KR930007746B1 - 고속 디지탈신호 분석장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고속 디지탈신호 분석장치

제1도는 본 발명의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도.

제2도는 본 발명을 적용한 외부버스와의 연결상태도.

제3도는 제1도의 버스제어부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도.

제4도는 FIFO 방식을 이용한 데이타 입력 회로도.

제5도는 제4도의 각 부분의 신호파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 프로세서부 12 : 입력 FIFO부

13 : 메모리부 14 : 버스제어부

15 : 출력 FIFO부 16, 17 : 컨넥터

21 : 고속 디지탈신호 분석장치 22 : A/D 변환 보오드

23 : 콘트롤 보오드 24 : 멀티버스

31 : 입출력 제어회로 32, 42 : 디코더

33, 43 : 버퍼 45 : 인버터

46 : 3-상태 버퍼

본 발명은 디지탈신호를 적당한 알고리즘으로 고속처리하는 고속 디지탈신호 분석장치에 관한 것으로, 특히 하나의 디지탈신호 프로세서(Digital Signal Processor)(이하, 간단히 "DSP"라 함)를 이용하여 100KHz 대역까지의 주파수 분석을 고속(200Hz 이하)으로 실시간 수행할 수 있도록 하는 고속 디지탈신호 분석장치에 관한 것이다.

종래의 디지탈신호 분석장치는 특정한 시스템, 즉 컴퓨터등에 부착되어 많은 양의 계산을 처리하기 위하여, 고가의 다수의 집적회로를 사용해 왔기 때문에, 제작비용이 상승시키는 요인이 될 뿐만아니라, 부피가 커지는 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 제거하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 DSP를 이용하여 멀티버스(Multi-Bus) 상에서 100KHz 대역의 주파수를 고속(195KHz)으로 실시간내에 분석할 수 있는 고속 디지탈신호 분석장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 고속의 디지탈신호 처리를 수행하는 신호분석장치에 있어서, 외부로 부터 분석대상 디지탈신호가 입력되어 일시저장되는 입력 버퍼 메모리 수단; 상기 입력 버퍼 메모리 수단과 버스를 통해 연결되어 있고, 주파수 분석기능을 하는 프로그램을 내장하고 있으며, 상기 입력 버퍼 메모리 수단으로 부터 출력되는 분석대상 데이타를 분석할 수 있도록 적재하는 메모리 수단; 상기 입력 버퍼 메모리 수단 및 상기 메모리 수단과 버스를 통해 연결되어 있으며, 상기 메모리 수단의 주파수 분석기능을 하는 프로그램을 이용하여 입력된 디지탈신호를 고속으로 분석처리하기 위한 하나의 DSP(Digital Signal Processor)를 구비하고 있는 제어수단; 상기 입력 버퍼 메모리 수단, 상기 메모리 수단 및 상기 제어수단과 버스를 통해 연결되어 있으며, 사용자가 신호분석 시스템의 상태를 인식하고 적절한 제어를 수행하도록 하기 위한 제어신호를 발생하는 버스제어수단; 및 상기 제어수단, 상기 입력 버퍼 메모리 수단, 상기 메모리 수단 및 상기 버스제어수단과 버스를 통해 연결되어 있으며, 상기 제어수단의 제어하에 분석완료된 데이타를 외부로 출력하기 위해 일시저장하는 출력 버퍼 메모리 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이고, 제2도는 본 발명을 적용한 외부버스와의 연결 상태도이다. 그리고, 도면에서 11은 프로세서부, 12는 입력 FIFO부, 13은 메모리부, 14는 버스제어부, 15는 출력 FIFO부, 16 및 17은 컨넥터, 21은 고속 디지탈신호 분석장치, 22는 아날로그/디지탈 변환 보오드, 23은 콘트롤 보오드, 24는 멀티버스를 각각 나타낸 것이다.

본 발명은 제1도에서 도시한 바와같이, 16비트 정수계산형 프로세서인 DSP 하나로 모든 신호를 분석처리하는 프로세서부(11)와, 상기 프로세서부(11)에 어드레스 및 데이타 버스를 통해 각각 연결되어 있으며 상호 유기적으로 동작하는 입력 FIFO부(12), 메모리부(13) 및 출력 FIFO부(15)를 구비하고 있으며, 상기 프로세서부(11)에 제어신호 버스를 통해 연결되는 버스제어부(14)를 구비하고 있다. 그리고, 상기 메모리부(13)는 주파수 분석기능을 하는 프로그램을 내장하도록 램(RAM) 및 롬(ROM)으로 구성되며, 도면에 도시된 바와 같이, 데이타 및 어드레스를 주고 받도록 P1 컨넥터(16)에 연결되고, 상기 버스제어부(14)와는 상태 및 제어신호를 주고 받도록 연결된다. 상기 입력 FIFO부(12)는 P2 컨넥터(17)로 부터 데이타를 인가받도록 연결되고, 상기 버스제어부(14)와는 상태 및 제어신호를 주고 받도록 연결된다. 또한, 상기 출력 FIFO부(15)는 상기 P1 컨넥터(16)로 데이타를 출력하도록 연결되고, 상기 버스제어부(14)와는 상태 및 제어신호를 주고 받도록 연결된다.

이제, 외부장치와의 연결을 위해 IEEE 규격인 멀티버스 I를 이용한 고속 디지탈신호 분석장치의 사용형태를 도시한 제2도를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

멀티버스(24)에서 아날로그/디지탈 변환 보오드(24)와 결합되는 P2 컨넥터(17)는 사용자가 임의로 정의하여 사용할 수 있는 바, 60개의 신호선중에서 17개를 선택하여, 그중 16개는 아날로그에서 디지탈로 변환된 디지탈 데이타를 전송하는데 할당하고, 나머지 하는 데이타 동기 정보신호를 전송하는데 할당하여 사용한다. 또한, 코트롤 보오드(23)는 멀티버스(24)의 P1 컨넥터(16)를 이용하여, 고속 디지탈신호 분석장치(21)를 제어하고, 상기 고속 디지탈신호 분석장치(21)와 신호처리된 데이타를 주고 받을 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 디지탈신호를 입력하기 위한 부분이나, 분석처리된 출력신호를 전달하기 위한 출력부분에 선입선출(FIFO : First-in-first-out) 방식인 일종의 듀얼포트 버퍼 메모리를 채용하고 있기 때문에, 데이타를 옮겨주기 위한 별도의 프로세서를 줄일 수 있게 한다. 즉, 상기의 FIFO는 입출력 액세스가 독립적으로 가능할 뿐만아니라, 용도에 맞게 버퍼크기를 조정하면, 별도의 버스 핸드 쉐이크(Bus Hand Shake) 과정없이, 자유롭게 쌓였던 데이타가 출력되는 것이다.

본 실시예에서, 상기의 디지탈신호가 입력되는 입력 FIFO부(12)는 1K-워드(word)의 크기로 되어 있으며, 메모리부(13)는 ROM과 RAM으로 나뉘어져 있다. 그리고, 상기 ROM을 이용할 경우에는 사용자가 필요한 신호분석 프로그램을 미리 써넣어 사용해야 하고, 수시로 프로그램의 내용을 바꿀 경우에는 상기 멀티버스 I(24)의 P1 컨넥터(16)를 이용하여 RAM의 신호분석 프로그램을 바꾸어 사용해야 한다.

상기 메모리부(13)의 RAM이나 ROM의 프로그램은 사용자가 P1 컨넥터(16)를 이용하여 선택할 수 있는데, ROM의 메모리 할당 영역과 RAM의 메모리 할당 영역이 다르므로, 프로그램을 동작시키기 전에 상기 프로세서부(11) DSP의 프로그램 카운터에 선택된 어드레스를 입력시킴으로써, 원하는 프로그램을 선택할수 있는 것이다.

또한, 상기 프로세서부(11)에서 분석처리된 출력신호를 전달하는 출력 FIFO부(15)는 상기 입력 FIFO부(12)와 마찬가지로 1K-워드(word)의 크기로 되어 있으며, 버스제어부(14)의 제어를 통해 고속 디지탈신호 분석장치의 상태를 알 수 있게 한다.

제3도는 상기 버스제어부(14)의 개략적인 구성도로서, 도면에서 16은 P1 컨넥터, 24는 멀티버스, 31은 입출력 제어회로, 32는 디코더, 33은 버퍼를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시한 바와 같이, 상기 버스제어부(14)는 멀티버스(24)의 P1 컨넥터(16)로 부터 어드레스를 인가받아 소정의 칩선택신호(CS)를 출력하도록 된 디코더(32)와, 상기 디코더(32) 출력단에 칩선택신호 입력 단자가 연결되고 상기 P1 컨넥터(16)로 부터 읽기 및 쓰기 제어신호를 인가받도록 연결되며 세개의 입출력포트(PA, PB, PC)를 가지고 있는 입출력 제어회로(31)를 구비하고 있다. 또한, 상기 멀티버스(24)의 P1 컨넥터(16) 및 상기 입출력 제어회로(31)의 데이타 입출력단 간에는 입출력되는 데이타를 일시저장하기 위한 버퍼(33)가 구비된다.

그리고, 상기 입출력 제어회로(31)는 PPI(Programmable Peripheral Interface)로 세개의 포트를 이용하여 외부회로와의 입출력을 제어하는 바, 이 세개의 포트중 출력형태로 고정된 두개의 포트(PB, PC)로는 신호 처리를 위한 제어신호를 상기 멀티버스(24)의 P1 커넥터(16)를 통해서 전달하도록 하며, 나머지 한개의 포트(PA)를 통해서는 상태신호를 입력하여 고속 디지탈신호 분석장치의 상태를 알 수 있게 한다. 이와 같이, 상기 버스제어부(14)는 사용자가 신호분석 시스템의 상태를 인식하고 적절한 제어를 수행하도록 하기위해 보내는 신호를 처리하는 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 프로세서부(11)는 하나의 DSP로 모든 신호에 대한 분석을 수행하는바, 분석을 수행하고 나서 그 결과를 P1 컨넥터(16)로 출력하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 신호분석을 요구하는 신호는 멀티버스(24)와 접속된 P2 컨넥터(17)의 16개의 데이타 라인과 한개의 콘트롤 라인을 통해 입력 FIFO부(12)에 쌓인다. 그러면, 상기 프로세서부(11)의 DSP는 준비신호를 통해서 이를 감지하고, 입력 FIFO부(12)의 데이타를 적당한 순간에 소정량을 취하여 상기 메모리(13)에 옮겨 놓게 되며, 데이타가 입력 FIFO부(12)로 부터 넘치지 않도록 하면서 분석하기에 적당한 양만큼 모아지면 상기 DSP가 주파수 분석을 수행하는 것이다.

이때, 상기 프로세서부(11)의 DSP가 너무 고속으로 동작하여, 상기 입력 FIFO부(12)에 미쳐 입력 데이타가 적재되지 않은 상태에서 상기 DSP(11)가 상기 입력 FIFO부(12)를 액세스하고자 하면, 상기 버스제어부(14)로 부터 소정의 제어신호를 발생시켜 이를 저지하도록 한다.

상기 과정을 통하여 입력되는 신호의 분석이 다 끝나면, 상기 프로세서부(11)는 분석된 데이타를 출력 FIFO부(15)나 메모리부(13)를 통해 전달하게 되는데, 이때, 출력 FIFO부(15)만을 이용할 경우에는 상기 프로세서부(11)의 DSP의 동작에 전혀 영향을 주지 않기 때문에 신호분석장치의 효율을 더욱 높일 수 있다.

이렇게 하여, 상기 프로세서부(11)는 상기와 같이 분석된 데이타를 출력 FIFO부(15)에 써넣어주고, 인터럽트 신호를 발생시켜 출력 데이타가 준비되었음을 알려준다. 또한, 상기 출력 FIFO부(15)에 출력 데이타가 넘칠 경우에도 상기 버스제어부(14)로 부터 제어신호가 발생되어 DSP를 제어하게 되는데, 이때에는 상기 멀티버스(24)에 또다른 인터럽트 신호를 발생시켜 출력 데이타를 빨리 가져가도록 알린다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이, 분석이 끝난 결과를 출력 FIFO부(15)에 적재하는 것으로 한 주기 작업을 종료하게 되는 것이며, 이러한 작업을 반복함으로서 입력신호의 주파수 분석을 실시간에 처리하는 것이다. 여기에서 실시간의 개념은 입력데이타의 손실없이 사용자가 원하는 분석기능을 마치는 것을 의미한다. 즉 입력데이타가 일정한 시간간격으로 들어오는데 그 일정시간내에 원하는 신호분석 연산을 수행하는 것을 의미하는 것이다.

보통의 경우 신호분석은 일정데이타 크기로 한꺼번에 처리하는 형태이므로, 일정데이타가 모아지는 해당 시간내에 신호분석 연산을 마쳐야 한다. 이렇게 하기 위해서는 신호분석 연산을 하는 DSP가 고속으로 동작을 해야함은 물론 신호분석 연산이나 데이타의 입출력에 사용되는 시간을 최대한 줄여야 한다. 본 신호분석 장치에서는 최적의 데이타 흐름을 유지하여 DSP의 연산시간을 최대한 확보하는데 중점을 두어 구현한 것으로서, 본 발명에서는 이것을 위해서 입출력 부분을 FIFO를 이용하여 구성하였다.

특히, 상기 입력 FIFO부(12)로 부터의 데이타를 상기 메모리부(13)에 저장할때는 일반적으로 상기 DSP(41)가 입력 FIFO부(12)로 부터 데이타를 읽어와서 그것을 메모리부에 써넣게 되는데, 제4도와 같은 구성을 취하면, 상기의 복잡한 과정을 거치지 않고도, 하나의 스텝으로 입력 FIFO부(12)로 부터 입력되는 데이타를 메모리부(13)에 저장하는 것이 가능해진다.

제4도는 선입선출(FIFO) 방식을 이용한 일실시예 데이타 입력 회로도로서, 도면에서 12는 입력 FIFO부, 13은 메모리부, 41은 DSP, 42는 디코더, 43은 버퍼, 45는 인버터, 46은 3-상태 버퍼를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 선입선출(FIFO) 방식을 이용한 데이타 입력회로는 DSP(41)의 출력단에 그 입력단이 연결된 디코더(42)와, 상기 디코더(42) 출력단에 연결된 인버터(45)와, 상기 인버터(45) 출력단에 그 입력단이 연결되고 상기 DSP(41)에 인에이블 단자가 연결된 3-상태 버퍼(46)와, 상기 3-상태 버퍼(46)의 출력단에 그 제어단이 연결되고 상기 DSP(41) 및 메모리부(13)와 데이타 입출력이 가능하도록 연결된 데이타 버퍼(43)을 구비하고 있으며, 이 경우에 상기 입력 FIFO부(12)의 읽기 제어신호(RD) 입력단자는 상기 디코더(42)의 출력단에 연결되도록 하고 그 출력단은 상기 메모리부(13)에 연결되도록 한다.

여기에서, 상기 DSP(41)는 상기 메모리(13)에 데이타를 써넣는 동작만 수행하는데, 이때 출력되는 어드레스를 상기 디코더(42)를 통해 적당히 디코딩하여, 상기 입력 FIFO부(12)에 저장된 입력데이타를 읽는다. 그런데, 상기의 디코딩된 신호는 상기 인버터(45) 및 3-상태 버퍼(46)를 통해 데이타 버퍼(43)에도 인가되어 제어되도록 함에 따라, 실제로 데이타 메모리부(13)에 저장되는 데이타는 DSP(41)에서 출력되는 데이타가 아니라 상기 입력 FIFO부(12)에서 출력되는 데이타가 저장되는 것이다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서 상기 DSP는 단지 메모리(13)에 데이타를 저장하는 동작만을 제어하게 되고 실제로는 입력 FIFO에서 데이타가 나오도록 하였다. 즉 DSP가 상기 메모리(13)에 입력 데이타를 써넣는 동작을 제어하기 위해서는 어드레스 버스, 데이타 버스와 제어 신호를 출력하게 되는데, 실제로 상기 인버터 및 3-상태 버퍼(45, 46)와 데이타 버퍼(43)를 조절하여 DSP에서 나오는 데이타 버스를 끊고, 입력 FIFO부(12)에서 나오는 데이타를 메모리(13)에 연결하여, 한번의 동작으로 상기 입력 FIFO부(12)의 데이타를 메모리(13)로 옮길 수 있게 한다.

제5도는 상기 제4도의 각 부분의 신호파형도로서, 여기에서는 상기한 입력 FIFO부(12)로 부터 메모리부(13)에 데이타를 저장하는 과정의 신호파형도를 통해 나타내고 있는 것이다.

상기와 같이 구성되며 동작하는 본 발명은 그 구성을 확장시켜 광대역 주파수 분석기에 응용 가능하며, 하나의 DSP를 이용하여 고정밀도로 100KHz 대역의 주파수 분석을 실시간에 처리할 수 있도록 함으로써, 고가인 집적회로를 다수개 사용하는 것을 배제하여 제작비용이 절감시키고, 장치부피를 최소화하는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 고속의 디지탈신호 처리를 수행하는 신호분석장치에 있어서, 외부로 부터 분석대상 디지탈신호가 입력되어 일시저장되는 입력 버퍼 메모리 수단(12); 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12)과 버스를 통해 연결되어 있고, 주파수 분석기능을 하는 프로그램을 내장하고 있으며, 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12)으로 부터 출력되는 분석대상 데이타를 분석할 수 있도록 적재하는 메모리 수단(13); 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12) 및 상기 메모리 수단(13)과 버스를 통해 연결되어 있으며, 상기 메모리 수단(13)의 주파수 분석기능을 하는 프로그램을 이용하여 입력된 디지탈신호를 고속으로 분석처리하기 위한 하나의 DSP(Digital Signal Processor)를 구비하고 있는 제어수단(11); 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12), 상기 메모리 수단(13) 및 상기 제어수단(11)과 버스를 통해 연결되어 있으며, 사용자가 신호분석 시스템의 상태를 인식하고 적절한 제어를 수행하도록 하기 위한 제어신호를 발생하는 버스제어수단(14); 및 상기 제어수단(11), 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12), 상기 메모리 수단(13) 및 상기 버스제어수단(14)과 버스를 통해 연결되어 있으며, 상기 제어수단(11)의 제어하에 분석완료된 데이타를 외부로 출력하기 위해 일시저장하는 출력 버퍼 메모리 수단(15)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 디지탈신호 분석장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(11)의 DSP(Digital Signal Processor)는 16비트 정수계산형 프로세서로 구성됨을 특징으로 하는 고속 디지탈신호 분석장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 입력 버퍼 메모리 수단(12) 및 출력 버퍼 메모리 수단(15)은 별도의 데이타 전달 프로세서가 필요없는 선입선출(FIFO : First-in-first-out) 방식의 버퍼 메모리로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 디지탈신호 분석장치.

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