Дискретно-аналоговый фурье-преоб-разователь
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЯЬСТВУ
Союз Севетскик
Социалистичесиик
Республик
Опубликовано 15,03.81. Бюллетень NP 10
Дата олубликования описания 20. 03. 81 (51)М, Кл с„01 К 23jl6
Государственник коинтст
СССР по нелаи нзобретаннй н открытнй (53)14K 621.317. .757(088.8) (72) Авторы изобретения
В. И. Бабенко (71) Заявитель (54 ) ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к вычисли-. тельной технике и может быть использовано для определения коэффициентов
Фурье исследуемого сигнала.
Известен Фурье-преобразователь, в котором генерация синусных и косинусных коэффициентов объединяется с умножителями в виде резисторно-переключающейся ячейки. В таком устройстве коэффициенты Фурье определяются для всех частот анализа (1).
Недостаток этого устройства заключается в невысоком динамическом диапазоне.
Известно другое устройство, содер- 15 жащее блок выборки мгновенных значений сигнала, суммирующие интеграторы, резисторные матрицы (т.е. цифроаналоговые преобразователи), регистр номера частоты, сумматор, регистр ад- 2ц реса весового коэффициента, постоянный запоминакщий блок-схему управления, позволякщий осуществлять перестройку частоты по заданной программе l2 J.
Недостатком такого устройства является несимметричная нагрузка инверсных входов операционного усилителя, что приводит к смещению его .выходного напряжения (и, как след- 30 ствие этого — к уменьшению динамиI ческого диапазона устройства по выходу ) при отсутствии сигнала на входе.
Цель изобретения — увеличение динамического диапазона.
Для достижения указанной цели в дискретно-аналоговый Фурье-преобразователь, содержащий блок выборки мгновенных значений сигнала, управлякщий вход которого соединен с первым выходом блока управления, последовательно соединенные регистр номера частоты, сумматор; регистр номера весового коэффициента и постоянный эапоминакщий блок, блок формирования знаков, выход которого соединен с исполнительным регистром знаков, а вход .подключен к объединенным выходам регистра номера частоты и регистра номера весового коэффициента, управляющие входы которых соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, два канала преобразования, каждый из которых состоит из исполнительного регистра модуля синуса или косинуса текущих аргументов, одним входом соединенного с четвертым выходом блока управления, а другим — с одним из выходов постоянного запоминающего
813307 блока, суммирующего интегратора, уп являющим входом подключенного к пятому выходу блока управления, цифроаналогового преобразователя, одним входом соединенного с выходом регистра модуля текущего ар",умента и пары ключей, выходы котОрых объединены И подключены ко второму входу цифроаналогового преобразователя, в каждый канал преобразования дополнительно введены второй цифроаналоговый преобразователь, вторая пара ключей и два элемента ИЛИ, входы которых подключены к выходам исполнительного регистра знакон, а два выхода каждого элемента соединены .с управляющими входами ключей обеих пар, причем один вход ключа каждой пары подключен к выходу блока выборки мгновенных значений сигнала, а другой вход заземлен, выходы ключей второй пары также объединены и подключены ко входу второго цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом регистра модуля текущего аргумента, а выход соединен е одним из входов суммирующего интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого Фурьепреобразователя. устройство содержит; егистр 1 номера частоты, сумматор 2, регистр 3 номера весового;коэффициента, постоянный запоминающий блок 4 для хранения синусных (косинусных) значений весовых коэффициентов, блок 5 форглирования знаков, исполнительные регистры 6 знаков и модулей синуса и косинуса текущих аргументов 7 и 8, цифроаналоговые преобразователи
9-12, выполненные в виде декодирующих цифроаналоговых управляемых (с помощью ключей) делителей R- 2R, ключи 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, ключи 19-22, элементы ИЛИ 23 и 24, блок 15 выборки мгновенных значений сигнала, суммирующий интегратор 26 синусной составляющей преобразования
Фурье, суммирующий интегратор 27 косинусной составляющей преобразования
Фурье и блок 28 управления.
При изменении кода номера частоты
Р этот код записывается импульсом с четвертого выхода блока 28 управления в регистр 1 номера частоты перед началом обработки нулевого отсчета реализации и сохраняется до начала обработки нулевого отсчета следующей реализации. Перед началом обработки нулевого (по порядковому номеру безразмерного времени К ) отсчета реализации импульсам с выхода блока 28 управления сбрасываются в нуль регистр 3 номера весового коэффициента, исполнительные регистры 7 и 8 и суммирующие интеграторы 26 и 27. После этого содержимое регистра Э номера весового коэффициента суммируется по модулю и в сумматоре 2 с содержимым регистра 1 номера частоты. В регистре 3 номера весового коэффициента формируется полный номер (адрес) весового коэффициента по модулю й, и два старших разряда определяют знак синусных и косинусных весовых коэффициентов.
Результат суммирования следующим импульсом управления, поступалцим с пятого выхода блока 28 управления, переписывается в регистр Э номера весового коэффициента. По номеру весового коэффициента из постоянного запоминающего блока 4 синусных и косинусных значений весовых коэффициентов вызываются модули синусов и косинусов. Следующим импульсом с третьего выхода блока 28 управления модули весовых коэффициентов и их знаки записываются в исполнительный регистр 7 для модуля синуса и в регистр 8 для модуля косинуса. С этого момента времени начинается обработка К-того
25 отсчета исследуемого сигнала, т.е. код модуля синуса и код модуля коси— нуса (для фиксированной частоты Р и момента времени K) подается на управляющие входы ключей цифроаналоговых преобразователей 9 и 10 и 11 и 12 . Отсчет сигнала f(k), декодированный на значение весового коэффициента з|и —,РК и со> „py, для мо2К 2В мента времени к, подводится к инверсным входам интеграторов 26 и 27.
В зависимости от знака весовых коэффициентов (определяемого двумя старшими разрядами полного номера весового коэффициента) блок 5 форми— рования знаков формирует признак знака и через исполнительный регистр знаков б (в виде импульса, равного потенциалу логической единицы, по длительности совпадающего с длитель— ностью интервала дискретизации) под45 водится на элементы ИЛИ 17, 18, 23 и
24.
При отрицательном значении весоного коэффициентазщ «2 -рк импульс с
Ь первого выхода исполнительного регистра з иаков 6 (соответс тв укщий уровню логической единицы) подводится к элементу ИЛИ 17, и на ее прямом выходе появляется тот же импульс, который открывает ключ 14, обеспечивая прохождение отсчета. сигнала 1(), с выхода блока выборки мгновенного значения сигнала 25 на вход цифроана-логового преобразователя 11, где происходит его декодирование (взвешивание) по закону f(k) siп — РК и на2
Я копление s интеграторе 26.
В то же самое время на инверсном входе элемента ИЛИ 17 потенциал логического нуля, следовательно, ключ 13 закрыт. Для обеспечения симметрии ин81 3307 версных входов операционного усилите-. ля н нтегратора 26 от носитель но общей точки устройства необходимо выполнять дяя кевдого MQMBHTB времени к(яЕ Ои-я j равенство проводимос тей от носит ельно общей точки, т.е. нагрузить и неинвертирующий вход интегратора 26 (для момента времени К, когда отсчет сигнала f(1с) подается на инвертирующий вход операционного усилителя интегратора 26) на такой же коэффициент передачи sth QpK. для этой цели служит второй цифроаналоговый преобразователь 12, и при отрицательном значении коэффициентами — Рц на вход элеPly я мента:.ИЛИ 18 с выхода исполнительного регистра 6 знаков не поступает управляющий импульс (подается потенциал, равный логическому нулюУ, следовательно, на инверсном выходе элемента ИЛИ 18 присутствует потенциал логической единицы, открыт ключ 15 и закрыт ключ 16. При этом неинвертирующий вход интегратора 26 через сопротивление ифроаналогового преобразователя 12 ° (равное для момента времени K величи не 4n — „PK ) и прямое соп25 ротивление ключа 15 (равное 50-100 ом) включается на общую точку устройства.
При .положительном Знаке коэффициентами RK импульс со второго выхода регистра 6 подается на вход эле- 30 мента ИЛИ 18, и на ое прямом выходе присутствует импульс логической единицы, при этом открыт ключ 16, обеспечивая прохождение отсчета сигнала
t(k) через цифроаналоговый преоб-- 35 разователь 12 на инвертирующий вход интегратора 26. На инверсном выходе элемента ИЛИ 18 при этом присутствует потенциал логического нуля, ключ 15 закрыт. Для обеспечения сим метрии по нагрузке инверсных входов интегратора 26 для этого же момента времени К на вход элемента ИЛИ 17 управляющий импульс не подается с выхода регистра 6, поэтому на инверсном выходе элемента ИЛИ 17 присутствует потенциал логической единицы, открыт ключ 13 < что обеспечивает включение цифроаналогового преобразователя 11 на общую точку устройства, т.е. оба входа интегратора 0
26 относительно общей точки устройства имеют сопротивление, равно величине весового коэффициента ьЬ у РК что обуславливает минимальное смещение выходного напряжения (а также S5 нуля).
Для каждого момента времени К предыдущий результат с выхода регистра 3 номера aecoaoro коэффициен« га суммируется по модулю и суммато- 40 ром 2 с содержимым регистра 1 номера частоты, и результат суммирования переписывается снова в регистр 3 импульсом с пятого выхода блока 28 управления. Описанная последователь- 65 ность выполнения операций осуществляется для каждого момента времени
К, и к концу интервала анализа Т на выходе интегратора 26 и 27 накапливаются напряжения, пропорциональные синусной и косинусной составляющим преобразования Фурье. Для получения значений составляющих преобразования
Фурье на другой частоте анализа P цостаточно только изменить код номера частоты на входе регистра 1 номера частоты.
В случае использования только одного цифроаналогового преобразователя в канале каждого суммирукщего интегратора на его выходе появляетзя смещение выходного напряжения Оси обусловленное неуравновешенными токами смещения ко входной цепи. Если пересчитанное ко входу интегратора смещение выходного напряжения (и нуля) определяется величиной О<м в то на выходе интегратора с постоянной времени Т и момент коммутации Т появится помеха а О т
hU= Оси Ф ) Осад .=0см Я+-1) С, 1
I которая уменьшит динамический диапазон интегратора Ьых мсц
Ьо= — —
ЫЛ где Оьмхнаг максимальное выходное напряжение интегратора.
Предлагаемое устройство добавлением по одному цифроаналоговому преобразователю в цепь каждого интегратора и предложенным управлением их включения (независимо от знака весовых коэффициентов ) обеспечивает. уровень смещения выходного напряжения
bU до 0,001 от максимального значения выходной амплитуды сигнала (т.е. примерно 1-5 мВ),.что при амплитуде выходного сигнала Оьщ=5 В состав. ляет более 60 дБ динамического диапазона интегратора.
Формула изобретения дискретно-аналоговый Фурье-преобразователь, соДержащий блок выборки мгновенных значений сигнала, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, последовательно соединенные регистр но мера частоты, сумматор, регистр номера весового коэффициента и постоянный запоминающий блок, блок формирования знаков, выход которого соединен с исполнительным регистром знаkoa, а вход подключен к объединенным выходам регистра номера частоты и регистра номера весового коэффициен- та, управляющие входы которых соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, 813307 два канала преобраэова .:ин, каждый из которых состоит из исполнительного регистра модуля синуса или косинуса текущих аргументов, одним входом соединенного с четвертым выходом блока управления, а другим — с одним из выходов постоянного запоминающего блока, суммирующего интегратора, управлякщим входом подключенного к пятому выходу блока управления, цифроаналогового преобразователя, одним входом соединенного с выходом регистра модуля текущего аргумента и пары ключей, выходы которых объединены и подключены ко второму входу цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю шийся тем„ что, с 15 целью расширения динамического диапазона, в каждый канал преобразования дополнительно введены второй: цифроаналоговый преобразователь, вторая пара ключей и два элемента ИЛИ, вхо- 20 ды которых подключены к выходам упомянутого исполнительного регистра, а два выхода каждого элемента соединены с управляющими входами ключей обеих пар, причем один вход ключа каждой пары подключен к выходу блока выборки. мгновенных значений сигнала, а другой вход заземлен, выходы ключей второй пары также объединены и подключены ко входу второго цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом регистра модуля текущего аргумента, а выход соединен с одним из входов суммирующего интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 456226 . кл. G 01 B 23/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 617744, кл. 9 01 R 23/00, 197 8
ВНИИПН "аказ 766/56
Тираж 732 Подписное
Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.ÏðoåêòHàÿ,4
