Анализатор спектра

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

< о813304 (á 3) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 18.07.78 (21) 2645262/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.81. Бюллетень "@ 10

Дата опубликования описания 20. 03. 81

{5 „,,(„з

С 01 g 23/16

Государствеяяый «омитет

СССР яо делам язобветеняй я от«вытяй

{53) УДК 621. 317. .757(088.8) (72} Автор изобретения

В. И. Якименко (73) Заявитель (54). АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к специалиэированньм средствам измерительной техники, предназначенным для исследований спектральных и временных свойств случайных электрических сигналов, характеризующих, например, биологические структуры в медицинс— ких экспериментах или технические объекты в промышленности.

Известны анализаторы, содержащие квантователь, широтно-импульсный преобразователь, регистр сдвига, умножитель, накопитель, коммутаторы, регистр опроса, делитель частоты и генератор тактовых импульсов f1), Их недостатком является сложность анализа, связанная с избыточностью узлов анализатора и с необходимостью обеспечения условий сопряжения с другими анализаторами при вычислении других интегральных функций.

Цель изобретения — упрощение анализа.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий входной блок, состоящий иэ последовательно соединенных квантователя и широт н импульсного преобразователя, выход которого через регистр сдвига подключен ко входам умножителя, состоящего иэ и ключей, два коммутатора, . связанных между собой через накопитель, регистр опроса, выходы которого соединены с управлякщими входами первого коммутатора, а вход подключен к выходу делителя частоты, другой выход которого соединен с входным блоком, а вход подключен к выхо10 ду генератора тактовых импульсов, дополнительно введены во входной блок ключ и интегратор, в умножитель -М/4 входных ключей, а также весовые резисторы, инвертор и два регистра onроса, входы которых подключены к соответствующим выходам делителя частоты, причем выходы второго регистра опроса соединены с управляющими входами второго коммутатора, один выход третьего регистра опроса соединен с управляющим входом инвертора, а его другие выходы подключены к управляющим входам вторых ключей умножителя, при этом выходы вторых ключей умножителя через весовые резисторы подключены ко .входу инвертора, выход которого подключен к одним входам второго коммутатора, а к его другим входам подключены выходы первых ключей умножителя, входы первых и вторых ключей

ЗО объединены и подключены к выходу ин813304 тегратора, соединенного одновременно через введенный ключ со входом квантователя, выход ко ".орого соединен со входом интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора; на фиг. 2 — временная диаграмма, иллюстрирующая формирование ряда частот базисной функции и процедуру преобразования Фурье сигнала.

Анализатор содержит входной блок (устройство) 1, состоящий из квантователя 2, широтно-импульсного преобразователя 3, интегратора 4 и ключа

5, регистр б сдвига, умножитель 7, состоящий иэ первых ключей 8, вторых ключей 9-1-9-й/Ф-1 и весовых резисторов 10-1-10-й/4-1 инвертор 11, второй коммутатор 12 с ключами 13-1-13-й/4-1 накопитель 14, первый коммутатор 15, генератор 1б тактовых импульсов, делитель 17 частоты, первый 18, второй

19 и третий 20 регистры опроса.

Анализатор работает следующим об— разом.

1. Вычисление корреляционной функции.

Процедура вычисления осуществляет10 еса,при котором входной сигнал в одном канале анализатора подвергается дельта-модуляции, затем сигма-модуляции (по ширине импульса), а в другом канале является непрерывным.

Электрический сигнал подается на входное устройство 1, в одном канале которого подвергается дискретизации (непосредственно дельта-модуляции) и преобразованию дискреты определенной амплитуды в импульс соответствующей ширины в канале квантователь 2 — преобразователь 3 (аналог-ширина импуль— са ), а в другом канале сигнал через, замкнутый в этом режиме ключ 5 проходит на входы всех ключевых умножителей 7, к которым подключены информационные входы первых ключей 8. В этот момент времени широтномодулированный импульс, поступая на вход регистра б сдвига, с помощью тактовых импульсов от генератора 1б продвигается по нему, одновременно поступая через соответствующие выходы 0,1,2,..., М-1 на управляющие входы ключей 8 и замыкает их на этот интервал времени (a Т вЂ” от выборки х/1 At; AT " от

Для вывода полученной информации на регистрирующие устройства с выхода делителя 17 часТоты на вход регистра

18 опроса поступает импульс, который продвигается по нему, однбвременно поступая с соответствующих выходов на управляющие входы определенных клюЗО

6Î ся в соответствии с алгоритмом Стилтьчей коммутатора 15, благодаря чему через эти ключи считывается информация, полученная в 0,1,2,..., N-1 ячей ках накопителя 14.

2. Вычисление спектра сигнала.

Вычислительная процедура представляет собой последовательность математических операций, составляющих дискретное преобразование Фурье (ДПФ ), при помощи которого производится вычисление спектра сигнала за И циклов, т.е. один цикл преобразований для каждой из 1 выборок входного сигнала (фиг ° 2,а).

В исходном состоянии ключ 5 разомкнут; в управляемом инверторе 11 устанавливается коэффициент передачи

+1 (фиг.2,6); с первого выхода делителя 17 частоты формируется начальная частота повторения импульсов F > из ряда частот Fj для управления регистром 20 опроса, а с другого выхода делителя 17 частоты на регистр 19 опроса эта частота F< подается постоянно.

1 цикл. На вход анализатора подается случайный сигнал х/t/, и по команде от генератора 1б тактовых импульсов через третий выход делителя

17 частоты производится управление квантователем 2. Полученная первая выборка х/1 at/ подается на интегратор

4, запоминается в нем (до получения следующей выборки х/2 At/) и задает потенциал этого уровня на входной шине, к которой подключены входы всех вторых ключей 9 умножителя 7.

На входы регистоов 19 и 20 опроса. одновременно подаются управляющие импульсы с первого и второго выходов делителя 17 частоты, с нуль-выходов этих регистров импульсы поступают на управляющие входы ключа 9-1 и ключа

13-1 коммутатора 12. При этом потенциал, соответствующий значению выборки х/1at/, через ключ 9-1 подключается к весовому резистору 10-1, после которого, уменьшенный на определенную Величину, подается через инвертор 11 и ключ 13-1 в ячейку "0" накопителя 14. При продвижении импульсов опроса в регистре 19 и в регистре 2б они поочередно считывают потенциал с входной шины через ключи

9-1, 9-2,..., 9-в/4-1 на соответствующие резисторы 10-1, 10-2,..., 10-й/4-1, с которых они подаются на последовательно соединенные инвертор 11, соответствующие ключи 13-1, 13-2,..., 13-й/4-1 и входы ячеек 1,2,...,Ч/4 -1 накопителя 14. В этот момент импульс опроса с(й/4-1) -го выхода регистра

20 поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11 и изменяет знак коэффициента передачи с +1 на

-1 (фиг.2,6.). Продвигаясь в регистре опроса 20,импульс поступает далее на выходы N/4, Й/4+1,..., Й/2-2, благодаря чему последовательно замыкаются ключи 9, подключенные к резисто813304 рам 10-N/4-1, 10-й/4-2,... 10-1, формируя произведения выборки х/1 Ьt / на косинусоиду отрицательной полуволны. В зти моменты времени дельтаимпульс с выходов регистра 19 опроса последовательно открывает ключи

13 коммутатора 12 и .сигналы с выхода управляемого инвертора 11 распределяются в соответствующие ячейки накопителя 14.

Таким образом, после записи в 30 (й-1) -ую ячейку накопителя 14 в нем фиксируется произведение выборки . х/1 ° at/ на один период косинус-функции начальной частоты fe .

2 цикл. Предварительно производится сброс напряжения с интегратора 4.

На выходе делителя 17 частоты, соединенного со входом регистра 20 опроса> формируется частота импульсов 2F а в управляемом инверторе 11 вновь устанавливается коэффициент передачи И

+1.

Аналогично первому циклу по команде от генератора 1б тактовых импульсов производится срабатывание квантователя 2 и выборка х/2 ° at/ поступает g$ на запоминание в интегратор 4. Продвигаясь в регистре 20 опроса с частотой 2 F, дельта-импульс опроса последовательно oTKpbIBcfBT ключи 9 от номера О до й/4-1 и вновь до О. Так как в это время дельта-импульс опроса в регистре 19 продвигается с частотой

F< (как и в первом цикле), ключи 13, открываясь на короткое время, пропускают в ячейки накопителя сигналы толь- 5 ко с четных номеров ключа 9, которые распределяются в те же ячейки

0,1,2,3,..., й-1 накопителя 14. Благодаря различию частот управления регистрами 20 и 19 в накопитель поступает произведение выборки х/2 ° Ш/ на косинус-функцию удвоенной начальной частоты 2f(фиг,.2,в).

3 цикл. Преобразования сигнала производятся аналогичным образом, но на управляющий вход регистра 20 опроса подаются импульсы с частотой

ЗГ . Вследствие этого в накопитель поступают произведения выборки х/3 ° 6t/ на косинус-функцию частоты

ЗФО (фиг.2,г) . 50

1-И цикл. С регистра 20 дельтаимпульс частоты И F опрашивает ключи 9, а с регистра 19 опроса дельтаимпульс опроса открывает ключи 13 с частотой Fq вследствие x&Fo BB выходы коммутатора 12 поступает сигнал, эквивалентный произведению выборки

x/M ° М/ на косинус-функцию частоты

M f 0(ôèã.2,ä) .

Таким образом, после вычислительнбй процедуры из М циклов преобразований сигнала в накопителе 14 образуется сумма, состоящая из частичных произведений, полученных в каждом цикле (фиг.2, а-д), и характеризующая спектр случайного сигнала.

Формула -изобретения

Анализатор спектра, содержащий входной блок, состоящий иэ последовательно соединенных квантователя и широтно-импульсного преобразователя, выход которого через регистр сдвига подключен ко входам умножителя, состоящего иэ и ключей, два коммутатора, связанных между собой через накопитель, регистр. опроса, выходы которого соединены с управляющими входами первого коммутатора, а вход подключен к выходу делителя частоты, другой выход которого соединен с входным блоком, а вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью упрощения анализа, в него дополнительно введены во входной блок ключ и интегратор, в умножитель й/4 входных ключей, а также весовые резисторы, инвертор и два регистра опроса, входы которых подключены к соответствующим выходам делителя частоты, причем выходы, второго регистра опроса соединены с управляющими входами второго коммутатора, один выход третьего регистра опроса соединен с управляющим входом инвертора, à его другие выходы подключены к управляющим входам вторых ключей умножителя, при этом выходы вторых ключей умножителя через весовые резисторы подключены ко входу инвертора, выход которого подключен к одним входам второго коммутатора, а к его другим входам подключены выходы первых ключей умножителя, входы первых и вторых ключей объединены и подключены к выходу интегратора, соединенного одновременно через введенный ключ со входом квантователя, выход которого соединен со входом интегратора.

Источники информации, принятйе во внимание при экспертизе

1. Анализатор СТ-200. Франция, проспект фирмы "SAIP" 1976.

В1ЗЗО4

Составитель A. Орлов

Редактор A. Гук Техред М.Голинка Корректор М. Вигула

Заказ 766/56 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4