基于功率谱密度表征的半自动示波器噪声补偿的制作方法

本公开涉及测试和测量仪器，并且更具体地说，涉及诸如示波器(“示波器”)的测试和测量仪器内部的噪声补偿。

背景技术：

1、若干数据通信标准，诸如ddr5(双数据速率5)、thunderbolt、usb-4v1和一些以太网变体，已经包括对示波器缺陷(诸如噪声和时基抖动)的可选或强制性补偿。基于噪声方差的手动测量来补偿示波器的电压噪声是繁琐和不灵活的。示波器配置(诸如电压刻度、均衡或嵌入/去嵌入滤波器)的变化通常需要独特的校准。

2、图1示出了典型的测量场景，其中示出为rns的示波器的高斯随机电压噪声影响被测设备(dut)噪声和抖动二者的测量。dut 10的内部结构可以由捕获最重要特性的行为模型来表示。dut 10上的数据生成器12根据时钟14供应的定时事件生成从d触发器13发射的理想符号。通过阶跃响应滤波器hu(t)16有意和无意地对发射的符号进行整形。tp1处的信号受时基随机抖动rji和随机噪声rni的影响，这是dut的令人感兴趣的特性。示波器18在tp3处添加随机噪声rns 19，造成测量dut抖动和噪声的努力不准确。示波器输入处的电路，有时称为示波器的前端，可以包括放大器、衰减器、分路器、探头或其他组件，但它们的集体随机噪声贡献在这里用单个分量rns有效地建模。dut信号与不希望的示波器贡献相结合，由示波器接收并且在那里它被可选地放大，并然后在20处由采样保持(s/h)和模数转换器(adc)转换为数字形式。通常，数字信号处理(dsp)可用于改进对所得信号的测量精度。

3、示波器的随机噪声对于每个示波器通道可能是不同的(通常有若干示波器通道)，并且也可能随着示波器设置(诸如刻度和偏移)而变化。表征仪器噪声的最简单方法之一是断开dut与输入(通常用终端取代输入)的连接，以将用于测量的相同方式配置示波器设置，并然后表征剩余随机噪声(通常通过获取样本噪声波形进行分析)。应注意，不一定需要终端，但需要移除对示波器任何输入的任何外部刺激。然后可以重新附接dut，并进行潜在可补偿的测量。这种完全手动过程的显著缺点是，每当改变任何设置时，都必须重复该过程，包括移除和重新附接dut。

4、目前可用的示波器及其分析软件一起包括各种噪声表征和补偿方式。一些依赖于完全手动过程来建立(一个或多个)噪声值，而另一些则自动化一些计算和过程步骤，但通常在范围广泛的示波器设置或测量配置中的任何设置或测量配置变化时都必须重复校准。存在对于不那么繁琐的方法来表征和使用噪声补偿值的需要。

5、对于表示某种特定配置中物理仪器的本底噪声的时域模拟波形(时间序列)，可以使用单个值(σ2(波形的方差)、时间序列中每个值之间的平均差和该序列的均值)量化波形的随机噪声功率。等效地，可以量化σ——波形的标准差，其是方差的正平方根。在接下来的讨论中，可以理解，对标准差的引用可以容易地使用方差，反之亦然。

6、时间序列的方差通常直接在序列上计算。众所周知，方差也可以通过应用parceval定理来计算，其中计算是在时间序列的傅里叶变换上执行的。表示信号的时间序列的傅里叶变换被称为功率谱密度(psd)。使用该原理计算方差(或标准差)在如图2和以下等式中示出：

7、

8、tektronix提供示波器噪声表征应用，以帮助进行噪声补偿。例如，当为ddr5应用执行测量时，可以使用此应用。它通过以下方式改进了完全手动方法：自动化多种示波器配置的噪声方差的测量和存储，同时只需要用终端或其他构件来取代dut，以一次性从示波器输入中移除刺激。图3示出了该方法的简化示例。

9、如图3所示，从示波器输入中移除外部刺激的终端或其他构件22取代dut。对于示波器刻度、偏移、记录长度、带宽和输入通道24的每个可预见的组合，应用捕获代表性波形并在28处计算总噪声方差σn2(或噪声的标准差σn)，并将其存储在数据库30中。考虑到在其上进行这种表征的参数数量，数据库大小可能非常大，并且表征过程缓慢。示波器前端24和26处的任何补偿都会由于示波器刻度、偏移、记录长度、带宽等而引起变化。

10、此外，图3的简化架构仅解决用户场景的窄子集。许多测试配置需要应用一个或多个信号处理操作，例如嵌入或去嵌入网络模型，或线性均衡(例如连续时间线性均衡(ctle)或前馈均衡(ffe))，或任何信号滤波(例如贝塞尔-汤姆逊(bessel-thomson))，所述一个或多个信号处理操作通常改变有效示波器噪声，并且从而使保存的σn值无效。在本领域中，将这些一个或多个信号处理操作组合到单个数字滤波器中，如图4中的27所示。

11、对于ddr5情况，通过存储感兴趣的每个测试配置的独特σn值来处置该情形。每个数字滤波器都消耗当前示波器中通常仅有的少数可用资源中的资源。

12、这进一步扩展了噪声数据库的维度，减慢了表征过程，并遇到了实际障碍，因为需要远远超过四个数字滤波器的情况并不少见。最后，该过程取决于在校准时能够预测滤波器的所有可能组合，包括去嵌入、线性均衡和贝塞尔-汤姆逊滤波。在许多情况下，如果不是不可能的话，这也是不切实际的。

13、本公开的实施例解决了现有技术的这些和其他缺点。

技术实现思路

技术特征：

1.一种动态确定示波器噪声特性的方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在波形的进一步处理中应用动态示波器噪声特性。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过以下方式创建示波器的功率谱密度模型的存储部：

4.如权利要求3所述的方法，其中示波器的不同配置使用示波器可用的一组减少的设置。

5.如权利要求1所述的方法，其中生成任何滤波的表示包括：

6.如权利要求1所述的方法，其中使用修改的功率谱密度包括在感兴趣的频率范围内对修改的谱密度积分，以产生示波器噪声方差作为动态示波器噪声特性。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括取示波器噪声方差的平方根，以产生示波器噪声的标准差作为动态示波器噪声特性。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述方法针对示波器上一个以上通道重复检索、生成和使用操作，以产生一个以上修改的功率谱密度，并且然后组合一个以上修改的功率谱密度以产生用于确定动态示波器噪声特性的修改的谱密度。

9.一种测试和测量仪器，包括：

10.如权利要求9所述的仪器，其中一个或多个处理器进一步配置为执行使一个或多个处理器进行以下操作的代码：在波形的进一步处理中应用动态仪器噪声特性。

11.如权利要求9所述的仪器，其中一个或多个处理器进一步配置为执行使一个或多个处理器进行以下操作的代码：

12.如权利要求11所述的仪器，其中示波器的不同配置使用示波器可用的一组减少的设置。

13.如权利要求9所述的仪器，其中使一个或多个处理器生成任何滤波的表示的代码包括使一个或多个处理器进行以下操作的代码：

14.如权利要求9所述的仪器，其中使一个或多个处理器使用修改的功率谱密度的代码使一个或多个处理器进行以下操作：在感兴趣的频率范围内对修改的谱密度积分，以产生示波器噪声方差作为动态示波器噪声特性。

15.如权利要求14所述的仪器，其中一个或多个处理器进一步配置为执行使一个或多个处理器进行以下操作的代码：取示波器噪声方差的平方根，以产生示波器噪声的标准差作为动态示波器噪声特性。

16.如权利要求9所述的仪器，其中处理器进一步配置为执行使一个或多个处理器进行以下操作的代码：针对示波器上一个以上通道进行检索、生成和使用操作，以产生一个以上修改的功率谱密度，并组合一个以上修改的功率谱密度来产生用于确定动态示波器噪声特性的修改的谱密度。

17.一种表征示波器中噪声的方法，包括：

18.如权利要求17所述的方法，其中示波器的不同配置使用示波器的一组减少的可用设置。

19.如权利要求18所述的方法，其中该组减少的可用设置包括刻度、偏移和通道。

20.如权利要求17所述的方法，其中存储功率谱密度模型包括存储用于示波器配置的噪声数据。

技术总结
提供了基于功率谱密度表征的半自动示波器噪声补偿。一种动态确定示波器噪声特性的方法包括：基于示波器的当前配置从存储部中检索噪声的功率谱密度(PSD)模型；生成应用于由被测设备生成的波形的任何滤波的表示；使用PSD和该表示来产生修改的功率谱浓度；以及使用修改的功率谱密度来确定动态示波器噪声特性。一种测试和测量仪器具有：一个或多个输入，用于从被测设备(DUT)采集波形；一个或多个处理器，用于从数据库中检索噪声的功率谱密度(PSD)模型，生成应用于由DUT生成的波形的任何滤波的表示，使用PSD和该表示来生成修改的PSD，以及使用修改的PSD来确定动态仪器噪声特性。

技术研发人员：M·L·冈瑟,P·R·齐夫尼
受保护的技术使用者：特克特朗尼克公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15