Аналого-цифровой фурье-преобразователь

 

О П И С А Н И Е (ii)938391

ИЗОБРЕТЕК ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалмстмческ ми

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) акнлено 17.12.80 (21) 3219844/18-21 с присоединением заявки М. (5 I ) M. КлН 03 K 13/02

Веуднретееииый xIIIIIner

СССР не делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53у УДК 681.325 (088.8) -.

Опубликовано 23.06.82.Бюллетень Мя 23

Дата опубликования описания 23.06.82 (72) Авторы изобретения

С. Г. Алексеев и M. И. Гельман (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к технике аналого-дискретного преобразования и может быть использовано в аппаратуре предварительной обработки информации, реализующей алгоритм дискретного Фурье-преобразования в измерительных системах многоцелевого назначения.

Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с широтно-импульсIO ной модуляцией содержащие компаратор и генератор уравновешивающего напряжения 11 ). е

Недостатком данного АЦП является ограниченность его функциональных

IS возможностей, поскольку он не позволяет осуществлять преобразование сигнала по сложным функциональным зависимостям.

Известно аналого-цифровое устрой- зо ство для Фурье-преобразования, содержащее два счетчика, блок управления, выходы которого соединены с входами запуска генератора кодов весовых

2 функций, с первыми входами управления первого и второго ключей и с входом запуска генератора пилообразного напряжения,к выходу которого подклю чен опорным входом компаратор, измерительный вход его соединен с входной измерительной клеммой устройства, выход подсоединен, к вторым входам управления первого и второго клю-.. чей (2).

Недостатком известного устройства является относительно невысокое быстродействие, обусловленное разделени-. ем во времени операций кодирования и

Фурье-преобразования.

Цель изобретения - повышение скорости преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой Фурьепреобразователь,. содержащий два сеет» чика, блок управления, выходы которого соединены соответственно с входом запуска генератора кодов ъесовых функций, с первыми входами управ938391

49 (!а чертеже представлена блок-схема предлагаемого АЦП.

Устройство содержит входную измерительную клемму 1, блок 2 управления, генератор 3 пилообразного напрящения, компаратор ((, первый 5 и второй 6 ключи, генератор 7 кодов весовых функций, первый 8 и второй 9 преобразователи код-частота, первый

10 и второй 11 преобразователи числа импульсов в напряжение, первый 12 и второй 13 широтно-импульсные модуляторы, первый 14 и второй 15 частотный модуляторы, третий 16 и четвертый 17 ключи, первый 18 и второй

19 счетчики, сумматор 20.

$$

Устройство обеспечивает определение и кодирование спектральных характеристик исследуемых эргодичес

3 ления первого и второго ключей и с входом запуска генератора пилообразного напряжения, к выходу которого подключен опорный входа компаратора, измерительный вход которого соединен с входной клеммой, а выход соединен с вторыми входами управления первого и второго ключей, введены два частотных модулятора, два широтно-импульсных модулятора,.сумматор, два преобразователя числа импульсов в напряжение, третий и четвертый ключи и два преобразователя код-частота, входы которых соединены с выходом генератора кодов весовых функций, а выходы - соответственно с сигнальными входами первого и второго ключей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей числа им- е пульсов в напряжение, выходы которых соединены соответственно с входом первых и вторых широтно-импульсных и частотных модуляторов, выходы последних из которых подсоединены к сигнальным входам соответственно третьего и четвертого ключей, первые входы управления которых соединены соответственно с выходами первого и второго широтно-импульсных модуляторов, вторые входы управления и входы управления первого и второго широтно-импульсных модуляторов подсоединены к блоку управления, а выходы третьего и четвертого ключей соединены с входами первого и второго счет3$ чиков соответственно, кодовые выходы которых подключены к входам сумматора, 4 ких сигналов в соответствии с выражением (1 (1 ( К= АК+ ВК

1 (1 ?.((к4 где АК = — Е Хcos();

М„„ М

К =1 7Г 1

М

%T(Kq . ВК=-д- Т3 Х„. $1п ();

К 1-,1 1

К =! — -1

t (1 Ф

- номер дискретного значения выборки исследуемого сигнала X(t);

М - объем выборки;

К - номер гармонической составляющей ряда Фурье.;

23K . Л к

М . (1

coc() и sin(†) - аналитические представления ортогональных весовых функций

Фурье-преобразования;

А(, В) и S g - действительная, мнимая и спектральная компоненты к-й гармонической составляющей; — нормирующий коэффициент.

Устройство работает следующим об- . разом.

Блок 2 управления по сигналу внешнего запуска, поступающему на его вход осуществляет начальную установку соответствующих элементов устройства и формирует серии 1 =1,М тактовых импульсов (ТИ), необходимых для обеспечения синхронного дискретного представления в аналоговой форме квк исследуемого процесса X(i) на входной клемме устройства, так и весовых функций cos u s1n для К =1, Й вЂ” гармоник Фурье."преобраэованйя, Каждым i-м ТИ блока 2 управления запускается генератор 3 пилообразно» го напряжения. Одновременно генератор кодов весовых функций 7 формирует (с учетом знака) коды i-x значений весовых функций cos u sin для к-й гармоники Фурье-преобразования, которые преобразуются преобразователями 8 и 9 в пропорциональную частоту следования импульсов, заполняющих временной интервала;, эквивалентный считанному дискретному значению Х.. Временной интервал дй., 1 i началом которого является момент

i-ro запуска генератора 3 пилообразного напряжения, а концом момент

5 9383 сравнения текущего пилообразного напряжения с i-м мгновенным значением напряжения исследуемого сигнала

X(t), формируется компаратором М и ключами 5 и б.

Таким образом, на вмоде преобразователей 10 и 11 формируются . число-импульсные последовательности, эквивалентные соот етствующим произведениям Xicos („ ) и

К

1О

Х1э1п(„), при 1 — ь й.

2 Ki

На,выходах преобразователей 10 и

11 формируются напряжения, эквивау лентные уже величинам,,Х 1 соэ()

fbi

1ЫК1 1

М и ф Х1э1п („) соответственно, 4 т.е. происходит накопление с учетом знаков весовых функций действительной АК и мнимой ВК частей к-го комп лексного коэффициента Фурье-преобразования. Достижение условия i = N является признаком окончания формирования компонент к-го коэффициента

Фурье, по которому блок 2 управления прекращает запуск генератора 3 пилообразного напряжения и генератора 7 кодов весовых функций, деблокирует ключи 16 и 17 и разрешает работу широтно-импульсных модулятрров (ШИИ) 12 и 13. Эти модуляторы с соот- 3В ветствующими частотными модуляторами 14 и 15, ключами 1б и 17, а также счетчиками 18 и 19, образуют схемы квадрирования выходных напряжений преобразователей 10 и 11 ÷èñëà им3$ пульсов в напряжение. Содержимые счет чиков 18 и 19 представляют собой коДы величин Ак и Вк соответственно, Q которые затем с учетом нормирующего коэффициента „ суммируются сумматором 20, кодовый выход которого является информационным выходом устройства.

Одновременно блоком 2 управления вырабатывается разрешающий сигнал для считывания результата измерений

k-й гармоники спектра исследуемого сигнала X(t). После считывания кода

5 „ потребителем (например ЭВИ или устройством документирования) блок

2 управления устанавливает преобразо-.

SO ватели 10 и 11, счетчики 18 и 19, а также сумматор 20 в исходное состо-,. яние, переключает генератор 7 на формирование весовых функций текущей((К11) < И-1) -й гармоники исследуемого сигнала и работа устройства повторяется аналогично до тех пор, пока

К не станет равным - - - 1. При.вы91 Ф. полнении этого условия блок 2 управ. пения: вырабатывает сигнал конца пре образования,свидетельствующий о полном окончании представления в цифровой форме исследуемого сигнала

;рядом Фурье.

При необходимости выходной информацией устройства может служить не .только массив S <, но и содержимое внутренних счетчиков преобразователей 10 и 11 (при 1 = и и К=1, 1), 1 т,е. массивы АК и Вк - действительных и мнимых частей "комплексных членов ряда Фурье.

Разрешающая способность устройства при проведении спектрального ана . лиза эргодических сигналов определя-.. ется задаваемой блоком 2 управления частотой дискретизации исследуемого сигнала и объемом выборки согласно условию bf

N где И - обьем выборки исследуемого процесса;

F - частота дискретизации (квантования) исследуемого процесса.

При этом точность получаемых спектральных характеристик в основном определяется линейностью генераторапилообраэного напряжения, динамичес-: кой чувствительностью компаратора,. разрядностью кодов весовых функций, разрешающей способностью преобразова. телей код-частота, а также частотным разрешением интервалов, формируемых широтно-импульсными модуляторами. Все указанные функциональные элементы устройства на современном уровне интегральной технологии могут быть выполнены с достаточной точностью.

Формула . изобретения

Аналого-цифровой Фурье-преобразователь, содержащий два счетчика, блок управления, выходы которого соединены соответственно с входом запуска генератора кодов весовых функций, с первыми входами управления первого и второго ключей и с . входом запуска генератора пилообразного напряжения, к выходу котороfo подключен опорный вход компарато" ра, измерительный вход которого соединен с входной клеммой, а выход соединен с вторыми входами управления первого и второго ключей, о тл и ч а ю шийся тем. что, с це

93839 лью повышения скорости преобразоваыия, введены два частотных модулятора, два широтно-импульсных модулятора, сумматор, два преобразователя числа импульсов в напряжение, третий и четвертый ключи и два преобразователя код-частота, входы кото рых соединены с выходом генератора кодов веоавых функций, а выходы соответственно с сигнальными входами в первого и второго ключей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей числа импульсов в напряжение, выходы которых соединены соответственно с входом первых и вторых широтно-импульсных и частотных модуляторов, выходы последних из которых подсоединены к сигнальным входам соответственно третьего и четвертого клю" чей, первые входы управления которых

1 8 соединены соответственно с выходами первого и второго широтно-импульсных модуляторов, вторые входы управления и входы управления первого и второго широтно-импульсных модуляторов подсоединены к блоку управления, а выходы третьего и четвертого ключей соединены с входами первого и второго счетчиков соответственно, кодовые выходы которых подключены к входам сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., "Энергия", 1975.

2. Смеляков В. В. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот. И., "Энергия", 1975, с. 12-13, рис. 1-1 (прототип).