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Dokumentenidentifikation DE102007015898A1 06.12.2007
Titel Verfahren und System zur statistischen Messung und Verarbeitung eines periodischen Signals
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Santa Clara, Calif., US
Erfinder Carole, James A., Loveland, Col., US;
Holloway, Michael C., Loveland, Col., US;
Weller, Dennis J., Loveland, Col., US;
Eads, Richard Douglas, Loveland, Col., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 02.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007015898
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse G01R 13/34(2006.01)A, F, I, 20070402, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Verfahren und ein System erfassen einen Satz von Abtastwerten eines periodischen Signals mit einer konstanten Abtastrate in einem Primärspeicher, berechnen eine Varianz zwischen dem Satz von Abtastwerten und einem idealen Satz von Abtastwerten, um einen Varianzdatensatz zu erzeugen, speichern den Varianzsatz in einen Sekundärspeicher, verketten jeden Varianzdatensatz, um einen verketteten Datensatz zu erzeugen, verarbeiten den verketteten Datensatz statistisch und legen die statistisch verarbeiteten Daten vor.

Beschreibung[de]

Bestimmte statistische Zeitgebungsmessungen periodischer elektrischer Signale machen es wünschenswert, eine große Anzahl von Einheitsintervallen bzw. -schritten zu erfassen, gegenüber denen die Messung durchgeführt wird. Wie ein Einheitsintervall hierin verwendet wird, ist es in dem Zusammenhang eines periodischen Signals ein vollständiger Zyklus des periodischen Signals. Zu Zwecken einer Genauigkeit und Auflösung für Zeitgebungsmessungen ist es wünschenswert, die Daten mit einer Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Abtastvorrichtung zu erfassen. Damit statistische Zeitmessungen gültig sind, sollte eine statistisch signifikante Anzahl von Einheitsintervallen ausgewertet werden. Bei Hochgeschwindigkeits-Abtastraten muss deshalb eine relativ große Menge an Daten gesammelt werden, um eine geeignete Anzahl von Einheitsintervallen zu erhalten, um eine erwünschte Vertrauensschwelle bei einer erwünschten Genauigkeit bereitzustellen.

Es ist möglich, Daten für Zeitgebungsmessungen unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Digitaloszilloskops zu erfassen. In einigen Fällen liegt nicht genügend Speicher, der der Echtzeit-Abtastvorrichtung zugeordnet ist, vor, um ausreichend viele Einheitsintervalle bei einer einzelnen Erfassung zu erfassen. Um die erwünschte Anzahl von Einheitsintervallen zu erfassen, ist es deshalb von Vorteil, die Daten in einer Mehrzahl von Erfassungen zu erfassen.

Als ein Beispiel ist es wünschenswert, Jitter eines Streuspektrum-Taktsignals zu messen und zu charakterisieren. Die Messung eines 200 MHz-Taktsignals mit einer 30–33 kHz-Streuspektrum-Modulation mit einer Abtastrate von 40 Milliarden Abtastwerten/Sek., einer Primärspeichertiefe von 2 Millionen Abtastwerten erfasst etwa 6.000 Einheitsintervalle. Eine statistisch gültige Zeitgebungsmessung könnte zwischen 128.000 und 1.000.000 Einheitsintervallen erfordern. Deshalb ist es bei dem Beispiel von Vorteil, 22 oder mehr Erfassungen durchzuführen, um ausreichend viele Einheitsintervalle zu erhalten. Entsprechend besteht Bedarf, Abtastwerte über mehrere Erfassungen hinweg zu erhalten, um statistische Messungen an dem Signal von Interesse zu unterstützen.

Deshalb besteht Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zum genauen und zuverlässigen Sammeln von Daten, die für die Durchführung statistischer Messungen an periodischen Signalen geeignet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein System oder eine Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein System gemäß Anspruch 10 oder eine Vorrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen auf die gleichen oder ähnliche Elemente beziehen. Es zeigen:

1 einen Graphen einer Amplitude eines Taktsignals mit Streuspektrum- bzw. Spread-Spectrum-Modulation aufgetragen gegenüber einer Zeit, die typisch für Daten ist, die durch ein Digitalisierungsoszilloskop gesammelt werden;

2 einen Graphen einer Amplitude einer Periode des Taktsignals aus 1 aufgetragen gegenüber einer Zeit;

3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß den vorliegenden Lehren;

4 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung gemäß den vorliegenden Lehren;

5 und 7 Flussdiagramme, die alternative Ausführungsbei spiele des Trimmschritts darstellen;

6 einen Graphen eines exemplarischen Signals, das verarbeitet werden soll, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren;

8 ein Ausführungsbeispiel eines Neuordnungsschritts und 9 gemäß den vorliegenden Lehren;

10 das Phänomen der Hysterese in Anwendung auf die vorliegenden Lehren; und

11 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels gemäß den vorliegenden Lehren zum Identifizieren einer 0-Grad- und einer 180-Grad-Phasengrenze.

In der folgenden detaillierten Beschreibung sind zu Zwecken einer Erklärung und nicht als Einschränkung exemplarische Ausführungsbeispiele, die spezifische Details offenbaren, dargelegt, um ein Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es ist jedoch für einen durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet unter Beihilfe der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, dass andere Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren, die von den spezifischen Details abweichen, die hierin offenbart sind, innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche verbleiben. Ferner werden Beschreibungen bekannter Vorrichtungen und Verfahren unter Umständen weggelassen, um so die Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele nicht zu verschleiern, werden jedoch als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Lehren betrachtet.

Unter besonderer Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Messungen unter Bezugnahme auf ein Streuspektrum-Takttestsignal 100 beschrieben und konsistent mit denjenigen, die in der FB-DIMM High Speed Differential Point To Point Link at 1.5 Volts Specification (Spezifizierung einer FB-DIMM-Hochgeschwindigkeits-Differenzial-Punkt-Zu-Punkt-Verbindung bei 1,5 Volt), Überarbeitung 0.85 vom 15. Dezember 2005, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, definiert sind. Ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass die Lehren auf andere Messungen und andere Typen von Signalen angewendet werden könnten, wie z. B. diejenigen in Bezug auf eine PCI ExpressTM Card. Einige gemeinsame Messungen, die für Signale in Bezug auf die PCI ExpressTM Card durchgeführt werden, sind in der PCI ExpressTM Card Electromechanical Specification Revision 1.1 (Elektromechanische Spezifizierung der PCI ExpressTM Card Überarbeitung 1.1) vom 28. März 2005 definiert.

1 zeigt eine Darstellung eines Abschnitts eines periodischen Testsignals 100, das digital über die Zeit mit einer konstanten Abtastrate, wie z. B. 40 Milliarden Abtastwerten/Sek., abgetastet wird. Ein Abtastoszilloskop könnte für diesen Zweck eingesetzt werden. Abhängig von der spezifischen Abtastrate, der Größe eines Primärspeichers und einer Frequenz des Testsignals könnte eine bestimmte Anzahl zusammenhängender Einheitsintervalle bei einem einzelnen Durchlauf des Primärspeichers gespeichert werden.

Das Beispiel in 1 zeigt das Testsignal 100 als ein Rechteckwellentaktsignal, aufgetragen als eine Spannungsmessung gegenüber einer Zeit. Eine Frequenz des Testsignals 100 ist verglichen mit einer Frequenz eines Sinuswellensignals, das dasselbe einer Frequenzmodulation unterzieht, hoch. Aufgrund des Hochfrequenzinhalts des Testsignals 100ist es schwierig, den Niederfrequenzinhalt des Modulationssignals aus der Zeitbasisdarstellung zu erkennen.

Unter besonderer Bezugnahme auf 2 der Zeichnungen ist bei einem Bezugszeichen 101 ein Graph einer Amplitude einer Periode 102 des Testsignals 100, aufgetragen gegenüber der Zeit, gezeigt. Die Zeitbasis aus 2 der Zeichnungen ist wesentlich größer als die Zeitbasis aus 1 der Zeichnungen. Wie für einen durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet zu erkennen sein kann, weisen mehrere Abtastwerte in 1 eine Digitalisierung einer Periode 102 des Testsignals 100 auf. Deshalb geben mehrere Datenpunkte aus der Digitalisierung des Taktsignals 100 einen einzelnen Datenpunkt zur Verwendung in dem Graph aus 2 wieder. Je größer die Anzahl von Datenpunkten ist, die zur Darstellung eines Zyklus 102 des Testsignals 100 verwendet wird, desto größer ist die Genauigkeit des Signals 101, das in 2 aufgetragen ist. Eine Erfassung des Testsignals 100 und eine Messung und Auftragung der Periode 102 des erfassten Testsignals 100 über die Zeit ergeben eine Sinuswelle, die die Modulationsfrequenz 101 des Testsignals 100 darstellt.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist es wünschenswert, statistische Messungen basierend auf einer Differenz zwischen dem streuspektrum-modulierten Testsignal 102 und einem nichtmodulierten idealen Takt mit konstanter Frequenz durchzuführen. Man könnte die Differenz zwischen einer gemessenen Signalperiode gegenüber der idealen Signalperiode als den Zeitintervallfehler oder „TIE" (TIE = time interval error) bezeichnen. Der TIE ist zyklischer Natur, da die Streuspektrum-Modulation des Testsignals und statistische Messungen durchgeführt werden könnten, um ein Verhalten der Modulation des Takts anzuzeigen.

Unter besonderer Bezugnahme auf 4 der Zeichnungen ist ein Blockdiagramm einer Messvorrichtung, wie z. B. eines Abtastoszilloskops, die geeignet zur Verwendung bei einer Messung gemäß den vorliegenden Lehren ist, gezeigt. Die Messvorrichtung weist eine Abtastvorrichtung 402 auf, die das Testsignal 100 annimmt und von einer stabilen Hochgeschwindigkeits-Zeitbasis 403 arbeitet. Das Testsignal 100 wird durch die Abtastvorrichtung 402 digitalisiert und die erfassten Daten werden in einem Primärspeicher 400 gespeichert. Ein Prozessor 404 überträgt die Daten aus dem Primärspeicher 400 an den Sekundärspeicher 401 und vergleicht dieselben gegenüber einem idealen Signal und verarbeitet sie. Die verarbeiteten Daten werden dann in einem Sekundärspeicher 401 gespeichert. Nachfolgende Erfassungen des Testsignals 100 werden in dem Primärspeicher 400 überschrieben, verarbeitet und die verarbeiteten Daten werden in zusammenhängenden Speicherorten in den Sekundärspeicher 401 gespeichert. Resultierende Daten, die in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert sind, stellen ein Signal mit einer längeren Zeitdauer als ein Signal, das in dem Primärspeicher 400 gespeichert werden kann, dar. Der Prozessor 404 nimmt das in dem Sekundärspeicher 401 gespeicherte Signal an, führt eine statistische Verarbeitung durch und zeigt dann Ergebnisse auf einer Anzeige 406 an. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 404, der die erfassten Daten vor einer Speicherung in dem Sekundärspeicher 401 verarbeitet, der gleiche wie der Prozessor 404, der eine statistische Verarbeitung an den Daten durchführt und die Ergebnisse auf einer Anzeige vorlegt. Ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet sieht jedoch ohne weiteres, dass ein entfernter Prozessor oder eine entfernte Anzeige oder beides ebenso geeignet sind.

Unter besonderer Bezugnahme auf 3 der Zeichnungen erfasst 300 ein Verfahren gemäß den vorliegenden Lehren einen Satz von Abtastwerten des Testsignals 100 mit einer konstanten Abtastrate und speichert 300 dieselben in einem Primärspeicher 400. Je höher die Abtastrate ist, desto größer ist die Auflösung der Zeitgebungsmessungen und desto genauer die TIE-Messung. Bei einem spezifischen Beispiel beträgt die Abtastrate 40 Milliarden Abtastwerte/Sek. und der Primärspeicher 400 kann 2 Millionen (2 × 106) Abtastwerte speichern. Entsprechend hält der Primärspeicher 400 einen Abtastsatz, der einen Abschnitt des Testsignals darstellt, der 50 &mgr;sek lang ist. Jeder vollständige Zyklus 102 des Signals 100, das in dem Primärspeicher 400 erfasst und an den Sekundärspeicher 401 übertragen wird, wird gemessen und von einer Periode des idealen Signals subtrahiert 301. Das Verfahren einer Wiedergewinnung des idealen Signals und darauffolgenden Subtraktion des gemessenen Signals von dem idealen Signal zur Erzeugung des TIE ist in der US-Patentveröffentlichung 2004/0183518 A1 von Weller und anderen, veröffentlicht am 23. September 2004, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart. Ein Ausführungsbeispiel der Lehren in der Weller-Veröffentlichung ist in dem InfiniiumTM-Oszilloskop von Agilent, auf dem die InfiniiumTM-Software Version 5.0 läuft, implementiert. Der Idealsignal-Wiedergewinnungs- und Subtraktionsvorgang wiederholt sich 302 für alle ganzen Perioden des Signals, das in dem Primärspeicher erfasst und dann an den Sekundärspeicher 401 übertragen wird. Die berechneten Datenpunkte sind ein Varianzdatensatz, der in einem Sekundärspeicher 401 gespeichert ist 303. Nachdem die Daten in dem Primärspeicher 400 verarbeitet wurden, ist der Primärspeicher 400 verfügbar, um einen neuen Satz erfasster Datenpunkte aus dem Testsignal 100 zu speichern. Die Erfassung des neuen Satzes von Datenpunkten aus dem Testsignal 100 überschreibt den Primärspeicher 400.

Das Verfahren wiederholt 304 den Schritt des Erfassens eines Satzes von Abtastwerten, Berechnens 301 des TIE und Speicherns 303 des resultierenden Varianzdatensatzes in einen nächsten zusammenhängenden Abschnitt des Sekundärspeichers 401, bis eine erwünschte Anzahl von Einheitsintervallen in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert ist.

Allgemein muss eine statistisch signifikante Anzahl von Einheitsintervallen erfasst werden, um eine statistische Sicherheit bei den statistischen Messungen zu erhalten. Unterschiedliche Messanwendungen erfordern eine unterschiedliche Anzahl von Einheitsintervallen und eine geeignete Anzahl von Einheitsintervallen könnte durch einen durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet abhängig von der erwünschten spezifischen Messung bestimmt werden. Die FB-DIMM-Spezifizierung schlägt vor, dass 1.000.000.000 Abtastwerte für eine spezifische Messung gesammelt werden. Die Spezifizierung schlägt jedoch keine spezifische Anzahl von Einheitsintervallen vor. Bei einer spezifischen Messung ist es deshalb von Vorteil, eine Anzahl von Einheitsintervallen zu bestimmen, die geeignet ist, und dieselbe mit der Anzahl von Abtastwerten zu multiplizieren, die pro Einheitsintervall gesammelt werden. Wenn die Gesamtzahl gesammelter Abtastwerte oberhalb der Nyquist-Rate ist und die vorgeschlagenen 1.000.000.000 Abtastwerte überschreitet, erfüllt die Messung sowohl die Spezifizierung als auch die allgemeinen Prinzipien statistischer Messungen.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren wird der Inhalt des Sekundärspeichers 401 verkettet, um ein einzelnes Signal darzustellen, das mehr Datenpunkte aufweist, als in dem Primärspeicher 400 gespeichert werden können. Statistische Messungen werden an den verketteten Daten durchgeführt. Vorzugsweise könnte eine statistische Messung an einem Datensatz durchgeführt werden, der ein kontinuierliches Signal mit einer statistisch signifikanten Anzahl von Einheitsintervallen darstellt, selbst wenn der Primärspeicher 400 nicht in der Lage ist, so viele zusammenhängende Einheitsintervalle zu speichern, wie erforderlich ist. Da die Einheitsintervalle über die Zeit auf einem periodischen Signal gesammelt werden, liegt eine ausreichende Darstellung des Signals vor, dass statistische Messungen durchgeführt werden können.

Mehrfacherfassungen führen oft zu Phasendiskontinuitäten zwischen den separaten Erfassungen. Die Phasendiskontinuitäten können die Zeitgebungsdaten versetzen, da sie abrupte Abtastwert-Zu-Abtastwert-Übergänge und ein ungenaues Gleichgewicht positiver und negativer Energie relativ zu dem gerade gemessenen tatsächlichen Signal beinhalten können. Die Charakteristika aus den Phasendiskontinuitäten führen zu Messfehlern, die den tatsächlichen Fehler, der von Interesse ist, verschleiern können.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren wird jeder Varianzdatensatz vor einer Speicherung 303 in dem Sekundärspeicher 401 getrimmt 306. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Trimmen 306 an einer vordefinierten Phasengrenze durchgeführt und die getrimmten Varianzdatensätze werden in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert 303, verkettet und statistisch verarbeitet 305. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Trimmen 306 an zwei vordefinierten Phasengrenzen durchgeführt und die Polarität ganzer Halb-Zyklen wird neu geordnet, um Diskontinuitäten zu beseitigen und die positive und negative Energie des zu verarbeitenden Signals ordnungsgemäß auszugleichen.

Bei dem spezifischen Ausführungsbeispiel des Trimmschritts 306, der eine einzelne Phasengrenze definiert, und unter besonderer Bezugnahme auf die 5 und 6 der Zeichnungen werden Negativ-Zu-Positiv-Übergänge durch eine 0-Amplitude als eine 0-Grad-Phasengrenze 600 definiert. Alle 0-Grad-Phasengrenzen 600 sind in dem Varianzdatensatz identifiziert 500. Alternativ könnte eine beliebige andere einzelne Phasengrenze verwendet werden, um ganze Voll-Zyklen in dem Varianzdatensatz abzugrenzen. In der vorliegenden Darstellung definieren zwei benachbarte 0-Grad-Phasengrenzen 600 einen einzelnen ganzen Zyklus 601 des Varianzdatensatzes. Alle ganzen Voll-Zyklen in dem Varianzdatensatz werden extrahiert 501. Alle Daten vor 603 einer ersten ganzen Periode 601 und alle Daten nach 604 einer letzten ganzen Periode 602 werden verworfen 502 und der getrimmte Varianzdatensatz wird in den nächsten zusammenhängenden Orten des Sekundärspeichers 401 gespeichert 303. Das Verfahren wiederholt sich 304 für jeden Varianzdatensatz, bis eine ausreichende Anzahl von Einheitsintervallen in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert ist. Wie für durchschnittliche Fachleute zu erkennen ist, könnten benachbarte und zusammenhängende Varianzdatensätze natürlich die Sequenz mit geeigneter Polarität besitzen.

Bei dem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem das Trimmen 306 an zwei Phasengrenzen durchgeführt wird, wird ein kleinerer Teil des Varianzdatensatzes getrimmt, was es erlaubt, dass ein größerer Teil des Varianzdatensatzes bei der statistischen Messung verwendet werden kann. Vorzugsweise müssen bei einem Ausführungsbeispiel, das einen kleineren Teil jedes Varianzdatensatzes trimmt, weniger Primärspeichererfassungen durchgeführt werden, um eine ausreichende Anzahl von Einheitsintervallen in dem Sekundärspeicher 401 zu sammeln. Unter besonderer Bezugnahme auf die 6 und 7 der Zeichnungen werden 0-Grad- und 180-Grad-Phasengrenzen 600, 605 identifiziert 700 und ganze Halb-Zyklen 606 des Varianzdatensatzes werden extrahiert 701. Daten in dem Varianzdatensatz vor 603 dem ersten ganzen Halb-Zyklus 606 und nach 608 dem letzten ganzen Halb-Zyklus werden verworfen 702.

Unter besonderer Bezugnahme auf 8 der Zeichnungen ist eine graphische Darstellung eines vorherigen und eines gegenwärtigen Varianzdatensatzes 800, 801 gezeigt, die auf Ganzer-Halb-Zyklus-Phasengrenzen 600, 605 getrimmt wurden. Da eine Abgrenzung an Ganze-Halb-Zyklen-Grenzen 600, 605 erfolgt, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass an einem bestimmten Punkt in dem Datensammelvorgang, wie in 8 gezeigt ist, eine Polarität eines zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus 802 in dem vorherigen Varianzdatensatz 800 gleich einer Polarität eines ersten gespeicherten ganzen Halb-Zyklus 803 in einem gegenwärtigen Varianzdatensatz 801 ist. Es ist wünschenswert, statistische Messungen an einem verketteten Varianzdatensatz mit einer ausgeglichen Energieverteilung ohne abrupte Phasenverschiebungen durchzuführen. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, entsteht, wenn die Varianzdaten bei ganzen Vollzyklen 601getrimmt sind wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, das Problem einer Polaritätskonsistenz nicht. Entsprechend ordnet ein Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren, das auf Ganzer-Halb-Zyklus-Grenzen 600, 605 trimmt, den getrimmten gegenwärtigen Varianzdatensatz neu 703 basierend auf der Polarität des zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus 802 in dem vorherigen Varianzdatensatz 800.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel weist das Neuordnen 703 ein Identifizieren einer Polarität des zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus 802 des vorherigen Varianzdatensatzes 800 auf. Wenn die Polarität des letzten gespeicherten ganzen Halb-Zyklus 802 des vorherigen Varianzdatensatzes 800 die gleiche wie die Polarität des ersten ganzen Halbzyklus 803 des gegenwärtigen Varianzdatensatzes 801 ist, wird der erste ganze Halb-Zyklus 803 des gegenwärtigen Varianzdatensatzes 801 mit einem zweiten ganzen Halb-Zyklus 804 des gegenwärtigen Varianzdatensatzes 801 getauscht. Alle nachfolgenden ganzen Halb-Zyklen 805, 806 werden ebenso getauscht, um eine abwechselnde Polarität für den gegenwärtigen Varianzdatensatz 801 beizubehalten. Vorzugsweise werden die Polaritäten der ganzen Halb-Zyklen getauscht, die Mehrzahl bleibt jedoch wesentlich zeitnah bei einer tatsächlichen Zeit des ganzen Halb-Zyklus. Wenn der letzte ganze Halb-Zyklus 807 in dem gegenwärtigen Varianzdatensatz 801 nach dem Tausch die gleiche Polarität mit dem vorherigen ganzen Halb-Zyklus teilt und keinen ganzen Partner-Halb-Zyklus besitzt, mit dem ein Austausch durchzuführen ist, wird der nächste ganze Halb-Zyklus 807 zur Verwendung bei der Neuordnung eines nächsten Varianzdatensatzes 900 zwischengespeichert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der nächste ganze Halb-Zyklus 807, der bei dem Vorgang der Phasenkorrektur zum Waisen gemacht wird, verworfen, anstatt zur späteren Verwendung zwischengespeichert zu werden.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel, das das Neuordnen 703 implementiert, liegt eine Zwischenspeicherwarteschlange mit positiver Polarität und eine Zwischenspeicherwarteschlange mit negativer Polarität vor. Jede Polaritätswarteschlange ist eine Zuerst-Hinein-Zuerst-Hinaus- (FIFO-) Warteschlange, die ganze Halb-Zyklen 606 mit der jeweiligen beschriebenen Polarität speichert. Wenn die Halbzyklen 606 als Teil der Varianzdatensatzverarbeitung neu geordnet werden, wird der älteste ganze Halb-Zyklus der erforderlichen Polarität zuerst verwendet, um den Varianzdatensatz aufzubauen, der in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert werden soll.

Insbesondere und unter Bezugnahme auf 9 der Zeichnungen liegt bei dem gegebenen Beispiel an dem Ende der Neuordnung des gegenwärtigen Varianzdatensatzes ein ganzer Halb-Zyklus 807 in der Zwischenspeicherwarteschlange mit negativer Polarität vor und kein Zyklus in der Zwischenspeicherwarteschlange mit positiver Polarität. Bei einer Verarbeitung des nächsten Varianzdatensatzes 900 wird der zwischengespeicherte ganze Halb-Zyklus 807 in der Zwischenspeicherwarteschlange mit negativer Polarität sobald wie möglich in dem nächsten Varianzdatensatz 900 verwendet. Da keine Daten in der Zwischenspeicherwarteschlange mit positiver Polarität vorliegen, zieht das Verfahren den nächsten ganzen Halb-Zyklus 901 mit positiver Polarität aus dem nächsten Varianzdatensatz, anstelle der FIFO-Warteschlange.

Das System prüft z. B. die Polarität des letzten ganzen Halb-Zyklus 805, der in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert ist. Wenn die Polaritätszwischenspeicherwarteschlange für die erwünschte Polarität Daten aufweist, nimmt das System den ältesten ganzen Halb-Zyklus in der Warteschlange, um den nächsten Varianzdatensatz 900 aufzubauen. Wenn die Polaritätszwischenspeicherwarteschlange für die erwünschte Polarität leer ist, wertet das System den ersten ganzen Halb-Zyklus 901 in dem nächsten Varianzdatensatz 900 aus. Wenn der erste ganze Halb-Zyklus in dem nächsten Varianzdatensatz 900 die erwünschte Polarität besitzt, verwendet er diesen beim Neuordnen des nächsten Varianzdatensatzes 900. Wenn der erste ganze Halb-Zyklus in dem nächsten Varianzdatensatz 900 eine entgegengesetzte Polarität der erwünschten Polarität aufweist, sieht das System zuerst nach der erwünschten Polaritätszwischenspeicherwarteschlange und, wenn dieselbe leer ist, nach dem nächsten ganzen Halb-Zyklus 903, der die erwünschte Polarität aufweist. Der Neuordnungsvorgang 703 wird fortgesetzt, bis alle ganzen Halb-Zyklen eine abwechselnde Polarität aufweisen und eine geeignete Anzahl von Einheitsintervallen in dem Sekundärspeicher 401 gespeichert ist.

Wie ein Fachmann auf dem Gebiet weiß, zeigen einige zyklische Daten, wie z. B. TIE-Daten, eine Hysterese. Die Hysterese kann als Teil der vorliegenden Lehren untergebracht sein. In diesem Zusammenhang und unter besonderer Bezugnahme auf 10 der Zeichnungen bezieht sich der Ausdruck Hysterese auf das Phänomen, bei dem das zu verarbeitende Signal 607 tatsächlich null mehr als einmal bei jedem 0-Grad-Phasen- und 180-Grad-Phasenort in dem ganzen Zyklus kreuzt. Nur einer der Nulldurchgänge jedoch grenzt die ganzen Halb-Zyklen 606 des zu verarbeitenden Signals 607 ordnungsgemäß ab. Es ist von Vorteil für eine Messgenauigkeit, deshalb einen einzelnen Nulldurchgang für jede 0-Grad- und 180-Grad-Phasengrenze basierend auf konsistenten Kriterien einzurichten.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren und unter weiterer Bezugnahme auf die 10 und 11 der Zeichnungen sind zusätzliche Details gezeigt, die den Schritt eines Identifizierens einer 0-Grad- und einer 180-Grad-Phasengrenze 600, 605 in dem zu verarbeitenden Signal 607 aufweisen. Bei dem spezifischen Ausführungsbeispiel werden alle tatsächlichen Nulldurchgänge 609 identifiziert 610. Ein Unterschied zwischen benachbarten tatsächlichen Nulldurchgängen 609 wird für jeden tatsächlichen Nulldurchgang 609 in dem Varianzdatensatz berechnet 611. Es könnte vernünftigerweise angenommen werden, dass eine maximale berechnete Differenz 612 in dem Varianzdatensatz zwischen benachbarten Nulldurchgängen 609 in Bezug auf die Dauer nahe an einem ganzen Halb-Zyklus 606 ist. Eine Schwelle wird basierend auf der maximalen berechneten Differenz 612 zwischen benachbarten tatsächlichen Nulldurchgängen 609 eingerichtet 613. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel wird die Schwelle als 30 % der maximalen berechneten Differenz 612 eingerichtet. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel wird die Schwelle für jeden Varianzdatensatz nach jeder Erfassung berechnet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel könnte die Schwelle einmal berechnet und für nachfolgende Erfassungen als die Schwelle verwendet werden, bis ausreichend viele Einheitsintervalle gesammelt sind. Ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet weiß, dass auch andere Schwellenberechnungen geeignet sind.

Eine Null-(0-)Grad-Phasen- und 180-Grad-Phasengrenze 600, 605 werden dann als die tatsächlichen Nulldurchgänge 609 eingerichtet 614, die einen post-benachbarten Nulldurchgang aufweisen, der weiter entfernt ist als die definierte Schwelle. Diese tatsächlichen Nulldurchgänge, die keinen post-benachbarten Nulldurchgang aufweisen, der weiter entfernt als die definierte Schwelle ist, werden nicht als Nulldurchgänge identifiziert, sondern werden als Teil des jeweiligen ganzen Halb-Zyklus 606 verwendet, der durch Nulldurchgänge abgegrenzt ist, die die Schwellenanforderung des Phasengrenze-Nulldurchgangs erfüllen. Vorzugsweise wird der Abschnitt des Signals, der eine Hysterese zeigt, d. h. der Abschnitt des Signals, der tatsächliche Nulldurchgänge 609 beinhaltet, die keine Phasengrenzen sind, noch zu Zwecken eines Aufbauens des verketteten Datensatzes verwendet, jedoch nicht zu Zwecken eines Definierens der Phasengrenzen 600, 605 der ganzen Halb-Zyklen verwendet. Wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet weiß, erzeugt eine Definition von Phasengrenzen 600, 605, wie beschrieben wurde, eine konsistente Verwendung der tatsächlichen Nulldurchgänge 609, die einer Hysterese 600, 605 folgen. Wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet außerdem weiß, ist eine konsistente Verwendung der Nulldurchgänge 609, die der Hysterese 615 vorausgehen, zur Definition der Phasengrenzen 600, 605 gleichermaßen gültig.

Die 0-Grad-Phasengrenzen 600 werden ferner als die Phasengrenzen eingerichtet, die einem ganzen Halb-Zyklus 606a mit positiver Polarität vorausgehen, und die 180-Grad-Phasengrenzen 605 werden als die Phasengrenzen eingerichtet, die einem ganzen Halb-Zyklus 606b mit negativer Polarität vorausgehen. Wenn die 0-Grad- und 180-Grad-Phasengrenzen 600, 605 eingerichtet sind, werden die Informationen wie geeignet bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gemäß den vorliegenden Lehren verwendet, wie z. B. in den 5 und 7 dargestellt ist.

Ausführungsbeispiele der Lehren sind hierin beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die ein Verfahren und ein System zum Erfassen und statistischen Verarbeiten eines periodischen Signals beschreiben. Weitere Variationen, Anpassungen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehren werden durchschnittlichen Fachleuten auf dem Gebiet unter Zuhilfenahme der vorliegenden Lehren einfallen.


Anspruch[de]
Verfahren, das folgende Schritte aufweist:

Erfassen (300) eines Satzes von Abtastwerten eines periodischen Signals mit einer konstanten Abtastrate in einem Primärspeicher (400),

Berechnen (301) einer Varianz zwischen dem Satz von Abtastwerten und einem idealen Satz von Abtastwerten, um einen Varianzdatensatz zu erzeugen,

Speichern (303) des Varianzsatzes in einen Sekundärspeicher (401),

Verketten (305) einer Mehrzahl der erfassten Varianzdatensätze, um einen verketteten Datensatz zu erzeugen,

statistisches Verarbeiten (305) des verketteten Datensatzes, und

Vorlegen (406) der statistisch verarbeiteten Daten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner ein Trimmen (306) des Varianzdatensatzes auf zumindest eine Phasengrenze (600 oder 605) aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Trimmen (306) vor dem Speichern (303) stattfindet. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schritt des Trimmens ein Deklarieren zumindest einer Phasengrenze (600 oder 605), ein Identifizieren einer zeitlich ersten Phasengrenze (603) und einer zeitlich letzten Phasengrenze (608), ein Modifizieren des Varianzdatensatzes durch Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die vor der zeitlich ersten Phasengrenze auftreten, und Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die nach der zeitlich letzten Phasengrenze auftreten, aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Trimmen (306) vor dem Speichern (303) stattfindet. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem der Schritt des Identifizierens der Phasengrenzen ferner folgende Schritte aufweist:

Identifizieren (610) einer Mehrzahl von Nulldurchgängen (609) in dem Varianzdatensatz,

Bestimmen (611) einer maximalen Entfernung zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen,

Einrichten (613) einer Schwelle, um größer als ein Prozentsatz der maximalen Entfernung zu sein, und

Zuweisen (614) zumindest zweier Phasengrenzen, wobei die Phasengrenze als einer der Nulldurchgänge mit einem nächsten benachbarten Nulldurchgang, der weiter entfernt ist als die Schwelle, definiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Schwelle größer als etwa 30 % ist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Varianzdaten zwischen zwei benachbarten Phasengrenzen ein ganzer Halb-Zyklus sind, und das ferner ein Bestimmen einer Polarität eines zeitlich letzten ganzen Halb-Zyklus eines ersten Varianzsatzes und einer Polarität jedes ganzen Halb-Zyklus eines zweiten Varianzsatzes, ein Beibehalten der Polaritäten jedes ganzen Halb-Zyklus in einer jeweiligen Zuerst-Hinein-Zuerst-Hinaus- (FIFO-) Warteschlange mit positiver bzw. negativer Polarität und ein Rekonstruieren des Varianzdatensatzes durch abwechselndes Speichern ganzer Halb-Zyklen aus einer der Polaritätswarteschlangen mit einer entgegengesetzten Polarität eines zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem das Bestimmen einer Polarität ferner ein Basieren der Polarität auf einem Mittelpunkt jedes ganzen Halb-Zyklus des Varianzdatensatzes aufweist. System, das folgende Merkmale aufweist:

eine Abtastvorrichtung (402), die mit einer konstanten Abtastrate arbeitet,

einen Primärspeicher (400), der angepasst ist, um erfasste Abtastwerte aus der Abtastvorrichtung (402) zu speichern,

einen Prozessor (404), der angepasst ist, um einen Varianzdatensatz zwischen den erfassten Abtastwerten und einem idealen Signal zu erzeugen, und

einen Sekundärspeicher (401), der angepasst ist, um den Varianzdatensatz zu speichern, wobei der Prozessor (404) ferner angepasst ist, um mehrere Varianzdatensätze zu verketten, um einen verketteten Datensatz zu erzeugen und Charakteristika des verketteten Datensatzes statistisch zu messen.
System gemäß Anspruch 10, das ferner eine Anzeige (406) aufweist. System gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem der Prozessor (404) ferner angepasst ist, um den Varianzdatensatz auf zumindest eine Phasengrenze (600 oder 605) zu trimmen. System gemäß Anspruch 12, bei dem der Prozessor (404) ferner angepasst ist, um ein Phasengrenzkriterium einzurichten, eine zeitlich erste Phasengrenze (603) und eine zeitlich letzte Phasengrenze (608) zu identifizieren, den Varianzdatensatz durch Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die vor der zeitlich ersten Phasengrenze auftreten, und Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die nach der zeitlich letzten Phasengrenze auftreten, zu modifizieren. System gemäß Anspruch 13, bei dem der Prozessor (404) ferner angepasst ist, um eine Mehrzahl von Nulldurchgängen (609) in dem Varianzdatensatz zu identifizieren, eine maximale Entfernung zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen zu bestimmen, eine Schwelle einzurichten, um größer als ein Prozentsatz der maximalen Entfernung zu sein, zumindest zwei Phasengrenzen zuzuweisen, wobei die Phasengrenze als einer der Nulldurchgänge mit einem nächsten benachbarten Nulldurchgang, der weiter entfernt ist als die Schwelle, definiert ist. System gemäß Anspruch 14, bei dem die Schwelle größer als etwa 30 % ist. System gemäß Anspruch 15, bei dem die Varianzdaten zwischen zwei benachbarten Phasengrenzen ein ganzer Halb-Zyklus sind, wobei der Prozessor (404) ferner mit Instruktionen konfiguriert ist, um eine Polarität eines zeitlich letzten ganzen Halb-Zyklus eines ersten Varianzsatzes und eine Polarität jedes ganzen Halb-Zyklus eines zweiten Varianzsatzes zu bestimmen, die Polaritäten jedes ganzen Halb-Zyklus in einer Zuerst-Hinein-Zuerst-Hinaus- (FIFO-) Warteschlange mit positiver bzw. negativer Polarität beizubehalten und den Varianzdatensatz durch abwechselnde Speicherung ganzer Halb-Zyklen aus einer der Polaritätswarteschlangen mit einer entgegengesetzten Polarität eines zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus zu rekonstruieren. System gemäß Anspruch 16, bei dem die Polarität auf der Polarität eines Mittelpunkts jedes ganzen Halb-Zyklus des Varianzdatensatzes basiert. Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein Abtastoszilloskop mit einem Prozessor und einem Instruktionsspeicher, das mit Instruktionen konfiguriert ist, zum Bewirken, dass der Prozessor einen Satz von Abtastwerten eines periodischen Signals mit einer konstanten Abtastrate in einem Primärspeicher (400) erfasst (300), eine Varianz zwischen dem Satz von Abtastwerten und einem idealen Satz von Abtastwerten berechnet (301), um einen Varianzdatensatz zu erzeugen, den Varianzsatz in einen Sekundärspeicher (401) speichert (303), die Erfassung wiederholt, berechnet und speichert, bis der Sekundärspeicher zumindest eine vorbestimmte Mehrzahl von Datenpunkten beinhaltet, jeden Varianzdatensatz verkettet (305), um einen verketteten Datensatz zu erzeugen, den verketteten statistisch verarbeitet und die statistisch verarbeiteten Daten vorlegt (406). Vorrichtung gemäß Anspruch 18, die ferner ein Anzeige (406) aufweist. Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19, die ferner Instruktionen zum Bewirken, dass der Prozessor den Varianzdatensatz auf zumindest eine Phasengrenze (600 oder 605) trimmt (306), aufweist. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, die ferner Instruktionen zum Bewirken, dass der Prozessor ein Phasengrenzkriterium einrichtet, eine zeitlich erste Phasengrenze und eine zeitlich letzte Phasengrenze identifiziert, den Varianzdatensatz durch Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die vor der zeitlich ersten Phasengrenze auftreten, und Verwerfen von Abtastwerten in dem Varianzdatensatz, die nach der zeitlich letzten Phasengrenze auftreten, modifiziert, aufweist. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, die ferner Instruktionen zum Identifizieren einer Mehrzahl von Nulldurchgängen (609) in dem Varianzdatensatz, Bestimmen einer maximalen Entfernung zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen, Einrichten einer Schwelle, um größer als ein Prozentsatz der maximalen Entfernung zu sein, Zuweisen zumindest zweier Phasengrenzen, wobei die Phasengrenze als einer der Nulldurchgänge mit einem nächsten benachbarten Nulldurchgang, der weiter entfernt ist als die Schwelle, definiert ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, bei der die Schwelle größer als etwa 30 % ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, bei der die Varianzdaten zwischen zwei benachbarten Phasengrenzen ein ganzer Halb-Zyklus sind, wobei der Instruktionsspeicher ferner mit Instruktionen zum Bewirken, dass der Prozessor eine Polarität eines zeitlich letzten ganzen Halb-Zyklus eines ersten Varianzdatensatzes und eine Polarität jedes ganzen Halb-Zyklus eines zweiten Varianzdatensatzes bestimmt, die Polaritäten jedes ganzen Halb-Zyklus in einer Zuerst-Hinein-Zuerst-Hinaus- (FIFO-) Warteschlange mit positiver bzw. negativer Polarität beibehält, und den Varianzdatensatz durch abwechselnde Speicherung ganzer Halb-Zyklen aus einer der Polaritätswarteschlangen mit einer entgegengesetzten Polarität eines zuletzt gespeicherten ganzen Halb-Zyklus rekonstruiert, konfiguriert ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, bei der die Polarität auf der Polarität eines Mittelpunkts jedes ganzen Halb-Zyklus des Varianzdatensatzes basiert.






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