号生成第二测量数据；使用主分量分析从第一和第二测量数据中导出至少一个主分量；以及将第一测量数据和第二测量数据重新映射到从至少一个主分量导出的主分量域。11.根据权利要求10所述的方法，还包括对重新映射的数据执行统计分析。12.根据权利要求11...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：