RU2242013C2 - Correlation analyzer of frequency properties of linear system - Google Patents

Correlation analyzer of frequency properties of linear system

Info

Publication number
RU2242013C2
RU2242013C2 RU2003137026/28A RU2003137026A RU2242013C2 RU 2242013 C2 RU2242013 C2 RU 2242013C2 RU 2003137026/28 A RU2003137026/28 A RU 2003137026/28A RU 2003137026 A RU2003137026 A RU 2003137026A RU 2242013 C2 RU2242013 C2 RU 2242013C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
comparison unit
unit
Prior art date
Application number
RU2003137026/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003137026A (en
Inventor
н Г.Р. Аванес (RU)
Г.Р. Аванесян
Original Assignee
Аванесян Гарри Романович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аванесян Гарри Романович filed Critical Аванесян Гарри Романович
Priority to RU2003137026/28A priority Critical patent/RU2242013C2/en
Publication of RU2003137026A publication Critical patent/RU2003137026A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2242013C2 publication Critical patent/RU2242013C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: technology for evaluation of frequency interferences.
SUBSTANCE: device has multiplexer, correlator, comparing block and control block. Operation of analyzer is based on comparison of auto-correlation function of input signal to auto-correlation function of output signal. Evaluation of value of frequency interferences is reduced to evaluation of level of change of auto-correlation function of signal passing through analyzed circuit.
EFFECT: higher efficiency, higher precision.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки вносимых линейной инерционной системой частотных искажений в исходный случайный сигнал. В частности, анализатор может найти применение в задачах контроля спектральных искажений, возникающих в звукоусилительных трактах.The invention relates to the field of radio measurements and is intended to evaluate the frequency distortion introduced by the linear inertial system into the original random signal. In particular, the analyzer can find application in the problems of controlling spectral distortions arising in sound amplification paths.

Для оценки частотных искажений широко применяют анализаторы амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), позволяющие путем специального тестового воздействия на исследуемую линейную систему (четырехполюсник) вызвать реакцию, по которой определяют способность исследуемого объекта усиливать сигналы различной частоты. Результатом оценки, как правило, является функция Y(ω) - нормированная АЧХ, представляющая собой нормированный частотно-зависимый коэффициент усиления. Анализатор АЧХ (прототип) состоит из генератора тестового сигнала и спектроанализатора, выход которого является информационным выходом анализатора АЧХ, тестовым входом которого служит вход спектроанализатора [Розенберг В.Я. Радиотехнические методы измерения параметров процессов и систем. М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1970, стр.123-124].To assess the frequency distortion, analyzers of amplitude-frequency characteristics (AFC) are widely used, which make it possible, by means of a special test action on the linear system under study (four-terminal), to trigger a reaction that determines the ability of the object under investigation to amplify signals of different frequencies. The result of the assessment, as a rule, is the function Y (ω) - normalized frequency response, which is a normalized frequency-dependent gain. The frequency response analyzer (prototype) consists of a test signal generator and a spectrum analyzer, the output of which is the information output of the frequency response analyzer, whose test input is the input of the spectrum analyzer [Rosenberg V.Ya. Radio engineering methods for measuring the parameters of processes and systems. M .: Publishing house of the committee of standards, measures and measuring instruments, 1970, pp. 123-124].

Применение анализатора-прототипа позволяет судить о вносимых частотных искажениях по визуальной оценке формы АЧХ. Как дополнение к этому, часто измеряют еще и максимальное отклонение функции Y(ω) от прямой линии в пределах рабочего диапазона, что служит единственным количественным показателем, который дает известный подход. Однако искажения исходного сигнала зависят не от коэффициента усиления K(ωi) на частоте ωi, для которой установлено, что K(ωi) имеет в этой точке минимальное или максимальное значение, а зависят от формы АЧХ во всем диапазоне частот, то есть от функции К(ω), определенной во всем диапазоне. Следовательно, применяемый количественный показатель частотных искажений малоинформативен. Другим весьма важным недостатком прототипа является необходимость генерации и применения специального тестового сигнала - белого шума, частотно-модулированного гармонического сигнала или импульсной последовательности. Из указанного следует, что для анализа частотных свойств системы ее следует перевести в тестовый режим и, разумеется, прервать выполнение полезных “штатных” функций.The use of the prototype analyzer allows you to judge the introduced frequency distortion by visual assessment of the shape of the frequency response. In addition to this, the maximum deviation of the function Y (ω) from a straight line within the operating range is often also measured, which is the only quantitative indicator that the known approach gives. However, the distortions of the original signal do not depend on the gain K (ω i ) at the frequency ω i , for which it was established that K (ω i ) has a minimum or maximum value at this point, but depends on the shape of the frequency response in the entire frequency range, i.e. on the function K (ω) defined in the entire range. Consequently, the applied quantitative indicator of frequency distortions is uninformative. Another very important disadvantage of the prototype is the need to generate and use a special test signal - white noise, frequency-modulated harmonic signal or pulse sequence. It follows from the above that, in order to analyze the frequency properties of the system, it should be put into test mode and, of course, interrupt the execution of useful “regular” functions.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении информативности анализа частотных свойств анализируемой (тестируемой) линейной системы, а также в обеспечении возможности анализа системы без прерывания ее работы и перевода в специальный тестовый режим.The technical result achieved when using the present invention is to increase the information content of the analysis of the frequency properties of the analyzed (tested) linear system, as well as to provide the possibility of analyzing the system without interrupting its operation and transferring it to a special test mode.

Технический результат достигается тем, что корреляционный анализатор частотных свойств линейной системы согласно изобретению содержит мультиплексор, коррелятор, блок сравнения и блок управления, вход которого является входом запуска анализатора, первым тестовым входом которого служит первый информационный вход мультиплексора, второй информационный вход которого является вторым тестовым входом анализатора, выход мультиплексора соединен с информационным входом коррелятора, выход которого соединен с информационным входом блока сравнения, выход которого является информационным выходом анализатора, адресный вход мультиплексора, тактовый и обнуляющий входы коррелятора, а также входы управления блоком сравнения соединены с соответствующими выходами блока управления, адресный выход которого соединен с единой адресной шиной коррелятора и блока сравнения.The technical result is achieved by the fact that the correlation analyzer of the frequency properties of the linear system according to the invention comprises a multiplexer, a correlator, a comparison unit and a control unit, the input of which is the start input of the analyzer, the first test input of which is the first information input of the multiplexer, the second information input of which is the second test input analyzer, the multiplexer output is connected to the information input of the correlator, the output of which is connected to the information input of the CPA unit neniya whose output is the data output of the analyzer, the address input of the multiplexer, the clock and reset inputs of the correlator, as well as control inputs comparison unit connected to the respective outputs of the control unit, the address output of which is connected to a single address bus and comparing the correlator unit.

Блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, может быть выполнен в виде устройства, вычисляющего среднее значение модуля разности сравниваемых величин, в виде устройства, вычисляющего сумму модулей разности сравниваемых величин, в виде устройства, вычисляющего среднеквадратичное значение разности сравниваемых величин, в виде устройства, вычисляющего среднее отношение сравниваемых величин.The comparison unit, designed to work with discrete quantities, can be made in the form of a device that calculates the average value of the difference module of the compared values, in the form of a device that calculates the sum of the difference modules of the compared values, in the form of a device that calculates the rms value of the difference of the compared values, in the form of calculating the average ratio of the compared values.

Кроме того, блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами и выполненный как устройство, вычисляющее среднее значение модуля разности сравниваемых величин, может содержать два оперативных запоминающих устройства, блок вычитания и блок усреднения, выход которого является выходом блока сравнения, адресным входом которого служат объединенные адресные входы оперативных запоминающих устройств, информационные входы которых также объединены и служат информационным входом блока сравнения, информационные выходы первого и второго оперативных запоминающих устройств подключены соответственно к первому и второму входам блока вычитания, выход которого соединен со входом блока усреднения, объединенные входы управления записью оперативных запоминающих устройств служат первым управляющим входом блока сравнения, вторым и третьим управляющими входами которого являются входы выбора кристалла соответственно первого и второго оперативного запоминающего устройства.In addition, the comparison unit, designed to work with discrete quantities and designed as a device that calculates the average value of the difference module of the compared values, can contain two random access memory devices, a subtraction unit and an averaging unit, the output of which is the output of the comparison unit, the address input of which is combined address inputs of random access memory devices, the information inputs of which are also combined and serve as the information input of the comparison unit, the information outputs of the first o and the second random access memory are connected respectively to the first and second inputs of the subtraction unit, the output of which is connected to the input of the averaging unit, the combined inputs of the write control of the random access memory serve as the first control input of the comparison unit, the second and third control inputs of which are the chip selection inputs, respectively, of the first and a second random access memory.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема корреляционного анализатора частотных свойств линейной системы с подключенным тестируемым усилителем. На фиг.2 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации коррелятора. На фиг.3 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации блока сравнения. На фиг.4 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации блока управления.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a functional diagram of a correlation analyzer of the frequency properties of a linear system with a connected test amplifier. Figure 2 shows a functional diagram of one of the options for implementing the correlator. Figure 3 shows a functional diagram of one of the options for implementing the comparison unit. Figure 4 shows a functional diagram of one of the embodiments of the control unit.

Функциональная схема измерителя по фиг.1 содержит аналоговый мультиплексор 1, коррелятор 2, блок 3 сравнения, блок 4 управления и тестируемый усилитель 5 с подключенной нагрузкой RL. Выход тестируемого усилителя 5 соединен с первым информационным входом мультиплексора 1, второй информационный вход которого объединен со входом усилителя 5, выход мультиплексора 1 соединен с информационным входом коррелятора 2, выход которого соединен с информационным входом блока 3 сравнения, выход которого является информационным выходом измерителя, адресный вход мультиплексора 1 соединен с выходом М (Mode) блока 4 управления, тактовый и обнуляющий входы коррелятора 2 соединены соответственно с выходами CLK и RST блока 4, первый, второй и третий входы управления блока 3 сравнения соединены соответственно с выходами WR/RD, CS1 и CS2 блока 4, адресный выход А которого соединен с единой адресной шиной коррелятора 2 и блока 3 сравнения, вход блока 4 управления служит входом СО запуска измерителя.The functional diagram of the meter of figure 1 contains an analog multiplexer 1, a correlator 2, a comparison unit 3, a control unit 4 and a test amplifier 5 with a connected load R L. The output of the tested amplifier 5 is connected to the first information input of the multiplexer 1, the second information input of which is combined with the input of the amplifier 5, the output of the multiplexer 1 is connected to the information input of the correlator 2, the output of which is connected to the information input of the comparison unit 3, the output of which is the information output of the meter, address the input of the multiplexer 1 is connected to the output M (Mode) of the control unit 4, the clock and zeroing inputs of the correlator 2 are connected respectively to the outputs CLK and RST of the unit 4, the first, second and third The control inputs of the comparison unit 3 are connected respectively to the outputs WR / RD, CS1, and CS2 of unit 4, the address output A of which is connected to a single address bus of the correlator 2 and the comparison unit 3, the input of the control unit 4 serves as the input of the meter start CO.

Функциональная схема коррелятора 2 (фиг.2) содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, линию 7 задержки, группу 8 умножителей, группу 9 накапливающих сумматоров, мультиплексор 10 и блок 11 нормирования, выход которого является выходом К(τ) коррелятора 2, входом которого служит информационный вход АЦП 6, выход которого соединен со входом линии 7 задержки и объединенными первыми входами умножителей 8, выходы которых подключены к информационным входам соответствующих накапливающих сумматоров из группы 9, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора 10, выход которого соединен с первым входом блока 9 нормирования, второй вход которого соединен с выходом накапливающего сумматора 9-1, тактовые входы сумматоров 9 объединены и составляют тактовый вход CLK коррелятора 2, обнуляющие входы сумматоров 9 также объединены и составляют обнуляющий вход RST коррелятора 2, второй вход умножителя 8-1 объединен с первым, а вторые входы умножителей 8-2 - 8-N подключены к соответствующим выходам многоотводной линии 7 задержки, адресный вход мультиплексора 10 составляет адресную шину коррелятора 2. Блок 11 нормирования физически может быть выполнен в виде блока деления, при этом первый вход блока 11 является входом делимого, а второй вход - входом делителя.The functional diagram of the correlator 2 (Fig. 2) contains an analog-to-digital converter (ADC) 6, a delay line 7, a group of 8 multipliers, a group 9 of accumulating adders, a multiplexer 10 and a normalization unit 11, the output of which is the output K (τ) of the correlator 2, the input of which is the information input of the ADC 6, the output of which is connected to the input of the delay line 7 and the combined first inputs of the multipliers 8, the outputs of which are connected to the information inputs of the corresponding accumulating adders from group 9, the outputs of which are connected to the corresponding the information inputs of the multiplexer 10, the output of which is connected to the first input of the rationing unit 9, the second input of which is connected to the output of the accumulating adder 9-1, the clock inputs of the adders 9 are combined and make up the clock input CLK of the correlator 2, the zeroing inputs of the adders 9 are also combined and make up zeroing the RST input of correlator 2, the second input of the multiplier 8-1 is combined with the first, and the second inputs of the multipliers 8-2 - 8-N are connected to the corresponding outputs of the multi-tap delay line 7, the address input of the multiplexer 10 is address bus of the correlator 2. Block 11 normalization can physically be made in the form of a division unit, with the first input of block 11 is the input of the dividend, and the second input is the input of the divider.

Блок 3 сравнения (фиг.3) содержит оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 12 и 13, блок 14 вычитания и блок 15 усреднения. Выходы ОЗУ 12 и 13 подключены к соответствующим входам блока 14 вычитания, выход которого соединен со входом блока 15 усреднения, выход которого является выходом блока 3 сравнения, информационным входом DI которого служат объединенные информационные входы ОЗУ 12, 13, объединенные входы управления записью WR/RD которых служат первым управляющим входом блока 3, вторым CS1 и третьим CS2 управляющими входами которого являются входы CS ОЗУ 12 и 13 соответственно, адресные входы ОЗУ 12, 13 объединены и составляют адресную шину блока 3 сравнения.Block 3 comparison (figure 3) contains random access memory (RAM) 12 and 13, block 14 subtraction and block 15 averaging. The outputs of the RAM 12 and 13 are connected to the corresponding inputs of the subtracting unit 14, the output of which is connected to the input of the averaging unit 15, the output of which is the output of the comparison unit 3, the information input DI of which is the combined information inputs of the RAM 12, 13, the combined recording control inputs WR / RD which serve as the first control input of block 3, the second CS1 and third CS2 control inputs of which are the CS inputs of RAM 12 and 13, respectively, the address inputs of RAM 12, 13 are combined and make up the address bus of the comparison unit 3.

Блок 4 управления (фиг.4) содержит счетчики 16, 17, 18, дешифратор 19, элементы ИЛИ 20, 21, 22, 23, 24, элементы И 25, 26, 27, 28, одновибратор 29 и генератор 30 тактовых импульсов. Разрядные выходы счетчика 16 соединены с соответствующими разрядными входами дешифратора 19, первый выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, второй выход соединен с объединенными первыми входами элементов ИЛИ 22 и И 27, третий выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ 21, четвертый выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ 22 и первым входом элемента И 28, пятый выход соединен с объединенными третьим входом элемента ИЛИ 22, первым входом элемента ИЛИ 23, первым входом элемента ИЛИ 24, вторые входы элементов И 27, 28 объединены и подключены к выходу элемента И 26, первый вход которого объединен с первым входом элемента И 25 и подключен к выходу генератора 30 тактовых импульсов, вторые входы элементов И 25, 26 подключены к выходам элементов ИЛИ 21, 22 соответственно, выходы элементов И 25, 26 подключены к счетным входам счетчиков 17, 18 соответственно, выходы переносов счетчиков 17 и 18 подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 20 соответственно, обнуляющий вход счетчика 17 соединен с выходом переноса указанного счетчика, обнуляющий вход счетчика 18 соединен с выходом переноса указанного счетчика, счетный вход счетчика 16 соединен с выходом элемента ИЛИ 20, третий вход которого является входом СО запуска блока 4 управления, обнуляющим выходом RST которого служит выход одновибратора 29, вход которого соединен с третьим выходом дешифратора 19, третий выход дешифратора 19 служит режимным выходом М блока 4 и предназначен для соединения с адресным входом мультиплексора 1, адресным выходом А блока 4 является многоразрядный информационный выход счетчика 18, тактовым выходом CLK блока 4 служит выход элемента И 25, выходом WR/RD управления записью служит пятый выход дешифратора 19, выходами CS1 и CS2 служат выходы элементов ИЛИ 23, 24 соответственно, причем второй вход элемента ИЛИ 23 соединен с выходом элемента И 27, а второй вход элемента ИЛИ 24 соединен с выходом элемента И 28.The control unit 4 (Fig. 4) contains counters 16, 17, 18, a decoder 19, OR elements 20, 21, 22, 23, 24, AND elements 25, 26, 27, 28, a single vibrator 29 and a clock generator 30. The bit outputs of the counter 16 are connected to the corresponding bit inputs of the decoder 19, the first output of which is connected to the first input of the OR element 21, the second output is connected to the combined first inputs of the elements OR 22 and AND 27, the third output is connected to the second input of the element OR 21, the fourth output is connected with the second input of the OR element 22 and the first input of the AND element 28, the fifth output is connected to the combined third input of the OR element 22, the first input of the OR element 23, the first input of the OR element 24, the second inputs of the elements AND 27, 28 are combined and under are connected to the output of the And 26 element, the first input of which is combined with the first input of the And 25 element and connected to the output of the clock pulse generator 30, the second inputs of the And 25, 26 elements are connected to the outputs of the OR elements 21, 22, respectively, the outputs of the And 25, 26 elements are connected to the counting inputs of the counters 17, 18, respectively, the outputs of the transfers of the counters 17 and 18 are connected to the first and second inputs of the OR element 20, respectively, the resetting input of the counter 17 is connected to the transfer output of the specified counter, the resetting input of the counter 18 is connected to the transfer output of the counter shown, the counter input of counter 16 is connected to the output of the OR element 20, the third input of which is the input CO of the start of control unit 4, whose output RST is the output of the single vibrator 29, the input of which is connected to the third output of the decoder 19, the third output of the decoder 19 serves as a mode output M block 4 and is designed to connect to the address input of the multiplexer 1, the address output A of block 4 is the multi-bit information output of the counter 18, the clock output CLK of block 4 is the output of the element And 25, the output WR / RD controls For recording, the fifth output of the decoder 19 serves, the outputs CS1 and CS2 are the outputs of the OR elements 23, 24, respectively, with the second input of the OR element 23 connected to the output of the AND element 27, and the second input of the OR element 24 connected to the output of the AND element 28.

Принцип действия анализатора основан на идее вычисления автокорреляционных функций входного x(t) и выходного y(t) сигналов и затем их сравнения. Мерой вносимых частотных искажений будет являться функционал Ф(Rxx, Ryy), зависящий от автокорреляционных функций Rxx(τ), Ryy(τ) соответственно входного и выходного сигналов.The analyzer’s principle of operation is based on the idea of calculating the autocorrelation functions of the input x (t) and output y (t) signals and then comparing them. The measure of introduced frequency distortion will be the functional Ф (R xx , R yy ), which depends on the autocorrelation functions R xx (τ), R yy (τ) of the input and output signals, respectively.

Известно, что параметры случайных сигналов после прохождения линейных инерционных систем меняются и зависят от свойств этих систем. Автокорреляционные функции стационарных случайных сигналов на входе и выходе линейной инерционной системы связаны между собой выражением [Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей. М.: Высшая школа, 1975, стр.183-187]It is known that the parameters of random signals after passing through linear inertial systems change and depend on the properties of these systems. The autocorrelation functions of stationary random signals at the input and output of a linear inertial system are interconnected by the expression [Zinoviev A.L., Filippov L.I. Introduction to the theory of signals and circuits. M .: Higher School, 1975, pp. 183-187]

Figure 00000002
Figure 00000002

где Rh(α) - автокорреляционная функция импульсной характеристики h(θ) системы.where R h (α) is the autocorrelation function of the impulse response h (θ) of the system.

Из приведенного соотношения следует, что корреляционные свойства выходного сигнала линейной инерционной системы определяются ее импульсной характеристикой h(θ). В свою очередь преобразование Фурье для импульсной характеристики h(θ) дает нам комплексный коэффициент передачи системы K(jω), который однозначно и исчерпывающе определяет ее частотные свойства. Кроме того, между функцией Ryy(τ) и энергетическим спектром входного сигнала Gx(ω) существует связь, зависящая от коэффициента передачи K(jω)From the above relation it follows that the correlation properties of the output signal of the linear inertial system are determined by its impulse response h (θ). In turn, the Fourier transform for the impulse response h (θ) gives us the complex transfer coefficient of the system K (jω), which uniquely and comprehensively determines its frequency properties. In addition, there is a relationship between the function R yy (τ) and the energy spectrum of the input signal G x (ω), which depends on the transfer coefficient K (jω)

Figure 00000003
Figure 00000003

откуда видно, что в идеальном случае отсутствия частотных искажений, когда |K(jω)|=К функции автокорреляции Rхх(τ), Ryy(τ) на входе и выходе будут отличаться только постоянным коэффициентом К2 which shows that in the ideal case of the absence of frequency distortion, when | K (jω) | = K, the autocorrelation functions R xx (τ), R yy (τ) at the input and output will differ only by a constant coefficient K 2

Figure 00000004
Figure 00000004

так какbecause

Figure 00000005
Figure 00000005

Из представленных зависимостей следует, что задача оценки частотных искажений может быть обоснованно сведена к корреляционному анализу отдельно входного и выходного стационарных случайных сигналов линейной системы, а именно к вычислению нормированных автокорреляционных функций

Figure 00000006
и
Figure 00000007
It follows from the presented dependences that the problem of estimating frequency distortions can be reasonably reduced to a correlation analysis of separately input and output stationary random signals of a linear system, namely, to the calculation of normalized autocorrelation functions
Figure 00000006
and
Figure 00000007

Процесс анализа складывается из трех основных этапов. На первом этапе вычисляется нормированная автокорреляционная функция Куу(τ) выходного сигнала тестируемого усилителя, на втором этапе - нормируемая автокорреляционная функция Кхх(τ) входного сигнала. На третьем этапе полученные величины Кyy(τ) и Кхх(τ) сравниваются.The analysis process consists of three main stages. At the first stage, the normalized autocorrelation function K yy (τ) of the output signal of the tested amplifier is calculated; at the second stage, the normalized autocorrelation function K xx (τ) of the input signal is calculated. At the third stage, the obtained values of K yy (τ) and K xx (τ) are compared.

По запускающему импульсу на входе СО (фиг.1) - начало I этапа - в корреляторе 2 начинается вычисление функции Кyy(τ), так как на информационный вход коррелятора 2 поступает сигнал y(t) через первый вход мультиплексора 2, а блок 4 управления в ответ на импульс СО выдает пакет тактовых импульсов, тактирующих коррелятор, количество которых определяет длительность интервала наблюдения Т. По истечении времени Т блок 4 прекращает подачу тактовых импульсов и переходит к управлению передачей в блок 3 сравнения результатов вычисления Kyy(τ). Для этого блок 4 управления начинает перебор адресов на единой адресной шине А, обращаясь последовательно к ячейкам памяти коррелятора 2, в каждой из которых содержится одна ордината функции Кyy(τ). Одновременно происходит обращение и к ячейкам памяти в блоке 3 сравнения, куда переписываются вычисленные значения Кyy(τ). По окончании передачи информации из коррелятора 2 в блок 3 память коррелятора 2 обнуляется и возобновляется его тактирование, что означает начало II этапа. Кроме того, на режимном выходе М устанавливается логическая единица, приводящая к коммутации на выход мультиплексора 1 сигнала x(t). На данном этапе вычисляется функция Кхх(τ). Завершается второй этап так же, как и первый, передачей оценки Kxx(τ) в память блока 3 сравнения, после чего измеритель переходит к этапу сравнения нормированных автокорреляционных функций (III этап).According to the triggering pulse at the input of CO (Fig. 1) - the beginning of stage I - in the correlator 2, the calculation of the function K yy (τ) begins, since the signal y (t) is supplied to the information input of the correlator 2 through the first input of multiplexer 2, and block 4 In response to the CO pulse, the control unit generates a packet of clock pulses clocking the correlator, the number of which determines the duration of the observation interval T. After time T, block 4 stops supplying clock pulses and proceeds to control transmission to block 3 for comparing the calculation results K yy (τ). To this end, the control unit 4 starts enumerating the addresses on a single address bus A, turning sequentially to the memory cells of the correlator 2, each of which contains one ordinate of the function K yy (τ). At the same time, the memory cells are also accessed in the comparison block 3, where the calculated values of K yy (τ) are copied. At the end of the transmission of information from the correlator 2 to block 3, the memory of the correlator 2 is reset and its timing resumes, which means the beginning of stage II. In addition, a logic unit is set at the mode output M, which leads to switching to the output of the multiplexer 1 of the signal x (t). At this stage, the function K xx (τ) is calculated. The second stage is completed in the same way as the first, by transferring the estimate K xx (τ) to the memory of the comparison unit 3, after which the meter proceeds to the stage of comparing normalized autocorrelation functions (stage III).

Сравнение функций Kyyi) и Кххi) в примере, проиллюстрированном схемой по фиг.3 (в цифровом варианте, когда сравниваются дискретные величины), происходит путем вычисления среднего отклонения M[ΔKхy]=Ф(Rхх, Ryy)The comparison of the functions K yyi ) and K xxi ) in the example illustrated by the circuit of Fig. 3 (in the digital version when discrete values are compared) is performed by calculating the average deviation M [ΔK xy ] = Ф (R xx , R yy )

Figure 00000008
Figure 00000008

где N - число вычисляемых ординат (объем выборки);where N is the number of ordinates calculated (sample size);

τi - дискретно вводимая линией 7 задержка.τ i is the delay discretely introduced by line 7.

При максимально возможном сходстве процессов х(t) и y(t), когда x(t)=ky(t) (k - постоянный коэффициент), величина М[ΔКху] будет равна 0. С увеличением степени отличия входного и выходного сигналов будет расти и среднее значение разности М[ΔКху] их автокорреляционных функций. Таким образом при функционировании блока 3 сравнения согласно алгоритму (1) количественным показателем вносимых частотных искажений следует считать величину М[ΔКху].With the maximum possible similarity of the processes x (t) and y (t), when x (t) = ky (t) (k is a constant coefficient), the value of M [ΔK xy ] will be 0. With an increase in the degree of difference between the input and output signals the average value of the difference M [ΔK xy ] of their autocorrelation functions will also grow. Thus, during the operation of the comparison unit 3 according to algorithm (1), the quantity M [ΔK xy ] should be considered a quantitative indicator of the introduced frequency distortions.

Разумеется сравнение Кууi) и Kxxi) можно производить, не только вычисляя среднее отклонение (1), но и другими способами, например путем нахождения суммарного отклонения, для чего в правой части (1) следует исключить множитель 1/N; можно вычислять среднее отношение Kyy1)/Kxxi) и др. В каждом из случаев используется соответствующая выбранному алгоритму структура блока 3 сравнения. Неизменным для всех случаев остается лишь то, что для оценки уровня частотных искажений необходимо выяснить как сильно отличаются автокорреляционные функции входного и выходного сигналов. В общем случае при отсутствии искажений Ф(Rхх, Rуу)=0.Of course, the comparison of K yyi ) and K xxi ) can be made not only by calculating the average deviation (1), but also by other methods, for example, by finding the total deviation, for which the factor 1 should be excluded in the right-hand side of (1) / N; it is possible to calculate the average ratio K yy1 ) / K xxi ), etc. In each of the cases, the structure of the comparison block 3 corresponding to the selected algorithm is used. The only thing that remains unchanged for all cases is that in order to estimate the level of frequency distortions it is necessary to find out how much the autocorrelation functions of the input and output signals differ. In the general case, in the absence of distortions, Φ (R xx , R yy ) = 0.

В качестве коррелятора 2 может быть использовано устройство параллельного типа (но не обязательно) (фиг.2), содержащее N каналов обработки (по числу вычисляемых ординат). Принцип действия подобных устройств общеизвестен и состоит в формировании N задержанных на время τi=(i-1)Δτ сигналов (Δτ - дискрет задержки), затем перемножении сигнала х(tj)(y(tj)) на сигнал х(tji)(y(tji)) и вычислении N сумм видаAs a correlator 2, a parallel type device (but not necessarily) (Fig. 2) containing N processing channels (according to the number of ordinates calculated) can be used. The principle of operation of such devices is well known and consists in generating N signals delayed for a time τ i = (i-1) Δτ (Δτ is the delay discret), then multiplying the signal x (t j ) (y (t j )) by the signal x (t ji ) (y (t ji )) and computing N sums of the form

Figure 00000009
Figure 00000009

илиor

Figure 00000010
Figure 00000010

где tj=t0+jΔt (j=1, 2,...М);where t j = t 0 + jΔt (j = 1, 2, ... M);

t0 - начальный момент времени;t 0 is the initial moment of time;

Δt - период дискретизации сигналов x(t), y(t) в АЦП 6.Δt is the sampling period of signals x (t), y (t) in ADC 6.

М - количество отсчетов в выборке за время Т.M - the number of samples in the sample for time T.

Для получения ординат нормированной автокорреляционной функции сумму Si следует разделить на аналогичную величину при нулевой задержке (τ1=0), то есть вычислить отношениеTo obtain the ordinates of the normalized autocorrelation function, the sum S i should be divided by a similar value at zero delay (τ 1 = 0), i.e., calculate the ratio

Figure 00000011
Figure 00000011

для различных значений τi (для функции Kyyi) необходимо выполнить те же операции с заменой x(t) на y(t)). Суммы вида (2), которые используются в (3), формируются на выходах накапливающих сумматоров 9-1 - 9-N. Для коммутации каждого значения Si на вход блока 11 нормирования служит мультиплексор 10, управляемый по единой адресной шине блоком 4. В процессе перебора адресов на выходе блока 11 последовательно появляются значения Kyyi)(Кххi)) для всех i, Поскольку в блоке 11 нормирование результатов происходит за счет деления сумм Si без их предварительного усреднения, то блок 11 может быть упрощен до уровня блока деления.for different values of τ i (for the function K yyi ) it is necessary to perform the same operations with replacing x (t) with y (t)). Amounts of the form (2), which are used in (3), are formed at the outputs of accumulating adders 9-1 - 9-N. For switching each value of S i to the input of the normalization block 11, a multiplexer 10, controlled by a single address bus by block 4, serves. In the process of sorting the addresses, the values of K yyi ) (K xxi )) for all i, Since in block 11 the results are normalized by dividing the sums of S i without prior averaging, block 11 can be simplified to the level of the division block.

Назначение блока 3 сравнения (фиг.3) - это вычисление выражения (1), для чего необходимо выполнить две основные операции: получить модуль разности для различных τi и усреднить полученные значения. Вычисление модуля разности |Kyyi)-Kxxi)| происходит в блоке 14 вычитания. Блок 15 усреднения может состоять из накапливающего сумматора и устройства деления на постоянную величину N, вход накапливающего сумматора при этом является входом блока усреднения, выходом которого служит выход устройства деления, вход которого соединен с выходом накапливающего сумматора.The purpose of the comparison unit 3 (Fig. 3) is to calculate expression (1), for which it is necessary to perform two basic operations: obtain the difference modulus for different τ i and average the obtained values. Calculation of the difference modulus | K yyi ) -K xxi ) | occurs in block 14 subtraction. The averaging unit 15 may consist of an accumulating adder and a constant division device N, the input of the accumulating adder being the input of the averaging unit, the output of which is the output of the division device, the input of which is connected to the output of the accumulating adder.

При работе блока 5 сравнения на первом этапе активизируется ОЗУ 12, для этого блок 4 управления подает импульсы CS1 на соответствующий вход ОЗУ 12. На втором этапе блок 4 прекращает подачу импульсов CS1 и начинает подавать импульсы CS2 для выбора ОЗУ 13. В результате значения функции Кyyi) записываются в ОЗУ 12, а функции Кххi) - в ОЗУ 13. На этапе сравнения ОЗУ 12, 13 переводятся в режим чтения, для этого блок 6 управления формирует логические уровни: (WR/RD)=1, CS1=CS2=1; на адресной шине А происходит последовательный перебор адресов ОЗУ и извлекаемые данные потактно поступают в блок 14 вычитания, а далее в блок 15 усреднения.When the comparison unit 5 is used, RAM 12 is activated in the first stage, for this the control unit 4 supplies the pulses CS1 to the corresponding RAM input 12. In the second stage, the unit 4 stops supplying the CS1 pulses and starts supplying the CS2 pulses to select the RAM 13. As a result, the value of the function K yyi ) are written to RAM 12, and the functions K xxi ) are written to RAM 13. At the stage of comparison, RAM 12, 13 are put into reading mode, for this the control unit 6 generates logical levels: (WR / RD) = 1, CS1 = CS2 = 1; on address bus A, the RAM addresses are sequentially sorted and the extracted data is sent to the subtraction block 14 in a tactful manner, and then to the averaging block 15.

Для управления работой вышеописанных узлов служит выделенный блок 4 управления (фиг.4), принцип действия которого состоит в следующем.To control the operation of the above nodes is a dedicated control unit 4 (figure 4), the principle of which is as follows.

В исходном состоянии вся последовательная логика блока 4 обнулена. Запускается блок 4 управления коротким импульсом по входу СО, в ответ на что счетчик 16 команд устанавливает на своих разрядных выходах код, соответствующий десятичной единице (на младшем разряде логическая единица, на остальных - нули). При этом на выходе DO1 дешифратора 19 появляется логическая единица (на остальных выходах DO - нули), это приводит к тому, что на выход CLK блока 4 начинают поступать тактовые импульсы, служащие для управления коррелятором 2. Время наблюдения Т, в течение которого на выходе CLK действуют тактовые импульсы, отсчитывается счетчиком 17, коэффициент пересчета которого выбирается таким образом, чтобы на выходе Р переноса появился импульс после отсчета М тактовых импульсов (см. формулу (2)). По импульсу переноса счетчик 17 обнуляется, счетчик 16 инкрементирует свое содержимое, на выходах дешифратора 19 устанавливается распределение DO2=1, DO0=DO1=DO3=DO4=DO5=0 и тактовые импульсы на выход CLK перестают поступать. При DO2=1 запускается адресный счетчик 18, который после перебора заданного объема адресов на шине А (количество адресов должно быть не меньше количества каналов N коррелятора 2) обнуляется, и далее импульс с выхода переноса счетчика 18 воздействует на счетный вход счетчика 16 команд, в результате чего на выходах дешифратора 19 устанавливаются логические уровни DO3=1, DO0=DO1=DO2=DO4=DO5=0. С положительным перепадом напряжения на выходе D03 дешифратора 19 формируется импульс обнуления (выход RST), который вырабатывается одновибратором 29, срабатывающим только по положительным фронтам. Импульс обнуления подается в коррелятор 2, обнуляет там накапливающие сумматоры 9 и это следует считать окончанием первого и началом второго этапа.In the initial state, the entire serial logic of block 4 is reset. The control unit 4 for controlling a short pulse at the input of CO is launched, in response to which the counter 16 commands sets the code corresponding to the decimal unit on its bit outputs (at the low-order digit, it is a logical unit, on the others - zeros). In this case, the logical unit appears at the output DO1 of the decoder 19 (zeros at the other DO outputs), which leads to the fact that the CLK output of block 4 starts to receive clock pulses, which serve to control the correlator 2. The observation time T, during which the output CLK clock pulses operate, it is counted by the counter 17, the conversion factor of which is selected so that a pulse appears after the transfer output P after counting M clock pulses (see formula (2)). According to the transfer pulse, the counter 17 is reset, the counter 16 increments its contents, the distributions DO2 = 1, DO0 = DO1 = DO3 = DO4 = DO5 = 0 are established at the outputs of the decoder 19, and clock pulses cease to arrive at the CLK output. When DO2 = 1, the address counter 18 is started, which, after iterating over the specified amount of addresses on bus A (the number of addresses must be at least the number of channels N of correlator 2), is reset, and then the pulse from the transfer transfer output of counter 18 affects the counter input of counter 16 commands, as a result, at the outputs of the decoder 19, the logical levels DO3 = 1, DO0 = DO1 = DO2 = DO4 = DO5 = 0 are set. With a positive voltage drop at the output D03 of the decoder 19, a zeroing pulse (output RST) is generated, which is generated by a single-shot 29, which only works on positive edges. The zeroing impulse is fed into the correlator 2, the accumulative adders 9 are reset there and this should be considered the end of the first and the beginning of the second stage.

На втором этапе измерений блок 4 так же, как и ранее, выдает на выход CLK пакет тактовых импульсов, после чего (при DO4=1) включается адресный счетчик 18 для обращения к памяти коррелятора 2 и блока 3 сравнения. На данном этапе формируются импульсы CS2 выбора ОЗУ 13, в ячейки которого записываются ординаты функции Kxxi). Далее с импульсом переноса на выходе счетчика 18 код на выходе счетчика 16 наращивается на единицу младшего разряда и на выходах дешифратора 19 устанавливаются следующие уровни DO0=DO1=DO2=DO3=DO4=0, DO5=1. При DO5=1 блок 4 управления переходит в режим управления измерителем на третьем этапе. Этот этап характеризуется тем, что (WR/RD)=CS1=CS2=1, а следовательно, ОЗУ 12, 13 переводятся в режим чтения и счетчик 18 последовательно выдает на адресную шину адреса, по которым из ОЗУ 12, 13 извлекаются операнды для получения результата вида (1). С появлением импульса переноса на выходе счетчика 18 он обнуляется, а на выходах DO дешифратора 19 устанавливаются низкие логические уровни: блок 4 управления отработал заданный цикл и готов к следующему, для чего на вход СО следует подать запускающий импульс. Отметим также, что каждый очередной цикл измерений следует начинать с обнуления накапливающих сумматоров, входящих как в состав коррелятора 2, так и в блок 15 усреднения, а также с обнуления счетчика 16.At the second measurement stage, unit 4, as before, outputs a packet of clock pulses to the CLK output, after which (with DO4 = 1) the address counter 18 is turned on to access the memory of correlator 2 and comparison unit 3. At this stage, pulses CS2 of RAM selection 13 are generated, in the cells of which the ordinates of the function K xxi ) are written. Next, with a transfer pulse at the output of counter 18, the code at the output of counter 16 is incremented by a unit of the least significant bit, and the following levels DO0 = DO1 = DO2 = DO3 = DO4 = 0, DO5 = 1 are set at the outputs of the decoder 19. When DO5 = 1, the control unit 4 switches to the meter control mode in the third stage. This stage is characterized by the fact that (WR / RD) = CS1 = CS2 = 1, and therefore, the RAM 12, 13 are put into read mode and the counter 18 sequentially issues addresses to the address bus, from which the operands are extracted from RAM 12, 13 to obtain result of the form (1). With the advent of the transfer pulse at the output of the counter 18, it is reset to zero, and the logic outputs are set to low logic levels at the DO outputs of the decoder 19: the control unit 4 has completed a given cycle and is ready for the next, for which a start pulse should be applied to the input of the CO. We also note that each next measurement cycle should begin with zeroing the accumulating adders, which are both part of the correlator 2, and in the averaging block 15, and also with resetting the counter 16.

Преимущества анализатора по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения состоят в следующем:The advantages of the analyzer compared to known devices of a similar purpose are as follows:

- определение автокорреляционных функций входного и выходного сигналов, а затем вычисление функционала, зависящего от них, позволяет получить количественный критерий частотных искажений, учитывающий изменения во всех точках спектра, по всей его ширине, что повышает информативность анализа;- determination of the autocorrelation functions of the input and output signals, and then the calculation of the functional depending on them, allows to obtain a quantitative criterion of frequency distortion, taking into account changes at all points of the spectrum along its entire width, which increases the information content of the analysis;

- так как в качестве измерительного сигнала используется полезный сигнал, поступающий на вход исследуемой системы в ее обычном, рабочем режиме, то значит процесс анализа может совершаться без перевода системы в специальный тестовый режим;- since a useful signal is used as a measuring signal, which arrives at the input of the system under study in its normal, operating mode, then the analysis process can be performed without putting the system into a special test mode;

- алгоритмические особенности анализатора позволяют его использовать как устройство непрерывного контроля частотных искажений, например как встроенный блок в трактах усиления аудиосигналов.- algorithmic features of the analyzer allow it to be used as a device for continuous monitoring of frequency distortions, for example, as an integrated unit in the amplification paths of audio signals.

Claims (6)

1. Корреляционный анализатор частотных свойств линейной системы, отличающийся тем, что в него введены мультиплексор, коррелятор, блок сравнения и блок управления, вход которого является входом запуска анализатора, первым тестовым входом которого служит первый информационный вход мультиплексора, второй информационный вход которого является вторым тестовым входом анализатора, выход мультиплексора соединен с информационным входом коррелятора, выход которого соединен с информационным входом блока сравнения, выход которого является информационным выходом анализатора, адресный вход мультиплексора, тактовый и обнуляющий входы коррелятора, а также входы управления блоком сравнения соединены с соответствующими выходами блока управления, адресный выход которого соединен с единой адресной шиной коррелятора и блока сравнения.1. A correlation analyzer of the frequency properties of a linear system, characterized in that a multiplexer, a correlator, a comparison unit and a control unit are introduced into it, the input of which is the analyzer start input, the first test input of which is the first information input of the multiplexer, the second information input of which is the second test analyzer input, the multiplexer output is connected to the information input of the correlator, the output of which is connected to the information input of the comparison unit, the output of which is info analyzer output, multiplexer address input, clock and zero correlator inputs, as well as control inputs of the comparison unit are connected to the corresponding outputs of the control unit, the address output of which is connected to a single address bus of the correlator and the comparison unit. 2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, выполнен в виде устройства, вычисляющего среднее значение модуля разности сравниваемых величин.2. The analyzer according to claim 1, characterized in that the comparison unit, designed to work with discrete quantities, is made in the form of a device that calculates the average value of the difference module of the compared values. 3. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, выполнен в виде устройства, вычисляющего сумму модулей разности сравниваемых величин.3. The analyzer according to claim 1, characterized in that the comparison unit, designed to work with discrete values, is made in the form of a device that calculates the sum of the difference modules of the compared values. 4. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, выполнен в виде устройства, вычисляющего среднеквадратичное значение разности сравниваемых величин.4. The analyzer according to claim 1, characterized in that the comparison unit, designed to work with discrete quantities, is made in the form of a device that calculates the rms value of the difference of the compared values. 5. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, выполнен в виде устройства, вычисляющего среднее отношение сравниваемых величин.5. The analyzer according to claim 1, characterized in that the comparison unit, designed to work with discrete values, is made in the form of a device that calculates the average ratio of the compared values. 6. Анализатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок сравнения, предназначенный для работы с дискретными величинами, содержит два оперативных запоминающих устройства, блок вычитания и блок усреднения, выход которого является выходом блока сравнения, адресным входом которого служат объединенные адресные входы оперативных запоминающих устройств, информационные входы которых также объединены и служат информационным входом блока сравнения, информационные входы первого и второго оперативных запоминающих устройств подключены соответственно к первому и второму входам блока вычитания, выход которого соединен со входом блока усреднения, объединенные входы управления записью оперативных запоминающих устройств служат первым управляющим входом блока сравнения, вторым и третьим управляющими входами которого являются входы выбора кристалла соответственно первого и второго оперативных запоминающих устройств.6. The analyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the comparison unit, designed to work with discrete quantities, contains two random access memory devices, a subtraction unit and an averaging unit, the output of which is the output of the comparison unit, the address input of which is the combined address inputs random access memory devices, the information inputs of which are also combined and serve as the information input of the comparison unit, the information inputs of the first and second random access memory devices are connected respectively but to first and second inputs of the subtracting unit, whose output is connected to the input of block averaging, the combined operational inputs write control memory devices are a first control input of the comparator, the second and third control inputs of which are the selection inputs of the crystal of the first and second random access memories.
RU2003137026/28A 2003-12-24 2003-12-24 Correlation analyzer of frequency properties of linear system RU2242013C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137026/28A RU2242013C2 (en) 2003-12-24 2003-12-24 Correlation analyzer of frequency properties of linear system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137026/28A RU2242013C2 (en) 2003-12-24 2003-12-24 Correlation analyzer of frequency properties of linear system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003137026A RU2003137026A (en) 2004-08-20
RU2242013C2 true RU2242013C2 (en) 2004-12-10

Family

ID=34388729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003137026/28A RU2242013C2 (en) 2003-12-24 2003-12-24 Correlation analyzer of frequency properties of linear system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2242013C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5300174B2 (en) Jitter measuring apparatus, jitter measuring method, test apparatus, and electronic device
US20210389405A1 (en) Method, apparatus and device for detecting abnormity of energy metering chip, and medium
CN109104190A (en) A kind of time-to-digital conversion circuit based on multiple repairing weld
CN101324646A (en) Amplitude probability distribution statistical parameter measuring instrument
Ecker et al. A digital method for phase noise measurement
Max Testing high speed high accuracy analog to digital converters embedded in systems on a chip
Ivanović et al. Signal adaptive system for time–frequency analysis
RU2242013C2 (en) Correlation analyzer of frequency properties of linear system
CN111092611A (en) Signal processing device and method with small edge slope
US10955441B2 (en) Measurement system and method for operating a measurement system
RU2252425C2 (en) Noise intermodulation level meter
RU2244938C2 (en) Noise intermodulation level gauge
US8008935B1 (en) Tester and a method for testing an integrated circuit
EP3646673B1 (en) Voltage detection system and method
RU2259570C2 (en) Method for measuring the nonlinear distortions of random signals and digital meter (versions)
RU2229138C1 (en) Meter measuring parameters of harmonic processes
US7010439B2 (en) Digital circuit for measuring the power of a signal
CN111092600B (en) FPGA frequency doubling method based on phase superposition method
US20060176979A1 (en) Wave detection device, method, program, and recording medium
Ji et al. Design of A High Performance Monobit DFT Based on FPGA and 1-Bit Samplers
CN210807222U (en) Signal processing device with small edge slope and signal counting equipment
RU2753822C1 (en) Statistical analyzer of time intervals (variants)
US11994536B2 (en) Digital oscilloscope having fractional calculus operation and display function
RU2244316C2 (en) Stochastic amplification coefficient meter
Sven A 1.8 ps Time-to-Digital Converter (TDC) Implemented in a 20 nm Field-Programmable Gate Array (FPGA) Using a Ones-Counter Encoding Scheme with Embedded Bin-Width Calibrations and Temperature Correction