DE19745391A1 - Dezimierungsfilter - Google Patents
DezimierungsfilterInfo
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- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
- G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
- G01R23/167—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters with digital filters
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dezimierungsfilter, und
insbesondere ein Gerät zum Umwandeln der Frequenz eines Hoch
frequenzsignals und zum Analysieren des frequenzgewandelten Si
gnals in einem Basisband, wie beispielsweise einen Spektrumana
lysator, einen Netzwerkanalysator, einen Radioeinheitsprüfge
rät-Modulationsanalysator oder ähnliches.
Ein herkömmlicher Spektrumanalysator wird nachfolgend unter Be
zugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist der herkömmliche Spektrum
analysator Mischer Mix11, Mix12, Mix13, Lokaloszillatoren Lo
cal11, Local12, Local13, Bandpaßfilter BPF1, BPF2,
BPF31-BPF3n, einen logarithmischen Verstärker AMP, einen Detektor DT,
ein Videofilter VF und einen A/D-Wandler AD auf.
Ein RF-Signal, das als Eingangssignal zum Spektrumanalysator
zugeführt wird, wird durch den Mischer Mix11 und den Lokalos
zillator Local11 in ein Zwischenfrequenzsignal IF1 umgewandelt,
und die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals IF1 wird durch das
Bandpaßfilter BPF1 begrenzt. Das Zwischenfrequenzsignal IF1 vom
Bandpaßfilter BPF1 wird dann durch den Mischer Mix12 und den
Lokaloszillator Local12 in ein Zwischenfrequenzsignal IF2 umge
wandelt, und die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals IF2 wird
durch das Bandpaßfilter BPF2 begrenzt. Das Zwischenfrequenzsi
gnal IF2 vom Bandpaßfilter BPF2 wird dann durch den Mischer
Mix13 und den Lokaloszillator Local13 in ein Zwischenfrequenz
signal IF3 umgewandelt. Nachdem es die Bandpaßfilter
BPF31-BPF3n durchlaufen hat, wird der Dynamikbereich des Zwischenfre
quenzsignals IF3 durch den logarithmischen Verstärker AMP er
weitert. Der Pegel der elektrischen Leistung des Zwischenfre
quenzsignals IF3 wird durch den Detektor DT erfaßt, und es wird
durch das Videofilter VF geführt, wonach es durch den A/D-Wand
ler AD in einen digitalen numerischen Wert umgewandelt wird.
Durch Wobbeln des Lokaloszillators Local11 ist es möglich, ein
Spektrum in Abhängigkeit vom Wobbelfrequenzbereich zu messen.
Die Fig. 2A und 2B der beigefügten Zeichnungen zeigen herkömm
liche Dezimierungsfilter.
Das in Fig. 2A gezeigte herkömmliche Dezimierungsfilter weist
Mischer Mix11, Mix12, Lokaloszillatoren Local11, Local12, einen
A/D-Wandler AD und eine Verarbeitungsschaltung PC auf. Das in
Fig. 2A gezeigte herkömmliche Dezimierungsfilter arbeitet fol
gendermaßen: ein RF-Signal, das als Eingangssignal zum Dezimie
rungsfilter zugeführt wird, wird durch den Mischer Mix11 und
den Lokaloszillator Local11 in ein Zwischenfrequenzsignal IF1
umgewandelt, und die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals IF1
wird durch das Bandpaßfilter BPF1 begrenzt. Das Zwischenfre
quenzsignal IF1 vom Bandpaßfilter BPF1 wird dann durch den Mi
scher Mix12 und den Lokaloszillator Local12 in ein Zwischenfre
quenzsignal IF2 umgewandelt, und das Zwischenfrequenzsignal IF2
wird durch den A/D-Wandler AD in ein digitales Signal umgewan
delt. Das digitale Signal wird dann zur Verarbeitungsschaltung
PC zugeführt, in welcher es einer Quadraturdetektion und einer
Filterung unterzogen wird, um Basisband-Vektorsignale I, Q zu
erzeugen, die dann demoduliert und moduliert werden.
Das in Fig. 2B gezeigte herkömmliche Dezimierungsfilter weist
Mischer Mix11, Mix12, Mix13, Mix14, Lokaloszillatoren Local11,
Local12, Local13, ein Bandpaßfilter BPF1, einen Phasenschieber
PS und eine Verarbeitungsschaltung PC auf. Das in Fig. 2B ge
zeigte herkömmliche Dezimierungsfilter arbeitet auf dieselbe
Weise wie das in Fig. 2A gezeigte Dezimierungsfilter, bis es
das Zwischenfrequenzsignal IF2 erzeugt. Jedoch bewirkt die in
Fig. 2B gezeigte Verarbeitungsschaltung PC eine Quadraturdetek
tion an dem analogen Signal und führt auch eine A/D-Wandlung
und eine Filterung an jedem der Basisband-Vektorsignale I, Q
aus.
Der in Fig. 1 gezeigte Spektrumanalysator hat folgende Nachtei
le:
- (1) Da jedes der Bandpaßfilter BPF31-BPF3n durch eine analoge Schaltung implementiert werden muß, benötigen sie eine große Anzahl von Schritten für Einstellungen, und sie erdulden tempe raturabhängige Driften. Es erfordert ein sehr hohes Maß an Her stellungstechnologie, um Schmalbandfilter von 100 Hz oder weni ger herzustellen.
- (2) Der Detektor und der logarithmische Verstärker haben viele Teile, die einzustellen sind, und haben große Anforderungen be züglich der Leistung. Der logarithmische Verstärker weist eine Kombination von etwa sieben linearen Verstärkern auf und er er leidet somit Fehler, weil er keine strengen logarithmischen Operationen ausführt.
Die in den Fig. 2A und 2B gezeigten Dezimierungsfilter haben
folgende Probleme:
- (1) Das in Fig. 2A gezeigte Dezimierungsfilter benötigt einen Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler von 1 MHz oder höher und einen Speicher mit großer Kapazität und wird zur Verarbeitung, wie beispielsweise einer Filterung, einer großen Belastung unterzo gen, weil es eine hochratige Abtastung bewirkt.
- (2) Das in Fig. 2B gezeigte Dezimierungsfilter kann eine Abta stung mit einer niedrigeren Rate als das in Fig. 2A gezeigte Dezimierungsfilter bewirken. Jedoch benötigt das in Fig. 2B ge zeigte Dezimierungsfilter zwei A/D-Wandler und ist bezüglich der Struktur komplex. Da das in Fig. 2B gezeigte Dezimierungs filter eine Quadraturdetektion am analogen Signal ausführt, werden die Basisband-Vektorsignale I, Q dann, wenn die Pegel in den Quadraturdetektoren nicht gleich zueinander sind, eine Pe geldifferenz haben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dezimie
rungsfilter zu schaffen, das die obigen Probleme löst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Dezimierungsfilter we
nigstens ein analog verarbeitendes FIR-(finite impulse response
= finite Impulsantwort)-Filter als Filtervorrichtung zum Be
grenzen einer Zwischenfrequenz auf ein vorbestimmtes Band.
Das analog verarbeitende FIR-Filter ist ein Analog-Digital-Fil
ter (ADF) (für Details siehe "Technical material on neuron de
vices: Operation principles of analog digital filter (ADF)" aus
"Road to neuron devices", veröffentlicht von K.K. Youzan). Das
ADF weist eine Neuronenvorrichtung auf, der ein analoges Ein
gangssignal und ein digitales Steuersignal zugeführt wird und
die ein analoges Ausgangssignal erzeugt. Das ADF hat eine Ab
tast- und Halteschaltung, deren Abtastintervalle durch ein dar
an angelegtes Abtast-Taktsignal bestimmt werden. Ausgangssigna
le von jeweiligen Stufen der Abtast- und Halteschaltung werden
zu Eingangssignalen eines analogen Multiplizierers zugeführt,
der ein weiteres Eingangssignal hat, dem ein Ausgangssignal von
einem D/A-Wandler mit einer Auflösung von acht Bits oder ähnli
chem zugeführt ist. Ein geeigneter Koeffizient ist dem
D/A-Wandler zugeteilt, um ein FIR-Filter aufzubauen, das von der
Anzahl der Stufen der Abtast- und Halteschaltung abhängt.
Da das Dezimierungsfilter eher analoge Signale als digitale Si
gnale verarbeitet, die durch das herkömmliche Dezimierungsfil
ter verarbeitet werden, kann es Signale mit viel höheren Raten
als mit dem herkömmlichen Dezimierungsfilter verarbeiten. Das
Dezimierungsfilter hat eine große Anzahl von Filter, die durch
sehr wenig Verdrahtung implementiert werden können, ist aus ei
ner stark reduzierten Anzahl von Teilen aufgebaut, hat eine
stark reduzierte Anforderung an die Leistung, benötigt keine
Filter, die einzustellen sind, und ist frei von temperaturab
hängigen Driften.
Das Dezimierungsfilter kann analog verarbeitende FIR-Filter zur
jeweiligen Verarbeitung von gleichphasigen Signalen und Quadra
tursignalen der Zwischenfrequenz haben.
Das Dezimierungsfilter kann weiterhin einen Frequenzteiler zum
Erzeugen eines Taktsignals aufweisen, das zum analog verarbei
tenden FIR-Filter oder zu den analog verarbeitenden FIR-Filtern
zuzuführen ist.
Das Dezimierungsfilter kann als Meßgerät verwendet werden, wie
beispielsweise als Spektrumanalysator, als Netzwerkanalysator,
als Radioeinheitsprüfgeräte-Modulationsanalysator oder ähnli
ches.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vor
liegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klar, die Beispiele
der vorliegenden Erfindung darstellen.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Spek
trumanalysators;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Dezi
mierungsfilters;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Dezimierungsfilters
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung; und
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Dezimierungsfilters
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, weist ein Spektrumanalysator als
Dezimierungsfilter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung folgendes auf: einen Mischer Mix, Lokal
oszillatoren Local1, Local0, Frequenzteiler FD1, FD2, . . .,
ADF-(Analog-Digital-Filter)-Vorrichtungen RBW1, RBW2, . . ., RBWn,
einen logarithmischen Verstärker AMP, einen Detektor DT und ei
nen A/D-Wandler AD.
Der in Fig. 3 gezeigte Spektrumanalysator arbeitet folgenderma
ßen: eine Zwischenfrequenz von beispielsweise 21,4 MHz, die im
herkömmlichen Spektrumanalysator verwendet wird, und eine Zwi
schenfrequenz fIF werden durch den Mischer Mix und den Lokalos
zillator Local1 miteinander gemischt, und ein erzeugtes Basis
bandsignal I wird aufeinanderfolgend durch Schmalbandfilter der
ADF-Vorrichtungen RBW1, RBW2, . . ., RBWn geführt. Das Basisband
signal I, das die letzte ADF-Vorrichtung RBWn durchlaufen hat,
wird durch den logarithmischen Verstärker AMP verstärkt. Nach
dem der Pegel der elektrischen Leistung, d. h. die Spektralkom
ponente des verstärkten Basisbandsignals I durch den Detektor
DT erfaßt ist, wird er durch den A/D-Wandler AD in ein digita
les Signal umgewandelt. Taktsignale, die jeweils zu den ADF-
Vorrichtungen RBW1, RBW2, . . ., RBWn zugeführt werden, werden
jeweils durch die Frequenzteiler FD1, FD2, . . . erzeugt, die ein
Ausgangssignal vom Lokaloszillator Local0 frequenzteilen. Die
Anzahl der ADF-Vorrichtungen RBW1, RBW2, . . ., RBWn wird in Ab
hängigkeit von der Auflösung festgelegt, die für den Spektrum
analysator erforderlich ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Spektrumanalysator
eine große Anzahl von Filtern, die durch sehr wenig an Verdrah
tung implementiert werden können, ist aus einer stark reduzier
ten Anzahl von Teilen aufgebaut, hat eine stark reduzierte An
forderung bezüglich der Leistung, benötigt keine Filter, die
einzustellen sind, und ist frei von temperaturabhängigen Drif
ten.
Der Detektor und der logarithmische Verstärker können durch
ADF-Vorrichtungen implementiert werden.
Fig. 4 zeigt ein Dezimierungsfilter gemäß einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie es in Fig. 4 ge
zeigt ist, weist das Dezimierungsfilter folgendes auf: Mischer
Mix1, Mix2, Lokaloszillatoren Local1, Local0, Frequenzteiler
FD1, FD2, . . ., einen Phasenschieber PS, ADF-Vorrichtungen
RBW11, RBW12, RBW21, RBW22, . . ., RBwn1, RBWn2, A/D-Wandler AD1,
AD2 und eine Vektorsignal-Verarbeitungsschaltung VC.
Das in Fig. 4 gezeigte Dezimierungsfilter arbeitet folgenderma
ßen: Eine Zwischenfrequenz von beispielsweise 21,4 MHz, die im
herkömmlichen Spektrumanalysator verwendet wird, wird durch die
Mischer Mix1, Mix2, den Lokaloszillator Local1 und den Phasen
schieber PS einer Quadraturdetektion unterzogen, d. h. in ein
gleichphasiges Signal I und ein Quadratursignal Q aufgeteilt.
Das gleichphasige Signal I wird aufeinanderfolgend durch
Schmalbandfilter der ADF-Vorrichtungen RBW11, RBW21, . . ., RBWn1
geführt und durch den A/D-Wandler AD1 in ein digitales Signal
umgewandelt. Gleichermaßen wird das Quadratursignal Q aufeinan
derfolgend durch Schmalbandfilter der ADF-Vorrichtungen RBW12,
RBW22, . . ., RBWn2 geführt und durch den A/D-Wandler AD2 in ein
digitales Signal umgewandelt. Die digitalen Signale von den
A/D-Wandlern AD1, AD2 werden zur Modulationsanalyse durch die
Vektorsignal-Verarbeitungsschaltung VC einer Vektorsignalverar
beitung unterzogen. Taktsignale, die jeweils zu den ADF-Vor
richtungen RBW21, RBW22, . . ., RBWn1, RBWn2 zugeführt werden,
werden jeweils durch die Frequenzteiler FD1, FD2, . . . erzeugt.
Die Anzahl der ADF-Vorrichtungen wird in Abhängigkeit von der
Auflösung festgelegt, die für den Spektrumanalysator erforder
lich ist. Wenn kein ausreichender Dynamikbereich erreicht wird,
kann ein Aufwärtsverstärker vor den Mischern Mix1, Mix2 ange
ordnet werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Dezimierungsfil
ter Signale mit viel höheren Raten als mit dem herkömmlichen
Dezimierungsfilter verarbeiten, weil der Filterprozeß eher an
analogen Signalen als an digitalen Signalen ausgeführt wird,
und die Menge an Daten, die durch die A/D-Wandler zu behandeln
sind, klein ist, wenn von den A/D-Wandlern nur erforderlich
ist, daß sie dezimierte Signale behandeln. Das Dezimierungsfil
ter benötigt einen minimalen Speicher und ist bezüglich der Ko
sten und der Größe reduziert. Weiterhin hat das Dezimierungs
filter eine große Anzahl von Filtern, die durch sehr wenig an
Verdrahtung implementiert werden können, ist aus einer stark
reduzierten Anzahl von Teilen aufgebaut, hat eine stark redu
zierte Anforderung bezüglich der Leistung, benötigt keine Fil
ter, die einzustellen sind, und ist frei von temperaturabhängi
gen Driften.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin
dung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben worden
sind, dient diese Beschreibung nur illustrativen Zwecken, und
es soll verstanden werden, daß Änderungen und Variationen
durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der folgenden
Ansprüche abzuweichen.
Claims (3)
1. Dezimierungsfilter mit wenigstens einem analog verarbeiten
den FIR-Filter als Filtervorrichtung zum Begrenzen einer
Zwischenfrequenz auf ein vorbestimmtes Band.
2. Dezimierungsfilter nach Anspruch 1, mit analog verarbeiten
den FIR-Filtern zur jeweiligen Verarbeitung von gleichpha
sigen Signalen und Quadratursignalen der Zwischenfrequenz.
3. Dezimierungsfilter nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit
einem Frequenzteiler zum Erzeugen eines zu dem analog ver
arbeitenden FIR-Filter oder zu den analog verarbeitenden
FIR-Filtern zuzuführenden Taktsignals.
Applications Claiming Priority (1)
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JP27240996A JPH10126217A (ja) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | デシメーションフィルタ |
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DE (1) | DE19745391A1 (de) |
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- 1996-10-15 JP JP27240996A patent/JPH10126217A/ja not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-10-14 DE DE1997145391 patent/DE19745391A1/de not_active Ceased
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