DE3009785A1 - Spektralanalysator - Google Patents

Description

L. Micic et al 20-3 Fl 1033

6. März 1980 Mo/Be

Spektralanalysator

Die Erfindung betrifft einen Spektralanalysator für ein Signalfrequenzband f,_-f / das aus k Teilfrequenzbändern

jc ο

besteht, deren Grenzfrequenzen durch die Beziehung

' ²' ³

bestimmt sind, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs Ein derartiger Spektralanalysator ist in der DE-OS 28 20 beschrieben und wandelt das zunächst verstärkte Eingangssignal mittels eines Analog-Digital-Wandlers in an dessen Ausgang parallel auftretende Binärsignale um. Die die Mittenfrequenzen f = 0,5(f +f -) der Teilfrequenzbänder

mn η n-1

repräsentierenden Zahlenwerte sind dabei in einem programmierbaren Festwertspeicher enthalten und abrufbar. 15

Dem Analog-Digital-Wandler ist von einem Taktgenerator ein Abtastsignal konstanter Frequenz f_ zugeführt, und es ist ihm ein zur aufeinanderfolgenden Aufnahmen seiner Ausgangsbinärwörter geeigneter Pufferspeicher und diesem ein Multiplexer nachgeschaltet. Die Anzahl a der Speicherbezirke des Pufferspeichers ist nach der Beziehung a>f_Ä/f bemessen. Der Taktgenerator enthält einstellbare Frequenzteiler.

Die im Pufferspeicher enthaltenen Binärwörter werden in einer als "Spin-Einrichtung" bezeichneten Anordnung durch wiederholte Aufteilung in sogenannte Zeitscheiben mittels eines an unterschiedlichen Taktfrequenzen betriebenen

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Rezirkulations-Schieberegisteis weiterverarbeitet, dessen Ausgangssignal mittels eines Digital-Analog-Wandlers wieder in ein analoges Signal zurückgewandelt und dieses mittels eines Bandpaßfilters gefiltert wird. Zur Spracherkennung wird dann das Ausgangssignal des Bandpaßfilters speziell weiterverarbeitet, was jedoch im Rahmen der Erfindung nicht mehr von Interesse ist.

Der in der genannten OS beschriebene Spektralanalysator enthält mindestens eine Teilschaltung, die zur monolithischen Integrierung der Gesamtanordnung wenig geeignet ist, nämlich das erwähnte Bandpaßfilter, das nach den Angaben in der genannten OS beispielsweise ein sechspoliges Tschebyscheff -Filter sein kann. Als Bandpaßfilter für Analogsignale besteht es somit im wesentlichen aus Induktivitäten und Kapazitäten, die bekanntlich nicht integierbar sind.

Den Erfindern stellte sich somit die Aufgabe, im Rahmen der monolithischen Integrierung der Gesamtanordnung einen Weg zu finden, wie die Funktion des Bandpaßfilters ohne Induktivitäten und Kapazitäten realisierbar -ist. Während ihren Überlegungen zur Lösung dieser Rahmenaufgabe erkannten die Erfinder, daß, wenn das Bandpaßfilter als Digitalfilter realisiert wird, sich eine wesentliche Vereinfachung der bekannten Anordnung ergibt. Es kann dann nämlich sowohl auf das Rezirkulations-Schieberegister und den Digital-Analog-Wandler als auch auf den hierfür erforderlichen Teil der Steuerschaltung verzichtet werden. Die insgesamt gestellte Aufgabe der Vereinfachung der bekannten Anordnung wird somit durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Verwendung ist im Anspruch 2 angegeben.

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In der DE-OS 29 17 285 ist an sich beschrieben, wie mittels Digitalfiltern eine Spektralanalyse vorgenommen werden kann/ für jede bekannte Filterfrequenz ist jedoch ein darauf abgestimmtes Digitalfilter erforderlich. Bei dieser Anordnung des Standes der Technik ist aber die u. U. große Zahl von Digitalfiltern nachteilig. Die Erfindung nutzt dagegen das bei der Spektralanalyse an sich bekannte Prinzip der Anwendung von Digitalfiltern zur Lösung der gestellten Aufgabe in geschickter Weise so aus, daß nur ein einziges Digitalfilter erforderlich ist, das in der beanspruchten Weise bezüglich seiner konstanten Mittenfrequenz bemessen und dessen Filterkonstanten sich mit dessen schrittweise geänderten Taktfrequenzen so ändern, daß die Mittenfrequenz konstant bleibt.

Die Erfindung wird nun anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt das Blockschaltbild eines Spektralanalysators nach der Erfindung.

Das zu analysierende Analogsignal ist dem Analog-Digital-Wandler AD über den Eingang E zugeführt; ferner erhält er vom Mehrfachtaktgenerator TG ein Abtastsignal mit der konstanten Frequenz f. zugeführt. Diese ist wegen des Abtasttheorems mindestens doppelt so groß wie die höchste im Analogsignal enthaltene Frequenz zu wählen.

Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers AD, das in Form parallel anstehender Ausgangs-Binärwörter vorliegt, ist den Paralleleingängen des Pufferspeichers PS zugeführt, der ebenfalls vom Abtastsignal konstanter Frequenz f getaktet ist. Die Anzahl a der Speicherbe-

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zirke des Pufferspeichers PS für die Ausgangs-Binärwörter des Analog-Digital-Wandlers AD ist nach der Beziehung bemessen a>f_Ä/f_, wobei mit f die untere Grenzfrequenz des zu analysierenden Signalfrequenzbandes f_k-f_Q bezeichnet ist.

Dem Pufferspeicher PS ist der Multiplexer MX nachgeschaltet, dessen Ausgang den Signaleingang des Digitalfilters DF speist. Im programmierbaren Festwertspeicher PF sind die die Mittenfrequenzen f = 0,5(f +f _..) repräsentierenden Zahlenwerte abgespeichert. Diese Zahlenwerte ergeben sich aus dem zu analysierenden Signalfrequenzband f_k~f₀ und der Anzahl k der vorzugebenden Teil-Frequenzbänder entsprechend der Rekursionsformel

f = (f,/f_)^1y/k.f , , wobei η = 1, 2, 3 k

η ko η— ι

ist. Die Zahlenwerte der Mittenfrequenzen können dem programmierbaren Festwertspeicher PF in bekannter Weise über seinen Speichereingang SE eingegeben werden.

Die Bandbreite des Durchlaßbereichs des Digitalfilters DF ist proportional der Bandbreite f. -f. _Λ des höchsten Teil-

K JC- I

Frequenzbandes zu wählen. Die Mittenfrequenz f„ des Digitalfilter DF ist nach der Beziehung zu bemessen

d/f_M) > (f_A/f₀)|" Vf_10n -

Dem Digitalfilter DF ist vom Mehrfachtaktgenerator TG ein Taktsignal zugeführt, dessen Frequenz f_ schrittweise von der Steuerschaltung CS, beispielsweise durch entsprechende

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Einstellungen der einstellbaren Frequenzteiler des Mehrfachtaktgenerators TG , entsprechend der Beziehung f_T = f_Af /f_M einstellbar ist. Dieses Taktsignal mit der schrittweise einstellbaren Frequenz f„, ist auch dem Multiplexer MX zugeführt.

Die Filterkonstanten des Digitalfilters DF sind bei den einzelnen Taktfrequenzen £_ψ mittels der Steuerschaltung CS und des programmierbaren Festwertspeichers PF so eingestellt, bzw. werden so verändert, daß die Mittenfrequenz f.. seines Durchlaßbereichs konstant bleibt. Die Steuerschaltung CS wirkt somit sowohl auf den programmierbaren Festwertspeicher PF als auf den Mehrfachtaktgenerator TG ein, der außerdem auch Signale von letzterem, zugeführt erhält.

Die Spektralanalyse erfolgt also durch schrittweise Veränderung der Frequenz des Taktsignals des Digitalfilters DF bei gleichzeitiger Umschaltung seiner Filterkonstanten unter Beibehaltung der Mittenfrequenz seines Durchlaßbereichs. Mittels des erfindungsgemäß gesteuerten Digitalfilter DF führt der Spektralanalysator also eine mit der "Zeitscheiben-Aufteilung" nach der eingangs genannten DE-OS 28 20 645 vergleichbare Signalverarbeitung durch,

er ist jedoch wesentlich einfacher aufgebaut und insbesondere zur vollständigen Integrierung geeignet. Ebenso ist die Realisierung durch entsprechende Programmierung eines Microcomputers möglich.

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Claims (2)

1. L. Micic et al 20-3 Fl 1033

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   Patentansprüche

   Spektralanalysator für ein Signalfrequenzband f_k-f_Q, das aus k Teil-Frequenzbändern besteht, deren Grenzfrequenzen durch die Beziehung

   ^fn= <V^f0^)1/k-^fn-1< n- 1* 2. 3 k

   bestimmt sind und deren Mittenfrequenzen f =0,5 (^f _n ^+f _n_·] repräsentierende Zahlenwerte in einem programmierbaren Festwertspeicher enthalten und über eine Steuerschaltung abrufbar sind/ mit einem Bandpaßfilter und mit einem eingangsseitig angeordneten Analog-Digital-Wandler, dem von einem Taktgenerator ein Abtastsignal konstanter Frequenz f. zugeführt ist und dem ein zur aufeinanderfolgenden Aufnahme seiner Ausgangs-Binärwörter geeigneter Pufferspeicher und diesem ein Multiplexer nachgeschaltet ist, wobei die Anzahl a der Speicherbezirke des Pufferspeichers für die Ausgangs-Binärwörter nach der Beziehung a>f_A/f« bemessen ist und der Taktgenerator einstellbare Frequenzteiler enthält,

   gekennzeichnet durch folgende Merkmale;

   - der Ausgang des Multiplexers (MX) ist mit dem

   Eingang des als Digitalfilter (DF) ausgebildeten Bandpaßfilters verbunden,

   - die Bandbreite des Durchlaßbereiches des Digitalfilters (DF) ist proportional der Bandbreite höchsten Teil-Frequenzbandes,

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   ORIGINAL INSPECTED

   L. Micic et al 20-3 Fl 1033

   die Mittenfrequenz (f_M) des Digitalfilters (DF) ist nach der Beziehung bemessen:

   n=J

   1 /f
   mn

   <i/f_M»<f_A/f₀>ZIvf_:

   n=i

   - die Frequenz (f_T) des Taktsignals des Digitalfilters (DF) ist schrittweise mittels der Steuerschaltung (CS) entsprechend der Beziehung V" ^fA^fmn/^fM einstellbar,

   - die Filterkonstanten des Digitalfilters (DF) sind bei den einzelnen Taktfrequenzen (f_) mittels der Steuerschaltung (CS) und des programmierbaren Festwertspeichers (PF) so eingestellt, daß die Mittenfrequenz (f_M) seines Durchlaßbereichs konstant bleibt,

   - die Steuerschaltung (CS) steuert einen Mehrfachtaktgenerator (TG), der zusätzlich zum Abtastsignal des Analog-Digital-Wandlers (AD), das zugleich Einlese- und Schiebetakt des Pufferspeichers (PS) ist, das Taktsignal des Digitalfilters (DF), das zugleich der Multiplexertakt ist, mittels über den programmierbaren Festwertspeicher (PF) einstellbarer Frequenzteiler erzeugt.
2. 2. Verwendung eines Spektralanalysators nach Anspruch in einer Spracherkennungseinrichtung für sprachgesteuerte Telefonapparate.

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