DE2825660A1

DE2825660A1 - Verfahren zur verwendung bei der bestimmung der frequenz eines eingangssignales

Info

Publication number: DE2825660A1
Application number: DE19782825660
Authority: DE
Inventors: Luiz Peregrino; Darwin Harold Throne
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1979-01-25
Also published as: JPS5420768A; DE2825660C2; JPS5836310B2; US4135243A

Description

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Hewlett-Packard Company - 3 -

Int. Az.: Case 1191

VERFAHREN ZUR VERWENDUNG BEI DER BESTIMMUNG DER FREQUENZ EINES EINGANGSSIGNALES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung bei der Bestimmung der Frequenz eines Eingangssignales gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Frequenzmeßeinrichtungen bekannt, die eine einzelne Abtasteinheit verwenden (US-PS 3 984 770). Diese Systeme sind naturgemäß preiswerter als solche mit zwei Abtastern (US-PS 3 836 758).

Bei den Systemen mit einem Abtaster ist es bekannt, diesen alternierend mit zwei verschiedenen im voraus gewählten Frequenzen zu betreiben. Hierbei ist nachteilig, daß Änderungen der Eingangsfrequenz aufgrund der Frequenzmodulation oder Drift zwischen der Zeit, in welcher das Eingangssignal abgetastet und das Signal der ersten Frequenz verwendet wird, und der Zeit, in welcher das Eingangssignal abgetastet und das Signal der zweiten Frequenz verwendet wird, zu Fehlern in der Berechnung der Ordnungszahl der Harmonischen und der Seitenbandfrequenz des Eingangssignales führen können.

Gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff vor allem dahingehend verbessert, daß dieses die Ordnungszahl der Harmonischen und das Seitenband des Eingangssignales wirksamer zu ermitteln gestattet.

Demgemäß erhält der Abtaster ein Signal einer unbekannten Frequenz. Der Abtaster wird durch ein Abtastsignal gesteuert, welches aufgrund eines Steuersignales in willkürlicher Weise veränderlich ist. Das Zwischenfrequenzausgangssignal des Abtasters wird mittels einer Logikschaltung einem Zähler unter synchroner Messung mittels des Steuersignales zugeführt. Die Korrelation des dem Abtastsignal zugeführten Modulationssignales mit der sich ergebenden Grenzmodulation

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des Zwischenfrequenzsignales löscht die Frequenzmodulation des Eingangssignales, welche auftreten kann. Unter Verwendung des Zwischenfrequenzwertes vom Zähler können die Ordnungszahl N der Harmonischen und die Seitenbänder bestimmt werden, da die Zwischenfrequenz in der gleichen Weise wie die Abtastfrequenz veränderlich ist, mit Ausnahme eines Maßstabsfaktors, der gleich der Ordnungszahl der Harmonischen ist. Falls die Frequenz des Eingangssignales ebenfalls veränderlich ist, wird die Wirkung dieser Änderung auf die Meßgenauigkeit durch das Korrelationsverfahren zu einem großen Teil unterdrückt.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellt dar: Figur 1 ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung mit einem einzigen Abtaster, der durch eine vorbestimmte Pseudo-Zufalls-Folge von Signalen bei der Frequenzmessung gesteuert wird,

Figur 2 ein Blockdiagramm eines Systems mit einem einzigen Abtaster, welcher zwei Frequenzzähler und zwei verschiedene Abtastfrequenzen verwendet.

Aus Figur 1 geht ein Blockdiagramm eines Systemes mit einem einzigen Abtaster zur Frequenzmessung hervor. Auf einer Eingangsleitung 110 eines Abtasters oder harmonischen Mischers 115 werden Eingangssignale mit einer unbekannten Frequenz f aufgenommen. Ein bezüglich der Frequenz gesteuerter Oszillator 120 gibt auf einer Leitung 118 Abtastsignale ab. Die Frequenz des Signales auf der Leitung 118 ändert sich zufällig entsprechend den Signalen auf einer Leitung 125, die von einem Signal generator 130 stammen. Der Signal generator 130 kann ein determiniertes oder ein exakt zufälliges oder speudo-zufälliges Signal auf einer Leitung 125 abgeben. Die Frequenz fjp des Signales auf der Leitung 116 ändert sich entsprechend dem Signal auf der Leitung 118. Die Zwischenfrequenzveränderung ist über einen Faktormit der Ordnungszahl der Harmonischen, d.h. *Ν, verknüpft.

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Int. Az.: Case 1191 - 5 -

Es gilt

und

= ⁷O ^{+ Af}o

^fx ■ ^Tx

wobei f_Q der Durchschnittswert der Oszillatorfrequenz des Signales auf der Leitung 118, Ύ der Durchschnittswert des Eingangssignales, Af η (t) die zugeführte zufällige Änderung entsprechend dem zufälligen oder determinierten Signal auf der Leitung 125 und Af (t) eventuell die Änderung in der Frequenz des Eingangssignales ist. Für das obere und untere Seitenband gilt dann:

^fIF ⁼⁷IF ⁺*^fIF ^{(t) =T}x ^+Afx ^(t) " ^NT0 " ^NAf0

f_IF =T_IF +Äf_IF (t) = NT₀ + NUf₀ (t) -T_x -Af_x (t) (1b)

Af_IF (t) = -NAf₀ (t) +Af_x (t) (Za).

Af_IF (t) = NAf₀ (t) - Af_x (t) (2b)

Durch Berechnung der Kreuzkorrelation zwischen der zugeführten Frequenzvariation Af₀ (t) mit dem resultierenden Wert von Af_TF (t) ergibt sich

C = -N · Korr(Af₀(t),Af₀(t)) + Korr (Af„(t), Af_x(t)) (3a) C = +N · Korr(Af₀(t), Af₀U)) - Korr (Af_Q(t), Δί_χ(ΐ)) (3b)

WennAf_Q(t) unabhängig oder unkorreliert gegenüberAf (t) ist, dann kann der letzte Ausdruck in der Gleichung für C vernachlässigbar klein gemacht und eliminiert werden. Dieses kann erfolgen durch Verwendung einer zufälligen Änderung der Frequenz f₀.

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Int. Az.: Case 1191 - 6 -

Definiert man R = Korr (Afg(t),Af_Q(t)) und eliminiert man den letzten Ausdruck, so ergibt sich für N:

N = RUNDUNG ( | C j /R )

Dabei bedeutet RUNDUNG die nächste ganze Zahl des exakt berechneten Wertes.

Die Tatsache, daß N eine ganze Zahl ist, wurde dazu verwendet, irgendwelche Irrtümer in der Bestimmung der Ordnungszahl N der Harmonischen auszuscheiden. Außerdem gibt das Vorzeichen von N an, welches Seitenband vorliegt.

Der Abtaster 115 gibt das Signal auf einer Leitung 116 entsprechend dem Eingangssignal auf einer Leitung 110 und dem Abtastsignal auf der Leitung 118 ab. Der Zwischenfrequenzverstärker 135 verstärkt und filtert das Signal und erzeugt das Zwischenfrequenzsignal auf einer Leitung 137.

Das Abstimmsignal auf der Leitung 121 wird derart eingestellt, daß das Ausgangssignal vom Zwischenfrequenzverstärker auf der Leitung 137 ungefähr in der Mitte des Frequenzbands vom Zwischenfrequenzverstärker liegt, wenn ein Eingangssignal auf der Leitung 110 auftritt. Wenn ein Eingangssignal abgetastet wird, gibt der Signalgenerator 130 ein zufälliges oder pseudo-zufälliges Steuersignal auf der Leitung 125 ab, welches bewirkt, daß der bezüglich der Frequenz einstellbare Oszillator 120 das Abtastsignal auf der Leitung 118 in zufälliger oder pseudo-zufälliger Weise ändert. Auch wird das Logikglied 140 durch das Steuersignal auf der Leitung 131 aufgetastet und die Zwischenfrequenz des Signales auf der Leitung 137 durch einen Zähler 145 gemessen. Das zufällige oder pseudo-zufällige Signal auf der Leitung 125 vom Signal generator 130 wird dazu verwendet, einen Korrelator 150 anzutreiben, der das Zwischenfrequenz-Verstärkersignal auf der Leitung 137 mit dem Signal auf der Leitung 125 korreliert. Da die Zwischenfrequenz auf der Leitung 137 sich bis auf einen Maßstabsfaktor von ±N in der

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Int. Az.: Case 1191 - 7 -

gleichen Weise wie das Signal auf der Leitung 118 ändert, kann man sowohl die Zahl der Harmonischen als auch das in dem Signal auf der Leitung 151 enthaltene Seitenband in der beschriebenen Weise bestimmen. Die Rechen- und Anzeigeschaltungen 160 berechnen dann f aus der Ordnungszahl der Harmonischen und der Seitenbandinformation des Signales auf der Leitung 151 sowie die gemessene Zwischenfrequenz vom Zähler 145 gemäß den Gleichungen:

^fx = ^Nf0 ^{+ f}IF ^fx = ^Nf0 - ^fIF

In Figur 2 ist eine Abwandlung der Grundschaltung gemäß Figur 1 dargestellt. Die Schaltung gemäß Figur 2 verwendet zwei Frequenzzähler zum Ersatz des Korrelators 150. Anstelle der zufälligen Veränderung des Signales auf der Leitung 118 über einen Frequenzbereich, wird dieses zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzen

f. und f₂ in zufälliger oder pseudo-zufälliger Weise umgeschaltet. Die Zwischenfrequenz auf der Leitung 137 wird dann synchron abgetastet und durch Frequenzzähler 201 und 202 gemessen. Wie in dem Meßsystem gemäß Figur 1 steuert ein Meßsteuersignal auf der Leitung 131 das Zählen der Zwischenfrequenz. Durch Kenntnis von f.

und f₂ und f_Ip1 vom Zähler 201 und f_IF2 vom Zähler 202 kann ί_χ berechnet werden gemäß der Gleichung

RUNDUNG (^fIF1 " ^fIF2)

^fi -

^f1 " ^fIF1

Falls eine größere Genauigkeit gewünscht ist, kann eine zusätzliche Messung vorgenommen werden. Weil die Zwischenfrequenzsignale zwischen den Zeitpunkten zerhackt werden, zu denen der Frequenzzähler 201 und der Frequenzzähler 202 betätigt sind, ergibt sich bei der Zählung jeweils ein Fehler von ± 1₇wenn die Zähler umgeschaltet werden. Dieser Fehler kann kumulativ sein und wird nicht notwendigerweise in jedem Fall ausgelöscht.

Nachdem f,_p, und f ,_p2 bestimmt worden sind unter Verwendung der Frequenzzähler 201 und 202, kann das Zufalls-Steuersignal auf

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Int. Az.: Case 1191 - 8 -

der Leitung 125 beendet werden und bewirkt werden, daß die Frequenz f, während einer vorbestimmten Periode zur Leitung 118 weitergeschaltet wird. Während dieser Zeitdauer kann entweder der Zähler 201 oder der Zähler 202 betätigt werden, um die Zwischenfrequenz fjpQ zu zählen. Bei Verwendung dieses Verfahrens würde eine genauere Zwischenfrequenz erhalten werden, da sich Zähl fehl er um * 1 nicht addieren könnten, und die Frequenz f würde wie folgt

berechnet:

RUNDUNG (^fIF1 - ^fIF2)

^f1 ^fIFO

Das Ergebnis der Teilung von ("FjC₁ - fjp ₂) durch (f, - f₂) ergibt die Ordnungszahl der Harmonischen, jedoch mit einem kleinen Fehler, der primär verursacht wird durch die Modulation in dem Eingangssignal auf der Leitung 110, welche nicht ausgeschaltet wird. Der verbleibende Fehler stört jedoch die Genauigkeit der Messung in der Regel nicht, da die Anzahl der Harmonischen stets eine ganze Zahl ist. Daher wird der berechnete Wert einfach auf die nächste ganze Zahl abgerundet, und der kleine möglicherweise vorliegende Fehler bleibt ohne Auswirkung auf die Berechnung von

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWALT D-7261 Gechingen7Bergwald Lindenstr. 16 DIPL.-ING. KNUD SCHULTE Te|efon; (07056) 1367 Patentanwalt K. Schulte, Lindenstr. 16. D-7261 Gechingen Hewlett-Packard Company Int. Az.: Case 1191 7. Juni 1978 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Verwendung bei der Bestimmung der Frequenz eines Eingangssignales, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuersignal (118) erzeugt wird, ein Abtastsignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die entsprechend dem Steuersignal veränderlich ist, das Eingangssignal abgetastet (115) und ein Zwischenfrequenzsignal (137) entsprechend dem Abtastsignal erzeugt wird und das Zwischenfrequenzsignal mit dem Steuersignal korreliert wird und davon eine Anzeige (160) der Ordnungszahl der Harmonischen und des Frequenzseitenbandes erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Frequenz des Zwischenfrequenzsignales (145) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein digitales Signal (125) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung eines Abtastsignales abwechselnd ein erstes Abtastsignal einer ersten Abtastfrequenz entsprechend dem einen Zustand des digitalen Steuersignales und ein zweites Abtastsignal einer zweiten Abtastfrequenz entsprechend dem zweiten Zustand des digitalen Steuersignales erzeugt werden.

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Vtolksbank Böblingen AG. Kto. 108458008 (BLZ 60390220) · Postscheck: Stuttgart 996 55-709

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daS die Zwischenfrequenz (fjpi) bestimmt wird, die durch das Abtasten des Signales der unbekannten Frequenz (f ) mit dem ersten Abtastsignal der ersten Abtastfrequenz (f.) erzeugt wird und die Zwischenfrequenz (f^n) bestimmt wird, die durch Abtasten des Signales der unbekannten Frequenz mit dem zweiten Abtastsignal der zweiten Abtastfrequenz (f~) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wert für die unbekannte Frequenz entsprechend der Gleichung bestimmt wird:

RUNDUNG (^fIF1 - ^fIF2)

^f1 -

^f1 - ^fIF1

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfrequenz (fjcn) bestimmt wird, die durch die Abtastung entsprechend einem vorbestimmten Abtastsignal der Frequenz des ersten Abtastsignales erzeugt wird und die unbekannte Frequenz entsprechend der Formel berechnet wird:

RUNDUNG

(^fIFl - ^fIF2)

^f1-^f2

^f1 " ^fIF0

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