一种集成实时频谱分析功能的数字示波器的制作方法
本发明涉及信号处理的技术领域，具体涉及一种集成实时频谱分析功能的数字示波器。
背景技术：
在无线通信领域，信号带宽是影响信息传输速率的主要因素，随着技术的更新换代，信息传输速率已经从20年前2g时代的几kbps、几十kbps，发展到了现在5g时代的峰值20gbps的传输速率，其信道带宽可以从几十mhz到上百mhz。无线通信技术的快速发展，对相应测试测量仪器、设备的实时处理能力提出了越来越高的要求。对于高频、高带宽信号，对信号的频谱成分进行实时监控、分析已经是一个非常普遍的需求。
频谱分析仪这类设备由于具有一级或者多级模拟混频电路，因此可以把一个高频信号下变频到一个较低的中心频率上，这样可以降低后续对adc采样速率的要求以及后续数字部分信号处理能力的要求，因此容易实现信号频谱的实时分析处理。但是对于一些高速信号采集设备，比如示波器，一般不具有射频混频能力，而是采用高速adc直接对高频信号进行采样处理，这样得到的数字信号数据率非常高，如果不进行有效的降采样处理就很难在示波器这类设备上实现全带宽信号频谱的实时处理和分析。比如示波器标称为1ghz带宽，全带宽就是指输入信号频率可以位于0~1ghz的任意位置；所谓的实时处理和分析是指adc采样数据全部参与处理和分析，一个点也不会丢失。
目前，在示波器上进行频谱分析，普遍的做法是采用快速傅里叶变换（fft）来实现，adc采集的数据在触发控制下预先存储在某个存储器中，然后读取出来进行fft处理、显示处理等。其中，fft处理的输入数据是adc采集的原始数据或者经过抽取或插值之后的数据，用户不能设置中心频率或者分析带宽，只能设置fft相应的采样率，并且采样率与示波器的时基相关联。这种基于示波器的数据采集架构与触发功能、时基设置紧密关联，没有数字下变频处理功能，其频谱分析仅仅是对adc采集的实信号进行简单的fft运算，不能实现实时采集和实时处理，由于不具备数字下变频功能，其频谱分析不能像频谱分析仪那样可以设置中心频率、分析带宽等参数，因此难以实现全带宽的实时信号分析。比如，假设示波器的adc采样率为5ghz，其带宽为1ghz，adc采样后输出20路250mhz采样率的数据（250mhz*20=5ghz），即20路250mhz的并行数据；输入信号的中心频率可能位于0~1ghz的任意一个频点上；这种情况下，如果采用当前主流的数控振荡器、乘法器和低通滤波器组成的结构来并行实现数字下变频处理的话，则需要消耗示波器中大量的硬件资源且实现过程复杂，还会对示波器其它基本功能的实现造成影响，从而降低示波器的使用体验，并且不利于降低示波器的成本。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是如何解决现有示波器中不能对高速采样数据进行实时频谱分析的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，包括：数据采集模块，用于采集模数转换器输出的数字信号以形成数字采样数据；变频处理模块，从所述数据采集模块获取所述数字采样数据；所述变频处理模块用于对所述数字采样数据进行全带宽任意频点的数字下变频处理，以输出零中频的基带信号；频谱分析模块，与所述变频处理模块信号连接，用于对所述基带信号进行实时频谱分析处理并得到频谱分析数据；显示器，接收所述频谱分析数据并用于对所述频谱分析数据进行显示。
所述的数字示波器还包括重采样模块，所述重采样模块与所述变频处理模块和所述频谱分析模块进行信号连接；所述重采样模块用于将所述基带信号的采样率匹配到与预设分析带宽对应的采样率上，以便所述频谱分析模块能够以任意带宽接收所述基带信号。
所述变频处理模块包括dft处理单元、频谱搬移单元、相位校正单元和idft处理单元；所述dft处理单元用于通过离散傅里叶变换将所述数字采样数据处理为频域数据；所述频谱搬移单元与所述dft处理单元连接，用于根据预设的频谱搬移点数对所述频域数据中的各数据点往零频方向进行循环搬移处理，得到搬移数据；所述相位校正单元与所述频谱搬移单元连接，用于根据预设的相位值对所述搬移数据进行相位校正，处理得到校正数据；所述相位值由离散傅里叶变换的单次数据处理点数l、当前数据处理次数k，和频域内的频谱搬移点数y、滤波器阶数p以及圆周率π经过多元函数计算得到；idft处理单元从所述相位校正单元接收所述校正数据，用于对所述校正数据进行离散傅里叶逆变换，处理得到时域数据；所述时域数据用于形成零中频的基带信号以进行信号的特性分析。
所述变频处理模块还频域滤波单元；所述频域滤波单元与所述相位校正单元和所述idft处理单元连接，用于将所述相位校正单元输出的校正数据中的各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至所述idft处理单元以进行离散傅里叶逆变换；或者，所述频域滤波单元与所述频谱搬移单元和所述相位校正单元连接，用于将所述频谱搬移单元输出的搬移数据中的各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至所述相位校正单元以进行相位校正。
所述的数字示波器还包括与所述变频处理模块、所述重采样模块和所述频谱分析模块连接的参数配置模块；所述参数配置模块用于为所述变频处理模块配置数字下变频处理所需的参数，为所述重采样模块配置采样率匹配所需的带宽，为所述频谱分析模块配置实时频谱分析所需的参数。
所述的数字示波器包括时域分析模块、缓存模块和显示控制模块；所述时域分析模块与所述数据采集模块、所述变频处理模块和所述显示器连接，用于对所述数字采样数据或者所述基带信号进行分析处理并得到时域分析数据；所述时域分析数据被传输至所述显示器以进行显示；所述缓存模块与所述数据采集模块、所述变频处理模块和所述频谱分析模块连接，用于对各模块配置所需的参数和输出的数据进行临时缓存；所述显示控制模块与所述显示器连接，用于配置所述显示器的界面菜单参数、窗口布局参数和显示通道参数。
本发明的有益效果是：
上述实施例提供一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括数据采集模块、变频处理模块、频谱分析模块和显示器，其中数据采集模块形成有信号输入通道并通过采样处理得到数字采样数据；变频处理模块从数据采集模块获取数字采样数据并用于对数字采样数据进行全带宽任意频点的数字下变频处理，以输出零中频的基带信号；频谱分析模块与变频处理模块信号连接，用于对基带信号进行实时频谱分析处理并得到频谱分析数据；显示器接收频谱分析数据并用于对频谱分析数据进行显示；其中变频处理模块包括dft处理单元、频谱搬移单元、相位校正单元和idft处理单元。第一方面，由于在数字示波器中创新性地加入变频处理模块和频谱分析模块，使得数字示波器具有对高速采样数据进行实时频谱分析的性能，增强了数字示波器的实用价值；第二方面，由于变频处理模块中采用相位校正单元对搬移数据进行相位校正，使得idft处理后的时域信号的相位具有连续性，从而实现采样信号的全带宽测量要求；第三方面，由于变频处理模块中还可以利用频谱搬移单元和频域滤波单元对频域信号进行处理，利用抽取单元和频偏微调单元对时域信号进行处理，利于配合相位校正单元来实现数字下变频，使得数字示波器能够以较少的资源和较高的效率来实现全带宽实时频谱分析等功能；第四方面，由于本申请在数字示波器等数据采集设备上实现实时频谱分析功能，则用户可在全带宽范围内设置任意频点作为中心频率，实时分析带宽连续可设，如此不受数字示波器的时基等参数影响，增强频谱分析性能。
附图说明
图1为本申请实施例一中数字示波器的结构示意图；
图2为数字示波器的改进结构示意图；
图3为本申请实施例二中变频处理模块的结构示意图；
图4为变频处理模块的改进结构示意图；
图5为对数据进行dft处理的原理示意图；
图6为对数据进行矩阵变换的原理示意图；
图7为对数据进行idft处理的原理示意图；
图8为对dft输入数据和idft输出数据进行数据格式控制的原理示意图；
图9为本申请实施例三中变频处理模块的结构示意图；
图10为变频处理模块的改进结构示意图；
图11为本申请实施例四变频处理模块的结构示意图；
图12为本申请实施例五中数字示波器的结构示意图；
图13为时域分析模块的结构示意图；
图14为显示器中窗口布局的示意图；
图15为本申请中数字采样信号的频谱图；
图16为具备相位校正情况下数字采样数据的频域处理结果，其中图16a为频域滤波后的频谱图，图16b为频偏微调处理后的频谱图；
图17为缺少相位校正情况下数字采样数据的频域处理结果，其中图17a为频域滤波后的频谱图，图17b为频偏微调处理后的频谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
实施例一、
请参考图1，本实施例中公开一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括数据采集模块1、变频处理模块2、频谱分析模块3和显示器4，下面分别说明。
数据采集模块1形成有信号输入通道并通过采样处理得到数字采样数据。可以借助模/数转换器（adc）获得数字采样数据，或者称为adc采样数据。
变频处理模块2从数据采集模块1获取数字采样数据，变频处理模块用于对数字采样数据进行全带宽任意频点的数字下变频处理（ddc处理），以输出零中频的基带信号。
频谱分析模块3与变频处理模块2信号连接，用于对基带信号进行实时频谱分析处理并得到频谱分析数据。频谱分析数据可以包括频谱密度图、频谱瀑布图、三维立体频谱图等。需要说明的是，频谱分析模块3的功能可以不局限于对基带信号进行实时频谱分析，还可以对基带信号进行其它形式的分析处理，比如时域特性分析、解调分析等处理，当然具体的分析内容这里不做严格限制。
显示器4从频谱分析模块3接收频谱分析数据，并且对频谱分析数据进行显示。
进一步地，参考图2，本实施例中的数字示波器还包括重采样模块5，该重采样模块5与变频处理模块2和频谱分析模块3进行信号连接。在这里，重采样模块5用于将基带信号的采样率匹配到与预设分析带宽对应的采样率上，以便频谱分析模块3能够以任意带宽接收基带信号。需要说明的是，重采样模块5用来根据用户设置的分析带宽将输入数据的采样率匹配到与分析带宽对应的采样率上。
实施例二、
请参考图3，本实施例中也公开一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括实施例一中公开的数据采集模块1、变频处理模块2、频谱分析模块3、显示器4和重采样模块5，其中，变频处理模块2包括dft处理单元201、频谱搬移单元202、相位校正单元203和idft处理单元204。
dft处理单元201接收数字采样数据，其主要用于通过离散傅里叶变换（discretefouriertransform，简称dft）将数字采样数据处理为频域数据，并输出至频谱搬移单元202。
频谱搬移单元202与dft处理单元201和相位校正单元203连接，用于计算频域内的频谱搬移点数且公式表示为
相位校正单元203频谱搬移单元202与dft处理单元201连接，用于根据预设的相位值对频域数据进行相位校正，处理得到校正数据。在本实施中，相位值由离散傅里叶变换的单次数据处理点数l、当前数据处理次数k，和频域内的频谱搬移点数y、滤波器阶数p以及圆周率π经过多元函数计算得到。
需要说明的是，进行相位校正的目的在于：保证频域数据后续经过离散傅里叶逆变换（idft）后得到的时域数据的相位保持连续性，从而实现采样信号的全带宽测量要求。为了达到相位校正的目的，本实施例中可以利用相位值实现频域数据相位校正的操作，相位值由离散傅里叶变换的单次数据处理点数l、当前数据处理次数k，和频域内的频谱搬移点数y、滤波器阶数p以及圆周率π经过多元函数计算得到，下文中将具体说明。
idft处理单元204从相位校正单元203接收校正数据，用于对校正数据进行离散傅里叶逆变换（idft），处理得到时域数据；这里的时域数据用于形成零中频的基带信号以进行信号的特性分析。
进一步地，参见图4，变频处理模块2还包括dft输入控制单元206和校正系数计算单元205。
参见图2和图4，dft输入控制单元206与数据采集模块1和dft处理单元201连接。dft输入控制单元206用于获取数字采样数据并根据单次数据处理点数l和滤波器阶数p对数字采样数据进行重叠控制和/或补零处理，得到至少一组输入数据；其中，每组输入数据具有l个数据点。
需要说明的是，受系统硬件的限制，对数字采样数据进行dft处理时，只能将数字采样数据进行分批dft输入和处理，所以可以把单次数据处理点数表示为l，滤波器阶数（指滤波器的脉冲响应阶数）表示为p。此外，输入的数字采样数据可以是一路数据，也可以是一路数据经过串并转换后的多路并行数据。
dft输入控制单元206在对数字采样数据进行重叠控制时，重叠控制用于对数字采样数据进行等份截取，在当前截取的数据前端组合前一次截取的数据末端的p个数据点，形成一组输入数据；每组输入数据具有l个数据点，且l为p的整数倍，那么重叠控制过程中的overlap点数就是p。在一个具体实施例中，参见图8中的情况一，对于dft输入情形，k表示数字采样数据被等份截取的序号，也可以表示形成的每一组输入数据的序号；每次截取l-p个数据点，k=1次截取数据前端组合k=0截取数据末端的p个数据点就形成了k=1次的输入数据，如此使得第k次个数据点的dft输入数据中最前面个数据点，和第k-1次dft输入数据中最后p个数据点相同；由于k=0次截取的数据前面没有任何数据，所以k=0次直接截取l个数据点的数据并作为k=0次的输入数据。
dft输入控制单元206在对数字采样数据进行补零处理时，补零处理用于对数字采样数据进行等份截取，在当前截取的数据末端组合p个零值数据点，形成一组输入数据；每组输入数据具有l个数据点，且l为p的整数倍。在一个具体实施中，参见图8中的情况二，对于dft输入情形，k表示数字采样数据被等份截取的序号，也可以表示形成的每一组输入数据的序号；每次截取l-p个数据点，k=0次截取数据末端组合p个零值数据点就形成了k=0次的输入数据，k=1次截取数据末端组合p个零值数据点就形成了k=1次的输入数据，k=2次截取数据末端组合p个零值数据点就形成了k=2次的输入数据，以此类推；如此使得第k次个数据点的dft输入数据中最后面的个数据点均为零值，只有前面l-p个数据点才是原始的数字采样数据。
参见图4，输入数据被传输至dft处理单元201，则dft处理单元201将输入数据划分为一路数据并整体执行离散傅里叶逆变换的计算，得到对应的频域数据。或者，dft处理单元201将输入数据均等划分为多路数据并各自执行离散傅里叶变换的计算，比如将每组输入数据划分为n路且每路m个数据点的数据，且满足
需要说明的是，涉及的旋转因子可以采用公式表示为
参见图4，校正系数计算单元205与相位校正单元203连接，校正系数计算单元205用于根据预设的相位值计算校正系数并配置给相位校正单元203。在这里，校正系数表示为
表1相位值
参见表1，在q=2且y为偶数的情况下，无论k为何值计算得到的相位值均为0；在q=2、y为奇数且k为偶数的情况下，计算得到的相位值为0；在q=2、y为奇数且k为奇数的情况下，计算得到的相位值为-π。
进一步地，参见图4，本实施例中的变频处理模块2还包括频域滤波单元207。
频域滤波单元207与相位校正单元203和idft处理单元204连接，用于将相位校正单元输出的校正数据中的各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至idft处理单元204以进行离散傅里叶逆变换；其中，点乘过程用公式表示为
在另一个具体实施例中，频域滤波单元207可以与频谱搬移单元202和相位校正单元203连接，并设置于两者之间。此时，频域滤波单元207用于将频谱搬移单元202输出的搬移数据中的各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至相位校正单元203以进行相位校正。
进一步地，变频处理模块2还包括频谱搬移点数计算单元208和滤波系数存储单元209。其中，频谱搬移点数计算单元208与频谱搬移单元202连接，主要来计算频域内的频谱搬移点数且公式表示为
进一步地，参见图4，变频处理模块2还包括与idft处理单元204连接的idft输出控制单元210。
对于频域滤波单元207输出的滤波数据，idft处理单元204将滤波后的校正数据划分为一路数据并整体执行离散傅里叶逆变换的计算，得到至少一组输出数据。或者，idft处理单元204将滤波后的校正数据均等划分为多路数据并各自执行共轭处理和离散傅里叶变换的计算，比如将具有l个数据点的校正数据划分为n路且每路m个数据点的数据，且满足
例如图7，利用并行的dft来实现idft功能。对于
参见图4，idft输出控制单元210主要根据单次数据处理点数l和滤波器阶数p对每组输出数据进行输出格式控制，得到对应的时域数据。其中，对每组输出数据的输出格式控制可以采用两种控制方式来实现，接下来分别说明。
idft输出控制单元210采用的第一种控制方式描述为：对每组输出数据中前端的p个数据点丢弃，将留下l-p个的数据点作为时域数据进行输出。参见图8中的情况一，对于idft输出情形，k表示每一组输出数据的序号；k=0次输出数据前端的p个数据点丢弃并以剩余的l-p个数据点形成k=0次的时域数据，k=1次输出数据前端的p个数据点丢弃并以留下的l-p个数据点形成k=1次的时域数据，k=2次输出数据前端的p个数据点丢弃并以留下的l-p个数据点形成k=2次的时域数据，以此类推。
idft输出控制单元210采用的第二种控制方式描述为：将每组输出数据中前端的p个数据点与前一次输出数据中末端的p个数据点进行相加的结果更新前端的p个数据点，将更新后的每组输出数据前端的l-p个数据点作为时域数据进行输出（即idft输出的数据）。参见图8中的情况二，对于idft输出情形，k表示每一组输出数据的序号；将k=1次输出数据前端的p个数据点和k=0次输出数据末端的p个数据点相加并更新为k=1次输出数据前端的p个数据点，如此可以用将k=1次输出数据前端的l-p个数据点形成k=1次的时域数据；以此类推，将k=2次输出数据前端的p个数据点和k=1次输出数据末端的p个数据点相加并更新为k=2次输出数据前端的p个数据点，如此可以用将k=2次输出数据前端的l-p个数据点形成k=2次的时域数据。由于k=0次输出数据的前面没有数据，所以用k=0次输出数据前端的l-p个数据点形成为k=0次的时域数据。
进一步地，参见图4，变频处理模块2还包括抽取单元211和频偏微调单元212。
抽取单元211与idft输出控制单元210连接，用于按照预设的抽取比例对idft输出控制单元210输出的时域数据进行抽取处理，得到抽取数据。需要说明的是，按照一定比例对时域数据进行抽取处理的目的是以降低数据采样率。当抽取比例为d时，系统中滤波器的归一化截止频率为1/d，如此可以将时域数据采样率（或数据率）降为原来的1/d，减少后续处理的数据量并加快处理效率。需要说明的是，在每组时域数据具有l个数据点并且按照
参见图2和图4，频偏微调单元212与抽取单元211和重采样模块5连接，用于根据预设的频偏微调值对抽取数据进行频偏微调，使得抽取数据的中心频率回归于零频位置并形成零中频的基带信号。这里的基带信号被传输至重采样模块5。频偏微调的过程用公式表示为
本领域的技术人员可以理解，本实施技术方案对于高采样率数据，在频域进行频谱搬移、相位校正、频域滤波，然后转换为时域数据后通过抽取降低数据采样率或者数据率，并且在低采样率上进行频偏微调校正相结合能够实现精准的数字下变频方法。
本领域的技术人员可以理解，本实施例中在对搬移数据进行相位校正之后，使得信号的频域处理阶段能够将频谱搬移和频域滤波结合到一起予以实现，如此大大减少了资源消耗，提高了硬件设备的处理效率。此外，在频域处理阶段，将相位校正和频谱搬移、频域滤波结合在一起，使得每一次频谱搬移和滤波处理后经idft处理得到的时域数据的相位是连续的，利于实现对adc采样数据的全带宽实时处理要求。
实施例三、
请参考图9，本实施例中也公开一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括实施例一中公开的数据采集模块1、变频处理模块2、频谱分析模块3、显示器4和重采样模块5，其中，变频处理模块2包括dft处理单元201、频谱搬移单元202、idft处理单元204和相位校正单元203。
本实施例中，dft处理单元201用于通过离散傅里叶变换将数字采样数据处理为频域数据。具体功能可以参考实施例二中的dft处理单元201，这里不再赘述。
本实施例中，频谱搬移单元202与dft处理单元201连接，用于计算频域内的频谱搬移点数，以及将dft处理单元输出的频域数据中的各数据点往零频方向循环搬移y个点数，得到搬移数据。具体功能可以参考实施例二中的频谱搬移单元202，这里不再赘述。
本实施例中，idft处理单元204从频域滤波单元接收滤波数据，用于对滤波数据进行离散傅里叶逆变换，并处理得到的时域数据。具体功能可以参考实施例二中的idft处理单元204，这里不再赘述。
本实施例中，相位校正单元203与idft处理单元204连接，用于根据预设的相位值对时域数据进行相位校正，处理得到校正数据。这里的校正数据用于形成零中频的基带信号以进行信号的特性分析。此外，这里的相位值由离散傅里叶变换的单次数据处理点数l、当前数据处理次数k，和频域内的频谱搬移点数y、滤波器阶数p以及圆周率π经过多元函数计算得到。
进一步地，参见图10，本实施例中的变频处理模块2还包括频域滤波单元207，该频域滤波单元207与频谱搬移单元202连接和idft处理单元204连接，用于将搬移数据中各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至idft处理单元204。具体功能可以参考实施例二中的频域滤波单元207，这里不再赘述。
进一步地，参见图10，本实施例中的变频处理模块2还可以包括dft输入控制单元206、校正系数计算单元205、频谱搬移点数计算单元208、滤波系数存储单元209、idft输出控制单元210、抽取单元211、频偏微调单元212和频偏微调值计算单元213。
其中，dft输入控制单元206与数据采集模块1和dft处理单元201连接。dft输入控制单元206用于获取数字采样数据并根据单次数据处理点数l和滤波器阶数p对数字采样数据进行重叠控制和/或补零处理，得到至少一组输入数据。
其中，校正系数计算单元205与相位校正单元203连接，用于根据预设的相位值计算校正系数并配置给相位校正单元203；校正系数表示为
其中，抽取单元211与相位校正单元203连接，用于按照预设的抽取比例对相位校正单元输出的校正数据进行抽取处理，得到抽取数据。
其中，频偏微调单元212与抽取单元211连接，用于根据预设的频偏微调值对抽取数据进行频偏微调，使得抽取数据的中心频率回归于零频位置并形成零中频的基带信号；基带信号被传输至重采样模块。
其中，idft输出控制单元210主要根据单次数据处理点数l和滤波器阶数p对每组输出数据进行输出格式控制，得到对应的时域数据。
需要说明的是，对于图10中包括的各个单元，具体功能可以参考实施例二中相关内容，这里不再进行赘述。
实施例四、
请参考图11，本实施例中也公开一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括实施例一中公开的数据采集模块1、变频处理模块2、频谱分析模块3、显示器4和重采样模块5，其中变频处理模块2包括dft处理单元201、相位校正单元203、频谱搬移单元202和idft处理单元204。
dft处理单元201用于通过离散傅里叶变换将数字采样数据处理为频域数据。
相位校正单元203与dft处理单元201连接，用于根据预设的相位值对频域数据进行相位校正，处理得到校正数据。
频谱搬移单元202与相位校正单元203连接，用于根据预设的频谱搬移点数对校正数据中的各数据点往零频方向进行循环搬移处理，得到搬移数据。
idft处理单元204从频谱搬移单元接收搬移数据，用于对搬移数据进行离散傅里叶逆变换，并处理得到的时域数据；时域数据用于信号的特性分析。
在本实施例中，dft处理单元201、相位校正单元203、频谱搬移单元202和idft处理单元204的具体功能可以参考实施例一中的相关内容，这里不再进行赘述。
进一步地，本实施例中的变频处理模块2还包括dft输入控制单元206、校正系数计算单元205、频谱搬移点数计算单元208、滤波系数存储单元209、idft输出控制单元210、抽取单元211、频偏微调单元212和频偏微调值计算单元213。
其中，校正系数计算单元205与相位校正单元203连接，用于根据预设的相位值计算校正系数并配置给相位校正单元203；校正系数表示为
其中，频域滤波单元207与频谱搬移单元202和idft处理单元204连接，用于将所述频谱搬移单元输出的搬移数据中的各数据点和预设的滤波系数进行点乘，得到滤波数据并传输至所述idft处理单元204以进行离散傅里叶逆变换。
其中，抽取单元211与相位校正单元203连接，用于按照预设的抽取比例对相位校正单元输出的校正数据进行抽取处理，得到抽取数据。
其中，频偏微调单元212与抽取单元211连接，用于根据预设的频偏微调值对抽取数据进行频偏微调，使得抽取数据的中心频率回归于零频位置并形成零中频的基带信号；基带信号被传输至重采样模块。
其中，idft输出控制单元210主要根据单次数据处理点数l和滤波器阶数p对每组输出数据进行输出格式控制，得到对应的时域数据。
需要说明的是，对于图11中包括的各个单元，具体功能可以参考实施例二中相关内容，这里不再进行赘述。
实施例五、
请参考图12，本实施例中也公开一种集成实时频谱分析功能的数字示波器，其包括实施例一中公开的数据采集模块1、变频处理模块2、频谱分析模块3、显示器4和重采样模块5，还包括参数配置模块6。
参数配置模块6与变频处理模块2、重采样模块5和频谱分析模块3连接。参数配置模块6用于为变频处理模块2配置数字下变频处理所需的参数，为重采样模块5配置采样率匹配所需的参数（如分析带宽），为频谱分析模块配置3实时频谱分析所需的参数。
需要说明的是，其中，数字下变频所需的参数包括离散傅里叶变换的单次数据处理点数l、当前数据处理次数k，和频域内的频谱搬移点数y、滤波器阶数p以及圆周率π。其中，实时频谱分析所需的参数包括分析带宽、分辨率带宽、采集时间、中心频率中的一者或多者。
进一步地，本实施例中的数字示波器包括时域分析模块7、缓存模块8和显示控制模块9。
其中，时域分析模块7与数据采集模块1、变频处理模块2和显示器4连接。时域分析模块7用于对数字采样数据或者基带信号进行分析处理并得到时域分析数据。这里的时域分析数据被传输至显示器4以进行显示。
其中，缓存模块8与数据采集模块1、变频处理模块2和频谱分析模块3连接，用于对各模块配置所需的参数和输出的数据进行临时缓存。
其中，显示控制模块9与显示器4连接，用于配置显示器4的界面菜单参数、窗口布局参数和显示通道参数。比如图14，显示控制模块9在显示器4上配置两个窗口，一个为时域波形的显示窗口，另一个为实时频谱分析的显示窗口，那么可以通过同一个显示界面对时域波形和频谱图同时进行显示，便于技术人员的观察。当然，显示控制模块9还可以对显示器4的窗口布局进行其它形式的调整，如单个窗口或更多窗口进行显示，具体的布局形式不做限制。
在本实施例中，参见图12，时域分析模块7输出的时域分析数据具有时域特性，那么可以对数据进行时间-幅度的分析处理。此外，还可以对时域特征参数进行显示，以便用户观察信号的时域特征。
在一个具体实施例中，参见图13，时域分析模块7可以包括触发控制单元71、存储控制单元72、存储器73、数据处理单元74、波形映射单元75、测量单元76和数学运算单元77。
参见图13，触发控制单元71、存储控制单元72均与数据采集模块1连接，则数据采集模块1用于控制信号的采集处理，在示波模式下则根据采样率大小对输入的adc采样数据进行相应的抽取，具体的抽取比例不做限制，甚至可以不进行抽取；在实时频谱分析模式下则把数字采样数据透传给变频处理模块。
参见图13，触发控制单元71用于示波模式下的各种触发控制，输出触发信号。存储控制单元72在触发控制单元71产生的触发信号作用下将输入数据存储到存储器73中。数据处理单元74将存储器73中存储的数据读出进行可能的抽取（压缩）或者插值处理以及触发校正处理。测量单元76用来实现各种波形参数的参量。数学运算单元77用来实现波形数据的一些数学运算功能或者解码处理，其中数学运算功能包括fft处理等。波形映射单元75用于实现时域波形的显示映射处理。显示器4用于控制显示各种时域波形或者频域波形、测量参数、数学运算结果、菜单等。
需要说明的是，参见图12和图13，参数配置模块6还可以与触发控制单元71、存储控制单元72、数据处理单元74、波形映射单元75、测量单元76和数学运算单元77连接，为这些单元配置所需的参数。
实施例六、
为保证技术人员能够更好地理解本申请的技术方案，本实施例中将对采用相位校正情况下和未采用相位校正情况下数字下变频（ddc）的处理结果进行比较说明。
对于图4中示意的变频处理模块2，其通过结合dft输入控制单元206、dft处理单元201、频谱搬移单元202、相位校正单元203、频域滤波单元207、idft处理单元204、idft输出控制单元210、抽取单元211和频偏微调单元212等单元来实现对数字采样数据的数字下变频处理。可以设定一参数，比如取
如果将图15中的数字采样信号输入至图4中的变频处理模块2，图16a中示意了经过频谱搬移、相位校正和频域滤波后信号的频谱图，可以看出频域滤波单元207输出信号的频谱具有较好的频谱特性，比如具有好的镜像抑制效果，并且杂散频谱也非常少；图16b中示意了经过抽取处理和频偏微调处理后信号的频谱图。可以看出频偏微调单元212输出信号的频谱具有很好的频域特性，信号的中心频率准确的位于零频位置。
如果将图15中的数字采样信号输入至一个变频处理模块中，该变频处理模块的结构可以参考图4，只不过缺少图4中的相位校正单元203。那么，图17a中示意了经过频谱搬移和频域滤波后信号的频谱图，可以看出此时频谱具有很多杂波，即使经过滤波后也无法去除；图17b中示意了经过抽取处理和频偏微调处理后信号的频谱图。可以看出此时频谱依然存在很多杂波，频域特性表现较差，甚至无法确认原始信号对应的频谱位置。
在本实施例中，通过不同情况下频谱图的对比可以得知，本申请技术方案中采用变频处理模块2来实现数字下变频（ddc）功能，使得数字示波器具备实时频谱分析功能的同时，也相比现有技术增强了频谱分析的效果；使用相位校正则能正确获取信号本来的频谱，否则的话就无法获取信号本来的频谱。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种功能模块的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！