JPH0514937U - Spectrum analyzer - Google Patents

Spectrum analyzer

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JPH0514937U
JPH0514937U JP1065291U JP1065291U JPH0514937U JP H0514937 U JPH0514937 U JP H0514937U JP 1065291 U JP1065291 U JP 1065291U JP 1065291 U JP1065291 U JP 1065291U JP H0514937 U JPH0514937 U JP H0514937U
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JP
Japan
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filter
digital
frequency
signal
band
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1065291U
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Japanese (ja)
Inventor
吉田  隆
和生 永田
勝 中込
春夫 小林
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH0514937U publication Critical patent/JPH0514937U/en
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】高分解能であり、かつアナログフィルタを用い
た場合の波形と一貫性を保つことができるデジタル式の
スペクトラムアナライザを提供することである。 【構成】分解能を決定するバンドパスフィルタ16を、狭
帯域化が可能なデジタルフィルタバンクを用いて実現す
る。このデジタルバンドパスフィルタバンクは、例え
ば、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを組合わせ
てカスケードツリー構造を構築することにより形成され
る。基本的にアナログフィルタの処理と同じであるた
め、表示波形の包絡線が同じであり、同一性を保持でき
る。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a digital spectrum analyzer that has high resolution and can maintain consistency with a waveform when an analog filter is used. [Structure] A bandpass filter 16 for determining resolution is realized by using a digital filter bank capable of narrowing a band. This digital bandpass filter bank is formed, for example, by combining a lowpass filter and a highpass filter to construct a cascade tree structure. Since the processing is basically the same as that of the analog filter, the envelopes of the displayed waveforms are the same and the sameness can be maintained.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は周波数スペクトラム分析を行うスペクトラムアナライザに関し、特に 、高分解能のデジタル方式のスペクトラムアナライザに関する。 The present invention relates to a spectrum analyzer for performing frequency spectrum analysis, and particularly to a high resolution digital spectrum analyzer.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior Art]

従来のスペクトラムアナライザは、入力信号を、局部発振信号との混合により 低周波数の信号へと変換し、可変帯域幅バンドパスフィルタ(周波数分解能を決 定するアナログフィルタ)により所定帯域の周波数信号を選択した後、Logア ンプにより対数圧縮し、ディテクタによりその信号レベルを検出し、周波数解析 を行う構成となっている。 A conventional spectrum analyzer converts an input signal into a low-frequency signal by mixing it with a local oscillation signal, and selects a frequency signal in a predetermined band with a variable bandwidth bandpass filter (analog filter that determines frequency resolution). After that, logarithmic compression is performed by the Log amp, the signal level is detected by the detector, and frequency analysis is performed.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

上述した従来のスペクトラムアナライザでは、分解能を決定する可変帯域幅バ ンドパスフィルタはアナログフィルタであり、あるレベル以上の狭帯域化がむず かしいため、スペクトラムアナライザの分解能に限界があった。 In the above-described conventional spectrum analyzer, the variable bandwidth bandpass filter that determines the resolution is an analog filter, and it is difficult to narrow the bandwidth above a certain level, so the resolution of the spectrum analyzer is limited.

【0004】 また、分解能を向上させるためにA/D変換器を用いて入力信号をデジタル信 号に変換した後、FFT(高速フーリエ変換)アナライザにより周波数スペクト ラムを解析するようにしたものもある。しかし、この場合には、FFT演算によ り得られる値は離散値であるため、解析波形を表示した場合に、入力信号を連続 的に処理するアナログフィルタを用いた場合の波形と包絡線が異なってしまい、 波形の一貫性を保てない場合があるという問題点が生じる。特に、同一の装置内 にアナログ/FFT双方の機能を持ち、低分解能のときにはアナログ式の解析を 行い、高分解能が要求されるときにはFFTに切換えて用いることができる装置 では、アナログからFFTへと分解能を切換えた場合にスペクトラム分析結果の 連続性が保てないとなると問題が大きい。In addition, in order to improve the resolution, there is a method in which an input signal is converted into a digital signal by using an A / D converter and then a frequency spectrum is analyzed by an FFT (fast Fourier transform) analyzer. . However, in this case, the value obtained by the FFT operation is a discrete value, so when the analysis waveform is displayed, the waveform and envelope when an analog filter that processes the input signal continuously is used. There is a problem that the waveforms may be different and the waveforms may not be consistent. In particular, in a device that has both analog / FFT functions in the same device, can perform analog analysis when low resolution is used, and can switch to FFT when high resolution is required, it can be used from analog to FFT. There is a big problem if the continuity of spectrum analysis results cannot be maintained when the resolution is switched.

【0005】 本考案はこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、高分 解能であり、かつアナログフィルタを用いた場合の波形と一貫性を保つことがで きるデジタル式のスペクトラムアナライザを提供することにある。The present invention has been made paying attention to such a problem, and its purpose is high resolution and can maintain consistency with a waveform when an analog filter is used. It is to provide a digital spectrum analyzer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案では、分解能を決定するバンドパスフィルタをデジタルフィルタバンク を用いて実現する。このデジタルバンドパスフィルタバンクは、例えば、ローパ スフィルタとハイパスフィルタとを組合わせてカスケードツリー構造を構築する ことにより形成される。 In the present invention, a bandpass filter that determines the resolution is realized by using a digital filter bank. This digital bandpass filter bank is formed by, for example, combining a lowpass filter and a highpass filter to construct a cascade tree structure.

【0007】[0007]

【作用】[Action]

カスケードツリーを構成するローパスフィルタ(LPF)とハイパスフィルタ (HPF)は、例えば、ハーフバンドフィルタ(遮断角周波数が約π/2のフィ ルタ)であり、これらのフィルタの組合わせを選ぶことにより、異なる角周波数 帯域を有する複数のバンドパスフィルタ(バンドパスフィルタバンク)を構成で きる。デジタルフィルタは、実質的に遅延要素と加算要素によって構成でき、L PFとHPFは、絶対値が等しい信号の極性を反転させて加算するというわずか の変更により構築できる。すなわち、aを係数,xをデータとし、LPFがa0x0 +a1x1+a2x2+a3x3と表されたとすると、HPFはa0x0−a1x1+a2x2−a3x3と一 項おきに極性を反転させればよく、これは2の補数を使用することで簡単に実現 できる。したがって、上述のバンドパスフィルタバンクは、1つのデジタルフィ ルタを多重に用い、信号の極性を考慮しながら何回も信号を通過させることによ って実現でき、柔軟性に富み、狭帯域化を促進しやすい。このため、アナログフ ィルタを用いた場合よりも高分解能とすることができる。 The low-pass filter (LPF) and high-pass filter (HPF) that form the cascade tree are, for example, half-band filters (filters with a cutoff angular frequency of approximately π / 2), and by selecting a combination of these filters, A plurality of bandpass filters (bandpass filter banks) having different angular frequency bands can be configured. A digital filter can consist essentially of a delay element and an addition element, and LPF and HPF can be constructed with the slight modification of inverting and adding the polarities of signals of equal absolute value. That is, assuming that a is a coefficient and x is data, and the LPF is expressed as a0x0 + a1x1 + a2x2 + a3x3, the HPF only needs to invert the polarity every other term such as a0x0-a1x1 + a2x2-a3x3, which uses the two's complement. Can be easily achieved with. Therefore, the bandpass filter bank described above can be realized by using one digital filter in multiplex and passing the signal many times while considering the polarity of the signal, which is highly flexible and narrows the band. Easy to promote. Therefore, the resolution can be made higher than that when an analog filter is used.

【0008】 また、デジタルフィルタは、基本的に入力波に対して種々の遅延を与えて合成 していく経時的な処理を行うものであり、FFTのような信号を全て取り込んで 演算を行って離散値を得るものと違い、基本的にアナログフィルタの処理と同じ である。したがって、表示波形の包絡線が同じであり、同一性を保持できる。Further, the digital filter basically performs a temporal process of adding various delays to an input wave and synthesizing them, and takes in all signals such as FFT to perform an operation. Unlike obtaining discrete values, it is basically the same as analog filter processing. Therefore, the envelopes of the displayed waveforms are the same, and the sameness can be maintained.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

次に、本考案の実施例について図面を参照して説明する。図1は本考案の一実 施例の構成を示す図である。本実施例は、広い周波数帯域を得るために、スイッ チ3,10により2つの周波数レンジに分割し、それぞれに対して回路を持つ内部 構成となっており、上側回路が低周波数レンジ用,下側回路が高周波数レンジ用 となっている。また、本実施例では、デジタル処理回路17の入力部にはデジタル フィルタバンク16が設けられ、このフィルタバンクにより分解能が決定される。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to obtain a wide frequency band, it is divided into two frequency ranges by the switches 3 and 10 and has an internal configuration having a circuit for each, and the upper circuit is for the low frequency range and the lower circuit is for the lower frequency range. The side circuit is for high frequency range. Further, in this embodiment, a digital filter bank 16 is provided in the input section of the digital processing circuit 17, and the resolution is determined by this filter bank.

【0010】 図2はバンドパスフィルタバンク16の構成例を示す図である。図示されるよう に、このフィルタバンク16は、ローパスフィルタ(LPF)21,25,27,33,35,37, 39と、ハイパスフィルタ(HPF)26,28,34,38,40と、信号伝達路切換え手段20 ,23,24,29,30,31,32とが組合わされたカスケードツリー構造を有している。この フィルタバンクは入力信号が通過する毎に、14個のバンド(通過周波数帯域,ba nd00,01,10,11,12,13,20,21,22,23,24,25,26,27)が形成されている。また、LP FとHPFの特性は、図3(a),(b)にそれぞれ示されるようにハーフバン ドフィルタとなっている。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the bandpass filter bank 16. As shown, the filter bank 16 includes low-pass filters (LPF) 21, 25, 27, 33, 35, 37, 39, high-pass filters (HPF) 26, 28, 34, 38, 40, and signal transmission. It has a cascade tree structure in which the route switching means 20, 23, 24, 29, 30, 31, 32 are combined. This filter bank has 14 bands (pass frequency band, band nd00,01,10,11,12,13,20,21,22,23,24,25,26,27) every time the input signal passes. Are formed. Further, the characteristics of LPF and HPF are a half band filter as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively.

【0011】 図4は本実施例の選択可能な通過周波数帯域(バンド)の階層構成を示す図で ある。例えば、バンド10の場合、さらにバンド20,21 のいずれかを選択できる。 このように、通過帯域を適宜に絞り込み、所望の帯域の信号を得ることができる 。すなわち、可変帯域幅のバンドパスフィルタとなり、これにより分解能を決定 できる。FIG. 4 is a diagram showing a hierarchical structure of selectable pass frequency bands in this embodiment. For example, in the case of band 10, either band 20 or 21 can be selected. In this way, the pass band can be appropriately narrowed down to obtain a signal in a desired band. That is, it becomes a bandpass filter with a variable bandwidth, and the resolution can be determined by this.

【0012】 被測定入力信号は、アッテネータ1によりレベル調整され、過大入力に対する 保護のためのリミッタ2を通過する。低周波数レンジの場合、LPF4を通過後 、可変周波数発振器(局部発振器)6とミキサ5により一旦、ミキシングアップ (高周波数への変換)され、元の信号と重ならないように切り離される。この後 、BPF7により必要な通過帯域のみが選択される(例えば、局部発振周波数を 中心として左右に存在する差信号のうち右側だけが選択される)。次に、固定周 波数発振器8とミキサ9によりミキシングダウン(低周波数への変換)される。 高周波数レンジの場合は、プリチューン用BPF(通過帯域可変のバンドパスフ ィルタ)42によって所定の通過帯域のみが選択され、可変周波数発振器44とミキ サ43によりミキシングダウンされる。低域変換された信号は、さらに、BPF11 ,増幅器12を通過後、固定周波数発振器13とミキサ14でミキシングダウンされ、 LPF20を通過後A/D変換器15によりA/D変換され、デジタル信号処理回 路17により信号処理がなされ、表示装置18上に表示される。The input signal to be measured is level-adjusted by the attenuator 1 and passes through the limiter 2 for protection against excessive input. In the case of a low frequency range, after passing through the LPF 4, the variable frequency oscillator (local oscillator) 6 and the mixer 5 once mix up (convert to a high frequency) and separate the signal so that it does not overlap the original signal. After that, only the required pass band is selected by the BPF 7 (for example, only the right side of the difference signals existing on the left and right around the local oscillation frequency is selected). Next, mixing is performed by the fixed frequency oscillator 8 and the mixer 9 (conversion to low frequency). In the case of a high frequency range, only a predetermined pass band is selected by a pre-tuning BPF (pass band variable band pass filter) 42 and mixed down by a variable frequency oscillator 44 and a mixer 43. The low-frequency converted signal further passes through the BPF 11 and the amplifier 12, is mixed down by the fixed frequency oscillator 13 and the mixer 14, and after passing through the LPF 20, is A / D converted by the A / D converter 15 to perform digital signal processing. The signal is processed by the circuit 17 and displayed on the display device 18.

【0013】 なお、可変周波数発振器6,44は、A/D変換器15のサンプリング周波数の1 /2以下の周波数幅でもってステップ的に掃引される。この幅内では、実時間ス ペクトラム解析機能を実現できる。また、回路全体の動作は制御回路19により制 御される。The variable frequency oscillators 6 and 44 are stepwise swept with a frequency width of 1/2 or less of the sampling frequency of the A / D converter 15. Within this range, real-time spectrum analysis function can be realized. Further, the operation of the entire circuit is controlled by the control circuit 19.

【0014】[0014]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上説明したように本考案によれば、実時間スペクトラム解析機能をもち、高 分解能であり、かつアナログフィルタを用いた場合の波形と一貫性を保つことが できるデジタル式のスペクトラムアナライザを提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a digital spectrum analyzer having a real-time spectrum analysis function, high resolution, and capable of maintaining consistency with a waveform when an analog filter is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の一実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】バンドパスフィルタバンク16の構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a bandpass filter bank 16.

【図3】それぞれ、図2の実施例で使用されるLPF,
HPFの特性を示す図であり、(a)はLPFの特性を
示し、(b)はHPFの特性を示す。
3 is an LPF used in the embodiment of FIG. 2,
It is a figure which shows the characteristic of HPF, (a) shows the characteristic of LPF, (b) shows the characteristic of HPF.

【図4】図2の実施例において選択可能な通過周波数帯
域(バンド)の階層構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a hierarchical structure of selectable pass frequency bands in the embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アッテネータ 2 リミッタ 3,10 高周波数レンジ/低周波数レンジ切換えスイッ
チ 4 LPF 5,9,14,43 ミキサ 6,44 可変周波数発振器(局部発振器) 7 BPF 8,13 固定周波数発振器(局部発振器) 11 BPF 12 アンプ 15 A/D変換器 16 デジタルフィルタバンク 17 デジタル111信号処理回路 18 表示装置 19 制御回路 20 LPP 42 プリチューン用BPF
1 Attenuator 2 Limiter 3,10 High frequency range / low frequency range selector switch 4 LPF 5,9,14,43 Mixer 6,44 Variable frequency oscillator (local oscillator) 7 BPF 8,13 Fixed frequency oscillator (local oscillator) 11 BPF 12 Amplifier 15 A / D converter 16 Digital filter bank 17 Digital 111 Signal processing circuit 18 Display device 19 Control circuit 20 LPP 42 Pretune BPF

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 小林 春夫 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Haruo Kobayashi 2-932 Nakamachi 2-chome, Musashino City, Tokyo Yokogawa Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 局部発振器(6)と、混合器(5)と、
フィルタ回路(20)と、A/D変換器(15)と、デジタ
ルフィルタバンク(16)を備えるデジタル信号処理回路
(17)とを具備し、 入力信号を、前記局部発振器(6)の局部発振信号との
混合により周波数変換し、この周波数変換された信号を
前記フィルタ回路(20)を通過させた後に、前記A/D
変換器(15)に入力してデジタル信号に変換し、このデ
ジタル信号を、 バンドパスフィルタとして機能する前記デジタルフィル
タバンク(16) に通すことにより周波数スペクトラム分
析を行うことを特徴とするスペクトラムアナライザ。
1. A local oscillator (6), a mixer (5),
A digital signal processing circuit (17) including a filter circuit (20), an A / D converter (15), and a digital filter bank (16) is provided, and an input signal is locally oscillated by the local oscillator (6). The signal is frequency-converted by mixing with the signal, the frequency-converted signal is passed through the filter circuit (20), and then the A / D
A spectrum analyzer characterized by performing a frequency spectrum analysis by inputting it into a converter (15) to convert it into a digital signal, and passing this digital signal through the digital filter bank (16) that functions as a bandpass filter.
JP1065291U 1991-03-01 1991-03-01 Spectrum analyzer Withdrawn JPH0514937U (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008023640A1 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Advantest Corporation Spectrum analyzer system and spectrum analyze method
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