DE2229610A1

DE2229610A1 - Digital gesteuerter Frequenzanalysator

Info

Publication number: DE2229610A1
Application number: DE19722229610
Authority: DE
Inventors: Harvey M. Ellicott City; Nugent John L.; Hunt Martin; Peters James; Baltimore; Masters Md. (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1382892A; JPS5653705B1; JPS4812066A; DE2229610C3; US3716785A; DE2229610B2; ES403483A1; CA943253A; IL39486A; IL39486A0; FR2143285B1; FR2143285A1

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt 22296 IQ

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 15. Juni 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburg, Pa., V. St. A.

Digital gesteuerter Frequenzanalysator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Signalmessvorrichtungen und insbesondere auf einen Frequenzanalysator zur Messung der Rauschspektren von Hochfrequenzsignalen über ein vorbestimmtes Frequenzband,

Die Erfindung betrifft einen Teil eines durch einen Rechner ge-, steuerten Hochfrequenzrausch- und Modulationsanalysators, welcher in der am gleichen Tage eingereichten Patentanmeldung Nr. beansprucht ist.

Frequenzanalysatoren sind dem Fachmann bekannte Vorrichtungen und weisen im allgemeinen einen Hochfrequenzempfänger auf, in welchem das aufgenommene Hochfrequenzsignal mit einem Oszillatorsignal gemischt und das entstehende Zwischenfrequenzsignal über einen Breitband-Zwischenfrequenzverstärker an eine Mischstufe weitergeleitet wird, wo es dann mit dem Ausgang eines Ablenkoszillators überlagert wird. Das entstehende FrequenzSpektrum wird auf einem Oszillographen angezeigt, dessen Ablenkspannung mit der Frequenzänderung des Ablenkoszillators synchronisiert ist. Eine derartige Vorrichtung kann ein Eingangsignal in dessen einzelne Frequenzkomponenten zerlegen, so daß die Grundwelle und die Intermodula-

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[i.-li;fon (Oi¹II) rw Ofi bfi rulegrarrime Custopat

tionsprodukte getrennt gemessen und berechnet werden können. Das Gerät ist ein abstimmbares Voltmeter hoher Selektivität und hoher Empfindlichkeit, womit eine Messung erreicht werden kann, in-dem entweder ein Oszillograph betrachtet oder die Ablenkung der Nadel eines Voltmeters abgelesen wird. Frequenzanalysatoren der beschriebenen Art sind beispielsweise in den US Patenten 2 630 und 3 366 877 beschrieben. Ein Typ eines Prequenzanalysators gibt eine Voltmeteranzeige ab und ist beispielsweise durch das Modell 302 A der Hewlett-Packard Company bekannt.

Während die vorgenannte Vorrichtung ansich ihren Zweck erfüllt, hat man doch herausgefunden, daß sie wegen ihrer Komplexität, mangelnder Vielseitigkeit, begrenzter Empfindlichkeit und mangels der Möglichkeit der Fernsteuerung durch einen Programmierer oder Rechner nachteilhaft ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines Frequenzanalysator, der insbesondere geeignet ist zur Fernsteuerung durch einen Rechner oder eine andere entfernte programmierbare Einrichtung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein digital gesteuerter Frequenzanalysator vorgesehen, der gekennzeichnet ist durch eine erste Mischstufe zur Aufnahme eines Eingangsignales, eine bezüglich der Frequenz einstellbare und mit der ersten Mischstufe verbundene Signalquelle zur Erzeugung einer wählbaren Ausgangsfrequenz zwecks Ableitung von Signalen einer ersten Seitenbandfrequenz von der ersten Stufe, eine mit dem Ausgang der ersten Mischstufe verbundene zweite Mischstufe zur Aufnahme der ersten Seitenbandsignale, eine mit der zweiten Mischstufe verbundene Signalquelle für eine feste Frequenz zur Erzeugung von Signalen einer zweiten Seitenbandfrequenz, ein mit dem Ausgang der zweiten Mischstufe verbundenes Schmalbandfilter mit einer Mittenfrequenz im Bereich der Frequenz des Eingangsignales, einen mit dem Schmalbandfilter verbundenen Detektor zur Erfassung der Hüllkurve des Eingangsignales, eine digitale mit der Signalquelle für die feste frequenz-

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verbundene Schaltung,die auf das Signal mit der festen Frequenz anspricht und eine digitale Impulsfolge mit linear veränderlichen Impulsbreiten erzeugt, und eine zwischen der digitalen Schaltung und der Signalquelle für veränderliche Frequenzen verbundene Schaltung zur Umsetzung des Impulszuges in eine linear veränderliche Gleichspannung zur Steuerung der Frequenz der Signalquelle veränderbarer Frequenz. Allgemein handelt es sich um die Kombination eines bezüglich der Frequenz einstellbaren Oszillators, der durch eine Rampenspannung durchgestimmt wird, die von einer digitalen Schaltung erzeugt wird, welche von einem Taktgebersignal fester Frequenz gespeist wird. Der Ausgang des bezüglich der Frequenz einstellbaren bzw. veränderbaren Oszillators weist einen frequenzveränderlichen Multivibrator auf und wird zunächst mit einem Eingangs-Hochfrequenzsignal gemischt, das beispielsweise ein Rauscheingang sein kann, wo es überlagert wird, um beispielsweise einen ersten Satz an SEitenband- oder Zwischenfrequenzsignalen abzugeben. Diese Zwischenfrequenz wird sofort einer zweiten Mischstufe zugeführt, an welcher das erste Taktsignal anliegt, worauf ein zweiter Satz von Seitenbandsignalen erzeugt wird, der dann einem Schmalbandfilter zugeführt wird, das alle unerwünschten Zwischenfrequenzen unterdrückt. Der zweifache Mischvorgang ergibt ein Frequenzfenster im Bereich der Eingangsfrequenz, durch welches der Rauscheingang beobachtet werden kann. Der Ausgang des Schmalbandfilters wird erfaßt und einem digitalen Voltmeter sowie einem Schwellwertdetektor zugeführt. Wenn das Eingangsignal am Schwellwertdetektor einen vorbestimmten Pegel überschreitet, der einem ausgewählten Rauscheingangspegel entspricht, führt der Schwellwertdetektor der digitalen Schaltung zur Durchstimmung des Oszillators ein Steuersignal zu, welches an dieser Stelle die Oszillatordurchstimmung anhält. Die Ausgangsfrequenz des frequenzveränderlichen Oszillators wird dann durch eine Schaltung gesteuert, die ein digitales Signal erzeugt, das mit dem Ausgang der digitalen Schaltung zur Steuerung des frequenzveränderlichen Oszillators verglichen wird.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Messung der Rauschspektren von bezüglich der Amplitude oder der Frequenz modulierten Hoch-

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frequenzsignalen über einen vorbestimmten Frquenzbereich ist derart aufgebaut, daß ein frequenzveränderlicher Rechteckwellenoszillator mittels eines analogen Rampensignales durchgestimmt wird, das durch eine digitale Schaltung erzeugt wird, die eine Folge von Rechteckimpulsen erzeugt, deren Impulsbreite inkremental um den gleichen Betrag während einer vorbestimmten Zeitspanne zunimmt. Der frequenzveränderliche Oszillator wird von einem digitalen Taktoszillator angetrieben und automatisch bezüglich der Frequenz gesteuert, dessen Ausgangsignal auch einer Mischstufe zugeführt wird. Diese Mischstufe ist direkt mit einer ersten
Mischstufe verbunden, welche den Geräuschsignaleingang und den Eingang für die veränderbare Oszillatorfrequenz aufweist. Der
Aufbau mit der ersten und der zweiten Mischstufe ergibt ein Frequenzfenster, durch das die gewünschte Rauschwellenform erfaßt und gemessen werden kann. Die Vorrichtung überdeckt ein vorbestimmtes Frequenzband und wenn ein Rauschsignal vorbestimmter
Amplitude erfaßt worden ist, wird die Schaltung zur Durchstimmung des Oszillators automatisch angehalten und fixiert dadurch ein Eingangsignal mit einem unzulässigen Rauschpegel.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der
Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Blockschaltbild der bevor

zugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der digitalen Schaltung

zur Durchstimmung des Oszillators gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein vollständigeres Blockschaltbild der Schal

tung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Verbindungs

schaltung gemäß Fig. 2 und 3 und

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Fig. 5 Zeitfolgediagramme des Betriebs der digitalen

Schaltung zur Durchstimmung des Oszillators gemäß Fig. 2 und 3.

Gemäß Fig. 1 ist ein durchstimmbarer Oszillator IO vorgesehen, dessen Ausgangsfrequenz in einer ersten Mischstufe 12 mit einem Eingangsignal überlagert wird, das beispielsweise ein Rauscheingangsignal neben einer vorbestimmten Trägerfrequenz sein kann. Das Rauscheingangsignal wird einer Eingangseinrichtung 14 zugeführt und an die Mischstufe 12 durch einen Impedanzwandler 16 geleitet, der beispielsweise ein Verstärker in Emitterfolgerschaltung sein kann. Der Oszillator 10 umfaßt einen spannungsveränderlichen Multivibrator und ist ein spannungsgesteuerter Oszillator (VFO), der über einen Bereich von beispielsweise 5OO - 75OKHz mittels eines linearen Rampensignales durchgestimmt werden kann, das seinem Eingang in der nachfolgend beschriebenen Weise zugeführt wird. Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, daß das Eingangsignal ein Rauschsignal mit IKHz aufweist und daß der Ausgang der ersten Mischstufe 12 obere.und untere Seitenbänder aufweist, die um IKHz über und unter der Ausgangsfrequenz des Oszillators 10 liegen. Die Seitenbandfrequenzen werden direkt einer zweiten Mischstufe 18 zugeführt, deren anderer Eingang ein sehr stabiles Rechteckwellensignal fester Frequenz aufnimmt, das nachfolgend als Taktsignal bezeichnet wird. Dieses Signal kann eine Frequenz von 8MHz haben und wird durch den Oszillator 20 erzeugt. Der Ausgang des Taktoszillators 20 wird einer digitalen Teilerschaltung 22 zugeführt, die beispielsweise ein Teilerverhältnis von 4 16 haben kann, was wiederum einen Ausgang von 50OKHz ergibt. Der Ausgang der Teilerschaltung 22 wird dem anderen Eingang der zweiten Mischstufe 18 zugeführt.

Es sei angemerkt, daß die Taktfrequenz (50OKHz) am Ausgang der Teilerschaltung 22 im Durchstimmbereich (50OKHz - 75OKHz) liegt und dessen unterer Grenze entspricht. Dementsprechend weist der Ausgang der zweiten Mischstufe 18 einen zweiten Satz von Seitenbandfrequenzen auf, von denen eine der Eingangsfrequenz von IKHz

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entspricht. Entsprechend ist ein Schmalbandfilter 20 mit dem Ausgang der zweiten Mischstufe 18 verbunden und läßt eine Frequenz von IKHz hindurchgelangen, während alle anderen Frequenzkomponenten zurückgehalten werden. Das Filter 20 weist im wesentlichen ein aktives Filter auf, das mehrere miteinander verbundene Verstärkerstufen mit einer Bandbreite von beispielsweise 500Hz und einer Mittenfrequenz von beispielsweise 80OHz hat. Eine derartige Schaltung ist dem Fachmann geläufig. Die Ausgangsfrequenz von IKHz vom Schmalbandfilter 20 wird dann einem Hüllkurvendetektor 22 zugeführt, der eine Gleichspannung abgibt, welche der Amplitude des Rauscheingangsignales entspricht, die der Eingangsschaltung 14 zugeführt wird. Diese Gleichspannung wird einer Meßvorrichtung, beispielsweise einem digitalen Voltmeter 24 zugeführt, das eine direkte Ablesung des Pegels des zu messenden Signales ergibt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist insbesondere geeignet für die automatische Steuerung von einer externen Quelle, wobei der frequenzveränderliche Oszillator 10 gesteuert und durchgestimmt wird. Hierzu ist eine digitale Schaltung 26 derart verbunden, daß sie das Taktsignal von 5OOKHz aufnimmt, das am Ausgang des Frequenzteilers 22 abgegeben wird. Die Schaltung 26 erzeugt einen Rechteck-Impulszug, dessen Impulsbreite schrittweise und gleichförmig über das vorbestimmte Zeitintervall hinweg zunimmt. Beispielsweise nimmt die Impulsbreite dieser Schaltung in Inkrementen von 2 _yug von 0 bis 8192 /*.s über einen Zeitraum von 33,5 s zu. Der digitale Durchstimmbereich umfaßt 4095 Rechteckimpulse mit schrittweise zunehmender Impulsbreite. Die Einrichtung zur Erzeugung dieser Impulssignale ist in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. Es sei wiederholt, daß die Impulsbreite um einen konstanten Betrag während des Intervalles von 33,5 s zunimmt.

Durch Digital/Analogumwandlung wird eine lineare Rampenspannung abgeleitet, welche die Ausgangsfrequenz des Oszillators 10 linear über den Frequenzbereich von 50OKHz bis 75OKHz durchstimrat. Dies erfolgt über einen Digital/Analogumsetzer 28, der zwei digitale

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Eingänge aufweist,. Einer der Eingänge bildet den Ausgang der digitalen Schaltung 26, welche die regelmäßig beabstandeten veränderlichen Rechteckimpulse abgibt. Der andere Eingang des Digital/Analogumsetzers nimmt ein digitales Signal auf, das durch einen monostabilen Multivibrator 30 erzeugt wird, der mittels eines digitalen Signales getriggert wird, das von einer dritten Mischstufe 32 abgegeben wird, welche zwei Eingänge hat. Einer der Eingänge ist mit dem Ausgang des Oszillators 10 und der andere mit der Teilerschaltung 22 zur Aufnahme des Taktsignales verbunden. Das Ausgangssignal des Oszillators 10 kann, wie schon erläutert wurde, beispielsweise durch einen spannungsgesteuerten Multivibrator abgegeben werden, wobei die Frequenz von 50OKHz bis 75OKHz in Abhängigkeit des Zeitwertes der Amplitude des zugeführten Rampensignales schwankt.

Die dritte Mischstufe 32 gibt dann ein Ausgangsrechteckwellensignal ab, das der Freguenzdifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators und dem Taktsignal mit 50OKHz entspricht. Da der Frequenzbereich des Oszillators 10 zwischen 50OKHz und 75OKHz liegt, schwankt das Ausgangssignal der dritten Mischstufe 32 zwischen 0 und 25OKHz in Abhängigkeit vom Zeitwert der Frequenz des Oszillators 10. Der monostabile Multivibrator 30 wird üblicherweise derart betrieben, daß er ein Rechteckwellenausgangssignal mit einer vorbestimmten konstanten Impulsbreite abgibt, wenn er getriggert wird. Daher bildet das Ausgangssignal des Multivibrators 30 einen Impulszug einer Breite von 4 ^s und einer Wiederholungsgeschwindigkeit zwischen 0 und. 25OKHz. Das zuletzt genannte digitale Signal wird dem anderen Eingang des Digital/Analogumsetzers 28 zugeführt. Der Digital/Analogumsetzer 28 arbeitet als Differentialfilter, das durch Operationsverstärker gebildet werden kann, um eine lineare Ausgangsgleichspannung abzugeben, die dem Durchschnittswert der Differenz zwischen dem digitalen Wobbel-Signal und dem AFC-Signal direkt proportional ist. Die AFC-Regelschleife umfaßt die Mischstufe 32 und der monostabile Multivibrator 30 verschiebt die Wirkung der Wobbel-Schaltung zur Durchstimmung des Oszillators, wenn die Frequenz-

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differenz zwischen dem Oszillatorausgangssignal und dem Taktgebersignal abnimmt und die feste Ausgangsfrequenz vom Oszillator IO wird aufrecht erhalten, wenn die Durchstimmung an einem vorbestimmten Punkt in dem vorbenannten Bereich eingehalten wird. Der Digital/Ahalogumsetzer 28 gibt eine Rampenspannung ab, die in dem Verstärker 34 invertiert wird, so daß das dem Oszillator 10 zugeführte Signal eine positiv verlaufende Rampenspannung zur Durchstimmung der Oszillatorfrequenz von 50OKHz bis 75OKHz ist.

Am Ende des 33,5 s dauernden Zeitintervalles, in dem die Impulsbreite des Ausgangssignales der digitalen Wobbel-Schaltung 26 8192 **,s ist, schaltet die digitale Wobbel-Schaltung automatisch um und gibt einen kontinuierlichen Impulszug ab, dessen Impulsbreite in den gleichen Inkrementen wie vorher abnimmt, bis eine Impulsbreite von 128 ^s erreicht wird, wo das Durchstimmsignal auf Null zurückgestellt wird.

Jedesmal, wenn ein die Durchstimmung des Oszillators beendendes Signal der digitalen Schaltung 26 zugeführt wird, gibt diese ein Ausgangssignal konstanter Impulsbreite ab, das zu der Zeit auftritt, wenn der Stoppbefehl auftritt.bis er aufhört. Ein derartiger Befehl wird durch den Schwellwertdetektor 36 abgegeben, der mit dem Hüllkurvendetektor 22 verbunden ist. Falls während des Durchstimmvorgänges des Oszillators 10 der Detektorausgang einen vorbestimmten Pegel überschreitet, der entweder manuell oder ferngesteuert eingestellt ist, wird der Schaltung 26 zur Durchstimmung des Oszillators ein Stoppbefehl zugeführt. Dieses Signal gelangt auch an die Klemme 38, die beispielsweise mit einer Anzeigevorrichtung für "no go" irgend einer Art verbunden sein kann. Wenn andererseits während der Durchstimmung des Oszillators 10 kein vorbestimmter Schwellwert überschritten wird, wird an die Klemme 40 ein Signal abgegeben, die mit einer Anzeigevorrichtung für "go" einer beliebigen Art verbunden sein kann, worauf der Durchstimmvorgang wieder eingeleitet wird. Wenn der Schwellwertdetektor 36 derart betätigt wird, daß der digi-

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talen Schaltung 26 ein "Stopp" Befehl zugeführt wird, bleibt die Ausgangsfrequenz des Oszillators 10 in der Position des zu hohen Eingangssignales stehen, daß ein unzulässig hohes Eingangsrauschen sein kann. Durch die Verbindung eines Frequenzzählers mit der Klemme 42, die mit dem Ausgang des Oszillators 10 verbunden ist, kann die Frequenz des Eingangsignales erhalten werden, indem lediglich 500KHz von der an der Klemme 42 erhaltenen Frequenzablesung abgezogen werden.

Da der Oszillator 10 im wesentlichen gemäß dem digitalen Ausgangssignal der Schaltung 26 durchgestimmt wird, und da die erfindungsgemäße Vorrichtung gerade durch dieses Merkmal für die externe digitale Steuerung geeignet ist, ist es wünschenswert, die bevorzugte Ausführungsform der digitalen Schaltung 26 gemäß Fig. 1 und deren Betrieb näher zu beschreiben. Fig. 2 stellt im Blockdiagramm die Verwendung der digitalen Schaltung 26 zur Durchstimmung des Oszillators dar, während Fig. 3 ein ausführlicheres Diagramm der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wiedergibt.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 5, welche die Zeitfolgediagramme der Signale in der Schaltung wiedergibt, ergibt sich, daß der Oszillator 20 und der Frequenzteiler 22 gemäß Fig. 1 einen Rechteckimpuls einer Breite von ein ^s und einer Wiederholungsfrequenz von 50OKHz gemäß (a) in Fig. 5 erzeugt. Dieses 50OKHz Signal ist als Taktsignal definiert worden. Das Taktsignal wird zunächst einem P-Signal-Generator 38 zugeführt, der drei Frequenzteiler 40, 42 und 44 mit einem Teilerverhältnis von -J- 16 aufweist, die mit einer Gatterschaltung 46 zur Erzeugung eines P-Signales verbunden sind, das einen Impuls von ein /*s Breite in einer Periode von 8192 /*s gemäß (b) in Fig. ergibt.

Das P-Signal wird einer ersten Stufe 48 zugeführt, die zusätzlich das Taktsignal aufnimmt und eine erste Folge von Rechteckimpulsen erzeugt, die von einer Impulsbreite von 2 /*s bis zu einer

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zurückgeschaltet wird. Die Vorderflanke des P-Signales für den Datenzähler 52 ändert den Zustand des Zählers um eine Zählstufe. Auch setzt die Rückflanke des P-Signales die Kippstufe 54, wie schon erläutert wurde, wodurch wiederum der Adressenzähler 50 betätigt wird. Das dem Adressenzähler zugeführte Taktsignal wird gezählt, bis die Kippstufe 54 durch das Ausgangssignal F, von der Multiplexschaltung 60 abgeschaltet wird. Wenn ein Impuls mit einer Breite von 16 ^s des Signales FF^ zu der Zeit erzeugt wird,.wenn die Multiplexschaltung 60 mit der letzten Leitung der Dekodierschaltung' 58 verbunden ist, leitet der Detektor 64 ein Signal in den Datenzähler 66 der zweiten Stufe 56. Wenn dagegen die Kippstufe 54 ein P-Signal aufnimmt, liegt am Setzeingang einer ähnlichen Kippstufe 68 der Impulszug FF,.

Die zweite Stufe 56 weist auch einen Adressenzähler 70, eine Dekodierschaltung 72 (Umsetzung zwei zu acht ), eine Multiplexschaltung 74 und einen Detektor 76 wie in der ersten Stufe 48 auf, Die zweite Stufe arbeitet in einer ähnlichen Weise wie die erste Stufe 48, um einen Impulszug abzugeben, der in Inkrementen von 16 ^s von 16 ^s bis 128 ^s entsprechend dem Signal FF₂ mit der Wellenform (e) in Fig. 5 zunimmt. In der gleichen Weise wird ein Impuls F₂ von ein y«s gemäß der Kurvenform (f) synchron mit der abfallenden Flanke jedes der den Impulszug FF₂ bildenden Impulse abgeleitet. Der Impuls F₂ mit ein *«s Breite wird auch der Schaltung 62 zugeführt.

Eine dritte Stufe 78 ist identisch mit der zweiten Stufe 66, ist mit der Schaltung 62 verbunden und erzeugt einen Impulszug, der bezüglich der Impulsbreite von 128 /*s bis 1024 /^s in Schritten von 128 a*s gemäß (g) in Fig. 5 veränderlich ist. Auch wird der Schaltung 62 ein Impuls mit ein /*s Breite zugeführt, der eine mit der abfallenden Flanke der: Impulse der Kurve (g) zeitlich zusammenfallende abfallende Flanke hat und mit F₃ bezeichnet ist und in Fig. 5 die Kurvenform (h) hat.

Schließlich ist eine Stufe 80 vorgesehen, die ähnlich den vor-

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Impulsbreite von 16 /«s in Schritten von 2 /«s zunehmen. Diese Impulsfolge ist mit FP₁ bezeichnet und als Hellenform (c) in Fig. 5 dargestellt. Zusätzlich erzeugt die erste Stufe 48 auch einen zeitlich abgestuften Impuls von 1 ms, dessen abfallende Flanke zeitlich mit jedem der Impulse in dem Signal FF₁ zusammenfällt. Dieses Signal ist mit F, bezeichnet und als Wellenform (d) in Fig. 5 dargestellt.

Um das Verhältnis zwischen der Impulsfolge FF₁ und F₁ zu erläutern, wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, wo die erste Stufe im einzelnen dargestellt ist* Die Stufe 48 weist einen Adressenzähler 50 auf, dem ein Taktimpulszug mit 50OKHz zugeführt wird, sowie einen Datenzähler 52, dem der P-Impulszug zugeführt wird. Zusätzlich gelangt das P-Signal an den Setzeingang (s) einer Kippstufe 54, deren Ausgangssignal die vorgenannte Impulsfolge FF₁ darstellt. Dieses Signal wird zur Rückstellung des Adressenzählers 5o verwendet und ist mit der folgenden oder zweiten Stufe 56 verbunden, die einen Impulszug abgeben kann, der in der Impulsbreite von 16 ^s bis 128 y«s in Stufen von 16 >*s veränderlich ist.

Bezüglich der ersten Stufe 48 ist hinzuzufügen, daß der Datenzähler 52 mit einer Dekodierschaltung 58 verbunden ist, die acht Ausgangsleitungen hat, welche einer digitalen Hultiplexschaltung 60 zugeführt sind. (Umsetzung zwei zu acht) Die Multiplexschaltung 60 kann als einpoliger Schalter mit acht Stellungen realisiert werden, die fortlaufend bezeichnet sind, um den Dateninhalt in jeder Position schrittweise zu erfassen. Wenn ein binärer Impuls in diesen Stellungen auftritt, wird er mit dem Rückstelleingang der Kippstufe 54 verbunden, so daß diese ihren Zustand ändert. Dies stellt die Synchronisierung zwischen den Wellenformen (d) und (c) in Fig. 5 her. Der Impuls am Ausgang der MuItiplexschaltung 60 für das Signal F₁ wird auch einer Schaltung zugeführt, die nachfolgend erläutert wird. Sin Detektor 64 gibt ein Ausgangsignal ab, wenn die Multiplexschaltung von der letzten der acht leitungen der Dekodierschaltung 58 auf die erste Leitung

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hergehenden Stufen ist mit der Ausnahme, daß der Detektor für das überschreiten einer Achterfolge fortgelassen wurde. Die vierte Stufe weist indessen einen Adressenzähler 82, einen Datenzähler 84 und einen Dekodierer 86 auf (Umsetzung zwei zu acht) und eine Multiplexschaltung 88 erzeugt eine Impulsfolge, die in Stufen von 1024 /~s zwischen einer Impulsbreite von 1024 /-s und 8192 j^s schwankt, und dies stellt die gesamte Zeitspanne zwischen jedem Impuls des P-Impulszuges dar (Kurve b). Das Ausgangssignal mit veränderlicher Impulsbreite der vierten Stufe 80 umfaßt das Signal FF₄, das in Fig. 5 als Kurve (i) bezeichnet ist, während als Kurve (j) der zeitlich abhängige Impuls F₄ mit ein /»-s Breite dargestellt ist.

Es sind vier Stufen 48, 56, 78 und 80 beschrieben worden, die als Schieberegister in dem Sinn arbeiten, daß jedesmal, wenn eine Stufe ihr Signal maximaler Impulsbreite erzeugt, diese Stufe zurückgeschaltet wird aber gleichzeitig bewirkt, daß die nachfolgende Stufe sofort beginnt, ihre entsprechende Signalfolge zu erzeugen. Dabei wird eine Kombination von vier getrennten Impulszügen erzeugt, die zu einem einzigen nicht unterbrochenen Ausgangsimpulszug von 4095 sich nicht wiederholenden Impulsen verbunden werden können, welche bezüglich der Impulsbreite von 2 y«s bis 8192 /*s in Schritten von 2 /*s veränderlich sind. Falls die Impulszüge FF., FF,, FF₃ und FF₄ beispielsweise lediglich in einem logischen ODER-Gatter verbunden werden, würden Kommutierungsspitzen beim Übergang zwischen den entsprechenden Impulszügen auftreten. Um diese in der Ausgangswellenform zu vermeiden, ist eine Kombinationsschaltung gemäß Fig. 4 mit einer Ausgangskippstufe 82 verbunden. Sie weist vier NAND-Gatter 84, 86, 88 und 9O auf, von denen ein Eingang jeweils die Impulse F₁, F₂, F₃ und F₄ aufnimmt, die zeitlich mit den abfallenden Flanken der Impulse zusammenfallen, die in den Impulszügen FF,, FF₃, FF₃ und FF₄ enthalten sind. Der Ausgang der NAND-Gatter 84 ...90 ist mit einem fünften NAND-Gatter 92 verbunden, dessen Ausgang mit einem K-Eingang der Kippstufe 82 verbunden ist. Der K-Eingang wird als Rückstelleingang und der J-Eingang als Setzeingang der Kippstufe

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82 bezeichnet, und diese spricht auf negative Impulsflanken des Takteinganges C an, d.h. die abfallende Flanke eines Eingangstaktimpulses und ein P-Signal am J-Eingang der Kippstufe 82 lösen einen Ausgangsimpuls am Q-Ausgang beim nächsten Taktimpuls aus. Der Ausgangsimpuls bei Q wird beendet durch einen Rückstellimpuls am K-Eingang von der Kombinationsschaltung 62 und die abfallende Flanke des folgenden dem Anschluß C zugeführten Taktimpuls es. Es ergibt sich deshalb, daß ein Impulszug ohne Kommutierungsspitzen und mit Flanken, die mit dem 5OOKHz-Taktgeber zusammenfallen, durch die Kippstufe 82 mittels des P-Signales und des zusammengesetzten Ausgangs der Impulse F, ... F. erzeugt wird. Dieser Impulszug bildet das Ausgangssignal der Schaltung zum Durchstimmen des Oszillators gemäß Fig. 1 und ist als Wellenform (k) in Fig. 5 dargestellt.

Die Datenzähler 52, 66, ... und 84 sind in der Praxis Vorwärts/ Rückwärtszähler, welche die das Durchstimmsignal bildende Impulsfolge leicht aufnehmen, um> die Impulsbreite zu vermindern, wenn ein Signal mit 8192 /^s erzeugt wird, so daß die Signalfolge umgekehrt wird und wieder bis zu einer vorbestimmten Impulsbreite, beispielsweise 128 a»s abnimmt, wo dann die Impulse anhalten und die Schaltung auf Null zurückgestellt wird. Diese Schaltung ist in der dargestellten Ausführungsform nicht im einzelnen erläutert, sondern kann durch den Fachmann leicht realisiert werden.

Vorstehend wurde ein Analysator für elektrische Wellenformen oder Rauschsignale beschrieben, der digital arbeitet und einen bezüglich der Frequenz steuerbaren Oszillator aufweist, welcher durch ein analoges Signal gesteuert wird, das von einer digitalen Schaltung zur Durchstimmung des Oszillators abgeleitet ist»

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

1. ' Digital gesteuerter Frequenzanalysator, gekennzeichnet durch eine erste Mischstufe (12) zur Aufnahme eines Eingangsignales, eine bezüglich der Frequenz einstellbare und mit der ersten Mischstufe verbundene Signalquelle (10) zur Erzeugung einer wählbaren Ausgangsfrequenz zwecks Ableitung von Signalen einer ersten Seitenbandfrequenz von der ersten Mischstufe, eine mit dem Ausgang der ersten Mischstufe verbundene zweite Mischstufe (18) zur Aufnahme der ersten Seitenbandsignale, eine mit der zweiten Mischstufe verbundene Signalquelle (20, 22) für eine feste Frequenz zur Erzeugung von Signalen einer zweiten Seitenbandfrequenz, ein mit dem Ausgang der zweiten Mischstufe verbundenes Schmalbandfilter (20) mit einer Mittenfrequenz im Bereich der Frequenz des Eingangsignales, einen mit dem Schmalbandfilter verbundenen Detektor (22) zur Erfassung der Hüllkurve des Eingangsignales, eine digitale mit der Signalquelle für die feste Frequenz verbundene Schaltung (26), die auf das Signal mit der festen Frequenz anspricht und eine digitale Impulsfolge mit linear veränderlichen Impulsbreiten erzeugt, und eine zwischen der digitalen Schaltung und der Signalquelle für veränderliche Frequenzen verbundene Schaltung (28) zur Umsetzung des Impulszuges in eine linear veränderliche Gleichspannung zur Steuerung der Frequenz der Signalquelle veränderbarer Frequenz.

2. Frequenzanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich eine mit dem Detektor (22) verbundene Einrichtung (24) zum Messen der elektrischen Leistung oder der relativen Amplitude des Eingangsignales und eine Schwellwertschaltung (36) aufweist, die zwischen dem Ausgang des Detektors und der digitalen Schaltung (26) zur Durchstimmung

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des Oszillators verbunden ist und diese Schaltung anhält, wenn ein vorbestimmter Schwellwertpegel überschritten wird und bewirkt, daß die digitale Schaltung einen Impulszug konstanter Impulsbreite an der Stelle des Durchstimmvorganges erzeugt, an welcher der Schwellwert überschritten wurde.

3. Frequenzanalysator, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich der Frequenz variable Signalquelle (LO) und die Signalquelle (20) mit fester Frequenz digitale. Rechteckausgangssignale erzeugen und der Frequenzbereich der Signalquelle variabler Frequenz Frequenzen einschließt, die im wesentlichen nahe bei der Ausgangsfrequenz der Signalquelle für die feste Frequenz liegen.

4. Frequenzanalysator gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der digitalen DurchstimmschaItlang und der Signalquelle variabler Frequenz verbundene Schaltung einen Digital/Analogumsetzer (28) aufweist.

5. Frequenzanalysator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine dritte mit dem Ausgang der Signalquelle (20, 22) für feste Frequenz und dem Ausgang der Signalquelle für variable Frequenz verbundene dritte Mischstufe (32) zur Abgabe einer Ausgangswellenform mit der Differenzfrequenz, einen monostabilen Multivibrator (30), der durch die Rechteckausgangsspannung mit der Differenzfrequenz getriggert wird und ein Ausgangssignal konstanter Impulsbreite und mit einer der Differenzfrequenz entsprechenden Wiederholungsfrequenz abgibt und eine Schaltung zur Verbindung des Ausgangs des monostabilen Multivibrators mit dem Eingang des Digital/ Analogumsetzers, so daß der Umsetzer den Impulszug der digitalen Durchstimmschaltung und das Ausgangssignal des mono-

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stabilen Multivibrators aufnimmt und eine lineare Gleichspannung abgibt, die direkt proportional dem Durchschnittswert zwischen den beiden Eingangssignalen ist.

6. Frequenzanalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein ümkehrverstärker (34) zwischen dem Digital/Analog-Umsetzer und der Signalquelle mit variabler Frequenz vorgesehen ist.

7. Frequenzanalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle variabler Frequenz einen spannungsgesteuerten Multivibrator (10) aufweist.

8. Frequenzanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Durchstimmschaltung eine erste Schaltung (38) aufweist, die mit der Signalquelle für feste Frequenz verbunden ist und einen Ausgangsimpulszug mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz abgibt, eine zweite Schaltung (48) mit dem Ausgang der ersten Schaltung und der Signalquelle für feste Frequenz verbunden ist und einen ersten Impulszug konstanter Impulsbreite und linear zunehmender Zeitverzögerung bezüglich des Ausgangsimpulszuges der ersten Schaltung und einen ersten Impulszug mit linear zunehmender Impulsbreite zwischen einer ersten Impulsbreiten Grenze und einer zweiten Impulsbreiten Grenze in zeitlichem Bezug zu dem Ausgangsimpulszug und dem ersten Impulszug konstanter Impulsbreite abgibt, eine dritte Schaltung (56) mit der zweiten Schaltung und der Quelle für feste Frequenz verbunden ist und einen zweiten Impulszug konstanter Impulsbreite und mit linear zunehmenden Zeitverzögerungen erzeugt, die größer als die Zeitverzögerungen des ersten Impulszuges konstanter Impulsbreite sind und einen zweiten Impulszug mit linear zunehmenden Impulsbreiten zwischen der zweiten

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Impulsbreiten-Grenze und einer dritten Impulsbreiten-Grenze in zeitlichem Bezug zu dem Ausgangsimpulszug und dem zweiten Impulszug konstanter Impulsbreite abgibt, eine vierte Schaltung (78) mit der dritten Schaltung und der Quelle für feste Frequenz verbunden ist und einen dritten Impulszug konstanter Impulsbreite mit linear zunehmenden Zeitverzögerungen abgibt, die größer als die Zeitverzögerungen des zweiten Impulszuges konstanter Impulsbreite sind und ein dritter Impulszug linear zunehmende Impulsbreiten zwischen der ersten "Impulsbreiten-Grenze und einer vierten Impulsbreiten-Grenze hat und zeitlich auf den Ausgangsimpulszug und den dritten Impulszug konstanter Impulsbreite bezogen ist, eine fünfte Schaltung (80) mit der vierten Schaltung und der Quelle für feste Frequenz verbunden ist und einen vierten Impulszug konstanter Impulsbreite und mit linear zunehmenden Zeitverzögerungen abgibt, die größer ale diejenigen des dritten Impulszuges konstanter Impulsbreite sind und ein vierter Impulszug linear zunehmender Impulsbreiten von der vierten Impulsbreiten Grenze bis zu einer fünften Impulsbreiten-Grenze hat und eine Schaltung (62) ausgewählte Impulszüge von den zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltungen verbindet und einen einzigen Impulszug mit linear zunehmender Impulsbreite abgibt, dessen Impulsbreite zwischen den ersten und fünften Impulsbreiten Grenzen schwankt.

9. Frequenzanalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (62) eine Kombinationsschaltung mit Eingängen für die ersten, zweiten, dritten und vierten Impulszüge konstanter Impulsbreite und eine Kippstufe (82) mit Setz- und Rückstelleingängen und einem Ausgang sowie eine Schaltung zur Verbindung des Setzeinganges mit dem Ausgangsimpulszug der ersten Schaltung und zur Verbindung des Rückstelleinganges mit dem Ausgang der Verbindungsschaltung auf-

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weist, wobei die Ausgangsklemme einen einzigen Impulszug abgibt.

10. Frequenzanalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsimpulszug von der ersten Schaltung eine Frequenz hat, die im wesentlichen kleiner als die feste Frequenz der Quelle für feste Frequenz ist.

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