测量抖动的方法和装置的制作方法

专利名称：测量抖动的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及数据传输，更具体而言，本发明涉及一种测量数据信号中的抖动的方法和装置。
背景技术：
在现代数字传输系统中，数据信号被转换为被称为比特的0，1序列。在理想系统中，发送到传输信道或传输线路上的所有数据信号比特具有完全相同的长度和间隔。这对于传输信道的接收器端非常重要，这样1和0的流可以被转换回原始数据信号。
不幸的是，传输信道中的很多因素会改变或干扰被发送或传输的数据信号比特的期望的精确定时。这实际上适用于所有类型的数据通信中，包括电话线路、计算机网络、光纤、无线电通信等等。在信号的定时中产生的随机变化被称为“抖动”。
“抖动测量”指的是分析比特定时中的变化并确定数据信号到达传输线路的接收端时已经放置在数据比特上的定时不确定性(或抖动)的特征和总量。该测量显示了抖动的幅度和抖动的频率。
抖动的幅度就是每个比特中定时误差的总量或大小。也就是说，抖动幅度就是在比特应该已经到达的时间和比特实际到达的时间之间的差值。
抖动的频率就是抖动量变化有多快和有多慢的度量。因此，例如，抖动的频率是比特在一个时刻太早，然后在另一个时刻又太晚，然后再次太早等等这样来回切换的频度的度量。因此抖动频率就是数据比特的定时中的变化频率。
当然，抖动频率不同于传输信道中实际的数据比特的频率。抖动频率通常在大约10Hz到大约传输信道中数据比特频率的几个百分比。因此，抖动测量所需的带宽会非常大。例如，在每秒155Mb信号中测量抖动的一个规定就是需要测量达到1.3MHz的抖动的能力。
显示表明有许多抖动源。一个源就是“数据相关的”抖动。对于数据相关的抖动，该抖动与数据信号中1和0串的非反复性相关联。例如，如果一个长的0串跟随着一个长的1串，或相反，那么结果可以是数据信号定时的轻微的、瞬时转变点。这可以由几种因素造成，诸如发射器的电源噪声、来自其他信号的串音、延迟、传输线路的反射等等。
其他形式的抖动可以出现在复用信号中。其中一些来自将单独的源数据信号组合成单个的复用信号。例如，在155Mb/s复用信号中，可以具有63个T1信号，每个在1.5Mhz的频率上。(术语“T1”通常指的是高速数据电路线路速率格式，其在1.5MHz的组合速度上携带24个用户信道)。来自各种不同T1信号的这些不同信号比特的定时不必在复用155Mb/s信道中均匀间隔。该不同的定时间隔然后显示为数据信道接收端的抖动。
在抖动频率和补偿抖动的困难之间有关系。通常，抖动频率越高，可管理的抖动幅度越小。因此重要的是能够测量抖动幅度和抖动频率(或频带)。另外能够测量抖动的频谱也是特别有用的。
传统的抖动测量是使用模拟电路来执行的。不幸的是，这种模拟电路有许多缺点。例如，其易受信号噪声、温度变化，电源噪声、校准问题等等的影响。
随着提高的网络和数据系统比特率速度，模拟电路还面临着更大的挑战。很难让模拟电路在高的速度和频率上满意地工作。
高频模拟分析电路也很难最小化在分析该区域中的数据传输线路中的便携用途。其也很难在其从区域中的一个地方移动到另一个地方时发生的拥塞和温度变化中保持该便携式模拟电路被校准和稳定。
模拟设备的另一个局限就是功耗，尤其因为振荡器功耗随着频率的提高而提高。相似地，屏蔽的需要也随着频率的提高而提高。
通常，所有这些产生了更大的设备，在实验室环境中或许是可接受的，但是在移动测试设备中是不可接受的，尤其打算在现场使用的手持设备中是更不可接受。
除了诸如提高的功耗、提高的屏蔽、提高的不稳定性和提高的尺寸的局限，在提高模拟电路的速度中还有其他技术问题。这些也产生了精确度的问题。例如，模拟电路中每个小电阻和电容器具有制造容差(通常是从1％到10％)。当设计电路时，必须考虑所有这些容差，并且必须结合足够的校准电容来补偿所有的容差变化。此外，这些设备具有随时间和温度漂移的值。因此，有时需要每6个月进行一次工厂再校准。
因此，仍然希望改进抖动测量方法和装置。考虑到数据速率、传输频率和组件小型化中的持续提高，就更加需要找到解决这些问题的答案。
对这些问题的解决方案已经寻找了很久，但是任何解决方案都没有教导或建议对现有技术的发展，因此对这些问题的解决方案已经很长时间困扰本领域的技术人员。

发明内容
本发明提供一种测量抖动的方法。输入测试信号以便产生信号转变位置(transition location)。使用采样时钟信号锁存信号转变位置，并且该信号转变位置被转换为延迟值。该延迟值被转换成边沿位置输出，并且该边沿位置输出值被检测。这导致产生了在数据传输信号中提供改进的抖动测量的方法。
本发明的某些实施例具有除了或代替以上提及的优点的其他优点。在通过参考附图阅读了以下详细说明之后，这些优点对本领域的技术人员来说显而易见。


图1是使用抖动测量电路的网络的概述图。
图2是根据本发明的图1的抖动测量电路的电路框图。
图3是将时钟和延迟转换成图2的时间值的转换器的电路框图。和图4是根据本发明的测量抖动的方法的流程图。
具体实施例方式
在以下说明中，给出许多特定细节以便完全地理解本发明。但是很明显，本发明可以不用这些具体细节来实现。为了避免模糊本发明，一些众所周知的电路和系统配置没有详细的公开。所有附图中使用的相同数字表示相同的元件。
本发明的目的是测量数据信号中的抖动，包括由级联延迟元件组成的采样延迟线。在一个实施例中，这些延迟元件是数字电子缓冲器，可以理解，延迟信号的其他合适设备也可以被使用。
延迟线在被选择的延迟元件之间沿着其长度被分接，这样在每个抽头的线路的状态可以被采样。该采样由采样时钟控制，该采样时钟以足够快的速率采样以便确保在沿着延迟线一些点没有被采样的情况下，信号状态变化不会从延迟线一端传递到另一端。
对于数字信号，线路状态由0或1表示。在这种情况中，采样可以由沿着延迟线的由采样时钟计时的触发器电路执行。例如，如果信号从0到1改变状态，那么由于信号通过该延迟线传播，延迟线中的元件也将顺序地从0改变为1。
在所示和所述的实施例中，元件从头到尾按顺序地变化。如果当元件被改变时该延迟线被采样，那么前面的元件将已经改变了，而后面的元件将还没有改变。已经改变的元件数量就是状态改变定时的量度。然后采样可以被处理来确定在采样时钟的时间上状态改变到达哪个元件。这就是“转变”元件位置，即，延迟线采样从一个状态改变到另一个状态的点。因为每个延迟元件的延迟是已知的，所以可以获得数字信号的定时特征。
例如，如果采样时钟以信令速率采样，那么在转变点的变化与测试数据信号的抖动相关，从而表征该抖动。此外，因为抖动通常被定义为具有大于约10Hz的频率的变化，因此信号处理可以被用于(如这里所教导的)消除与不同于信令速率的采样时钟相关的人为噪声(artifact)。一种由不同信令速率造成的这种人为噪声可以被感觉为转变位置所处的“斜坡”。那么该斜坡的梯度就表示信令频率和采样时钟频率的差。
当然，数据比特误差也可以在低于10Hz的频率上变化，但是由于对在这些更低频率上分析比特速率误差的不同需要，该现象被称为“漂移”而不是抖动。例如，漂移需要精确得多的参考信号以便被满意地测量。
有时，当在系统中需要抖动测量时，可能对于被发送的每个数据比特并没有转变。例如，在非归零(“NRZ”)系统中，相同值(0或1)的连续比特在它们之间没有转变。在这种情况下，本发明记住最后的转变点，直到发生新的转变。
如果在两个连续采样之间的定时变化太大，那么超范围(over-range)函数检测该情况。在该情况中，给出了这样的指示，在没有进一步的信息情况下，输入的抖动不实际地试图确定哪个转变来自哪个数据比特位置。当抖动幅度很大时，这更可能发生。
抖动的幅度是在数据传输信道的接收端处的信号定时变化量。抖动幅度通常被测量为单位间隔(“UI”)的百分比，单位间隔指的是一个比特或数字信号元素的长度。因此，0.45UI的抖动幅度表示在数据传输信道的接收端上的定时变化大约为半个比特。在一些情况中，例如当将数据比特信号复用到较高的组合比特速率时，幅度可以在10或100个UI的范围内变化。
抖动的频率是抖动量变化的多快或多慢的量度。在抖动频率和补偿抖动的难度之间存在关系。通常，抖动频率越高，可以管理的UI数量就越小。管理大抖动幅度的能力的降低被反映在抖动恢复电路的工业规范中，其通常包括UI能力随着频率增加的跌落(roll-off)。
例如，当抖动频率低的时候，数据比特的边沿于是将从一个比特到另一个比特轻微地移动，这样电路能够通过仅仅跟踪它来处理它。因此，甚至几百个UI的大幅度也能够被补偿并且数据能够被恢复。相反地，在较高的频率和相同的幅度上，比特边沿可以例如从一个比特到下一个比特移动半个UI，其将导致产生数据丢失，因为其不能确定一个特定比特属于一个时隙还是属于相邻的时隙。
传统的抖动测量使用模拟电路执行。该模拟电路包括由振荡器、滤波器和相位比较器组成的锁相环。这建立了一个参考时钟，该时钟与输入数据信号的频率相同或者是输入数据信号频率的几倍。那么，如果输入数据信号在定时上变化，那么由锁相环产生的参考信号允许确定输入数据信号定时已经变化的量。然后从该测量出的定时信号变化中获得抖动测量。
不幸的是，这种模拟电路有许多缺点。例如，其易受信号噪声、温度变化，电源噪声、校准问题等等的影响。随着它们频率的增加，模拟电路还变得非常难设计、制造和维护。频率上的这些增加是网络和数据系统的每日需求，因为随着通信技术的持续提高，数据比特率也持续地提高。例如，在光纤传输链路中，40Gbps的数据速率是常见的，这就是说每个数据比特具有大约为25皮秒的长度。让模拟电路在该速度上满意地工作是很大的挑战。
有利地，如这里所教导和公开的，已经发现本发明可以在现代数字集成电路中实现，包括现场可编程门阵列(FPGA)。一些FPGA包括“进位链”电路结构。该进位链基本上供数字算术电路使用，但是如这里所公开的和所教导的，该进位链可以用作为具有量级为100ps的抽头的延迟线。这种实现比使用模拟电路的传统抖动测量小且便宜得多。
已经发现，一些抖动测量的分辨率实际上可以通过将定时噪声加到测试信号来提高。因为抖动测量通常在感兴趣的某个频带上进行，通常从大约10Hz到大约1％左右的信令速率，因此在非常宽的频带上引入的定时噪声能够在延迟抽头分辨率之外提高分辨率。为此，本发明将宽带噪声加到数据信号上，然后在感兴趣的频带上滤出噪声，从而提高分辨率。
可以用几种方法添加噪声。例如，可以通过使用延迟设备、通过改变采样引线的阈值、通过添加电源噪声到延迟线电源等等来添加。所有这些噪声添加方法可以例如用于FPGA实现中。
在根据本发明的一个FPGA实现中，通过使用沿着延迟线的FPGA中实现的数字信号处理(“DSP”)来完成滤波。这种DSP滤波容易提供满足用于抖动测量设备的ITU-T规范0.171/0/172的测量。
为了给出精确的测量，应该知道延迟线定时特征。延迟线元件的定时可以被校准，或者可以通过设计知道该定时。在一个FPGA实现中，延迟线通过产生具有已知频率和已知频率差的两个信号而被校准。该校准信号使用锁相环产生。其中一个校准信号被用作采样时钟；另一个校准信号作为测试信号被馈送到抖动测量电路。因为已知频率差，因此来自延迟线采样器的输出就是已知梯度的斜坡。因为已知频率，因此采样器的输出与经过的时间相关。然后通过在校准存储器中存储发生每个采样转变的时间而校准每个延迟线元件。
现在参考图1，其中示出了网络概述图100，其中使用了抖动测量电路102。更具体而言，抖动测量电路102测量接收器106从传输信道108接收的信号104上的抖动。信号104起源于发射器110，该发射器110将信号104插入到传输信道108以便让接收器106接收。网络112(诸如因特网)可以作为传输信道108的一部分出现。
现在参考图2，示出的是根据本发明的抖动测量电路102的电路框图。抖动测量电路102包括分接延迟线块202、采样寄存器块204、优先编码器块206，将时钟和延迟转换为时间值的转换器块208、超范围检测器块210、DSP滤波器块212、峰到峰检测器块214、执行均方根(“RMS”)测量计算的块216和脉动(dither)单元决218。
现在参考块202，该分接延迟线包括级联延迟单元202A、202B、…202N。每个延迟元件202x提供一个很小量的信号时间延迟ΔT。可以从图2中看出，延迟元件202x按顺序连接，因此当数据信号通过分接延迟线块202移动时，在每个延迟元件中的ΔT时间延迟累计。因此，如果具有n个ΔT时间延迟元件，那么ΔT的n倍就是从分接延迟线块202的开始(在延迟元件202A)到结束(在延迟元件202N)的总时间延迟。
测试数据信号220(可以是信号104，图1)，首先被提供到脉动单元块218，然后到分接延迟线块202的开始处的延迟元件202A。然后，如上所述，在每个增量时间延迟ΔT后，测试数据信号220顺序地进入随后的延迟元件202B…202N。因此，当数据信号在其中传播时，将测试数据信号220输入到分接延迟线块202将在分接延迟线块202中产生数据信号转变位置。
如上所述，几个ΔT时间延迟间隔中的每一个都可以是不同的间隔。如上所述以及如下进一步详细描述的，抖动测量电路102包括校准和计算在几个ΔT时间延迟中的变化(如果有的话)的电路。通过这个方法，通过接受分接延迟线块202中的更大ΔT容差，本发明的精确度被提高，同时成本被降低。
采样时钟信号222被提供给抖动测量电路102以便同步其操作。采样时钟信号222的频率可以与测试数据信号220的频率相同，或者如上所述，该采样时钟信号222的频率可以具有不同的频率。与采样时钟信号222的频率无关，通过分接延迟线块202的总延迟被配置为大于采样时钟信号222的循环周期。
在延迟元件202x中的每个ΔT时间延迟与采样时钟信号222的循环周期相比非常小。因此，可以精确地将测试数据信号220的信号转变(从0到1，或相反)的位置分解到一个ΔT时间间隔中。
为了确定信号转变的位置，抖动测量电路102寻找信号转变的边沿，或者上升(从0到1)或者下落(从1到0)，因为电路可以测量上升沿、下降沿，和/或两种边沿上的抖动。
因此，当信号转变进入分接延迟线块202的延迟元件202A时，其被延迟相应的ΔT时间延迟，然后当其向上通过延迟链到延迟元件202N时被类似重复地延迟。在每个延迟元件202x的输出端，具有抽头224x。这些抽头(224A，224B，…，224N)每个都提供各自的输出信号，所述输出信号反映在分接延迟线块202的相应位置上测试数据信号220的状态。
如图2所示，抽头224x连接到采样寄存器块204来报告在每个延迟元件202x上测试数据信号220的状态。每个抽头224x相应地从各个延迟元件202x连接到采样寄存器块204中的触发器204A，204B，…204N序列中各自的触发器204x。触发器204x因此分别对应于延迟元件202x。
采样时钟信号222还提供给触发器204x序列以便对其进行控制。然后，在采样时钟信号222的每个周期，采样寄存器块204的触发器204x在抽头224x上对分接延迟线块202的输出进行采样。该采样捕捉在采样寄存器块204中的各个触发器204x中捕捉分接延迟线块202的抽头224x输出的状态。该输出状态被锁存到采样寄存器块204，直到采样时钟信号222的下一个周期。
因此，在操作中，当信号转变在块202中传播通过分接延迟线时，在渐进的抽头224x上出现的信号状态将改变(例如，从0到1，或者相反)。对于从0到1的转变，所有向着分接延迟线块202的开始到转变的位置的延迟元件将具有值1。那些在转变之上的(向着延迟元件202N)将不会再改变并且继续具有值0。
当采样时钟信号222的周期然后被提供给采样寄存器块204的触发器204x时，转变点将被触发器块204捕捉，因为它们在那个时刻将锁存相应的1和0。因为分接延迟线块202的总延迟大于(长于)采样时钟信号222的循环周期，所以转变在某种情况下处于在分接延迟线块202中，并且将在其位置上被捕捉，当转变位置然后被采样寄存器块204的触发器204x锁存时。
在测试数据信号220上没有抖动并且采样时钟信号222具有与数据信号相同频率的情况下，转变点将总是出现在分接延迟线块202的相同位置上。如果在数据信号上具有抖动，诸如来自传输信道108，如果该抖动具有大于ΔT的幅度，那么该抖动将显示为信号转变边沿的移动。此外，如果在采样时钟信号222和测试数据信号220的频率之间没有精确的频率匹配，那么显然信号转变的边沿将根据这些频率的差渐进地移动。然而，因为测试信号数据比特速率和采样时钟速率的差将已知，那么抖动测量电路102将容易计算相应的偏移并返回正确的抖动值和结果。
就这里产生的时间延迟来说，因为分接延迟线块202的总长度大于采样时钟信号222的循环周期，通过分接延迟线块202的每个信号转变将由采样寄存器触发器块204捕捉。实际上，当转变出现在分接延迟线块202的开始或结束附近时，另一个转变可能在分接延迟线块202的相反端附近被同时捕捉。然而，因为电路跟踪了转变边沿应该在的位置(如以下所述)，那么对于比特边沿实际在什么地方将没有混淆。
现在参考优先编码器块206，所有来自触发器204x的数据由优先编码器块206接收。优先编码器决206然后报告在分接延迟线块202中信号转变发生的计数或位置。在一个实施例中，这直接地通过对具有值为1的触发器204x的数目计数并报告该数目来实现，因为该计数恰好反映信号边沿已经传播了多远。更具体而言，如果触发器204A具有的值为1，那么二进制计数可以由从204A一直到具有值为0的触发器的所有触发器组成。相反地，如果触发器204A具有值为0，那么计数可以一直进行到具有值为1的触发器204x。结果就是来自优先编码器块206的单个(二进制)输出数，其显示了当采样时钟信号222触发一个采样周期时，转变位于哪个抽头224x。
来自优先编码器块206的输出通过总线226(可以是并行数据总线)提供到转换器块208。总线226上来自优先编码器块206的输出是延迟值，并且转换器块208将该延迟值与采样时钟信号222结合以便提供显示信号转变发生的时间的时间值输出。
现在参考图3，示出了图2所示的转换器块208的更详细电路框图。转换器块208包括校准器块302，回绕(wrap-around)检测器块304，时间/相位累加器块306，和UI计数器块308。
校准器块302为每个延迟元件202x(图2)校准ΔT时间延迟间隔，如上所述，这样分接延迟线块202的每个抽头224x对应于准确的时间测量。
回绕检测器块304(图3)检测来自分接延迟线块202(图2)的所测量的转变点何时移动通过分接延迟线块202的端点(开始点或结束点，例如底或顶)。回绕检测器块304从而允许分接延迟线块202的长度是合理的并且不会太贵。根据回绕的方向(向上或向下)，回绕检测器块304通过检测和处理大于分接延迟线块202的长度的定时变化，通过在适当的时候加或减一个相应的UI来完成。
相对于在没有抖动的时候信号转变所位于的位置，时间/相位累加器块306确定输入信号转变的相位(相对于一个信号频率周期)。相位确定是通过处理几个输入和将边沿位置的测量相位提供为边沿位置输出310而作出的。
转换器块208的一个重要功能是调节测试数据信号220中连续的0或1。当然，在相同值的连续比特(0或1)之间没有转变。没有转变的话，就测量不到抖动。UI计数器块308计数从采样时钟信号222接收到的比特数量，并将该计数报告给时间/相位累加器块306。通过该信息，转换器块208保持该采样时钟周期的计数，直到实际上发生另一个数据信号转变。转换器块208然后基于已经经过的相应数据信号周期的数量预测预期的转变边沿位置。转换器块208然后内插相对于预测边沿位置的边沿位置的位移(如果有的话)。因为转换器块208知道采样时钟信号222频率与测试数据信号220(图2)的频率相关，因此其仅仅对于测试数据信号220的每个周期计数来自采样时钟信号222的所需的比特数量。因此，如前所述，采样时钟信号222的频率不需要与测试数据信号220的频率相同。
有利地，校准器时钟302(图3)可以在需要的时候被校准，例如可以是恰当的，响应于温度和/或电压变化。对于这种校准，测试数据信号220(图2)被已知的信号替代，该已知信号使得分接延迟线块202上的转变点以已知的速率传播通过分接延迟线块202。然后在总线226上报告的实际值被记录在校准器块302中，这样相应延迟元件202x(图2)的实际的个别ΔT时间延迟从而在校准器块302中相关。
超范围检测器块210(图2)分析和检测被转换器块208报告的边沿位置输出310何时移动超过设定的UI幅度或片断。例如，当检测到边沿转变时，其边沿位置被转换器块208报告为边沿位置输出310。然而，如果发生0或1序列，则转换器块208输出将不会改变，因为在该未变化的序列中没有数据边沿。因此，转换器块208不能更新边沿位置定位。最后，数据序列将改变并且将检测到边沿。至此，抖动误差可以被充分地积累，即转换器块208将报告UI的较大部分(例如，接近0.5UI)。在这种情况中，不能完全确定性地确定所检测的转变来自哪个间隔(之前的，当前的，或之后的)，这表示数据分析可能变得不可靠。超范围检测器块210因此包括用户可定义的当发生这种超范围事件时用于警告的阈值。
DSP滤波器块212使得抖动幅度能在特定带宽中被测量。DSP滤波器块212可以例如根据满足特定规范的需要被选择，从而提供在相应带宽中合适的幅度测量。DSP滤波器块212也被配置来滤除高频噪声和低频“漂移”。
来自DSP滤波器块212的输出通过输出228(例如，数据总线)提供到峰到峰检测器块214。峰到峰检测器块214测量抖动的峰到峰值，通常是指峰值到峰值的UI。例如，如果定时不确定地来回移动一个UI，那么其将组成一个UI峰到峰。峰到峰检测器块214从而测量在一个方向上的数据转变边沿抖动有多远，以及在另一个方向上其抖动有多远，减去这两个值，输出的结果就是峰到峰UI高度。该测量可以在设定的间隔中重复，例如一秒，并且被显示来提供测试数据信号220的峰到峰抖动行为的动态输出显示。
来自DSP滤波器块212的输出还通过输出端228提供到RMS计算器块216。RMS计算器块216分析边沿位置输出310以便计算和测量抖动信号的RMS，通过获取抖动信号的转变边沿的位置，在设定的测量间隔中(例如1秒)测量该边沿位置的RMS值，并输出其产生的RMS值。该RMS测量可以在设定的测量间隔上重复(例如每秒1次)以便提供测试数据信号220的RMS抖动行为的动态输出显示。
峰到峰和RMS值非常有用于调试电信系统。例如，峰到峰值表示抖动的幅度，RMS值量化了类似于抖动“功率”的值。
脉动单元块218通过在将附加抖动(例如，定时噪声)输入到测量电路之前故意将其添加到测试数据信号220来给抖动测量增加精确度和分辨率。例如通过添加几个ΔT时间延迟周期的定时不定性，测试数据信号220上的抖动值可以被分解为小于1个ΔT值。这可以例如通过考虑测试数据信号220上存在的具有小于1个ΔT的值的抖动来显示。在这种情况下，对那个采样时钟信号222周期，从采样时钟信号222的一个周期到另一个周期的转变边沿移动中的许多将在预期的或预测的延迟元件202x中发生。因此，即使抖动实际发生，当被触发器204x锁存时，其将不改变预期的“无抖动”输出。因为转变边沿从而每次在预期的延迟元件202x中出现，所以，转变边沿上的抖动被屏蔽并且检测不到。这对于具有单位和相似小的十进制ΔT值的大抖动值也是如此，尤其当抖动值在几个测量周期上相当平稳的时候。
然而，通过使用脉动单元块218来引入脉动到测试数据信号220，附加的定时不确定性被加到了数据信号上。由附加的脉动定时噪声引起的该附加的定时不确定性使得转变边沿在较大的变化范围中来回移动。该附加的脉动定时噪声(其优选地是在相对于抖动频率的高频上)现在被检测，与测试数据信号220相结合。由于提高的信号变化范围，该结合的信号(脉动加数据)周期地由几个触发器204x检测。该改变的检测然后被平均，产生了真实抖动的更精确确定。
来自脉动单元块218本身的高频定时噪声然后被块212中的DSP滤波器滤除，这样抖动信号不再出现为从抖动测量电路102输出的一部分数据。此外，通过为脉动单元块218的输入选择高频噪声，就不需要改变或调整DSP滤波器块212，因为脉动的高频将在所感兴趣的被DSP滤波器通过的一个(或多个)频带之外。因此，DSP滤波器块212已经被配置来丢弃这样的高频噪声。
脉动单元块218可以用许多不同的方法实现。例如，有噪声的电源可以用于抖动测量电路102。这样的电源通常不那么贵，从而减小了抖动测量电路102的成本，同时出乎意料地提高其精确度。替换地或者附加的，可用的集成电路可以和输入的测试数据信号220相连放置，以便增加可编程延迟，从而提供肯定地调谐所需的抖动测量电路102的分辨率。
如上可看出，本发明可以不用模拟电路实现。因此，在成本、大小、能耗等等方面可实现显著的节省，因为整个抖动测量电路102可以用一个FPGA实现。这部分是由于发现了分接延迟线块202能够通过使用FPGA进位链作为抖动测量电路102的功能分接延迟线从而在FPGA中实现。(FPGA进位链通常被用作为算术逻辑加速器)。特别地，进位链级联的复用器被串联配置以便形成分接延迟线块202。随后由进位链级联复用器提供的时间延迟被用来出乎意料地使得在单个FPGA中实现整个抖动测量电路102成为可能。
现在参考图4，示出了根据本发明测量抖动的方法400的流程图。方法400包括在块402中输入测试信号以便产生信号转变位置；在块404中使用采样时钟信号锁存信号转变位置；在块406中将信号转变位置转换成延迟值；在块408中将延迟值转换成边沿位置输出；以及在块410中检测边沿位置输出的值。
已经发现本发明具有多个优点。例如，抖动测量电路102还可以用来测量漂移。这可以通过使用采样时钟信号222来实现，该采样时钟信号222在很长的时间周期内具有稳定性，诸如可能是例如从原子时钟源获得的。对DSP滤波器块212的相应调整将然后用来检测并通过该带宽内的信号。
来自峰到峰检测器块214的输出和/或来自RMS计算器块216的输出可以被例如显示在示波器上，以便提供抖动显示的可视形式。
在另一个实施例中，来自DSP滤波器块212的输出信号可以通过快速傅立叶转变(FFT)以便产生抖动的频谱信号。该信号然后可以由频谱分析器处理以便揭示抖动所处的频率。该结果可以显著有助于诊断抖动源。例如，在一个实施例中，390kHz的抖动被迅速隔离然后被追溯到以相同的390kHz频率切换的FPGA切换电源。该切换电源易于通过FFT提供的频谱指纹识别。
除了实时诊断之外，本发明还可以被记录设备用来提供随后对抖动信号的回放和分析。这不仅仅有利于更仔细的抖动评价，而且能够对各种系统的不同时间上做出的测量的时间上进行比较和趋势分析。通过在故障期间记录然后回放以便分析故障的原因，其也可以用于设备故障分析。
本发明还能够通过使用抖动分析的结果来自动补偿以便反馈到信号补偿器，从而起到动态抖动衰减器的作用。
本发明还可以测量相位“瞬时干扰(hit)”，也就是说数据信号的相位的瞬时变化。相位瞬时干扰的一个例子就是发生在复用情况下，在启动另一片设备时，诸如添加几个附加的T1到复用信号中。当其发生时，信号的相位有时突然移动。
基于上述教导，本发明还可以用来测量在FPGA的电源中噪声有多大。当前FPGA运行在更快速率时，就需要很大的关注。因为本发明可以在单个FPGA上实现，本发明因此可以加载到目标FPGA并且如上所述的用于测量FPGA电源的质量。
在另一个实施例中，本发明可以用来在噪声测量可以在相对于所需输出的高速率上进行的环境中给出非常精确的时间测量。DSP滤波器块212然后被校准来滤除高频噪声，从而产生精确的时间测量，某种程度上与被脉动单元块218添加的噪声的处理和去除相似。
因此，已经发现本发明的抖动测量方法和装置提供了重要的和迄今为止的未知的和得不到的方案，能力和功能优点，用于数据传输信号中的诊断抖动。产生的过程和配置是直接的、经济的、不复杂的、高通用的、精确的、敏感的和有效的，并且可以通过适配已知的用于制造、应用和利用的组件来实现。
虽然本发明已经联系特定最佳模式来描述，但是可以理解，根据前面所述，许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明可以包括所有这样的替换、修改和变化，其都落在所包括的权利要求的范围内。所有迄今为止所述或附图所示的内容被理解为实例性的，并且是非限制性的。
权利要求
1.一种测量抖动的方法(400)，包括输入(402)测试信号(220)以便产生信号转变位置；使用采样时钟信号(222)锁存(404)信号转变位置；将信号转变位置转换(406)为延迟值；将延迟值转换(408)为边沿位置输出(310)；以及检测(410)边沿位置输出(310)的值。
2.如权利要求1所述的方法(400)，还包括在检测(410)边沿位置输出(310)值之前滤波(212)边沿位置输出(310)。
3.如权利要求1所述的方法(400)，还包括在输入(402)测试信号(220)以产生信号转变位置之前添加脉动信号(218)到测试信号(220)。
4.如权利要求1所述的方法(400)，还包括分析边沿位置输出(310)以便确定超过预定幅度的边沿位置移动。
5.如权利要求1所述的方法(400)，还包括分析边沿位置输出(310)以便提供其均方根值。
6.一种测量抖动的装置(102)，包括分接延迟线(202)，用于从输入其中的测试信号(220)中产生其中的信号转变位置；采样时钟信号(222)；采样寄存器(204)，被连接来响应于采样时钟信号(222)锁存其中的信号转变位置；优先编码器(206)，被连接来将信号转变位置转换为延迟值；转换器(208)，被连接来将延迟值转换为边沿位置输出(310)；和峰到峰检测器(214)，被连接来检测边沿位置的值。
7.如权利要求11所述的装置(102)，还包括数字信号处理滤波器(212)，被连接用于在峰到峰检测器(214)检测边沿位置值之前，滤波边沿位置输出(310)。
8.如权利要求11所述的装置(102)，还包括脉动单元(218)，被连接用来在测试信号(220)输入到分接延迟线(202)之前，添加脉动信号到测试信号(220)。
9.如权利要求11所述的装置(102)，还包括超范围检测器(210)，被连接来分析边沿位置输出(310)以便报告超过预定幅度的边沿位置移动。
10.如权利要求11所述的装置(102)，还包括块(216)，用来执行均方根测量计算；和被连接来分析边沿位置输出(310)以便提供其均方根值。
全文摘要
在测量抖动的方法(400)中，输入(402)测试信号(220)以便产生信号转变位置。使用采样时钟信号(222)，信号转变位置被锁存(404)，并且信号转变位置被转换(406)为延迟值。延迟值被转换(408)为边沿位置输出(310)，并且边沿位置输出(310)的值被检测(410)。
文档编号H04Q1/20GK1910939SQ200580003071
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月14日 优先权日2004年1月23日
发明者S·布鲁尔 申请人:日出电讯公司