JPH0783971A - 高速フーリエ変換アナライザ - Google Patents

高速フーリエ変換アナライザ

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JPH0783971A
JPH0783971A JP5225696A JP22569693A JPH0783971A JP H0783971 A JPH0783971 A JP H0783971A JP 5225696 A JP5225696 A JP 5225696A JP 22569693 A JP22569693 A JP 22569693A JP H0783971 A JPH0783971 A JP H0783971A
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JP
Japan
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circuit
frequency
fourier transform
fast fourier
calculation
Prior art date
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Application number
JP5225696A
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English (en)
Inventor
Masami Imamoto
雅巳 今元
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】通常の測定回路とは別に判定のための専用解析
回路を備えることにより、データの取りこぼしを起こす
ことなく高速に判定ができるようにする。 【構成】アナログ・デジタル変換器、周波数シフト回
路、デジタル・フィルタ、データ間引き回路、高速フー
リエ変換演算回路、比較判定回路および表示回路を備
え、被測定信号の周波数解析および周波数スペクトラム
を基準値と比較判定する判定機能を有する高速フーリエ
変換アナライザにおいて、前記データ間引き回路の出力
データを受け単一の周波数成分だけを求める高速フーリ
エ変換およびその周波数成分の周波数スペクトラムを求
める演算を行う第2の高速フーリエ変換演算回路を備
え、前記比較判定回路はこの第2の高速フーリエ変換演
算回路で求めた演算結果を比較判定するように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数領域の信号解析
を行う高速フーリエ変換アナライザ(以下高速フーリエ
変換をFFTと略す)に関し、詳しくは判定機能を有す
るFFTアナライザにおける判定処理の高速化のための
改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より被測定信号の波形を解析するた
めのFFTアナライザはよく知られており、さらにこの
種のFFTアナライザには、図5に示すように、FFT
演算により得られた周波数スペクトラムと、アナライザ
の使用者が指定した周波数領域(比較判定領域)Aの基
準値(上限値と下限値)とを比較して、同周波数領域の
信号のレベルを判定した結果を出力する判定機能を有す
るものがある。
【0003】図6はこの種の従来のFFTアナライザの
一例を示す構成図である。入力の被測定信号はアナログ
・デジタル変換器(以下AD変換器という)1により、
内部サンプリング・クロックに同期してデジタル信号に
変換される。周波数シフト回路2はAD変換器1の出力
データを受け必要に応じて周波数シフトさせる。すなわ
ち、解析周波数領域がベースバンドでない場合、例えば
50KHz〜100KHz等の場合には入力信号を周波
数シフトさせる。解析周波数領域がベースバンドの場
合、例えば0〜50KHzなどの場合は周波数シフトを
行わないで入力データをそのまま出力する。
【0004】周波数シフト回路2の出力はデジタルフィ
ルタ3を経由してデータ間引き回路4に入力される。こ
こでは周波数領域のズーミングを行うためのデータ間引
きを行う。デジタルフィルタ3は、データ間引きにより
起こる折り返し雑音(エイリアシング)を防ぐために間
引き後の信号からは周波数領域以上の信号成分が除去さ
れているように働くローパス・フィルタとして動作す
る。FFT演算回路5は、データ間引き回路4から一定
数のデータが入力された後にFFT演算を行い、周波数
スペクトラムを求め、さらに各種の演算を行い、パワー
スペクトラムや伝達関数、その他の解析を行う。前記演
算結果および解析結果は表示回路6で表示できる。表示
回路6はCRT等の表示画面を備えている。
【0005】比較判定回路7は設定された基準値とFF
T演算回路5で求めた演算結果を比較し、基準値(上限
値と下限値)に入っているか否かを判定し、判定結果を
出力する。制御回路8はその判定結果に応じて画面表示
その他の制御を行う。例えば、基準値以内であることが
条件の場合は、基準値を満たさないときに判定結果を出
力する。このような判定機能は、特定の信号が規定のレ
ベルを有すること、あるいは不要な信号がある基準レベ
ル以上ないことなどを測定する場合に使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような判定を伴う
測定は高速の処理が必要とされる場合が多い。FFT演
算とパワー演算の演算速度は処理速度を左右する1つの
要因である。したがって、演算速度が遅くなれば、判定
結果が出力されるべきデータを取りこぼす確率も高ま
り、正確な測定が期待できないことになる。
【0007】例えば、周波数領域50KHz〜100K
Hzを観測し、70KHzの周波数領域で比較判定する
場合を例にとる。データ取り込み時間は、データ間引き
後のサンプリング周波数が64KHz、データ数が複素
1024点であるとして、8ms程度かかる。他方、演
算プロセッサ等の種類にもよるが、FFT演算では複素
1024点で25msかかり、パワー演算に4ms程度
かかる。演算時間全体では29msである。
【0008】これから明らかなように演算時間(29m
s)がデータ取り込み時間(8ms)を上回るため、デ
ータの取りこぼしが生じ、取りこぼしたデータがたまた
ま判定結果に影響するような場合には正確な判定ができ
ないという問題があった。
【0009】本発明の目的は、このような点に鑑み、通
常の測定回路とは別に判定のための専用解析回路を備え
ることにより、データの取りこぼしを起こすことなく高
速に判定ができるようにしたFFTアナライザを提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、アナログ・デジタル変換器により
デジタル変換された被測定信号を所望の周波数領域にシ
フトする周波数シフト回路と、この周波数シフト回路の
出力を受け、後段での間引き処理を行った信号において
前記周波数領域を越える信号成分が除去されているよう
に作用するデジタル・フィルタと、このデジタル・フィ
ルタの出力に対して周波数領域のズーミングのためのデ
ータ間引きを行うデータ間引き回路と、このデータ間引
き回路から一定数のデータが入力された後に高速フーリ
エ変換を行い周波数スペクトラムを求める高速フーリエ
変換演算回路と、設定された基準値と前記高速フーリエ
変換演算回路で求めた演算結果を比較判定する比較判定
回路と、この比較判定結果に従い表示を行う表示回路を
備え、被測定信号の周波数解析および周波数スペクトラ
ムを基準値と比較判定する判定機能を有する高速フーリ
エ変換アナライザにおいて、前記データ間引き回路の出
力データを受け単一の周波数成分だけを求める高速フー
リエ変換およびその周波数成分の周波数スペクトラムを
求める演算を行う第2の高速フーリエ変換演算回路を備
え、前記比較判定回路はこの第2の高速フーリエ変換演
算回路で求めた演算結果を比較判定するように構成す
る。
【0011】
【作用】周波数シフト回路、デジタル・フィルタ、デー
タ間引き回路、第1のFFT演算回路から成る信号解析
回路では従来と同様に周波数解析を行うが、第1のFF
T演算回路と並列的に備えられた第2のFFT演算回路
においては周波数スペクトラムの比較判定を行う特定の
周波数成分のみのFFT演算を行う。第2のFFT演算
回路のFFT演算およびパワー計算にかかる時間は、当
然のことながら第1のFFT演算回路でのそれに比べて
極めて短く、データの取り込みに要する時間よりも短い
ため、データの取りこぼしをなくすことができる。
【0012】
【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明に係るFFTアナライザの一実施例を示す
構成図であり、図6と同一部分には同一符号を付してあ
る。図1において、図6の構成と異なるところは、高速
に比較判定を行うために第2FFT演算回路50を設け
た点である。なお、ここではFFT演算回路5を第1の
FFT演算回路と呼ぶ。
【0013】第2のFFT演算回路50は、第1のFF
T演算回路5と同様にデータ間引き回路4の出力を受
け、第1のFFT演算回路5と同じ原理に基づくFFT
演算を行う。ただし、特定の(判定しようとする)周波
数成分だけを求める点が第1のFFT演算回路5とは異
なる。なお、比較回路7にはこの第2のFFT演算回路
50の演算結果が入力される。
【0014】このような構成において、図6に示す従来
のFFTアナライザとは異なり本発明の特徴とする部分
の動作についてのみ以下詳細に説明する。
【0015】ここでは例えば、図2のパワースペクトラ
ムに示すように、 周波数領域50KHz〜100KHzの信号を観測
し、 70KHzの周波数領域で比較判定を行う場合を例に
とって説明する。 周波数シフト回路2、デジタル・フィルタ3、データ間
引き回路4および第1のFFT演算回路5は上記に対
応する設定とし、他方第2のFFT演算回路50はに
対応する設定とする。
【0016】最大周波数レンジを100KHzとした場
合、各設定を次のようにする。 周波数シフト回路2 : 75KHzの周波数シフト デジタル・フィルタ3 : 25KHzのローパス・フ
ィルタ データ間引き回路4 : 1/4間引き 第1のFFT演算回路5は一定数のデータ(例えば複素
1024点)が揃うとFFT演算とパワー演算を行う。
第2のFFT演算回路50も複素1024点揃ってFF
T演算とパワー演算を行うが、ここでは70KHzの成
分だけ求める演算を行う。
【0017】データ系列x〔n〕(n=0,1,...
1023)は偶数番目のサンプルと奇数番目のサンプル
に分けることができ、グループ分けしたそれぞれの離散
フーリエ変換の値をXE〔k〕,XO〔k〕 とし、また
【数1】 とすると、
【数2】 となる。したがって元のデータ系列x〔n〕の離散フー
リエ変換の値X〔k〕は、
【数3】 と表わせる。この関係をデータ数8点の場合について図
的に表わせば図3のような信号流れ図となる。さて、特
定の周波数成分だけ、例えばx〔5〕だけを求めるので
あれば、同図において右端のX〔5〕に至る伝達路(太
線で示してある)に係る演算のみ行えばよい。信号流れ
図において、伝達路は1つの列の節点から出力される数
値を受け、それにWp (p=0,...7)を掛けて、
その結果を次の列の節点に伝達する。乗数Wp は伝達路
の矢印の近くに示されるが、乗数が示していないところ
はWp =1を意味する。また、1つの節点への2つの伝
達路からの入力は加算される。
【0018】図3において全周波数成分を求める場合は
24演算(1演算は乗算と加算の組合せ)であるが、特
定の周波数成分のみを求める場合は7演算で済み、高速
にその成分を求め得ることが分かる。一般にデータ点数
が2N 点の場合、全周波数成分を求めるにはN×2N
算、特定の周波数成分のみ求めるには
【数4】 となり、その比はN×2N /(2N −1)≒N(ただ
し、2N >>1のとき)である。データ点数が1024
点のFFTの場合、特定の周波数成分だけの演算は全周
波数成分の演算の10分の1で済む。
【0019】上記FFT演算の後、各FFT演算回路は
それぞれ求めた成分についてのパワー演算を行う。比較
判定回路7は、第2のFFT演算回路50の演算結果と
設定された基準値とを比較判定し、結果を出力する。
【0020】各動作時間について説明する。例えば、 (1) データ取り込み時間(間引き後のサンプリング周波
数が64KHz、データ数は複素1024点)は8m
s、複素1024点FFT演算は25ms、パワー計算
は4msである。 (2) 第2のFFT演算回路50でのFFT演算は約3m
s、パワー計算はそれぞれ1ms以下となる。データ取
り込み時間が8msであるから、図4に示すようにパイ
プライン処理で行う場合、判定に要する時間1ms以下
を加えた約5msはデータ取り込み時間を上回らず、し
たがってデータの取りこぼしを起こすことなくすべての
データについて比較判定が可能である。
【0021】図6に示す従来のアナライザでは、演算に
30ms(判定に要する時間を含む)かかるため、取り
込んだデータすべてを処理できないことは明らかであ
る。判定結果を出力する場合に同時にこのときの解析周
波数スペクテラムも必要であれば、判定結果が出力され
たフレームに対応するデータについて本来のFFT演算
(第1のFFT演算回路5によるFFT演算)を行えば
得られる。ただし、このときは新たなデータ取り込みに
取りこぼしが出る場合がある。
【0022】なお、本発明は実施例に限ったものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、第2のFFT演
算回路50を省略し、第1のFFT演算回路5により第
2のFFT演算回路50と同等の演算を行うようにして
もよい。この場合、比較判定中はスペクトラムデータの
更新はできない。また、比較する周波数が2成分以上必
要な場合は、図1におけるFFT演算回路の演算内容を
それに対応するように変更すればよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較する領域だけFFT演算を実施し比較判定するため、
判定結果が出力されるまでの時間が短縮される。このた
め、比較判定するデータを取りこぼすことが少なくな
り、正確な測定が可能になる。判定結果が出力されると
きのスペクトラムが必要な場合は、対応するフレームの
データを用いて本来のFFT演算(第1のFFT演算回
路での演算)を行えば、解析周波数領域のスベクトラム
も容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高速フーリエ変換アナライザの一
実施例を示す構成図である。
【図2】測定結果(パワースペクトラム)の一例を示す
図である。
【図3】離散フーリエ変換の計算の一例を示す信号の流
れ図である。
【図4】FFTアナライザの動作を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図5】周波数スペクトラムの比較判定例を示す説明図
である。
【図6】従来のFFTアナライザの一例を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
1 AD変換器 2 周波数シフト回路 3 デジタルフィルタ 4 データ間引き回路 5,50 FFT演算回路 6 表示回路 7 比較判定回路 8 制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ・デジタル変換器によりデジタル
    変換された被測定信号を所望の周波数領域にシフトする
    周波数シフト回路と、この周波数シフト回路の出力を受
    け、後段での間引き処理を行った信号において前記周波
    数領域を越える信号成分が除去されているように作用す
    るデジタル・フィルタと、このデジタル・フィルタの出
    力に対して周波数領域のズーミングのためのデータ間引
    きを行うデータ間引き回路と、このデータ間引き回路か
    ら一定数のデータが入力された後に高速フーリエ変換を
    行い周波数スペクトラムを求める高速フーリエ変換演算
    回路と、設定された基準値と前記高速フーリエ変換演算
    回路で求めた演算結果を比較判定する比較判定回路と、
    この比較判定結果に従い表示を行う表示回路を備え、被
    測定信号の周波数解析および周波数スペクトラムを基準
    値と比較判定する判定機能を有する高速フーリエ変換ア
    ナライザにおいて、 前記データ間引き回路の出力データを受け単一の周波数
    成分だけを求める高速フーリエ変換およびその周波数成
    分の周波数スペクトラムを求める演算を行う第2の高速
    フーリエ変換演算回路を備え、 前記比較判定回路はこの第2の高速フーリエ変換演算回
    路で求めた演算結果を比較判定するように構成したこと
    を特徴とする高速フーリエ変換アナライザ。
JP5225696A 1993-09-10 1993-09-10 高速フーリエ変換アナライザ Pending JPH0783971A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2021210069A1 (ja) * 2020-04-14 2021-10-21

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021210069A1 (ja) * 2020-04-14 2021-10-21
WO2021210069A1 (ja) * 2020-04-14 2021-10-21 三菱電機株式会社 周波数解析装置、周波数解析方法、制御回路および記憶媒体

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