RU2333531C1 - Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation - Google Patents
Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333531C1 RU2333531C1 RU2006142587/09A RU2006142587A RU2333531C1 RU 2333531 C1 RU2333531 C1 RU 2333531C1 RU 2006142587/09 A RU2006142587/09 A RU 2006142587/09A RU 2006142587 A RU2006142587 A RU 2006142587A RU 2333531 C1 RU2333531 C1 RU 2333531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- block
- information
- processor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам специализированной вычислительной техники и может найти применение в спектральном анализе сигналов в реальном масштабе времени.The invention relates to specialized computer technology and may find application in the spectral analysis of signals in real time.
Известны устройства [1] и [2], позволяющие выполнять дискретное преобразование Фурье. К недостаткам устройств относится отсутствие результата вычисления амплитуды гармоники сигнала в аналоговой форме и последовательное вычисление действительной и мнимой частей гармоники.Known devices [1] and [2], allowing to perform discrete Fourier transform. The disadvantages of the devices include the lack of a result of calculating the harmonic amplitude of the signal in analog form and the sequential calculation of the real and imaginary parts of the harmonic.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для выполнения дискретного преобразования Фурье [3]. При поступлении сигнала запуска устройство выбирает входное значение и последовательно вычисляет действительную и мнимую части и амплитуду k-ой гармоники спектра Фурье.The closest in technical essence is a device for performing discrete Fourier transform [3]. Upon receipt of the trigger signal, the device selects the input value and sequentially calculates the real and imaginary parts and the amplitude of the kth harmonic of the Fourier spectrum.
Прототип имеет следующие недостатки: устройство выполняет операции вычисления действительной и мнимой частей и модуля результата последовательно во времени. Т.к. максимальная допустимая частота входного информационного сигнала в данной задаче обратно пропорциональна времени вычисления, то уменьшение времени обработки приведет к увеличению максимальной допустимой частоты входного анализируемого сигнала.The prototype has the following disadvantages: the device performs the operations of calculating the real and imaginary parts and the result module sequentially in time. Because the maximum allowable frequency of the input information signal in this problem is inversely proportional to the calculation time, then reducing the processing time will increase the maximum allowable frequency of the input analyzed signal.
Цель изобретения - повышение быстродействия прототипа и расширения спектра входного анализируемого сигнала в 2 раза за счет распараллеливания вычисления действительной и мнимой частей и введения конвейеризации.The purpose of the invention is to increase the speed of the prototype and expand the spectrum of the input analyzed signal by 2 times by parallelizing the calculation of the real and imaginary parts and introducing pipelining.
Устройство предназначено для определения действительной и мнимой составляющих гармоник разложения измеряемой величины в дискретный ряд Фурье в соответствии с выражениямиThe device is designed to determine the real and imaginary components of the harmonics of the expansion of the measured quantity in a discrete Fourier series in accordance with the expressions
Кроме того, устройство обеспечивает вычисление как синусной и косинусной составляющих гармоник разложения сигнала в ряд Фурье в соответствии с (1), так и абсолютной амплитуда гармоники сигналаIn addition, the device provides the calculation of both the sine and cosine components of the harmonics of the expansion of the signal in a Fourier series in accordance with (1), and the absolute amplitude of the signal harmonic
На чертеже представлена структурная схема устройства.The drawing shows a structural diagram of a device.
Устройство содержит блок 1 выборки, блок управляемой инверсии 2, масштабирующий потенциометр 3, два масштабирующих резистора 4 и 5, операционный усилитель 6, два блока 7 и 8 выборки, коммутатор 9, блок постоянной памяти 10, объединенные в первый процессор первого типа, источник опорного напряжения 11, коммутатор 12, блок управляемой инверсии 13, масштабирующий потенциометр 14, регистр последовательных приближений 15, компаратор 16, два масштабирующих резистора 17 и 18, операционный усилитель 19, два коммутатора 20 и 21, четыре блока выборки 22, 23, 24, 25, два коммутатора 26 и 27, объединенные в процессор второго вида, блок задержки 28, регистр 29, генератор тактовых импульсов 30, элемент И 31, первый и второй счетчики 32 и 33, второй блок постоянной памяти 34, второй регистр, 35, второй элемент И 36, третий счетчик 37, третий блок постоянной памяти 38, объединенные в блок управления, блок 39 выборки, блок управляемой инверсии 40, масштабирующий потенциометр 41, два масштабирующих резистора 42 и 43, операционный усилитель 44, два блока 45 и 46 выборки, коммутатор 47, блок постоянной памяти 48, объединенные во второй процессор первого типа.The device comprises a sampling unit 1, a controlled inversion unit 2, a scaling potentiometer 3, two scaling resistors 4 and 5, an operational amplifier 6, two sampling units 7 and 8, a switch 9, a read-only memory unit 10, combined into a first processor of the first type, a reference source voltage 11, switch 12, controlled inversion unit 13, scaling potentiometer 14, successive approximation register 15, comparator 16, two scaling resistors 17 and 18, operational amplifier 19, two switches 20 and 21, four sampling units 22, 23, 24, 25 two comm tator 26 and 27, combined into a second processor, delay unit 28, register 29, clock 30, element 31, first and second counters 32 and 33, second read-only memory 34, second register 35, second element 36 , a third counter 37, a third read-only memory unit 38 integrated into a control unit, a sampling unit 39, a controlled inversion unit 40, a scaling potentiometer 41, two scaling resistors 42 and 43, an operational amplifier 44, two sampling units 45 and 46, a switch 47, a read-only memory unit 48 combined in a second processor first th type.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
По внешнему сигналу запуска, поступающему на вход Пуск, устройство переключается в исходное состояние, в котором сбрасываются (обнуляются) по входам R счетчики 32 и 33. Далее сигнал запуска с задержкой в элементе 28 переключает (взводит) регистр 29, который деблокирует элемент И 31. Тактовые импульсы генератора 30 начинают поступать на счетный вход С счетчика 33. Выходы счетчика 33 подключены к адресным входам блока постоянной памяти 34, выходы которого подключены к управляющим входам блоков 1, 7, 8, 9, 39, 45, 46, 47 и тактовому входу С счетчика 32. Таким образом, по мере счета счетчика 33 на выходах узла постоянной памяти 34 возникают сигналы, управляющие работой первого и второго процессоров первого вида, вычисляющих действительную и мнимую части k-ой гармоники спектра Фурье. По завершению вычисления действительной и мнимой частей от N выборок на выходе Р счетчика 32 выставляется сигнал, устанавливающий в "1" регистр 35 по входу S, элемент И 36 пропускает тактовые импульсы на счетчик 37, выход которого поступает на блок 38 постоянной памяти, выдающий управляющие сигналы на процессор второго вида. По управляющим сигналам блока 38 постоянной памяти значения результатов вычисления первого и второго процессоров первого вида сохраняются в блоках 22 и 24 выборки процессора второго вида и происходит вычисление амплитуды k-ой гармоники спектра Фурье. С момента сохранения результатов вычисления в блоках выборки процессора второго вида устройство ждет появления сигнала Пуска для обработки следующих N выборок входного сигнала в процессорах первого вида.By an external start signal supplied to the Start input, the device switches to its initial state, in which the counters 32 and 33 are reset (zeroed) at the R inputs. Next, the start signal with a delay in element 28 switches (arming) the register 29, which releases the And 31 element The clock pulses of the generator 30 begin to arrive at the counting input from the counter 33. The outputs of the counter 33 are connected to the address inputs of the read-only memory 34, the outputs of which are connected to the control inputs of the blocks 1, 7, 8, 9, 39, 45, 46, 47 and the clock the input of the counter 32. Thus At least the counter account 33 to permanent memory unit 34 having outputs signals that control operation of the first and second processors of the first type, calculating the real and imaginary parts of the k-th harmonic of the Fourier spectrum. Upon completion of the calculation of the real and imaginary parts from N samples at the output P of the counter 32, a signal is set that sets “1” register 35 at the input S, the element And 36 passes the clock pulses to the counter 37, the output of which goes to the read-only memory unit 38, issuing control signals to the processor of the second kind. According to the control signals of the permanent memory unit 38, the values of the results of the calculation of the first and second processors of the first kind are stored in blocks 22 and 24 of the sample processor of the second kind and the amplitude of the kth harmonic of the Fourier spectrum is calculated. From the moment of saving the calculation results in the second processor type sample blocks, the device waits for the Start signal to appear for processing the next N samples of the input signal in the first type processors.
Блоки постоянной памяти процессоров первого вида 10 и 48 хранят цифровые двоичные коды, соответствующие модулям коэффициентов Фурье (с учетом знака):The blocks of read-only memory of processors of the first kind 10 and 48 store digital binary codes corresponding to the modules of the Fourier coefficients (taking into account the sign):
для первого и второго процессоров соответственно,for the first and second processors, respectively,
где k - номер измеряемой гармоники;where k is the number of the measured harmonic;
i - номер текущего цикла вычислений;i is the number of the current calculation cycle;
N - общее число выборок.N is the total number of samples.
Первый процессор первого вида работает следующим образом.The first processor of the first kind works as follows.
Вход операционного усилителя 6 является узлом суммирования трех токов: I1 - с выхода масштабирующего потенциометра 3, I2 - с выхода усилителя 6 и I3 - с выхода коммутатора 9.The input of the operational amplifier 6 is a node for summing three currents: I 1 - from the output of the scaling potentiometer 3, I 2 - from the output of amplifier 6 and I 3 - from the output of switch 9.
При этомWherein
где U1 - напряжение на выходе блока управляемой инверсии 2;where U 1 is the voltage at the output of the controlled inversion block 2;
U2 - напряжение на выходе коммутатора 9;U 2 - voltage at the output of the switch 9;
UвыхОУ - выходное напряжение операционного усилителя 6;U output - the output voltage of the operational amplifier 6;
R1 - сопротивление масштабирующего потенциометра 3;R 1 is the resistance of the scaling potentiometer 3;
R2 - сопротивление масштабирующего резистора 4;R 2 is the resistance of the scaling resistor 4;
R3 - сопротивление масштабирующего резистора 5;R 3 is the resistance of the scaling resistor 5;
L - величина кода, поступающего на управляющие входыL is the value of the code supplied to the control inputs
масштабирующего потенциометра 3.scaling potentiometer 3.
Учитывая, что входной ток современных операционных усилителей пренебрежимо мал, по первому закону КирхгофаGiven that the input current of modern operational amplifiers is negligible, according to the first law of Kirchhoff
I1+I2+I3=0.I 1 + I 2 + I 3 = 0.
Тогда, принимая R1=R2=R3, из (5) получимThen, taking R 1 = R 2 = R 3 , from (5) we obtain
Выражение (6) может служить основой для выполнения базовой операции дискретного преобразования Фурье.Expression (6) can serve as the basis for performing the basic operation of the discrete Fourier transform.
Пусть во времени выбираются значения напряжения входного информационного сигнала Us0, Us1, Us2, Us3, ... Us(N-1), сохраняемые в блоке 1 выборки, тогда для получения действительной (мнимой) части k-ой гармоники спектра сигнала необходимо выполнить операциюLet the voltage of the input information signal U s0 , U s1 , U s2 , U s3 , ... U s (N-1) stored in block 1 of the sample be selected in time, then to obtain the real (imaginary) part of the kth harmonic signal spectrum need to perform an operation
Пусть Ur0, Ur1, Ur2, Ur3, ... Ur(N-1) значения напряжения, сохраняемые попеременно в блоках 7 и 8 выборки после выполнения операции (6) (четные значения выборок сохраняются в блоке 7 выборки, нечетные значения выборок сохраняются в блоке 8 выборки). ТогдаLet U r0 , U r1 , U r2 , U r3 , ... U r (N-1) be the voltage values stored alternately in blocks 7 and 8 of the sample after performing operation (6) (even sample values are stored in block 7 of the sample, the odd values of the samples are stored in block 8 of the sample). Then
Ur0=-(L0Us0)U r0 = - (L 0 U s0 )
Ur1=-(L1Us1-L0Us0)=-L1Us1+L0Us0 U r1 = - (L 1 U s1 -L 0 U s0 ) = - L 1 U s1 + L 0 U s0
Ur2=-(L2Us2-(L1Us1-L0Us0))=-L2Us2+L1Us1-L0Us0 U r2 = - (L 2 U s2 - (L 1 U s1 -L 0 U s0 )) = - L 2 U s2 + L 1 U s1 -L 0 U s0
Ur3=-(L3Us3-(L2Us2-(L1Us1-L0Us0)))=-L3Us3+L2Us2-L1Us1+L0Us0 U r3 = - (L 3 U s3 - (L 2 U s2 - (L 1 U s1 -L 0 U s0 ))) = - L 3 U s3 + L 2 U s2 -L 1 U s1 + L 0 U s0
где sgn(Li) - знак Li (sng(-1)=-1, sgn(1)=1), N - четное число.where sgn (L i ) is the sign of L i (sng (-1) = - 1, sgn (1) = 1), N is an even number.
Действительно, приIndeed, for
выражение (8) может быть приведено к выражению (7).expression (8) can be reduced to expression (7).
Тригонометрические функции cos(2πik/N) и sin(2πik/N) могут иметь произвольный знак, а цифровой масштабирующий потенциометр 3 обеспечивает умножения аналогового напряжения U1 лишь на положительное значение двоичного кода ; для получения из выражения (8) выражения (7) необходимо инвертировать входной сигнал нечетных выборок Us(2m-1). Таким образом, в блоке постоянной памяти 10 каждого из процессоров должны храниться модули функции косинуса (синуса) и значения управляющего сигнала входа блока 2 управляемой инверсии, управляющие сигналы для входа блока 2 управляемой инверсии должны формироваться следующим образом: все произведения ·Usi с четными номерами индекса i должны иметь знак коэффициента sgn(Li), все произведения ·Usi с нечетными номерами индекса i должны иметь знак, обратный знаку коэффициента косинуса sgn(Li).The trigonometric functions cos (2πik / N) and sin (2πik / N) can have an arbitrary sign, and the digital scaling potentiometer 3 provides multiplication of the analog voltage U 1 only by a positive value of the binary code ; To obtain expression (7) from expression (8), it is necessary to invert the input signal of odd samples U s (2m-1) . Thus, in the block of read-only memory 10 of each processor, modules of the cosine (sine) function must be stored and the values of the control signal of the input of the controlled inversion block 2, the control signals for the input of the controlled inversion block 2 should be formed as follows: all products · U si with even index numbers i must have the sign of the coefficient sgn (L i ), all products · U si with odd numbers of index i must have the opposite sign of the cosine coefficient sgn (L i ).
В каждом цикле вычислений блок постоянной памяти 34 выдает управляющий сигнал, обеспечивающий выборку входного информационного сигнала с информационного входа Х устройства в блок 1 выборки. Сигнал выхода блока 1 выборки инвертируется или не инвертируется (зависит от номера выборки и знака коэффициента) на блоке 2 управляемой инверсии и, умножаясь на коэффициент масштабирующего потенциометра 3, поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 6.In each cycle of calculations, the read-only memory 34 generates a control signal, which provides a sample of the input information signal from the information input X of the device in block 1 of the sample. The output signal of the block 1 of the sample is inverted or not inverted (depending on the number of the sample and the sign of the coefficient) on the block 2 of the controlled inversion and, multiplied by the coefficient of the scaling potentiometer 3, is fed to the inverting input of the operational amplifier 6.
На выходах блоков 10 постоянной памяти, как было показано выше, устанавливается цифровой двоичный код. В этом случае на выходе операционного усилителя 6 появляется сигнал UвыхОУi At the outputs of blocks 10 of read-only memory, as shown above, a digital binary code is set. In this case, at the output of the operational amplifier 6, a signal U output
На следующем такте установившееся значение выхода операционного усилителя 6 сохраняется в одном из блоков 7 или 8 выборки (попеременно в зависимости от номера выполняемого цикла вычислений) Uri, а коммутатор 9 переключается в положение, обеспечивающее прохождение на масштабирующий резистор 5 частной суммы, накопленной в предшествующем цикле вычислений (с выхода блока 7 или 8 выборки, в зависимости от номера выполняемого цикла вычислений). При этом блоки 7 или 8 выборки, используемые для хранения частной суммы в i-м и i+1-м циклах вычислений должны быть разные.At the next step, the steady-state value of the output of the operational amplifier 6 is stored in one of the blocks 7 or 8 of the sample (alternately depending on the number of the calculation cycle being performed) U ri , and the switch 9 switches to the position that allows passage to the scaling resistor 5 of the partial amount accumulated in the previous calculation cycle (from the output of block 7 or 8 of the sample, depending on the number of the calculation cycle being performed). In this case, blocks 7 or 8 of the sample used to store the partial sum in the ith and i + 1th cycles of calculations should be different.
В первом цикле вычислений i=0 на вход разрешения коммутатора 9 поступает сигнал, отключающий его выход, чем обеспечивается суммирование произведения с нулемIn the first cycle of calculations i = 0, a signal is turned on at the enable input of switch 9, which disables its output, which ensures the summation of the product with zero
а значение UвыхОУ0 сохраняется в блоке выборки 8.and the value of U oOU0 is stored in the sample block 8.
При четных номерах выборки (за исключением i=0) i=2, 4, ... (N-2) (N - четное число) значение напряжения UвыхОУi сохраняется в блоке выборки 8, а на вход масштабирующего резистора 5 с выхода коммутатора 9 поступает напряжение блока выборки 7.With even sample numbers (with the exception of i = 0) i = 2, 4, ... (N-2) (N is an even number), the voltage U output Oi i is stored in sample block 8, and to the input of the scaling resistor 5 from the output of the switch 9, the voltage of the sampling unit 7 is supplied.
При нечетных номерах выборки i=1, 3, 5, ... (N-1) значение напряжения UвыхОУi сохраняется в блоке выборки 7, а на вход масштабирующего резистора 5 с выхода коммутатора 9 поступает напряжение блока выборки 8.With odd sample numbers i = 1, 3, 5, ... (N-1), the voltage U output Oi i is stored in the sample block 7, and the voltage of the sample block 8 is supplied to the input of the scaling resistor 5 from the output of the switch 9.
Последовательность действий второго процессора первого вида совпадает с последовательностью действий первого процессора первого вида, при этом используемые выражения и блоки первого процессора заменяются на следующие: блоки 1, 7 и 8 выборки на блоки 39, 45 и 46 выборки, блок управляемой инверсии 2 на блок управляемой инверсии 40, масштабирующий потенциометр 3 на масштабирующий потенциометр 41, блок постоянной памяти 10 на блок постоянной памяти 48, масштабирующие резисторы 4 и 5 на масштабирующие резисторы 42 и 43, операционный усилитель 6 на операционный усилитель 44, коммутатор 9 на коммутатор 47, выражение (7) наThe sequence of actions of the second processor of the first kind coincides with the sequence of actions of the first processor of the first kind, while the used expressions and blocks of the first processor are replaced by the following: blocks 1, 7 and 8 of the sample blocks 39, 45 and 46, block controlled inversion 2 on the block controlled inversion 40, a scaling potentiometer 3 to a scaling potentiometer 41, a permanent memory unit 10 to a read-only memory unit 48, scaling resistors 4 and 5 to scaling resistors 42 and 43, an operational amplifier 6 for operation nny amplifier 44, the switch 9 to the switch 47, the expression (7) on the
, ,
выражение (9) наexpression (9) on
Li=sin(2πik/N),L i = sin (2πik / N),
выражение (10) наexpression (10) on
, ,
выражение (11) наexpression (11) on
UвыхОУ0=Us0sin(2π0k/N)+0U output OU0 = U s0 sin (2π0k / N) +0
Таким образом, по окончании выполнения N-1 цикла на выходе блока 7 выборки первого процессора первого вида формируется сигнал, удовлетворяющий выражениюThus, upon completion of the N-1 cycle, a signal is generated at the output of the sample block 7 of the first processor of the first kind that satisfies the expression
и является действительной составляющей гармоники k разложения сигнала в ряд Фурье. На выходе блока 45 второго процессора первого вида формируется сигнал, удовлетворяющий выражениюand is the real component of the harmonic k of the expansion of the signal in a Fourier series. At the output of block 45 of the second processor of the first kind, a signal is formed that satisfies the expression
и является мнимой составляющей гармоники k разложения сигнала в ряд Фурье.and is the imaginary component of the harmonic k of the expansion of the signal in a Fourier series.
Первый процессор второго вида работает следующим образом.The first processor of the second kind works as follows.
По окончанию вычисления N выборок выход переполнения Р счетчика 32 взводит регистр 35, выход которого разрешает поступление тактовых импульсов на счетчик 37, выход которого является адресным входом блока 38 постоянной памяти, выдающего управляющие сигналы на процессор второго вида.At the end of the calculation of N samples, the overflow output P of the counter 32 cocks the register 35, the output of which allows the receipt of clock pulses to the counter 37, the output of which is the address input of the read-only memory unit 38, which provides control signals to a second processor.
Коммутаторы 20 и 21 устанавливаются в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с информационного выхода первого и второго процессоров 1 вида. На блоки 22 и 24 выборки поступают управляющие сигналы для сохранения действительной и мнимой частей k-ой гармоники спектра. Коммутатор 12 устанавливается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода источника опорного напряжения 11 на вход блока 13 управляемой инверсии. Выход коммутатора 26 отключается с помощью сигнала разрешения, поступающего с выхода блока 38 постоянной памяти. Коммутатор 27 устанавливается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с блока выборки 22 на аналоговый второй вход компаратора 16. На первый вход компаратора поступает сигнал с выхода операционного усилителя 19. Одновременно с выхода блока 38 постоянной памяти поступает сигнал запуска регистра 15 последовательных приближений. Далее с выхода блока 38 постоянной памяти на тактовый вход регистра 15 последовательных приближений поступает n (n - разрядность кода) тактовых импульсов. По окончании процесса последовательных приближений напряжения, поступающие на оба входа компаратора 16, становятся равными. На один вход компаратора поступает напряжение с выхода блока 22 выборки, т.е. Re(Sk), а на другой вход - UОП·NРПП, где UОП - выходное напряжение источника 11 опорного напряжения, NРПП - выходной код регистра последовательных приближений. Таким образомThe switches 20 and 21 are installed in a state that ensures the passage of the signal from the information output of the first and second processors 1 of the form. Blocks 22 and 24 of the sample receive control signals to preserve the real and imaginary parts of the kth harmonic of the spectrum. The switch 12 is installed in a state that ensures the passage of the signal from the output of the reference voltage source 11 to the input of the controlled inversion unit 13. The output of the switch 26 is disabled using the permission signal from the output of the block 38 of read-only memory. The switch 27 is installed in a state that ensures the passage of the signal from the sampling unit 22 to the analog second input of the comparator 16. The signal from the output of the operational amplifier 19 is received at the first input of the comparator. At the same time, the output signal of the sequential approximation register 15 is received. Next, from the output of the constant memory unit 38, n (n is the bit capacity of the code) clock pulses are fed to the clock input of the register 15 of successive approximations. At the end of the process of successive approximations, the voltages supplied to both inputs of the comparator 16 become equal. At one input of the comparator, voltage is supplied from the output of block 22 of the sample Re (Sk), and to the other input - U OP · N RPP , where U OP is the output voltage of the reference voltage source 11, N RPP is the output code of the successive approximation register. In this way
Re(Sk)=UОП·NРПП Re (Sk) = U OP · N RPP
илиor
NРПП=Re(Sk)/UОП N RPP = Re (Sk) / U OD
Затем коммутатор 12 переключается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода коммутатора 27 на вход блока 13 управляемой инверсии. В этом случае на выходе операционного усилителя 19 возникает сигналThen, the switch 12 switches to a state that ensures the passage of the signal from the output of the switch 27 to the input of the controlled inversion unit 13. In this case, a signal appears at the output of the operational amplifier 19
где М - масштабирующий коэффициент, равный 1/UОП.where M is a scaling factor equal to 1 / U OP .
Выходное напряжение операционного усилителя 19 фиксируется в блоке 23 выборки.The output voltage of the operational amplifier 19 is fixed in the block 23 of the sample.
Коммутатор 12 устанавливается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода источника 11 опорного напряжения 1 на вход блока 12 управляемой инверсии. Коммутатор 27 переключается в состояние, обеспечивающее прохождение сигналов с выхода блока 24 выборки на второй аналоговый вход компаратора 16. На первый аналоговый вход компаратора поступает выходной сигнал операционного усилителя 19. Блок 38 постоянной памяти выдает сигналы, обеспечивающие выполнение операции последовательного приближения. Тогда, аналогично рассмотренному случаю, на выходе регистра последовательных приближений формируется код NРПП=Im(Sk)/UОП.The switch 12 is installed in a state that ensures the passage of the signal from the output of the source 11 of the reference voltage 1 to the input of the block 12 of the controlled inversion. The switch 27 switches to a state that ensures the passage of signals from the output of the sampling unit 24 to the second analog input of the comparator 16. The output of the operational amplifier 19 is supplied to the first analog input of the comparator 19. The constant memory unit 38 provides signals for performing the sequential approximation operation. Then, similarly to the case considered, at the output of the register of successive approximations, the code N RPP = Im (Sk) / U OP is formed .
Коммутатор 12 переключается в положение, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода коммутатора 27 на вход блока 13 управляемой инверсии. Коммутатор 26 переключается в активное состояние и обеспечивает прохождение сигнала с выхода блока 23 выборки на масштабирующий резистор 18. В этом случае на выходе операционного усилителя 19 формируется напряжениеThe switch 12 is switched to a position that ensures the passage of the signal from the output of the switch 27 to the input of the controlled inversion unit 13. The switch 26 switches to the active state and ensures the passage of the signal from the output of the sample block 23 to the scaling resistor 18. In this case, a voltage is generated at the output of the operational amplifier 19
Uвых=Im(Sk)·NРПП+M·(Re(Sk))2=M·(Im(Sk))2+M·(Re(Sk))2,U o = Im (Sk) · N RPP + M · (Re (Sk)) 2 = M · (Im (Sk)) 2 + M · (Re (Sk)) 2 ,
которое фиксируется в блоке 25 выборки.which is fixed in block 25 of the sample.
Коммутатор 12 переключается в положение, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода источника 11 опорного напряжения на информационный вход блока 13 управляемой инверсии. Коммутатор 26 блокируется сигналом разрешения, поступающим на его управляющий вход. Коммутатор 27 переключается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода блока 25 выборки на второй аналоговый вход компаратора 16. На первый аналоговый вход компаратора поступает выходной сигнал операционного усилителя 19. На вход запуска регистра 15 последовательных приближений поступает импульс запуска, а затем первый тактовый импульс - на тактовый вход регистра. Одновременно с приходом тактового импульса открывается блок 23 выборки, обеспечивающий фиксацию произведения UОП на первый разряд формируемого кода. По окончании процесса выборки коммутатор 12 переключается в положение, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода блока 23 выборки на вход блока 13 управляемой инверсии. Следовательно, на выходе операционного усилителя 19 формируется сигналThe switch 12 is switched to a position that ensures the passage of the signal from the output of the reference voltage source 11 to the information input of the controlled inversion block 13. The switch 26 is blocked by the enable signal received at its control input. The switch 27 switches to a state that ensures the passage of the signal from the output of the sampling unit 25 to the second analog input of the comparator 16. The output signal of the operational amplifier 19 is supplied to the first analog input of the comparator. A start pulse is received at the start input of the register 15 of successive approximations, and then the first clock pulse register register clock. Simultaneously with the arrival of a clock pulse, a sampling block 23 is opened, which ensures the fixation of the product U OP by the first bit of the generated code. At the end of the sampling process, the switch 12 switches to a position that ensures the passage of the signal from the output of block 23 to the input of block 13 of the controlled inversion. Therefore, at the output of the operational amplifier 19, a signal is generated
, ,
где I - номер такта приближения.where I is the approximation measure number.
По окончании процесса установления напряжения на выходе операционного усилителя 19 на тактовый вход регистра 15 последовательных приближений поступает следующий тактовый импульс и происходит фиксация в регистре значения выхода компаратора 16. Далее коммутатор 12 переключается в положение, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода источника 11 опорного напряжения, открывается блок 23 выборки и процесс последовательного приближения повторяется для всех n разрядов формируемого кода.At the end of the process of establishing the voltage at the output of the operational amplifier 19, the next clock pulse arrives at the clock input of the register 15 of successive approximations and the output value of the comparator 16 is fixed in the register. Next, the switch 12 switches to the position that ensures the passage of the signal from the output of the reference voltage source 11, the block opens 23 samples and the sequential approximation process is repeated for all n bits of the generated code.
По окончании процесса формирования кода выходное напряжение операционного усилителя 19 равноAt the end of the process of generating the code, the output voltage of the operational amplifier 19 is
илиor
Таким образом, на выходах регистра 15 последовательных приближений появляется цифровой двоичный код, равный модулю k-ой гармоники исследуемого сигнала. Этот код является цифровым выходом амплитуды сигнала процессора второго вида и устройства 50.Thus, at the outputs of the register of 15 successive approximations, a digital binary code appears, which is equal to the modulus of the kth harmonic of the signal under study. This code is the digital output of the signal amplitude of the second processor and device 50.
Коммутатор 12 переключается в состояние, обеспечивающее прохождение сигнала с выхода источника 11 опорного напряжения. В этом случае на выходе операционного усилителя 19 формируется сигналThe switch 12 is switched to a state that ensures the passage of the signal from the output of the voltage reference source 11. In this case, a signal is generated at the output of the operational amplifier 19
Одновременно открывается блок 25 выборки, обеспечивающий фиксацию выходного напряжения. Сформированный аналоговый сигнал поступает на аналоговый выход амплитуды сигнала процессора второго вида и является выходом устройства 49.At the same time, the sampling unit 25 is opened, which ensures the fixation of the output voltage. The generated analog signal is fed to the analog output of the signal amplitude of the processor of the second type and is the output of the device 49.
При переполнении счетчика 37 на выходе переполнения вырабатывается сигнал, обеспечивающий установку регистра 35 в ноль. Работа процессора второго вида заканчивается до следующего вычисления Re(Sk) и Im(Sk) в первом и втором процессорах первого вида от N выборок входного сигнала устройства.When the counter 37 is overflowed, a signal is generated at the overflow output, which sets the register 35 to zero. The work of the second type processor ends before the next calculation of Re (Sk) and Im (Sk) in the first and second processors of the first type from N samples of the input signal of the device.
Расширение входного диапазона обеспечивается более чем в 2 раза за счет параллельного вычисления действительной и мнимой составляющих и введения конвейера. Конвейер заключается в том, что за счет процессора второго вида, вычисляющего амплитуду k-ой гармоники от N выборок, в процессорах первого вида выполняется операция свертки от следующих N выборок входного информационного сигнала.The expansion of the input range is provided by more than 2 times due to the parallel calculation of the real and imaginary components and the introduction of the conveyor. The conveyor consists in the fact that due to the processor of the second kind, which calculates the amplitude of the kth harmonic from N samples, the process of convolution from the next N samples of the input information signal is performed in the processors of the first kind.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2182358 от 2000.02.28.1. RF patent No. 2182358 from 2000.02.28.
2. Патент РФ №2000104761 от 2002.03.27.2. RF patent №2000104761 from 2002.03.27.
3. Патент СССР №1679501 от 1989.03.03.3. USSR patent No. 1679501 from 1989.03.03.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006142587/09A RU2333531C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006142587/09A RU2333531C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006142587A RU2006142587A (en) | 2008-06-10 |
RU2333531C1 true RU2333531C1 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39581122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006142587/09A RU2333531C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2333531C1 (en) |
-
2006
- 2006-12-04 RU RU2006142587/09A patent/RU2333531C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006142587A (en) | 2008-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Engelberg | Digital signal processing: an experimental approach | |
RU2333531C1 (en) | Analog-digital multiprocessor device for calculation of discrete fourier transformation | |
US4006348A (en) | Apparatus for monitoring two electric quantities by combining three consecutive samples of each quantity | |
US6295547B1 (en) | Fourier transform apparatus | |
SU1679501A1 (en) | Discrete fourier transformer | |
Gryzhov et al. | Flexible converter of analog signal into discrete digital one with the example of double integration voltmeter | |
JPH0798336A (en) | Sampling type measuring device | |
RU75072U1 (en) | DEVICE FOR CALCULATING TRIGONOMETRIC FUNCTIONS | |
RU2160926C1 (en) | Walsh function spectrum analyzer | |
SU635436A1 (en) | Spectrum analyzer | |
SU744565A1 (en) | Multiplying device | |
SU972519A1 (en) | Spectrum determination device | |
SU1691772A1 (en) | Method for phase difference determination | |
SU892331A2 (en) | Device for analogue determination of finite signal spectrum orthogonal component | |
SU1566299A1 (en) | Method of determining phase shift of sine signals | |
Serov et al. | Estimation of the Signal Parameters Measurement Error for the Case of ADC Nonlinearity Approximation by Chebyshev Polynomial | |
JPS62136129A (en) | Test method for analog-digital converter | |
SU617744A1 (en) | Fourier discrete-analogue converter | |
RU1781625C (en) | Device for measurement of rms value of signal | |
SU1688257A1 (en) | Linear algebraic equations systems solver | |
SU1015393A1 (en) | Random process analyzer | |
SU1083124A1 (en) | Device for spectral analysis | |
SU734578A1 (en) | Discrete-analogue spectrum analyzer | |
SU960843A1 (en) | Entropy determination device | |
D’Antona et al. | The Digital Signal Processing: An introductory overview |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141205 |