DE19745391A1 - Dezimierungsfilter - Google Patents

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 f_IF 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.