專利名稱：波形比較量化方法
技術領域：
本發明涉及一種波形比較方法，尤其涉及一種波形比較量化方法。
背景技術：
在計算機及通信領域，仿真和測試的結果都是用波形來描述的。工程師往往 要對各種各樣的波形進行比較和分析。傳統的比較波形差別或相似程度的方法是不 專業的目測方法，而沒有一個完善的量化方法來衡量波形的不同。特別是，不同的 工程師對同一波形會有不同的認識方法。目前，計算機尤其是通信領域，進行波形 比較的需求正日益增加，潛在的需求越來越多，客觀上要求一種能夠量化波形相似 或差別的方法。
發明內容
本發明的目的是解決波形比較中用數值衡量波形相似(或差別)程度的方法 空白，用量化波形差別的方法以及應用適當定義的關鍵參數來量化波形的相似(或 差別)程度，通過參數的取值來判斷波形相似(或差別)程度，從而解決了這一問 題。DI (Differential Index)就是一組本發明的方法所定義的參數，應用這組參數， 工程師很容易判斷出波形差別多少。
本發明提供了一種波形比較量化方法，該方法包括以下步驟(a)輸入被比 較的波形；(b)確定波形比較范圍；(c)輸入波形平移基準點；(d)選擇橫向 比較或縱向比較；(e )執行所述橫向比較或縱向比較，求解對應的參數；(f )根 據所述參數量化所述波形的相似度。
此外，上述方法在所述步驟(c )和(d )之間還可以包括(g )輸入噪聲閾值 NT或TNT的步驟。
在上述波形比較量化方法中，縱向比較包括以下步驟(h-l)判斷是否平移， 如果不平移則轉到步驟(h-3 ),如果平移則轉到步驟(h-2 ) ; ( h-2 )平移一被 比較的波形；(h-3)計算縱向差別指數。其中，縱向差別指數包括 差別峰值DP:
DP = Maxte[Tstart,Te』(|W2(t + offset) - W!(t)l)
差別均值DA:
DA =-^-^-
DL ，
差別長度DL: 差別峰值指數DPI:
DP
DPI 一--x 1,/
斷^[7^齢1V^〗^("—Mi^r加仲T謂』WW
差別均值指數DAI:
畫二-^-x 100《
艦&[&辨TW:兩W—M加—r加^福^")
差別長度指數DLI:
DL! = :DL/|7^ - JWI X謂％ I 其中[Tstart, Tend]是所述波形比較范圍，W,和W2是被比較的波形的縱坐標 值，offset是橫向平移值，t是波形的橫坐標值。
此外，在上述波形比較量化方法中，橫向比較包括以下步驟(i)計算橫向
差別指數。其中，橫向差別指數包括
橫向差別峰值TDP:
TDP = Max萍"叩肌(y) -
橫向差別均值TDA:
TDA =-5-
橫向差別長度TDL:
TDL = 2r=1,3,5,,..(Yi+i — W I
橫向差別長度指數TDLI:
TDLI = TDL肌邵-》W| X謂％ I 其中[Ybot， Ytop]是所述波形比較范圍，L和T2是被比較的波形的橫坐標值， y是波形的縱坐標值。
應當理解，本發明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性 的，并且旨在為如權利要求所述的本發明提供進一步的解釋。
包括附圖是為提供對本發明進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部 分，附圖示出了本發明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發明原理的作用。 附圖中
圖1示出了波形Wz和W!以及兩者的偏移offset。
圖2示出了圖1所示的波形^平移后的情況。
圖3示出了 W2經平移的波形及其比較窗口。
圖4示出了 W2和Wl的差值的才莫值W0。
圖5示出DPI-DAI圖。
圖6示出了一個橫向波形比較的實例。
圖7示出了根據本發明的波形比較量化方法的流程圖。
具體實施例方式
現在將詳細參考附圖描述本發明的實施例。
本發明的波形比較量化方法包括以下步驟輸入被比較的波形，確定波形比 較范圍，輸入波形平移基準點，選擇橫向比較或縱向比較，執行所述橫向比較或縱 向比較，求解對應的參數，根據所述參數量化所述波形的相似度。以下詳述縱向和 橫向波形比較方法。
縱向波形比較方法
如圖l所示，假設有兩條波形需要比較，即W1和W2。在比較W1和W2之 前，需要確定比較窗口，即比較的范圍，以及確定是否平移W2之后再進行比 較。
DI是本發明提出的用于測量波形差別的參數。DI包含一組參數，它包括 差別峰值指數(Differential Peak Index (DPI))，差別均值指數(Differentia 1 Average Index (DAI)), 以及差另寸長度4旨凄史(Different ia 1 Length Index (DLI))。
1.差別峰值(Differential Peak (DP))和差別峰值指數(Different ial Peak Index (DPI))
差別峰值DP定義如下，
DP = Maxte[Tstart,Tend(lW2(t +offset)—Wi(t)l) (4. L "
其中，[Tstart， Tend]是用戶定義的比較窗口。 DP能夠表明兩條波形在縱
向最大的不同。差別峰值指數定義為，
-x 100%
f— —■恥w
(4. 1. 2)
DPI =--tt x 100%
很明顯地，DPI是DP相對于Wl的波形變化幅度的相對值。
2, 差別均值(Differential Average (DA)),差別長度(Different ia 1 Length (DL))和DAI及DLI
在定義DA之前，我們必須理解噪聲閾值(Noise Threshold (NT))的概念。 當我們比較實際兩條波形的時候，不論兩條波形的誤差值有多小，該誤差值總 是存在的。大多數情況下，非常小的值是可以忽略的或者說其對比較兩條波形 的差別沒有顯著的貢獻。噪聲闊值的存在能夠讓工程師把精力用于波形差別顯 著的部分，而忽略差別微乎其微的部分。當比較兩個電壓波形時，我們推薦的 噪聲閾值是0. 5 mV，用戶可以修改這一設置。
1|1丄..3,5,.,,^+，說2(《+0//縱)-W丄(t頂dt
DA = ~~~^-^ 4.1,3
DL
DL = UW-Ts)| (4.1.4) 其中[Tb L]是WO (WO (t)HW2 (t+offset)-Wl (t) I)大于NT的從Tstart開 始的第一個區域。在[Tstart, Tend]范圍中，總共有(N+l ) /2個WO大于NT的 區域。
DL是用于描述在比較窗口內有顯著差別的區域(大于噪聲閾值的區域)有
多長的指標。DA是指在DL區域內兩波形的平均差別。DAI和DLI定義如下，
DAI 二--r x 100%
M^[^抓,r^WW一顧^[T加j^^w (4. l 5)
DLI = DL/『7Vnd — Rtertl x 100% I (4.1.6) 同樣地，DAI和DLI分別是DA和DL的相對值。
3. 波形比4交方法實施 第一步計算平移量及平移波形
考慮圖l的例子，其中橫軸單位是納秒，縱軸單位是伏特。用戶應當自己 決定是否要平移波形。如果回答是，并根據用戶提供的波形平移基準點計算時 間偏移量offset,并且將波形W2進行平移。(圖2顯示了波形平移后的結果， 此例的平移基準點設置為1. 32伏特)。如果回答否，Wl和W2都不會有變化。
在這里，我們選擇進行平移。 第二步確定比較窗口
用戶應當給出比較窗口。本例中，兩個波形的時間范圍是[O， 10],如圖3 所示，用戶定義的比較窗口是
。 第三步計算DI相關參數
通過使用本方法，用戶能得到如圖3的波形，該波形W0是W2經過平移之 后與W1相差的模值。根據DP, DA和DL的定義，其相應的值為，1.1V 5) 5ns， 0. 62V和4, 998ns。對于DPI, DAI和DLI,其相應的值為,33. 3%, 18. 8%和58. 8%。 圖4示出了 W2和Wl的差值的模值WO的曲線，其中WO = |W2-Wl i。 圖5示出了 DAI、 DPI的值與波形差別的關系。以數字通信領域為例，通 常情況下只需要考慮DPI和DAI就可以判斷波形差別的情況。如圖5所示，區 域A ( DPI和DAI都小于1 % )表示兩條波形才及其相似，肉眼已難以分辨差別； 區域B ( DPI和DAI都小于5% )表示兩條波形相似，在數字通信領域可以認為 沒有差別；區域C(DAI小于5。/。， DPI大于5% )表示兩條波形整體較為相似， 但在某些點后者的差別非常顯著，通常是由于存在短時脈沖波形干擾(glitch) 或者突發噪聲干擾；區域D (DPI和DAI都大于5% )在數字通信領域被認為兩 條波形差別顯著。
橫向波形比較方法
如圖6所示，假設有兩條波形需要橫向比較，即Wl和W2。在比較Wl和 W2之前，需要確定比較窗口，即比較的范圍。在這里，比較范圍是[Y-bot, Y_top]。
TDI (Timing Differential Index)就是本發明提出的用于測量4黃向波形差 別的參數。TDI包含一組參數，它包括橫向差別峰值(Timing Differential Peak (TDP)),沖黃向差別均值(Timing Differential Average (TDA))，以及橫向差 別長度(Timing Differential Length (TDL))。
1.才黃向差別峰值(Timing Differential Peak (TDP))
TDP定義為，
TDP = M認萍"呼]o,-咖|) (4, 2. d
其中，[Y —bot, Y-top]是用戶定義的比較窗口 。 TDP能夠描述兩個波形之間 最大的橫向差別。
2. 4黃向差別均^f直(Timing Differential Average (TDA)) ， 4黃向差別長度 (Timing Differential Length (TDL))及TDLI
在定義TDA之前，我們必須理解橫向噪聲閾值(Timing Noise Threshold (TNT))的概念。當我們比較實際兩條波形的時候，不論兩條波形的誤差值有多 小，該誤差值總是存在的。大多數情況下，非常小的值是可以忽略的或者說其 對比較兩條波形的差別沒有顯著的貢獻。橫向噪聲閾值的存在能夠讓工程師把 精力用于波形差別顯著的部分，而忽略差別微乎其微的部分。當比較兩個電壓 隨時間變化的波形時，我們推薦的橫向噪聲閾值是1 ps ，用戶可以修改這一設 置。
<formula>formula see original document page 9</formula> (4.2.3)
其中，[Y,，Y2]是T0(T(HT2(y)-Tl(y))大于TNT的從Y_bot開始的第一個區
域。在[Y_bot， Y—top]范圍中，總共有(N+l ) /2個TO大于TNT的區域。
TDL是用于描述在比較窗口內有顯著差別的區域(大于橫向噪聲閾值的區
域)有多長的指標。TDA是指在TDL區域內兩波形的平均差別。TDLI定義如下， TDLI = TDL肌p — U X ■% i (4. 2. 4)
TDL I是TDL的相對值。
3. 波形比較方法實施
如圖6的一個實例，用戶定義的比較窗口為0. 66V(Y —bot=0. 66V)到2. 64V (Y_top=2. 64V)之間。
通過使用本方法，用戶能得到如圖6右側的波形，該波形TO是T2與Tl 相差的模值。根據TDP， TDL， TDLI和TDA的定義，其相應的值為，TDP=2S， TDL=1.98V, TDLK0(T/。和TDA=1. 2222S。也就是說，在比較窗口的最大橫向差 別是2S，平均的橫向差別是1. 2222S.
本發明實施例的流程
如圖7所示，根據本發明一個實施例的方法包括以下步驟 (a)輸入被比較的波形；(b)確定波形比較范圍；(c)輸入波形平移基準 點；(d )選擇橫向比較或縱向比較；(e )執行所述橫向比較或縱向比較，求解對 應的參數；(f )根據所述參數量化所述波形的相似度。此外，在步驟(c )和(d )
之間還可以包括步驟(g )輸入噪聲閾值NT或TNT。
此外，上述步驟中，縱向比較包括(h-l)判斷是否平移，如果不平移則轉
到步驟(h-3 ),如果平移則轉到步驟(h-2 ); ( h-2 )平移一被比較的波形；(h-3 )
計算縱向差別指數。
此外，上述步驟中，橫向比較包括(i)計算橫向差別指數。 本領域技術人員可顯見，可對本發明的上述示例性實施例進行各種修改和
變型而不偏離本發明的精神和范圍。因此，旨在使本發明覆蓋落在所附權利要
求書及其等效技術方案范圍內的對本發明的修改和變型。
權利要求
1、一種波形比較量化方法，包括(a)輸入被比較的波形；(b)確定波形比較范圍；(c)輸入波形平移基準點；(d)選擇橫向比較或縱向比較；(e)執行所述橫向比較或縱向比較，求解對應的參數；(f)根據所述參數量化所述波形的相似度。
2、 如權利要求1所述的波形比較量化方法，其特征在于，所述步驟(b)或 者步驟(c)可以位于所述步驟(a)和(e)之間任何位置。
3、 如權利要求1所述的波形比較量化方法，其特征在于，在所述步驟(c) 和(d)之間還包括以下步驟(g )輸入噪聲閾值NT或橫向噪聲閾值TNT。
4、 如權利要求1所述的波形比較量化方法，其特征在于，所述縱向比較包括 (h-l)判斷是否平移，如果不平移則轉到步驟(h-3),如果平移則轉到步驟(h-2 );(h-2)平移一被比較的波形； (h-3)計算縱向差別指數。
5、 如權利要求4所述的波形比較量化方法，其特征在于，所述縱向差別指數包括差別峰值DP:DP = Maxte[Tstart,TeDd(:|W2(t + offset) - Wi(t)|)差別均值DA:<formula>formula see original document page 3</formula>差別長度DL:差別峰值指數DPI DPI =差別均值指數DAI: DAI =<formula>formula see original document page 3</formula>M戰統[^辨T^,")-Mi^(T加^T謂ed ^i(t)<formula>formula see original document page 3</formula>x 100%X 100%Max—r加wiwed ^ W—她^[r加^T柳』WW 差別長度指數DLI:DU = DL/|7^d - 7>tarf 1 X 100% I 其中[Tstart， Tend]是所述波形比較范圍，和W2是被比較的波形的縱坐標 值，offset是橫向平移值，t是波形的橫坐標值。
6、如權利要求1所述的波形比較量化方法，其特征在于，所述橫向比較包括: U)計算橫向差別指數。
7、如權利要求6所述的波形比較量化方法，其特征在于，所述橫向差別指數 包括橫向差別峰值TDP:TDP = M認y印'脅&邵](l7U力—T\(》，)|)橫向差別均值TDA:TDA =-^~5-橫向差別長度TDL:TDL = i:f，".,- Y0 I橫向差別長度指數TDLI:TDL! = TDL肌p — &ot| X 100% | 其中[Ybot, Ytop]是所述波形比較范圍，L和T2是被比較的波形的橫坐標值， y是波形的縱坐標值。
全文摘要
本發明提供了一種波形比較量化方法，該方法包括以下步驟(a)輸入被比較的波形；(b)確定波形比較范圍；(c)輸入波形平移基準點；(d)選擇橫向比較或縱向比較；(e)執行所述橫向比較或縱向比較，求解對應的參數；(f)根據所述參數量化所述波形的相似度。本發明用量化波形差別的方法以及應用適當定義的關鍵參數來量化波形的相似或差別程度，能通過參數的取值來判斷波形相似或差別程度。
文檔編號H04B17/00GK101383664SQ20071004559
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月5日 優先權日2007年9月5日
發明者張新軍, 王力群 申請人:上海力愷軟件有限公司