[发明专利]用于频谱分析仪的检波装置和方法

说明书

一种用于频谱分析仪的检波装置和方法，中央处理器系统接收计算各个数据收集单元对应的检波信息数据并将检波信息数据存储在内部存储器中；可编程逻辑控制器生成一获取检波信息数据的请求并输出该请求；数据交互接口在接收到请求时从中央处理器系统的内部存储器中获取检波信息数据并发送给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器根据检波信息数据对原始扫描数据按照预设的数学运算处理。本发明在中央处理器系统对检波信息数据进行计算并存储，无需占用中央处理器系统过多的计算资源，可编程逻辑控制器按需获取检波信息数据进行检波处理，不会大幅占用可编程逻辑控制器的内部存储资源，且无需在可编程逻辑控制器端外挂高速存储器。

技术领域

本发明涉及频谱分析仪技术领域，具体涉及一种用于频谱分析仪的检波装置和方法。

背景技术

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

频谱分析仪对于频域的分析，尤其是很大动态范围的频域分析，扫描都是一个必须的过程，也是现代频谱分析仪进行测量时，内部必须要做的事情。频谱分析仪的扫描过程可以概括为从起始频率扫描到终止频率处，这个过程会产生大量的原始扫描数据。而频谱分析仪多采用数字显示，因此需要确定对每个显示数据点，应该用什么样的值来代表，无论在显示器上能够显示多少个数据点，每个数据点必须能代表某个频率范围或某段时间间隔内出现的信号。这个过程好似先将某个频率范围或时间间隔的原始扫描数据都放到一个数据收集单元(bucket)内，然后运用某一种必要的数学运算从这个信号收集单元中取出想要的信息，此过程在频谱分析仪设计领域称为检波处理。随后，这些检波处理后的数据被放入存储器再被写到显示器上。常用的数学运算包括MAX、MIN、Sample、AVG，不同的数学运算代表着不同的检波类型（正峰值检波、负峰值检波、sample检波、平均检波）。例如，最常用的正峰值检波方式，采用的数学运算为MAX，即将一个bucket内最大的原始扫描数据取出来，然后将这个最大值显示到显示器上。另外三种数学运算分别表示取一个bucket中的最小值，取bucket中某个位置的值，取bucket中所有原始扫描数据的平均值。

高端的频谱分析仪为了能够尽可能地显示出信号的细节，其支持的检波点数往往高达10^5级别，假设此时用户设置的检波点数为X，那么就意味着此时需要将整个扫描范围分成X个bucket，每个bucket检出一个点。每个bucket包含多大的频率间隔或时间间隔，该间隔包含的原始扫描数据的个数是多少，是需要提前计算好的，在此我们称之为检波信息，而每个bucket的检波信息可能是各不相同的，因为频率间隔或时间间隔可能是均匀的，也可能是非均匀的，在频谱仪领域非均匀间隔都是基于对数步进的，本申请统一将均匀间隔的检波称为线性检波，非均匀间隔的检波称为对数检波。

鉴于以上，如果要尽可能地显示出信号的细节时，就必须针对极大检波点数的情况设计出一种高效的检波方案，而频谱分析仪的检波操作包括两个部分，一是每个bucket对应的检波信息数据的计算，二是在一个bucket内进行的数学运算。现有的频谱分析仪通常按照以下四种方式进行检波操作：

（1）频谱分析仪在中央处理器系统层对原始的扫描数据进行检波，这种方式当原始扫描数据的数据速率很高且数据量很大时，将给CPU带来很大的计算压力，占用CPU过多的计算资源。

（2）频谱分析仪在CPU层计算好检波信息数据，然后将检波信息数据存放在高速处理器（例如FPGA）层，在FPGA层利用这些检波信息数据对原始的扫描数据进行检波。但是高端的频谱分析仪为了能够尽可能地显示出信号的细节，其支持的检波点数往往高达10^5级别，而每一个检波点都需要相应的检波信息数据，将如此多的检波信息数据存储在FPGA内部，那么将占用过多的FPGA内部宝贵且稀少的存储资源，这必将压缩其他模块的设计资源，非常不利于FPGA系统设计的灵活性与可扩展性。