專利名稱：對重復信號欠采樣來測量重構模擬波形的轉變時間的制作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理。
背景技術：
同一申請人Agilent Technologies遞交的US6，462,693B1公開了將模擬
信號轉換成一些數字式信號表示形式。該方法包括這樣的步驟將模擬信
號中的幅度值與一些基準幅度值進行比較，來判定該模擬信號大于還是小
于基準值。該方法還包括這樣的步驟產生與在比較步驟中的判定結果相 對應的數字信號的邏輯電平。該方法實質上將模擬信號轉換成時間表示形 式，然后將該時間表示形式轉換成數字式表示形式。其裝置包括一些比較 器，這些比較器各自被連接來接收模擬信號，分別接收上述基準值中不同 的基準值，并產生該數字式信號。該模擬信號被從數字式表示形式重構。
同一申請人Agilent Technologies遞交的US6，429，799B1公開了將模擬
信號轉換成數字式表示形式。該方法包括這樣的步驟產生一些時變基準 信號，將模擬信號的幅度與各個基準信號的幅度進行比較來判定該模擬信 號的幅度是大于、小于還是等于基準信號幅度，并在每次模擬信號與基準
信號的幅度相等時產生時間戳(timestamp)。其設備包括基準信號發生器 和一些比較器，每個比較器被連接以接收模擬信號，分別接收這些基準信 號中不同的基準信號，并產生數字式信號。模擬信號可以被從數字式表示 形式重構。
同一申請人Agilent Technologies遞交的US2004/0070529A1公開了對 模擬信號進行預處理，并將經過預處理的信號轉換成數字式表示形式。該 方法包括對模擬信號進行預處理，產生一些基準信號，將經過預處理的信 號的幅度與這些基準信號的幅度進行比較以判定經過預處理的信號的幅度 是大于、小于還是等于基準信號幅度，并在經過預處理的信號與基準信號的幅度相等時產生時間戳。其設備包括預處理器、基準信號發生器和一些 比較器。這些比較器中的比較器從預處理器接收經過預處理的信號，分別 接收基準信號，并產生數字式信號。經過預處理的信號或模擬信號可以被 從數字式表示形式重構。
S.Sunter在IEEE International Test Conference, 2004, pp.95-104的"An Automated, Complete, Structural Test Solution for SERDES"公開了 GHz級 串行和解串(SERDES)，這已經成為主要的芯片間和板間數據傳輸技 術。信號完整性是判定其位出錯率的主要因素(通常小于10—12)，因此一 次產品測試(primary production test)的難點在于對皮秒級抖動(jitter)和 信號眼圖開度(eye opening)進行測試。片外(off-chip)的抖動和上升/下 降時間測量受到硬件復雜性、訪問(access)、帶寬和噪聲的限制。已公 開的片上(on-chip)測量技術受到延遲線抖動的限制。該論文提出了一種 新的抖動測試技術，該技術已經在FPGA上得到展示，獲得了小于lps的 RMS自抖動(self-jitter)，還提出了一種具有無限帶寬的新的信號眼圖測 試，這兩種測試都沒有使用高速電路。全數字式技術使用接收器本身來將 信號抖動解調成低速的位流，該位流由單一時鐘脈沖域的可合成電路來分 析。將其與邏輯BIST和1149.6邊界掃描相結合來完整地測試IC。
但是，仍然需要有效的信號處理。

發明內容
本發明的一個目的是能夠進行有效的信號處理。該目的是通過獨立權 要求的技術方案來實現的。從屬權利要求示出了進一步的實施方式。
根據本發明的一種示例性實施例，提供了一種用于對重復信號進行處 理的信號處理裝置，該裝置包括確定單元，用于確定對重復信號進行欠 采樣的多個時間點；比較器單元，用于在所述多個時間點將所述重復信號 與基準信號進行比較；產生單元，用于產生表示比較結果的數字式結果信 號；評估單元，用于確定數字式結果信號的轉變時間。
根據另一種示例性實施例，提供了一種測量設備，該測量設備包括具 有上述特征的信號處理裝置，以對與由測量設備執行的測量有關的重復信號進行處理。
根據再一種示例性實施例，提供了一種對重復信號進行處理的信號處 理方法，該方法包括確定用于對重復信號進行欠采樣的多個時間點；在
所述多個時間點將所述重復信號與基準信號進行比較；產生表示比較結果 的數字式結果信號；確定數字式結果信號的轉變時間。
根據再一種示例性實施例，提供了一種計算機可讀介質，其中儲存了 對重復信號進行處理的計算機程序，該計算機程序在由處理器執行時，適 于控制或執行上述方法。
根據再一種示例性實施例，提供了一種對重復信號進行處理的程序要 素，該程序要素在由處理器執行時，適于控制或執行上述方法。
本發明的實施例可以部分地或全部地由一個或多個合適的軟件程序來 實施或支持，所述軟件程序可以儲存在任何類型的數據載體上或由這些數 據載體以其他方式提供，并可以在任何合適的數據處理單元中或由這些數 據處理單元執行。軟件程序或例程可以優選地應用于對重復信號進行處 理。根據本發明一種實施例的欠采樣可以由計算機程序(即通過軟件)來 執行，或者利用一個或多個具體電子優化電路(即以硬件方式)來執行， 或者以混合形式(即使用軟件部分和硬件部分)來執行。
根據一種示例性實施例，利用欠采樣(尤其是利用相干采樣方案)來 對具有某種周期性(從而重復若干次)的信號進行處理。這里，術語"欠 采樣"可以表示這樣的采樣方案用比可能的時間分辨率的倒數小的貸款
來對信號進行采樣。在確定了應該執行采樣的幾個時間點(例如大體上等 距的時間點)之后，在這些時間點將該重復信號與比較信號或基準信號進 行比較。比較的結果可以是該重復信號大于該基準信號、小于該基準信號 或等于該基準信號。這樣，可以產生表示該比較結果的某種數字式結果信
號。在這個數字式結果信號形式"0"到"1"的轉變(或相反的轉變)發
生的時候，與該重復信號有關的信息可以被"編碼"。換言之，在比較結 果的邏輯值發生轉變的時間點中可以包括與要處理的信號有關的信息。可 以從這種數字式表示形式來重構模擬信號。
可以優選地執行所謂的"相干采樣"，g卩，在信號處理裝置的各個部件(尤其是產生基準信號和確定信號的單元)的操作之間確保限定的時間 相關性。這種相干例如可以通過下述方式獲得為這些部件提供公共的時
鐘信號，或者將這些部件的定時(timing)嚴格地連接或耦合(例如利用
鎖頻等方式)。
尤其是，可以利用相干數字自動測試設備(ATE)通道執行模擬信號 的欠采樣。
為了測試電子器件，尤其是提供數字式電子輸出信號的集成電子電 路，可以向待測器件(DUT)的輸入端饋送測試信號或激勵信號，并可以 由自動測試設備對來自待測器件的響應信號進行評估，例如通過與期望數 據進行比較的方式。這種自動測試設備可能已經包括了特定的測試功能， 即，該測試設備可以執行的測試功能或例程。測試功能可以以可執行軟件 代碼的形式被包括在測試設備中。在測試信號(可以是重復信號)在這種
電子測試裝置內傳輸時，也可能發生這樣的情況信號在模擬和數字形式
之間轉換。為了執行這種轉換，可以實施根據一種示例性實施例的欠采樣
特征。可以受益于這樣的事實這種激勵信號和/或響應信號可以具有一定 的周期性，即，可以是重復信號。
示例性實施例可以將這種數據處理的結果變換成"標準"ADC (模擬
一數字轉換器)結果格式。例如，已在重復信號的周期內的不同時間點對 重復信號進行了多次欠采樣之后，可以有利地對數據點進行重排序，以通 過重復信號新的循環而在數據點之間進行插值。但是，通過執行這種重排 序，信號的等距特性可能受到影響，使得輸出信號可能是非等距的。本發 明的實施例可以采集這種非等距信號并對它們進行后處理，從而得到輸出 信號的大體上等距序列，例如在時間或頻率方面大體等距。
尤其是，本發明的實施例可以在模擬一數字轉換器(ADC)中實現， 模擬信號應當在所述ADC中數字化。換言之，模擬波形可以被轉換成數 字信號。這里，重復信號可以受到欠采樣。這拉，術語"模擬"可以表示 具有連續電平的信號(例如經調制的射頻信號)。術語"數字"可以尤其 表示具有離散電平(例如邏輯值"1"或"0")的信號。
本發明實施例的一個示例性應用領域是"自動測試設備"，即在對待測器件(DUT)進行測試情況下模擬測試信號的數字化。由于這種測試可 以是可重復的，所以可以應用對重復信號進行欠采樣的概念。
術語"相干采樣"可以尤其理解為"欠采樣"的衍生形式。"欠采 樣"可以表示與無重復地捕獲全部所需信息所必需的情況相比更慢的方式 或更慢的采樣速率執行采樣。在"相干采樣"的情況下，采樣周期與信號 的重復時間之間限定的比率可以得到確保或調節。在執行這種欠采樣時， 優選地利用相干采樣，要得到的信號在數字式比較信號的轉變時間中被編 碼。信號被分析多次，例如三次。對于每次循環，獲得新的中間測量點， 這些點相繼對測量進行細化。可以以更高精度地測量轉變時間或時間戳為 目的執行"數字式欠采樣"。對于轉變時間的這種相干測量，重復信號被
多次采樣，可以選擇信號頻率與采樣速率之間的分頻比率(fractional frequency ratio)。采用這種措施可以產生中間采樣點，從而提高所確定的 轉變時間的精度。尤其可以通過將波形重復很多次并選擇足夠高的采樣速 率來提高精度。
根據一種示例性實施例，可以提供一種實施相干采樣的模擬一數字轉 換器，該相干采樣用于測量用于重構模擬波形的轉變時間。尤其是，這種 ADC可以有利地在測量裝置(例如用于對待測器件(DUT)進行測試的測 試裝置)中實現。
控制時鐘單元可以提供時鐘信號，從而能夠有相干時間戳，所述時鐘 信號能夠由信號處理裝置的整體使用。相干采樣可以提高在所確定的時間 點進行采樣的精度。
因此，根據一種示例性實施例，可以執行重復模擬信號(包括經調制 的RF信號)的欠采樣(或某種數字化)。這些信號尤其可以具有 100MHz與10GHz之間的頻率范圍。作為調制方案，例如可以使用幅度調 制、頻率調制或相位調制。
這種欠采樣可以嵌入自動測試設備(ATE)領域，在該領域中，執行 混合信號/RF測試并可以使信號是重復性的。因此，發生重復信號的任何 技術領域都可以是示例性實施例的可能應用領域。在許多情況下，測試判 據假定均勻地訪問空間樣本(如來自傳統的ADC)，或假定訪問信號譜。
ii術語"數字式"可以表示與時間無關的兩個電平。術語"模擬"可以 表示無論何時，電平是連續的。模擬信號可以包括經調制的RF信號。術
語"相干"可以表示N/M頻率或周期比，其中N可以是采樣點的數目， 而M可以是要采樣的信號的重復數目，并且N與M是互質的。
根據一種示例性實施例，可以提供一種信號處理裝置，在該裝置中， 重復模擬信號得到評估。對于這樣的模擬信號，可以執行與一個已知電平 的、或與多個已知電平的、或與任何其他波形的比較。這種比較的結果可 以是數字信號。該數字比較信號然后可以受到相干采樣，從而獲得數字式 樣本。接著，可以從數字樣本確定比較信號的精確轉變時間。可以用轉變 時間加上轉變時間時已知波形的電平來構造樣本。
可選地，可以將重復信號與一個靜態電平、多個靜態電平、正弦波、 其他動態波形、或經過預處理的信號進行比較。可以用數字式ATE通道作 為相干采樣器。此外，可以選擇性地將抖動加到該信號以提高分辨率/精 度。在對轉變進行檢測時，可以確定轉變之后的"第一個"信號，可以確 定轉變之前的"最后一個"信號，可以確定最后一個點與第一個點之間的
"中間"時間，或者可以在轉變之前和之后的測量點之間的間隔中執行
"計數"。
根據另一種示例性實施例，可以由該信號處理裝置對模擬信號進行處 理。可以將該模擬信號與已知電平進行比較。隨后，可以確定比較信號的 轉變時間。可以構造樣本。這些樣本可以被變換成通常的"ADC"格式。 在此情況下，可以執行插值，可以執行NUFFT (非均勻快速傅立葉變 換)，和/或可以執行非均勻離散傅立葉變換(NUDFT)。在NUDFT的情 況下，可以執行(經調制的)RF信號的直接降頻轉換。還可以通過在 NUDFT中包括DC項而執行偏移校正。通過在NUDFT中包括已知的雜散 頻率能夠進行雜散頻率抑制。此外，還可以執行噪音抑制。能夠在單一相 鄰頻率范圍中使用等間距的頻率，像傳統FFT中一樣。
根據一種示例性實施例，可以提供一種使用數字式ATE通道的RF接 收器。在此情況下，可以使用(經調制的)窄帶(RF)信號。可以與一個 (或多個)靜態電平進行比較。數字式ATE通道可以用于相干采樣。可以確定精確的跨越時間(crossing time)。窄帶譜可以被重構(NUDFT)。 該結果可以通過簡單的頻移來進行降頻轉換。 下面將說明本發明進一步的示例性實施例。
下面將說明信號處理裝置進一步的示例性實施例。但是，這些實施例 也適用于測量設備，適用于該方法，適用于該程序要素并適用于該計算機 可讀介質。
信號處理裝置可以適于處理重復模擬信號。這種模擬信號可以呈現任
何連續的值。術語"重復"可以具有這樣的含義該信號具有某種周期性 并重復多次。
此外，信號處理裝置可以適于處理重復的經調制射頻(RF)信號。尤 其是，這種信號處理可以在RF接收器的情況下執行。
信號處理裝置可以適于用作模擬一數字轉換器(ADC)，用于將重復 模擬信號轉換成數字信號。在這種轉換中實施相干采樣可以使得能夠以高 精度執行轉換。對結果信號進行重新計算以獲得等距間隔的結果信號可以 簡化對這種經轉換信號的后處理。
確定單元可以適于確定對于多個重復的每一者而不同的時間點。在根 據不同的重復對這種重復信號的不同周期進行比較時，隨后周期的采樣點 可能相對于彼此而偏移。通過采取這種措施，可以獲得采樣的中間點來使 分析更加精細。
確定單元可以適于確定對于多個重復的每一者而不同的時間點，以獲 得大體上均勻間隔的時間數據。通過將采樣點與轉變數目之間的比率選擇 為非整數值，這種均勻間隔的時間特征可以與對于信號的每次重復獲取中 間點的有效方式相結合。
基準信號可以是由下列項構成的組中的一項在時間上恒定的單一信 號；分別在時間上恒定的多個信號；根據預定波形而歲時間變化的信號； 以及正弦信號。但是，也可以是其他任何波形，例如任何三角函數、鋸齒 函數、階躍函數等。
評估單元可以適于將與多個重復中的不同重復有關的時間點的信號考 慮在內來確定轉變時間。這樣，不同的重復樣本信號可以被組合以提高精度，尤其是獲得兩個數據點之間的中間信號。這可以使數據格式轉換精細 化。
時間點的數目可以大于重復的數目。時間點的數目與重復的數目之間 的比率可以是非整數值。這后一種措施可以確保由額外的重復提供與信號 有關的額外信息。
有利地，信號處理裝置可以包括排序單元，排序單元適于根據重復信 號的周期內相應的時間點的排列表，對與不同的重復有關的數字式結果信 號進行排序。通過在欠釆樣之后對信號進行重排序或重新排序，可以對數 字式結果信號的轉變環境中點的數目進行精細化。
產生單元可以適于在相應的重復信號大于基準信號的情況下產生具有 第一邏輯值(例如"1")的數字式結果信號，避過那可以適于在相應的 重復信號小于基準信號的情況下產生具有第二邏輯值(例如"o")的數 字式結果信號。因此，轉變時間可以被計算為在從第一邏輯值向第二邏輯 值的轉變發生時的時間點。為此，評估單元可以根據數字式結果信號具有 第一邏輯值的序列中的最后一個時間點的分析來確定轉變時間。或者，第 一時間點可以被確定為數字式結果信號具有第二邏輯值的序列中的轉變時 間。還可以計算這個第一邏輯值的最后一個時間點與第二邏輯值的第一個 時間點之間的平均時間。
或者，可以通過對轉變間隔進行統計學分析來使評估轉變時間的精度 進一步精細化。例如，由于諸如抖動、噪聲或其他信號畸變的效應，可能 發生這樣的情況在轉變時間附近，可能造成第一邏輯值和第二邏輯值的 交替值的序列。在這種情況下，對該區域中的數據點進行統計學分析并計 算(最)可能的轉變時間可能更加合理。這可以包括插值、統計學平均、
將數學概率函數對所確定的數字式值(某種溫度計碼(thermometer code))進行擬合，例如累積概率密度函數等。
評估單元可以適于根據操作模式來確定轉變時間，所述操作模式是根 據信號抖動或信號噪聲的存在程度來選擇的。在信號抖動/噪聲較大時，比 較容易發生信號畸變，轉變間隔比較容易包括某些畸變的測量點。在信號 抖動較小時，可以優選采用在數值方面更容易的解決方案，即，使用第一邏輯值的最后時間或第二邏輯值的第一個時間點或者它們的平均來作為實 際轉變時間。
信號處理裝置可以包括輸出信號計算單元，該單元適于計算大體上間 隔均勻的輸出信號。在重新排序之前可以實現等距。但是，對于信號的后 處理，可能希望信號大體上間隔均勻，尤其是在時間上間隔均勻或者在頻 率上間隔均勻。
為了獲得這種均勻間隔的信號，輸出信號計算單元可以適于利用Sine 插值(即，由參數的正弦與該參數的比率所形成的數學函數，其中該參數 可以是時間)、多項式插值(例如拉格朗日插值、樣條插值或線性插值) 來確定大體上均勻間隔的輸出信號。還可以實施分數延遲濾波。
輸出信號單元可以適于通過執行由下列項構成的組中的至少一項來計
算該輸出信號快速傅立葉變換(FFT)、非均勻快速傅立葉變換 (NUFFT)、利用快速多極法(FMM)的非均勻快速傅立葉變換 (NUFFT)、以及非均勻離散傅立葉變換(NUDFT)。尤其是，信號處
理裝置可以適于用相干采樣來處理重復信號。相干采樣可以表示采樣的時
間特性是完善的。
可以通過實施時鐘產生單元從而能夠進行相干采樣，所述時鐘產生單 元適于產生用于信號處理裝置的多個部件的公共時鐘信號。例如，這種時 鐘產生單元可以向待測器件、向用于產生基準信號的基準信號發生器、以 及向用于對比較信號進行評估或處理的單元提供公共時鐘信號。這樣，時 鐘產生單元可以產生用于信號處理裝置的部分或全部部件的公共時鐘信 號。
或者，可以提供多個時鐘產生單元，每個時鐘產生單元適于產生用于 信號處理裝置的指定部件的單獨時鐘信號，其中這多個時鐘產生單元可以 被鎖頻(frequency-locked)。例如，可以提供具有相同輸出頻率的三個鎖 頻發生器來為待測器件、基準信號發生器和用于對比較信號進行評估的單 元產生各自的時鐘信號。
又或者，可以實施具有足夠精度的三個獨立時鐘發生器來確保所需的 輸出頻率。
15信號處理裝置還可以包括抖動增加單元，該單元適于將抖動選擇性地 加到重復信號和/或比較信號和/或相干采樣時鐘。通過采取這種措施，可
以以限定的方式抹去(smearout)信號，這可以提高信號轉換的精度。
信號處理裝置可以包括自動測試設備單元(ATE)，該單元提供了用 于DUT的環境以使DUT是用于提供該重復信號的源，如Agilent 93000測 試設備。這樣，信號處理裝置尤其可以以這種ATE的ADC的形式實施， 以測試待測器件，例如用于移動電話的芯片。這種自動測試設備可以提供 用于DUT的環境以使DUT是用于提供該重復信號的源，并可以為對待測 器件進行測試而實施。
下面將說明測量設備的更多示例性實施例。但是，這些實施例也適用 于上述信號處理裝置、方法、程序要素和計算機可讀介質。
測量設備的信號發生單元可以適于產生激勵信號作為上述重復信號或 作為用于重復信號的基礎，所述激勵信號將被施加到待測器件以對該待測 器件進行測試。還可以由DUT根據測試設備的(重復的或非重復的)激 勵信號來產生重復信號。這種激勵信號可以是施加到DUT (例如待測芯 片)的針腳的任何信號模式，可以在DUT的其他針腳處檢測響應信號。 通過將這些響應信號與期望信號進行比較，可以確定待測器件是可接受的 還是應當拋棄的。在向這種待測器件施加測試序列時，信號通常被重復多 次。這樣，根據一種示例性實施例的信號處理裝置可以有利地在這種測量 設備中實施，尤其是在用于這種測量設備的ADC的情況下。
測量設備還可以適于響應于為了對待測器件進行測試而向待測器件 施加的激勵信號，接收來自待測器件的響應信號作為該重復信號。在這種 情況下，待測器件可以產生該重復信號，該重復信號然后可以由測量設備 的信號處理器來評估。
尤其時，測試設備可以包括由下列項構成的組中的至少一項模擬_ 數字轉換器(ADC)、傳感器裝置(例如對DUT的參數進行傳感)、用 于對待測器件或襯底進行測試的測試裝置(例如Agilent 93000系列的設 備)、用于化學、生物學和/或藥學分析的裝置、適于將流體的成分分開的 流體分離系統、毛細管電泳裝置、液相色譜裝置、氣相色譜裝置、電子測量裝置以及質譜裝置。更廣地說，這些實施例可以用在電子學和測量應用 的許多領域中(例如生命科學體系中)，或者精確信號轉換或信號處理可 能成為問題的模擬或數字電子學的任何領域中，尤其是在使用重復信號的 時候。


參照結合附圖對實施例的如下詳細說明，可以更容易明白并更好地理 解本發明各實施例其他的目的以及許多相伴的優點。在實質上或功能上相 等或類似的特征將由相同的標號來標記。
圖1示出了根據本發明一種示例性實施例的信號處理裝置。
圖2示出了相干時間戳情況下的曲線圖。
圖3圖示了根據一種示例性實施例的信號處理裝置。
圖4示出的曲線示了存在抖動的情況下信號處理裝置的功能。
圖5示出的曲線示了存在抖動的情況下數據處理裝置的操作模式。
圖6示出了根據一種示例性實施例，在用于模擬波形重構的信號處理
的操作過程中的曲線圖。
圖7圖示了根據本發明一種示例性實施例的數據處理裝置。 圖8圖示了在根據一種示例性實施例的信號處理裝置的情況下的均勻 插值。
圖9示出了根據一種示例性實施例的測量設備。 附圖中的圖示是示意性的。
具體實施例方式
下面參照圖1，對根據本發明一種示例性實施例的信號處理裝置100 進行說明。
重復信號源101適于產生周期性重復信號102。重復信號102是重復 多次的周期性信號。該重復信號102用在對待測器件進行檢査的情況中。 重復信號102被提供到確定單元103的輸入端。確定單元103適于確定用
17于對重復信號102進行欠采樣(undersampling)的若干個時間點。對重復 信號102進行采樣的這些時間點可以被以控制信號104的形式供給觸發器 (flip flop) 130，觸發器130位于比較器單元105的輸出端，在該輸出端 處可以提供表示比較結果的比較器信號120。重復信號102被提供到比較 器單元105的第一信號輸入端。基準信號106被提供到比較器單元105的 第二信號輸入端，該基準信號106是由基準信號發生器單元107產生的。 由圖1可見，時鐘發生單元108產生時鐘信號109a、 109b，這些信號分別 被供給重復信號源101和基準信號發生器107。在這種情況下，可以確保 基準信號源101和基準信號發生器107得到同步從能能夠進行相干采樣。
比較器單元105適于將重復信號102與基準信號106進行比較。比較 器單元105的輸出端提供該比較的結果，所述輸出端耦合到觸發器130的 輸入端。比較器單元105的輸出端所提供的比較信號120被供給觸發器 130，觸發器130將表示具體比較次數的控制信號104考慮在內而產生數 字式結果信號110。數字式結果信號IIO被供給重排序(re-sorting)單元 111，所述重排序單元111適于根據重復信號102的周期內由時間控制信 號104限定的相應時間點的排列表(chronology)，對與重復信號102的 不同重復(repetition)有關的數字式結果信號110進行重排序。在對信號 110的分量進行了重新排序之后，該信號被提供到評估單元112，以確定 數字式結果信號110的轉變時間(transition time)。轉變時間被認為包括 了要通過系統100的信號處理而獲得的信息(參見圖2)。
評估單元112根據經過排序的信號113對提供到輸出信號發生單元 115的轉變時間信號114進行評估。輸出信號計算單元115對輸出信號116 進行計算，輸出信號116在時間方面基本上間隔均勻，在信號處理裝置 100的輸出端處提供該輸出信號116。
重復信號102是重復性的模擬信號，尤其是重復性的經調制射頻信 號。信號處理裝置100適于進行模擬一數字信號轉換，從而提供數字式信 號116，數字信號116代表了信號102的模擬波形。
如下文中參照圖2更詳細地說明的，確定單元103對于信號102的多 次重復中的每一者確定不同的時間點，在這些時間點，由比較器單元105執行比較。因此，由確定單元103產生的信號在時間上是大體上均勻間隔 的。基準信號106在圖1的實施例中是恒定信號。數字式結果信號110可
以在特定時間點處重復信號大于或等于基準信號106的情況下具有邏輯值 "1"。在重復信號小于基準信號106的另一種情況下，數字式結果信號 IIO的邏輯值為"0"。
輸出信號計算單元115可以執行插值，以獲得在時間上大體均勻間隔 的輸出信號116。為此，可以由輸出信號產生單元115執行多種信號變換 算法。
時鐘發生單元108產生用于重復信號源101的第一時鐘信號109a和用 于基準信號發生器107的第二時鐘信號109b。作為提供兩個單獨的時鐘信 號109a、 109b的一種替換形式，也可以是時鐘發生單元108產生用于重復 信號源101和基準信號發生器107的公共時鐘信號。
因此，圖1的實施例能夠測量用于模擬波形重構的轉變時間。根據圖 2所示的曲線圖200和曲線圖250可以對此更加了解。
時間沿著曲線圖200的橫軸201而繪制。信號值沿著曲線圖200的縱 軸202而繪制。第一曲線圖示出了重復模擬信號102。第二曲線圖示出了 恒定的基準信號106。圖2中還示出了階躍函數狀的比較信號120的時間 點203。
沿曲線圖250的橫軸210示出了經修改的時間軸210 (時間縮放比 (time modulo) l/M=l/3)。沿曲線圖250的縱軸211示出信號值。曲線 圖250中還示出了經過重新排序的數據點203。此外，還示出了比較信號 120。此外，轉變時間251可以從圖2的曲線圖250中得到。
根據圖2的命名，R=0.7是基準信號106的值，N=32是數據點203的 數目。M=3是重復信號102的重復次數。這樣，根據圖2，要采樣的信號 102具有正弦形狀，但可以具有任何其他形狀，尤其是周期性形狀。優選 地，N和M可以是互質或互素的。
根據所述這種實施例，可以通過用數字式ATE通道進行相干數字式采 樣，來對重復數字式比較信號120的轉變時間251進行精確的評估或評 價。兩個測量時刻203之間的時間間隔可以由Ts表示，而重復信號102 — 個周期的時間長度可以由Tr表示。優選地，當N與M互質并進行了KX N次采樣時，等式NXTS==MXTR成立。然后可以根據排序方案 iS(3Rf mod(iXM， N)來對樣本進行重新排序。轉變時間251是轉變之前的最 后一個樣本的時間與轉變之后第一個樣本的時間之間的時間。
禾U用圖1和圖2的實施例的相干采樣方案，可以獲得任意精細的時間 分辨率(Ts/N)，尤其是當N足夠大的時候。可以實現大體上線性的時間 測量(假定對于Ts有恒定的頻率采樣時鐘)。
樣本的電平精度可以只由轉變時間測量的精度來決定，而不是例如由 靜態比較電平的數目來決定。
下面將根據圖3所示的信號處理裝置300，對根據本發明一種示例性 實施例的相干性特征進行說明。
圖3示出了待測器件301。待測器件301產生待測信號s(t)(其中t為 時間)，該待測信號被提供到比較器302的第一信號輸入端。基準信號r(t) 被提供到比較器302的第二信號輸入端，并且是由基準信號發生器303產 生的。在比較器302的輸出端，提供比較信號c(t)，該比較信號被提供給 觸發器304。觸發器304的輸出端耦合到存儲器305的輸入端。存儲器 305的輸出端耦合到轉變時間算術單元306的輸入端，所述轉變時間算術 單元用于確定所需的(一個或多個)轉變時間。
此外，數據處理裝置300包括公共時鐘發生器單元307，該單元產生 用于系統300的不同部件的公共時鐘。時鐘發生器單元307耦合到分頻器 (divider) DN單元308，所述分頻器DN單元用于向觸發器304提供時鐘 信號。此外，時鐘發生器單元307還耦合到分頻器Dref 309，所述分頻器 Dref產生要向基準信號發生器303提供的時鐘信號。此外，時鐘發生器 307還耦合到分頻器DM 310，所述分頻器DM接著耦合到待測器件301 ， 從而產生用于待測器件301的時鐘信號。
根據圖3的實施例，例如通過公共時鐘基準，可以確保相干性。待測 信號在時間TV (由分頻率器DM 308控制)之后重復。動態基準信號具有 周期TRef，并由分頻器Dref單元309控制。靜態比較電平不需要時鐘。此外，還可以實現由分頻器單元DN310來控制的數字式采樣周期Ts。
作為圖3的實施例的替換形式，也可以有具有相同輸出頻率的三個單
獨的鎖頻時鐘發生器。或者，可以給三個獨立的時鐘發生器提供足夠的精
度來確保所需的輸出頻率。
應當注意，系統300的功能塊304至306可以由任何所需的時間一數
字轉換器單元來代替。從非等距樣本至等距樣本的轉換可以利用任何信號
處理方案來執行，尤其是可以適用于任何具有時間戳的信號的數字化。換 言之，從非等距樣本產生等距樣本并不限于重復信號。
圖4示出了曲線圖400、 430、 450，這些曲線示了在對不完美的 信號的轉變時間進行測量的情況下(即對于收到噪聲和/或抖動干擾的信號 的情況下)圖2的情形。
在存在噪聲或抖動的情況下，通過觀察轉變附近的全部樣本并選擇合
適的"平均"轉變點，可以獲得時間戳的更好估計。即，抖動可以允許在 樣本之間進行插值。如果噪聲不足(例如，對于采樣時鐘的較小的PRBS 信號，或者將帶有噪聲的二極管連接到比較器輸入端)，還可以人工地加 入抖動。圖4的圖示包括0.02rms的噪聲電平。
下面將參照圖5，對測量不完美的信號(即存在噪聲或抖動情況下的 信號)的轉變時間進行詳細說明。
圖5再次示出了與圖4的曲線圖400類似的曲線圖500，并示出了與 圖4的曲線圖450類似的曲線圖550。
在不進行平均的情況下確定轉變時間的一種容易的方式是采取第一個 "1"。在圖5的場景中，測量點203#12因此被選擇為轉變時間，使得 t=12/256。樣本的總數是256。或者，也可以選擇最后一個"0"，這將造 成對測量點203#22處轉變時間進行估計。
或者，也可以實施一些平均例如，可以采取第一個"l"與最后一 個"0"之間的中點。這將造成轉變時間1=(22+12)/2/256=17/256。
或者，可以引入更多的平均，這造成更加容易的計算方案以及適當的 結果。根據這樣的實施例，可以對值"0"進行計數。這可以造成轉變時 間t:l 6/256。一種對轉變時間的更好的估計(但包含更多的計算)包括對使偏差^
(Ei或E2)總和最小的時間"T"進行搜索。轉變附近的S個樣本 (i=l,...,S)各自具有采樣時間ti，數據值di ( "0"或"1")。
下面的式子描述了對于上升轉變的情況<formula>formula see original document page 22</formula>
下面參照圖6，對模擬波形重構進行詳細說明。
第一曲線圖600示出了對于第一分辨率值0.005，根據圖3的信號 s(t)、 r(t)和c(t)隨時間的變化關系。第二曲線圖650示出了對于第二分辨率 值0.0001，這些信號s(t)、 r(t)和c(t)隨時間的變化關系。
精確的轉變時間Tk被如上所述確定。采樣電平由時間Tk處的已知基 準波形給出，Vk=r(Tk)，或己知的靜態電平。樣本可以是(時間，值)組 成的對(Tk,Vk)。
曲線圖600、 650中的圓圈表示對于分辨率0.005 (曲線圖600)和分 辨率0.0001 (曲線圖650)的"測得"樣本(Tk,Vk)。
下面將參照圖7，對根據本發明一種示例性實施例的信號處理裝置 700進行說明。
圖7的左側與圖3大體上相同，因此下面僅對另外的部件進行說明。
信號處理裝置700包括均勻插值單元701、快速傅立葉變換單元 702、非均勻快速傅立葉變換單元703、逆快速傅立葉變換單元704、非均 勻離散傅立葉變換單元705、降頻轉換(down conversion)單元(頻移) 706和逆快速傅立葉變換單元707。
轉變時間算術單元306的輸出被提供給第一輸出端708，作為非均勻 時間采樣信號。此外，轉變時間算術單元306的輸出還被提供給均勻插值 單元701的輸入端。均勻插值單元701的輸出端提供均勻時間采樣信號 709。此外，均勻插值單元701的輸出端還耦合到FFT單元702的輸入 端，其中，FFT單元702的輸出端提供均勻譜信號710。
此外，轉變時間算術單元306的輸出被提供給NUFFT單元703的輸入端。在NUFFT單元703的輸出端，提供均勻譜信號711。此外， NUFFT單元703的輸出端被耦合到逆FFT單元704的輸入端。在逆FFT 單元704的輸出端，提供均勻時間樣本712。此外，轉變時間算術單元 306的輸出信號還被提供給非均勻DFT單元705。在非均勻DFT單元705 的輸出端，提供信號713，該信號表示在選定的那些用戶定義頻率處的 譜。此外，非均勻DFT單元705的輸出端耦合到降頻轉換單元706的輸入 端。在降頻轉換單元706的輸出端，提供基帶譜信號714。此外，降頻轉 換單元706的輸出端耦合到逆FFT單元707的輸入端。在逆FFT單元707 的輸出端，提供均勻基帶采樣時間信號715。在一種實際應用中，通常只 能預見到幾個輸出，例如一個或兩個。
根據圖7的實施例的處理使得能夠將轉變時間變換成通常的ADC采 樣形式。
對于某些應用，例如對于眼圖，非均勻的樣本(T,, V,)較好。但是許 多應用需要數據表示形式具有均勻間隔的時間樣本或均勻間隔的頻率的 譜。
為了實現這種方案，可以使用均勻插值來將非均勻間隔的時間樣本變 換成具有均勻時間間隔的樣本(像傳統技術的ADC —樣)。為此，可以 利用標準FFT。
還可以使用NUFFT (非均勻快速傅立葉變換)來由非均勻間隔的樣 本計算處于均勻間隔頻率的譜。優選地，NUFFT可以與FMM (快速多極 法)結合使用以獲得快速的計算時間。時間樣本可以利用標準的逆FFT來 計算。
還可以使用非均勻DFT (非均勻離散傅立葉變換，不是那么"快 速")來將非均勻間隔的時間樣本變換成處于選定的用戶定義頻率處的 譜。這可以有利于窄帶信號(例如RF)。
圖8示出了與圖6中的曲線圖類似的第一曲線圖800和第二曲線圖
850。
圖8圖示了均勻插值。還可以使用重構算法來獲得均勻間隔的時間數 據。為此，可以用Sinc(t)插值，可以用多項式插值(拉格朗日插值、樣條插值、線性插值)、并且/或者可以實施分數延遲濾波(fractional delay
filter)。曲線圖850用圓圈圖示了來自比較信號的轉變時間的非均勻樣
本。虛線示出了真實的DUT波形。曲線圖850中的星號示出了用樣條插
值(例如MATLABinterpl(...,'spline'))進行均勻插值的結果。
下面將詳細說明NUFFT特征。
為此，定義下列術語 x, ei ,z、l…iV，時間樣本
A = (" 1) /0 e i ," 1.. JV,頻率點
W = (vvj = ),非均勻傅立葉矩陣
『:
1 W
1w2 《
義v
1
H\
w，
/—1
Vandermonde矢巨陣
AW
x=W X
X=W—1 'x非均勻FFT
可以用NUFFT從非均勻間隔的時間樣本計算處于均勻間隔頻率的 譜。均勻頻率間隔可以使傅立葉矩陣成為Vandermonde矩陣(該矩陣對于 不同的x,總是可逆的，其中各列是列向量的冪)，與任意頻率相比，這能 夠使變換加速。
下面將詳細說明用于窄帶信號(RF)的NUDFT。
為此，定義下列術語 jc, ei ,hl..JV,時間樣本
厶￡凡* = 1...尸，相關頻率
& = X") e C,相關頻率的譜
24W = (WJ =),非均勻傅立葉矩陣
v
-A畫
計算
3並
"p曰
X-W4" x非均勻DFT W^氣W'W"W'，偽逆定義 W'=(wki)，轉置定義
可以僅對于感興趣的(窄的)頻率范圍[fL， fH]中的P個頻率
以避免對于從DC至RF的數以百萬計的頻率進行計算。
可選地，可以在NUDFT中包括DC (f=0)來容忍偏移誤差。
可選地，可以包括己知的雜散頻率(spur frequency)來避免混疊
(alias)到感興趣的頻率中的噪聲。
還可以通過簡單的頻移在頻域中直接執行降頻以轉換到基帶。在這種
方案中不需要硬件降頻轉換。
在1^^B (通常是N〉》P)的情況下，進行平均可以改善X的估計。W
可以變成長方形。可以用Moore-Penrose偽逆W來計算譜X。
下面將說明另一種方案。 x, ei ,hl..JV，時間樣本
<formula>formula see original document page 25</formula>i相關頻率
<formula>formula see original document page 25</formula>，相關頻率的譜
<formula>formula see original document page 25</formula>非均勻傅立葉矩陣<formula>formula see original document page 26</formula>
X=W—1 x非均勻FFT
當頻率被選擇成在感興趣的單一相鄰頻率范圍內(通常是對于RF信 號)等距時，傅立葉矩陣是Vandermmide矩陣與對角矩陣的乘積，這樣可 以使求逆簡化。
圖9示出了根據本發明一種示例性實施例的測量設備900。
測量設備900包括控制計算機(如工作站、PC或膝上型計算機) 901，控制計算機對測量設備的整個測試進行控制。測試控制單元902產 生和減從DUT903、 904接收信號，所述信號包括域由測量設備900執行 的測量有關的重復信號102。信號處理裝置100被實現在控制單元902內 或者與控制單元902分開，并具有圖1所描述的特征。測試控制單元902 包括多個針腳905，這些針腳連接到待測器件903、 904 (例如存儲器、用 于移動電話的芯片等)。
在測試過程中，激勵信號被供給到DUT 903、 904以執行具體的測試 模式，響應信號由測試控制單元902和控制計算機901評估。
應當注意，用語"包括"不排除其他要素或特征，而"一"或"一 個"不排除"多個"的情況。另外，結合不同實施例而說明的那些要素可 以被組合。還應該注意，權利要求中的標號不應認為是對權利要求范圍的 限制。
2權利要求
1.一種用于對重復信號(102)進行處理的信號處理裝置(100)，所述信號處理裝置(100)包括確定單元(103)，用于確定對所述重復信號(102)進行欠采樣的多個時間點，比較器單元(105)，用于在多個時間點將所述重復信號(102)與基準信號(106)進行比較，產生單元(105)，用于產生表示所述比較的結果的數字式結果信號(110)，評估單元(112)，用于確定所述數字式結果信號(110)的轉變時間。
2. 根據權利要求1所述的信號處理裝置(100)，適于對重復模擬信 號(102)進行處理。
3. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，適于對重復的經調制射頻信號(102)進行處理。
4. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，適于用作將重復模擬信號(102)轉換成數字式信號(116)的模擬—數字轉換器。
5. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述確定單元(103)適于確定對于多個重復的至少一部分而不同的時間點。
6. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述確定單元(103)適于確定對于多個重復的至少一部分而不同的時間點，從而使對于每個附加重復的信號處理的精度更精細。
7. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述基準信號(106)是由下列項構成的組中的一項在時間上恒定的單一信號、分別在時間上恒定的多個信號、根據預定波形而 隨時間變化的信號、正弦信號。
8. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置(100)，其中，所述評估單元(112)適于將與多個重復中的不同重復有 關的時間點處的信號考慮在內來確定所述轉變時間(114)。
9. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述時間點的數目大于重復的數目。
10. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括重排序單元(111)，所述重排序單元適于根據所述重復信號(102)的周期內相應的時間點的排列表，對與不同重復有關的數字式 結果信號(110)進行重排序。
11. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述產生單元(105)適于產生在相應的重復信號 (102)大于所述基準信號(106)的情況下具有第一邏輯值的數字式結果信號(110)，并適于產生在相應的重復信號(102)小于所述基準信號 (106)的情況下具有第二邏輯值的數字式結果信號(110)。
12. 根據權利要求11所述的信號處理裝置(100)，其中，所述評估單元(112)適于根據由下列項構成的組中的至少一 項的分析來確定所述轉變時間(114):所述數字式結果信號(110)具有 所述第一邏輯值的序列中的最后一個時間點、以及所述數字式結果信號 (110)具有所述第二邏輯值的序列中的第一個時間點。
13. 根據權利要求11所述的信號處理裝置(100)，其中，所述評估單元(112)適于根據對形成間隔的多個時間點的統 計學分析來確定所述轉變時間(114)，所述間隔包括具有所述第一邏輯 值的數字式結果信號(110)并包括具有所述第二邏輯值的數字式結果信 號(110)。
14. 根據權利要求11所述的信號處理裝置(100)，其中，所述評估單元(112)適于根據下述方式來確定所述轉變時間 (114):將數學概率函數尤其是累積概率密度函數擬合到形成間隔的多 個時間點，并根據所述擬合的結果來確定所述轉變時間(114)，所述間 隔包括具有所述第一邏輯值的數字式結果信號(110)并包括具有所述第二邏輯值的數字式結果信號(110)。
15. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述評估單元(112)適于根據由信號抖動和信號噪聲構成的組中的至少一項的存在程度，來確定所述轉變時間(114)。
16. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括輸出信號計算單元(115)，所述輸出信號計算單元適于計算大體上均勻間隔的輸出信號(116)。
17. 根據權利要求16所述的信號處理裝置(100)，其中，所述輸出信號計算單元(115)適于利用由下列項構成的組中 的至少一項來確定所述大體上均勻間隔的輸出信號(116):正弦插值、 多項式插值、拉格朗日插值、樣條插值、線性插值、分數延遲濾波器。
18. 根據權利要求16或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述輸出信號計算單元(115)適于計算在時間上大體均勻間隔的、或在頻率上大體均勻間隔的所述輸出信號(116)。
19. 根據權利要求16或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，其中，所述輸出信號計算單元(115)適于通過執行由下列項構成的組中的至少一項來計算所述輸出信號(116):快速傅立葉變換、非 均勻快速傅立葉變換、利用快速多極法的非均勻快速傅立葉變換、非均勻 離散傅立葉變換。
20. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，適于用相干采樣對所述重復信號(102)進行處理。
21. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括時鐘產生單元(108)，所述時鐘產生單元適于產生用于所述信號處理裝置(100)的多個部件(101、 107)的公共時鐘信號 (109)。
22. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括多個時鐘產生單元(108)，每個所述時鐘產生單元適于產生用于所述信號處理裝置(108)的指定部件(101、 107)的單獨時鐘信 號(109a、 109b)，其中，所述多個時鐘產生單元(108)被彼此鎖頻。
23. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括抖動增加單元，所述抖動增加單元適于選擇性地將抖動增加到所述重復信號(102)。
24. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，包括自動測試設備單元，作為用于提供所述重復信號(102)的源。
25. 根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，適于作為用于對待測器件進行測試的自動測試設備。
26. —種測量設備(900)，包括根據權利要求1或上述權利要求中任一項所述的信號處理裝置 (100)，用于對與由所述測量設備(900)執行的測量有關的重復信號 (102)進行處理。
27. 根據權利要求26所述的測量設備(900)，適于產生激勵信號作為所述重復信號(102)，所述激勵信號將被施 加到待測器件(903、 904)以對所述待測器件(903、 904)進行測試。
28. 根據權利要求26或上述權利要求中任一項所述的測量設備 (900)，適于接收響應于將激勵信號施加到所述待測器件(903、 904)以對所述待測器件(903、 904)進行測試而來自所述待測器件(903、 904)的響應信號作為所述重復信號(102)。
29. 根據權利要求26或上述權利要求中任一項所述的測量設備 (900)，包括下列至少一項模擬一數字轉換器、傳感器裝置、用于對待測器件或襯底進行測試的測試裝置、用于化學、生物學和/或藥學分析的 裝置、適于將流體的成分分開的流體分離系統、毛細管電泳裝置、液相色 譜裝置、氣相色譜裝置、電子測量裝置以及質譜裝置。
30. —種對重復信號(102)進行處理的信號處理方法，所述方法包括 '確定用于對所述重復信號(102)進行欠采樣的多個時間點； 在所述多個時間點將所述重復信號與基準信號(106)進行比較； 產生表示所述比較的結果的數字式結果信號(110);確定所述數字式結果信號(110)的轉變時間(114)。
31. —種計算機可讀介質，其中儲存有信號處理的計算機程序，所述 計算機程序在由處理器(100)執行時，適于控制或執行對重復信號(102)進行處理的方法，所述方法包括確定用于對所述重復信號(102)進行欠采樣的多個時間點； 在所述多個時間點將所述重復信號與基準信號(106)進行比較； 產生表示所述比較的結果的數字式結果信號(110);確定所述數字式結果信號(110)的轉變時間(114)。
32. —種信號處理的程序要素，所述程序要素在由處理器(100)執行 時，適于控制或執行對重復信號(102)進行處理的方法，所述方法包括確定用于對所述重復信號(102)進行欠采樣的多個時間點； 在所述多個時間點將所述重復信號與基準信號(106)進行比較； 產生表示所述比較的結果的數字式結果信號(110);確定所述數字式結果信號(110)的轉變時間(114)。
全文摘要
本發明涉及對重復信號欠采樣來測量重構模擬波形的轉變時間。一種用于對重復信號(102)進行處理的信號處理裝置(100)，該信號處理裝置(100)包括確定單元(103)，用于確定對重復信號(102)進行欠采樣的多個時間點；比較器單元(105)，用于在多個時間點將重復信號(102)與基準信號(106)進行比較；產生單元(105)，用于產生表示比較結果的數字式結果信號(110)；評估單元(112)，用于確定數字式結果信號(110)的轉變時間。
文檔編號H03M1/12GK101558568SQ200680055409
公開日2009年10月14日 申請日期2006年7月21日 優先權日2006年7月21日
發明者晉雷·劉, 約亨·里瓦爾 申請人:惠瑞捷(新加坡)私人有限公司