[发明专利]一种集成实时频谱分析功能的数字示波器

说明书

本申请涉及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；其中变频处理模块包括DFT处理单元、相位校正单元和IDFT处理单元。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功能，增强了数字示波器的实用价值。

技术领域

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。

发明内容

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。