具有多通道电信时标测试能力 的测试和测量仪器 本专利申请在这里主张Peter J．Letts和Steven C．Herring在1999年9月24日提交的、题目为“Telecommunications MaskTesting(电信时标测试)”的美国临时专利申请序列号NO．60／155，977的优先权。
本专利申请涉及在2000年6月22日提交的、转让给与本专利申请相同的受让人的、以及也主张以上标明的美国临时专利申请的优先权的、题目为“A Test and Measurement Instrument HavingTelecommunications Mask Testing Capability with an Autofit toMask Feature(具有自动适应时标特性的电信时标测试能力的测试和测量仪器)”(Letts)的美国专利申请序列号NO．09／602，575，承担代理卷号7011-US1，以及涉及在2000年6月29日提交的、转让给与本专利申请相同的受让人的、以及也主张以上标明的美国临时专利申请的优先权的、题目为“A Test and Measurement Instrument HavingTelecommunications Mask Testing Capability with a Mask ZoomFeature(具有时标变焦特性的电信时标测试能力地测试和测量仪器)”(Letts)的美国专利申请序列号NO．09／607，573，承担代理卷号7011-US2。
本发明总地涉及测试和测量仪器，更具体地，涉及利用电信时标特性的那些测试和测量仪器。
在电信工业中，进行测试来确定特定的信号是否与由国家和国际通信标准实体(例如，LTU-T和ANSI)建立的参量一致是很平常的。执行这样的一致性测试的主要方法是把由示波器得出的波形的脉冲形状与一个波形“时标”进行比较。该时标规定了具有最小和最大幅度值的路径、预定的比特速率、和在信号边缘上的规定的最小斜率(即，最小带宽)。如果待测试的信号处在路径范围内，则信号通过测试。这类测试被称为电信时标测试。
示波器特性中最近的改进是“自动设置时标”功能。“自动设置时标”功能在示波器上自动地建立水平、垂直、和触发设置，以提供预期的信号，以及覆盖示波器显示器上的时标。在“自动设置时标”功能运行后的程序是通过调整输入A／D变换器的设置而设置水平和垂直尺度为标称值，得出一个波形，和通过调整输入A／D变换器的设置而调整波形的尺度和位置，以及显示该时标。
在“自动设置时标”功能建立得出的波形和显示该时标后，电信时标测试软件通过被测试的波形来检验是否闯入到时标区域(即，扰乱或时标碰撞)，它表示波形不遵守可应用的电信标准。
在电信工业中，已经看到，较高的磁心和接入数据速率需要较高的容量线路卡，也被称为网络接口卡。这样的高容量线路卡可以把STM1E信号(每秒156兆比特)下变频到63个通道的E1信号(每秒2兆比特)。当多通道器件被设计到网络接口卡时，对于多通道的高速度通过／失败测试的需要变成为严厉。
所需要的是对于测试遵从电信标准的电信设备的多通道的电信信号问题的高速度的解决办法。
在具有M个信号输入通道的测试和测量仪器中，把代表来自每个通道的信号的各个样本与时标象素进行比较，以检测与给定的技术条件的非一致性。在示波器的显示屏幕上的初始时标和波形位置可以通过“自动设置时标”功能来确定。当象素由光栅形成器被组合到光栅存储器时，基本上实时地进行时标象素与波形象素的比较，以检测在波形象素与时标象素之间的冲突(即，时标扰乱)。获取是同时地和重复地执行的。从所有M个信号输入通道获取的波形在优选地获取时间间隔期间顺序地与时标进行比较，以及在屏幕上被画出。这样，可以对于与基本上在单个获取时间间隔内的电信时标的一致性，测试波形。利用复接器的系统可以从一组N个通道中一次选择M个通道，以减小对于测试全部N个通道所需要的时间。最好提高代表扰乱时标的样本的象素的强度，以便更好地观看电信时标。
图1显示了按照现有技术的多通道电信时标测试装置。
图2是适合于本发明使用的示波器的简化示意图。
图3是由图2的装置采用的存储器的平板的简化代表图。
图4显示了按照本发明的一个实施例的电信时标和多个波形的屏幕显示。
图5显示了按照本发明的多通道电信时标测试装置。
图1是按照现有技术的多通道电信时标测试装置100的简化的图。待测试的线路卡包括要被测试遵从电信标准的N个通道的信号。N个通道(典型地63通道)被加到N∶1复接器120(典型地63∶1复接器)。复接器120的单个输出信号被加到具有电信时标测试能力的示波器130的单个通道的信号输入端。
在运行时，示波器130获取信号以及确定信号是通过时标测试还是通不过时标测试。然后这个序列被重复N次，例如63次，以检验线路卡110的每个通道。复接器120和示波器130是在GPIB控制器140的控制下。GPIB控制器140可以是具有GPIB(通用接口能力)控制能力的，微处理器、微计算机、或专用ASIC控制器。在图1的装置中，对于时标，一次只测试一个通道。所以，GPIB控制器140必须发送63个分开地切换的控制命令到复接器120。如果在每次复接器切换选择以后需要设定时间，则用于测试整个线路卡110的总的时间随之增加。可理解地，测试典型地线路卡的速度对于电信工业是决定性重要的。
重要的是指出，所以，没有示波器能够基本上同时地(即，在单个信号获取内)相对于电信时标来测试一个以上的通道。本发明利用图2所示的硬件结构，大大地减小对于执行电信测试多通道线路卡所需要的时间。图2以简化的方框图形式显示了在实施本发明时使用的四通道数字示波器100。这样的示波器可以是，例如，由Tektronix公司。Beaverton，Oregon制造的TDS-3054数字荧光粉示波器(DPO)。输入信号被加到包括A／D(模拟-数字)变换器219的获取电路210。获取路210几乎连续地以高速度采样加上的输入信号，以及把样本存储在获取存储器220。
在运行时，数字示波器200通过周期地采样在探针(为简明起见，未示出)接触到待观察的电路的某个节点时的一点处存在的电压，而获取有关输入信号的状态(即，波形)的信息。如上所述，图2的示波器200代表四通道数字示波器，诸如TDS 3054 DPO。虽然四通道是优选的，但本发明对于双通道示波器也是有用的。示波器200的示波器探针和前端被设计成精确地复制信号，或信号的某个预定的分数或倍数，并把它送到A／D变换器219。A／D变换器219的输出是一系列被存储在获取存储器220中的多比特数字字。接连地获取的样本以顺序地相关的地址被存储在获取存储器中，由此涉及到时间尺度。在这些地址的数据实际上由光栅形成器240变换回时间尺度，以及被存储在光栅存储器250。显示硬件，诸如强度或彩色绘图仪280，读出光栅存储器250的内容，并把数据加到光栅扫描显示器290。上述的时间尺度代表沿示波器的光栅显示器290的x轴的水平距离。
对于背景信息来说，光栅包含水平行和垂直列。每个行可由沿垂直轴(y轴)的位置数目识别，而每个列可由沿水平轴(x轴)的位置数目识别。典型地，在数字示波器中，从获取存储单元的数据内容得出的电压幅度来确定所显示的象素的垂直位置(行数)，而从获取存储器的地址得出的时间值来确定水平位置(列数)。扩展获取存储器的内容含量和地址，以产生二维光栅存储器的含量的处理过程被称为“形成光栅”。
光栅形成器240通过读出获取存储器120的内容含量、读出光栅存储器250的相关存储单元的内容含量、组合这二者，以及把结果的数值存储(即，组合)回光栅存储器250而形成复合的多比特灰度波形。几乎在同时，多功能光栅衰变单元270读出光栅存储器250的内容含量和以预定的速率减去数据，以及存储衰变的数值回光栅存储器250，供以后显示用。所有上述的功能在控制器230的控制下运行，该控制器可以是，例如，PowerPC G3微处理器，专用ASIC，或另外，控制器230可用多个处理器来实施。
光栅存储器250在图2上被更详细地显示为光栅存储器350。光栅存储器250包括三组存储器平板，灰度(GS)平板353，矢量平板354，和UI(用户接口)平板356。本领域技术人员将会看到，虽然很容易根据存储器“平板”想到这种结构，但它们实际上只是快速SRAM显示存储器的相邻的块。
波形数据被写入到GS平板353，它是以512×402矩阵排列的205，824存储单元的阵列，每个存储单元是9比特长。9个比特规定强度，颜色，以及象素是时标象素还是波形象素。
矢量平板354被用来显示从数学运算(例如，来自通道1和通道2的信号的和值)得出的波形，或用于显示先前存储的参考波形。矢量平板354是以512×402矩阵排列的205，824存储单元的阵列，每个存储单元是2比特长。顺便指出，2个比特将规定对于给定象素的三个级别的亮度和“关断”状态。
UI平板356用来存储与文本字符有关的象素数据，它包括整个640×480的屏幕面积。这样，UI平板356是以640×480矩阵排列的307，200存储单元的阵列，每个存储单元是4比特长。4个比特规定对于给定象素的颜色和亮度级别。
三组平板353、354、和356的输出信号被读出，以及被组合，以便在显示读出硬件单元380中典型地以60Hz速率显示。
图4显示了在示波器的显示屏幕上显示的典型的电信时标的两个部分410、430。图2的控制器230把电信时标放入显示存储器。它被画成为由一系列存储的X-Y点规定的一系列的多边形(例如，四边形)。电信时标可被放入两个存储器组的任一个组，取决于它的最后目的。如果目的只是观看电信时标，或在屏幕上移动它，则把它放入矢量平板354。然而，如果目的是正如在共同未决的、题目为“A Testand Measurement Instrument Having Telecommunications MaskTesting Capability with an Autofit to Mask Feature(具有自动适应时标特性的电信时标测试能力的测试和测量仪器)”(Letts)的美国专利申请序列号NO．09／602，575(在此引用，以供参考)中那样把它与波形数据进行比较，则把电信时标放入GS平板353。这是因为光栅形成器必须接入波形数据和电信时标，以便于检测在这二者之间的扰乱(即，作出冲突判决)，正如象素被放入光栅存储器350的GS平板353。
参照图4，数字示波器等的显示屏幕400，其上显示了具有上部410和下部430的电信时标。上部410和下部430的每个部分包括由多边形(例如，四边形)组成的各个段。
假定，“自动设置时标”特性把电信时标410，430放置在显示屏幕上(被写入到光栅存储器250)，以及获取和调整波形430、440、450、和460到标称值。一部分的“自动设置时标”功能(以上涉及的)则进行控制和阻止在时标区域中任何象素数据的衰变(这样，时标不必被连续地重新画出)。
回想起在新的数据被写入到光栅存储器350以前，现有的数据从光栅存储器350的GS平板353的相关存储单元被读出。现有的数据与新的数据组合，以便实施灰度(灰色标度)特性的增量部分(灰度特性的减量部分由多功能光栅衰变单元270完成)。组合的数据然后被写回到显示器的存储器中。
本发明认识到，在现有的数据和波形数据被组合的时候实施冲突检测运行，使得这个特性能够以极高的速度速率(每秒约一千万点)运行。因此，如果现有的象素数据表示，这个象素是电信时标的一部分，则检测到在波形象素与时标象素之间的冲突(即扰乱)，以及提醒控制器230出现扰乱。
四通道的输入信号顺序地以一个波形的原则与时标进行比较(即，在进到下一个波形的象素之前，从单个波形一次一个象素，直至整个波形完全被检验)。整个程序过程可能非常快，以致于全部四个通道对于用户来说似乎是同时被测试的。
在TDS3000系列示波器中，诸如上述的TDS3054，每个通道与不同彩色(例如，红、绿、黄、和深红)的控制按钮相联系，与该通道有关的波形以相应的颜色被画在显示屏幕上。所以，如果通过按下绿色控制按钮来选择通道2，则通道2的波形以绿色被画在显示屏幕上。所以，图4的波形430、440、450和460将以四种不同的颜色呈现。优选地，电信时标部分410、420以五种颜色被画出，例如，蓝色。这样，时标扰乱(即，至少一个时标象素被波形重写)被显示给用户，以及侵犯时标的波形的颜色表示哪个信号不遵从电信标准。
不扰乱时标的那些象素是相对于黑色背景被显示的，以及由于在波形轨迹和背景之间的相对较好的对比度，它是容易观察的。然而，扰乱时标的那些象素是相对于蓝色时标被显示的，以及由于在波形轨迹和蓝色的时标之间的减小的对比度，它是不太容易观察的。在这时，考虑在蓝色时标上显示的绿色轨迹。已经发现，如果扰乱时标的波形象素以比起不扰乱时标的波形的那个部分的象素更高强度的水平被显示，则时标扰乱更容易观察。
想要的亮度增加可以如下地完成。假定光栅形成器240从光栅存储器250读出给定的象素的当前值，以及确定这个特定的象素是电信时标的一部分。要被写入到光栅存储器的同一个存储单元中的波形象素将和时标“冲突”，以及造成时标扰乱。为了增加这个“扰乱的”波形象素的显示强度以便更好地观看，波形样本值的两个比特在被存储到光栅存储器250以前被改变。这个改变使得绘图仪280的不同的段被使用，它又使得该特定的波形象素的显示强度值比它本来值大大地增加。被存储在光栅存储器250的该存储单元中的特定的数据字表示象素的强度值，象素的颜色(即，与波形轨迹的其余部分相同的颜色)，但保持一个指示，这个特定的象素存储单元属于电信时标。最终的显示在时标扰乱的点处将呈现出波形相对于时标更大的对比度。
图5是按照本发明的多通道电信时标测试装置500的简化的图。待测试的线路卡510包括要被测试遵从电信标准的N个通道的电信信号。N个通道(典型地63通道)被加到N∶4复接器520(在这种情况下，63∶4复接器)。复接器520的四个输出信号被加到具有电信时标测试能力的四通道示波器530(例如，上述的TDS 3054 DPO)的四个信号输入端。复接器520和示波器530是在GPIB控制器540的控制下。GPIB控制器540可以是具有GPIB(通用接口能力)控制能力的，微处理器、微计算机、或专用ASIC控制器。
在运行时，示波器530同时地获取信号以及顺序地确定信号是通过时标测试还是通不过时标测试。然后这个序列被重复N次，例如16次，以一次四个一组的形式检验线路卡510的每个通道。这样，如上所述，本发明利用图2所示的硬件结构，大大地减小对于执行电信测试多通道线路卡所需要的时间。达到时间减小是因为在本发明的装置中，四个信号是相对于时标同时地被测试的。达到时间减小也是因为相对于图1的装置所需要的切换控制信号的数目来说，只有四分之一的切换控制信号(具有任何有关的延迟时间和建立时间)需要被发送到图5的N-通道复接器520。
已经描述的是用于相对于电信时标测试波形的多通道的非常高速度的方法和装置。
虽然本发明是相对于数字示波器描述的，但这里将会看到，本发明可被应用于其它的测试和测量设备，例如，逻辑分析仪，或通信网络分析仪等。
虽然如先前存储那样地描述了用于产生时标的X-Y点，但本领域技术人员将会看到，用户可通过测试和测量仪器的数据端口从PC机下载他自己的数据，以便于产生定制的时标。