Цифровой анализатор спектра

 

Р

А.И.Денисов, Н.Н.Снгвре» и Н.А.Бвлвбохин

1 . (72) Авторы кэобретеиия

Северо-Кавказский горно"металлургический инс (7! ) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к рвдионз мерительной технике и может быть ис пользоввно в радиотехника при проведении спектрального анализа электрических сигналов.

Известен анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов генератор базисных функций, блок умножителей и блок интеграторов l1l .

Однако данное устройство имеет ограниченный диапазон . анализируемых частот.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является анализатор спектра по функциям Уолша, содержащий последовательно соединен-. ные аналого-цифровой преобразователь, умножитель, нерекурсивные блоки, состоящие иэ линий задержки, сумматора и эычнтателя, нерекурсивные блох . объединены парами 12).

Недостатком известнОГО анализа тора является низкое быстродействие. Это связано с тем, что увеличение точности вычисления коэффициентов ведет к увеличению разрядности обрабвтыввеэас двоичных кодов и, следовательно, увеличивается время их суммирования н вычитания. Увеличение точности аппрокси" мации ведет к росту числа нерекур10 сивных блоков. Sce это ограничивает диапазон анализируемых частот, быстродействие. Кроме того, конструкция данного анализатора сложна.

1S

Цель изобретения — повыаение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой анализатор спек20 тра, содержащий последовательно соепиненные масэтабирующий усилитель; аналоговый ключ и ячейку запоминания, последовательно соединенные преобразователь напряжения в дли

900210 = i (g-1) + 4 g + t„

55 тельность и элемент И, регистрирующий прибор введены блок "равнозначность", элемент задержки, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор функций Уолша, а также подключенный к ячейке запоминания усилитель и параллельно соединенные с ним послецовательно связанные два ключа и два усилителя, выходы которых связаны с управляющими входами ключей, а регистрирунмций прибор выполнен на основе реверсивных счетчиков, информационные входы которых соединены с выходами блока "равнозначность", средняя точка усилителей соединена с первыми входами блока

"равнозначность . вторые входы которых соединены Ic соответствующими выходами генератора функций Уолша, вход элемента задержки соединен с выходом источника тактовых импульсов, а выход †. со вторым входом аналогового ключа и с первым входом преобразователя напряжения в длительность, второй вход которого соединен со средней точкой двух ключей, а выход элемента И вЂ” со счетными входами реверсивных счетчиков.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового анализатора спектра, на фиг. 2 — временные диаграммы процесса его работы.

Цифровой анализатор спектра (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 функций

Уолша, элемент задержки 3, логический блок "разноэначность" 4, реверсивные счетчики 5-8 регистрирующего прибора, а также масштабируниций усилитель 9, ключ 10, ячейку ll запоминания,усилитель 12 и параллельно соединенные с ним два последовательно связанных ключа 13 и 14 и два усилителя 15 и 16, преобразователь 17 напряжения в длительность и логический элемент И 18, включенные в состав аналого-цифрового преобразователя.

Анализатор спектра работает в случае определения первых четырех коэффициентов Уолша следующим образом.

Тактовые импульсы с выхода генератора I тактовых импульсов поступают на вход генератора 2 функций Уолша !5 на вход элемента задержки 3, который осуществляет сдвиг тактовой последовательности на половину периJ ода, этими импульсами управляется ключ 10, на который через масштабирующий усилитель 9 подается исследуемый сигнал. Н ячейке II запомина— ния запоминается соответствующая выборка входного сигнала. Этот сигнал поступает на вход блока преобразования положительных и отрицательных входных сигналов в уровень положительного напряжения, причем, если сигнал положительный, то со средней точки усилителей 15 и 1b снимается уровень потенциала, равный

"l" если сигнал отрицательный, то снимается 0, а со средней точки ключей 13 и 14 подается уровень положительного напряжения, поступающий в преобразователь 17 напряжения в длительность, на второй вход которого поступают импульсы с элемента задержки 3, запускающие развертку, и происходит преобразование напряжения в пропорциональный временной интервал. С выхода логическсго элемента И 18 на счетные входы реверсивных счетчиков 5-8 поступают импульсы, число которых пропорционально выборке исследуемого сигнала. Сигнал, соответствующий высокому или низкому уровню потенциала, снимаемый со средней точки усилителей

15 и 1б поступает на вход логического блока "разнозначность" 4, на другие входы которого поступают импульсы от генератора 2 функций Уолша.

Если значения выборки и функции Уол35 ша отрицательны, с о отв е тс тв ующие логическому "0" или положительные значения, соответствующие "1", то в реверсивных счетчиках. 5-8

40 происходит суммирование счетных импульсов. При несовпадении значений выборки и функций Уолша происходит вычитание импульсов. С выхода реверсивных счетчиков 5-8 по окончанию периода разложения снимаются значе45 ния спектральных коэффициентов.

Время задержки, ограничивающее быстродействие известного, состоит из времени задержки параллельного сумматора или вычитателя со сквоз50 ным переносом ° где t4, — задержка в элементе И-И.1!И; задержка счетного триггера, посто <иная линия задержки, N — число ра эрнстов .

9OO2l

Пост11я)п(ая линии задержки вк!бирается из условия:, tî+t где tц — длительность разрядного импульса, поступающего на вход сумматора.

Иинимальная длительность разрядных импульсов

tî2 (8 1)t,.

При обработке четырех !!!азрядных чис ел

4f

tu 3 3.50 нс > !50 нс „ !50 нс + 50 нс 200 нс

= 3.50 нс + 50 нс + 200 нс

=400 нс.

Общее время задержки

3 3 1 1

) где n — порядок системы функций Уолша., При 0 =4, т.е. при вычислении !

6-ти коэффициентов Уолша. и, =3.400 нс=!200 нс, При увеличении разрядности обрабатываемых чисел и повышении числа определяемых коэффициентов общее время з"., .р.,ки будет увеличиваться

В предлагаемом устройстве общее время задержки где t — время задержки триггера, формирующего соответствующую функцию Уолша., — время задержки ячейки

"равнозначность", t> — время задержки реверсивного счетчика. з =50 нс+50 нс+50 нс=!50 нс.

Причем при повышении точности и количества определяемых коэффициентов разложения в ряд Уолша время задержки остается постоянным и зависит только от типа применяемых микросхем. Точность коэффициента разложения в ряд Уопша определяется частотой счетных импульсов f > и разрядностью реверсивного счетчика, а точность аппроксимации входного сигнала определяется количеством используемых функций Уолша, каждой.иэ которых соответствует своя ячейка "равнозначность" и реверсивный счетчик в регистоирукиием при26

2!

jj

Ы

0 б боре. В данном устройстве отсутствуют рабочие ячейки памяти, а оперативной памятью служат реверсивные счетчики.

Цифровой анализатор спектра отличается от известных тем, что в нем происходит параллельная обработка информации. Текущие значения выборок анализируемого сигнала суммируются и вычитаются в реверсивных счетчиках согласно знакам соответствующей функции Уолша и выборки сигнала, что позволяет увеличить быстродействие анализатора.

Формула изобретения

Цифровой анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные масштабирующий усилитель, аналого,вый ключ и ячейку запоминания, последовательно соединенные преобразователь напряжения в длительность и элемент И, регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, :.с целью повышения быстродействия, в него введены блок "равнозначность"

1 элемент задержки, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор функций Уолша, а также подключенный к ячейке запоминания усилитель и параллельно соединенные с ним последовательно связанные два ключа и два усилителя, выходы которых связаны с управляющими входами ключей, а регистрирующий прибор выполнен на основе реверсивных счетчиков, информационные входы которых соединены с выходами блока "равнозначность", средняя точка усилителей соединена с первыми. входами блока "равнозначность", вторые входы которых соединены с соответствующими выходами генератора функций

Уолна, вход элемента задержки соединен с выходом источника тактовых импульсов, а выход — со вторым входом аналогового ключа и с первым входом преобразователя напряжения и длительность, второй вход которого соединен со средней точкой двух ключей, а выход элемента И вЂ” со счетными входами реверсивных счетчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Зарубежная радиоэлектроника, M. "Советское радио", I 972, М 5, с. 18, 2. Авторское свидетельство ССС}

Р 636554, кл. С Ol R 23/!б. !978 (прототип).