SU734578A1

SU734578A1 - Discrete-analogue spectrum analyzer

Info

Publication number: SU734578A1
Application number: SU782562961A
Authority: SU
Inventors: Виталий Иванович Чайковский; Владимир Яковлевич Краковский; Владимир Федорович Коваль
Original assignee: Институт Кибернетики Ан Украинской Сср
Priority date: 1978-01-02
Filing date: 1978-01-02
Publication date: 1980-05-15

Description

Изобретение относится к специализированным средствам аналоговой вычислительной техники, предназначенным для спектрального анализа широкополосных детерминированных и случайных сигналов.The invention relates to specialized means of analog computing technology intended for spectral analysis of broadband deterministic and random signals.

Известен спектральный анализатор, содержащий сдвигающий регистр, блоки умножения, усреднения, генераторы гармонических сигналов, компараторы, селекторы счетчика [1].Known spectral analyzer containing a shift register, blocks of multiplication, averaging, harmonic signal generators, comparators, counter selectors [1].

Однако устройство характеризуется сложностью и разнородностью аппаратуры.However, the device is characterized by the complexity and heterogeneity of the equipment.

Известно также устройство для спектрального анализа, содержащее .генератор импульсов, квантователь, вход которого является входом анализатора, а выход соединен со входом ячейки памяти, выход которой подключен к объединенным входам дискретно-аналоговых вычислительных ячеек первой из последовательно соединенных матриц, выхода ясеек по- . следней матрицы являются-выходами анализатора [2].A device for spectral analysis is also known, comprising a pulse generator, a quantizer, the input of which is the input of the analyzer, and the output is connected to the input of a memory cell, the output of which is connected to the combined inputs of the discrete-analog computing cells of the first of the series-connected matrices, the output of the cells by. the last matrix are the outputs of the analyzer [2].

Такое устройство обладает большой сложностью и низкой точностью. Так, они содержат по N квантователей, N ячеек памяти и Ν·η аналоговых вычислительных ячеек, где N - число одновременно обрабатываемых отсчетов анализируемого сигнала, η - число последовательно соединенных матриц вычислительных ячеек, равное числу итераций быстрого преобразования Фурье (БПФ). Низкая точность обусловлена необходимостью хранить в ячейках памяти выборки входного аналого-. вого сигнала в течение всего времени анализа равного Nat, где δt - интервал дискретизации.Such a device has great complexity and low accuracy. So, they contain N quantizers, N memory cells, and Ν · η analog computational cells, where N is the number of simultaneously processed samples of the analyzed signal, η is the number of series-connected matrixes of computational cells, equal to the number of iterations of the fast Fourier transform (FFT). Low accuracy is due to the need to store samples of input analog- in memory cells. over the entire analysis time equal to Nat, where δt is the sampling interval.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение анализатора.The purpose of the invention is to increase the accuracy and simplification of the analyzer.

Для достижения поставленной цели в устройство введен формирователь серий тактовых импульсов, вход кото20 рого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход — с управляющим входомiквантователя, а другие выходы подключены к управляющим входам дискретно-аналоговых вычислительных Ячеек соответствующих матриц, число ячеек в первой матрице равно основанию первой итерации быстрого преобразования Фурье (БПФ), при этом в каждой из последующих матриц вы30 числительные ячейки объединены в груп пы, число ячеек в группе равно реализуемому в этой матрице основанию быстрого преобразования Фурье, а число групп равно числу ячеек предыдущей матрицы, информационные входы всех ячеек, входящих в одну группу объединены и соединены с выходом соответствующей ячейки предыдущей матрицы.To achieve this goal, a series pulse generator is introduced into the device, the input of which is connected to the output of the pulse generator, the first output is connected to the control input of the quantizer, and the other outputs are connected to the control inputs of the discrete-analog computing Cells of the corresponding matrices, the number of cells in the first matrix is equal to the base the first iteration of the fast Fourier transform (FFT), while in each of the following matrices the computational cells are combined into groups, the number of cells in the group is equal to that implemented in this matrix to the base of the fast Fourier transform, and the number of groups is equal to the number of cells of the previous matrix, the information inputs of all cells included in one group are combined and connected to the output of the corresponding cell of the previous matrix.

Дискретно-аналоговые вычислительные ячейки всех матриц содержат два дифференциальных сумматора с симметрирующими резисторами и звеньями обратной связи и коммутатор, первый и второй входы которого являются информационными входами дискретноаналоговой вычислительной ячейки, управляющий вход которой является третьим входом\коммутатора, первая и вторая группа выходов которого соединена соответственно с входными резисторами первого и второго дифференциальных сумматоров, выходы которых являются соответствующими выходами дискретно-аналоговой вычислительной ячейки, причем число, величина и место подключения входных резисторов каждого дифференциального сумматора, определяются грифом БПФ. В дискретно-аналоговых вычислительных ячейках всех матриц, кроме последней, в качестве звеньев обратной связи применены резисторы, а в ячейках последней матрицы применены конденсаторы с параллельно подключенными разрядниками, первый и второй подключены между выходом соответствующего дифференциального сумматора и суммирующей точкой его инвертирующего входа, а третий и четвертый подключены между суммирующей точкой неинвертирующего входа и нулевой шиной,Discrete-analog computing cells of all matrices contain two differential adders with balancing resistors and feedback links and a switch, the first and second inputs of which are information inputs of a discrete-analog computing cell, the control input of which is the third input \ switch, the first and second group of outputs of which are connected respectively with input resistors of the first and second differential adders, the outputs of which are the corresponding outputs of the discrete DEN computational cells, and the number, size and location of connection of input resistors each differential adder determined stamp FFT. In discrete-analog computing cells of all matrices, except the last, feedback resistors are used, and in the cells of the last matrix capacitors are used with parallel-connected arresters, the first and second are connected between the output of the corresponding differential adder and the summing point of its inverting input, and the third and the fourth is connected between the summing point of the non-inverting input and the zero bus,

На фиг. 1 представлена блок-схема дискретно-аналогового анализатора спектра комплексных сигналов; на фиг. 2 — схема типовой дискретно-аналоговой вычислительной ячейки, используемой во всех матрицах, кроме последней; на фиг. 3 — схема типовой дискретно-аналоговой вычислительной ячейки, используемой в последней матрице.In FIG. 1 shows a block diagram of a discrete analog spectrum analyzer of complex signals; in FIG. 2 is a diagram of a typical discrete-analog computing cell used in all matrices except the last; in FIG. 3 is a diagram of a typical discrete-analog computing cell used in the last matrix.

Анализатор содержит блок 1 управления с генератором 2 импульсов и формирователем 3 серий тактовых импульсов, квантователь 4 по времени с ячейкой 5 памяти, блоки 6, состоящие из дискретно-аналоговых вычислительных ячеек 7 и 8.The analyzer contains a control unit 1 with a 2 pulse generator and a shaper of 3 series of clock pulses, a time quantizer 4 with a memory cell 5, blocks 6, consisting of discrete-analog computing cells 7 and 8.

Дискретно-аналоговая вычислительная ячейка, используемая во всех матрицах, кроме последней, представляет собой комплексное взвешивающее устройство, коэффициент комплексного < взвешивания-которого изменяется в соответствии с управляющими импульсами T-j , i€ 1, n-1. Ячейка 7 содержит коммутатор 9, два дифференциальных сумматора 10 с симметрирующими резне- <The discrete-analog computing cell used in all matrices, except the last one, is a complex weighing device, the coefficient of complex <weighing of which changes in accordance with the control pulses T-j, i € 1, n-1. Cell 7 contains the commutator 9, two differential adders 10 with balancing

торами 11 (11' ) и резисторами обратной связи 12 ,tori 11 (11 ') and feedback resistors 12,

Дискретно-аналоговая вычислительная ячейка, используемая в последней матрице, представляет собой комплексное взвешивающе—интегрирующее устройство, коэффициент комплексного взвешивания которого изменяется в соответствии с управляющими импульсами. Ячейка 8 вместо резисторов обратной связи содержит интегрирующие емкости 13, параллельно которым подключены разрядники 14 (электронные ключи), управляемые импульсом сброса Т_с .The discrete-analog computing cell used in the last matrix is a complex weighing-integrating device, the coefficient of complex weighing of which changes in accordance with the control pulses. Cell 8 instead of feedback resistors contains integrating capacitances 13, in parallel with which are connected arrester 14 (electronic keys), controlled by a reset pulse T _s .

Сложность используемых дискретноаналоговых вычислительных ячеек не Превышает сложности соответствующих аналоговых вычислительных ячеек известного устройства, а их число равное п <The complexity of the used discrete-analog computing cells does not exceed the complexity of the corresponding analog computing cells of a known device, and their number is equal to n <

Μ = η +ПГ. +Γ.»η,Γ,Λ..ίΝ=Σ П с. ^1,2 ' ^{2 3} < = ( кН * гораздо меньше числа ячеек известного устройства, равного nN. Например в случае г.=г^=...=г, N=rⁿ , число ячеек в ¹) раз меньше числа ячеек известного устройства. В слу чае проектирования дискретно-аналогового анализатора для анализа только действительных входных сигналов использование свойств комплексной сопряженности позволяет уменьшить число ячеек в два раза.Μ = η + PG. + Γ. ”Η, Γ, Λ..ίΝ = Σ с s. ^1,2 ' ^{2 3} <= (kN * is much less than the number of cells of a known device equal to nN. For example, in the case r = r ^ = ... = r, N = r ⁿ , the number of cells is ¹ ) times less than the number of cells known device. In the case of designing a discrete analog analyzer for the analysis of only valid input signals, the use of complex conjugacy properties makes it possible to halve the number of cells.

Дискретно-аналоговый анализатор спектра работает следующим образом.Discrete-analog spectrum analyzer operates as follows.

Аналоговый входной сигнал поступает на вход квантователя 4. Импульсы с генератора 2 блока 1 управления через формирователь 3 стробируют квантователь 4, Выборочные значения входного сигнала, фиксируемые с частотой следования стробирующих импульсов, подаются на ячейку 5 памяти, где они запоминаются на время At (вместо NAt)', Выходное напряжение ячейки памяти поступает на входы ячеек 7 первой матрицы 6. В процессе ввода информации серии тактовых импульсов т₄, Т₂, .,., Т_п с формирователя 3 подаются на вычислительные ячейки соответствующих матриц, осуществляя управление комплексным взвешиванием каждой выборки сигнала в соответствии с грифом БПФ для каждой из групп гармоник. К концу ввода последней выборки анализируемого сигнала с выходом ячеек 8 последней матрицы снимаются значения ортогональных составляющих комплексного спектра и осуществляется сброс показа ний по сигналу импульса Т_с .The analog input signal is input to the quantizer 4. The pulses from the generator 2 of the control unit 1 through the former 3 gate the quantizer 4. Selected values of the input signal recorded with the repetition rate of the strobe pulses are fed to memory cell 5, where they are stored for the time At (instead of NAt ) ', The output voltage of the memory cell is supplied to the inputs of the cells 7 of the first matrix 6. In the process of inputting information of a series of clock pulses, t ₄ , T ₂ ,.,., T _p from the former 3 are fed to the computational cells of the corresponding matrices, By controlling the complex weighting of each signal sample in accordance with the FFT neck for each of the harmonic groups. By the end of inputting the last sample of the analyzed signal with the output of cells 8 of the last matrix, the values of the orthogonal components of the complex spectrum are taken and the readings are taken from the pulse signal T _s .

Claims

The invention relates to specialized analog computing tools for the spectral analysis of broadband deterministic and random signals. A spectral analyzer containing a shift register, a multiplier, averaging unit, harmonic signal generators, comparators and counter selectors 1 is known. However, the device is characterized by complexity and heterogeneity of equipment. It is also known a device for spectral analysis, containing a pulse generator, a quantizer whose input is the input of the analyzer, and an output connected to the input of a memory cell whose output is connected to the combined inputs of discrete-analog computing cells of the first of series-connected matrices The matrices are the outputs of analyzer 2. Such a device has great complexity and low accuracy. So they contain N quantizers, N memory cells and N p analog computing cells, where N is the number of simultaneously processed samples of the analyzed signal, n is the number of serially connected matrices of computation cells equal to the number of iterations of the Fast Fourier Transform (FFT). Low accuracy is due to the need to store in the memory cell sampling input analog. signal for the entire analysis time equal to Nut, where At is the sampling interval. The purpose of the invention is to improve the accuracy and simplification of the analyzer. To achieve this goal, a shaper of a series of clock pulses is entered into the device, the input of which is connected to the output of the pulse generator, the first output is connected to the control of the TWHM input (the Quantizer, and the other outputs are connected to the control inputs of the discrete-analogue computing cells of the corresponding matrices, the number of cells in the first the matrix is equal to the base of the first iteration of the fast Fourier transform (FFT); in this case, the computational cells are combined into groups in the subsequent matrix, the number of cells in the group is equal to That matrix is the base of the fast Fourier transform, and the number of groups is equal to the number of cells of the previous matrix, the information inputs of all cells included in one group are combined and connected to the output of the corresponding cell of the previous matrix. The discrete-analog computing cells of all matrices contain two differential adders with balancing resistors and feedback links and a switch, the first and second inputs of which are information inputs of a discrete-analog computational cell, the control input of which oh is the third input of the switch, the first and second group of outputs of which are connected respectively to the input resistors of the first and second differential adders, the outputs of which are the corresponding outputs of the discrete-analog computing cell, and the number, size and location of the input resistors of each differential adder FFT, In discrete-analog computational cells of all matrices, except the last, resistors are used as feedback links, and in In the last matrix, capacitors with parallel-connected arresters are used, the first and the second are connected between the output of the corresponding differential adder and the summing point of its inverting input, and the third and fourth are connected between the summing point of the non-inverting input and the zero bus. 1 shows a block diagram of a discrete-analog spectrum analyzer of complex signals; in fig. 2 is a diagram of a typical discrete-analog computational cell used in all matrices except the last; in fig. 3 is a schematic of a typical analog-analog computing cell used in the last matrix. The analyzer contains a control unit 1 with a generator of 2 pulses and a generator of 3 series of clock pulses, a quantizer 4. in time with a cell of 5 memories, blocks 6 consisting of discrete-analog computing cells 7 and 8. Discrete-analog computing, cell, and using in all matrices, the cream of the latter is a complex weighing device, the coefficient of complex weighing — which varies in accordance with the control pulses Ti, i € l, nl. Cell 7 contains 1 switching switch 9, two differential adders 10 with speech balancing tori 11 (i) and feedback resistors 12. The discrete analog computational cell used in the last matrix is a complex weighting-integrating device, the complex weighting coefficient of which varies in accordance with the control pulses. Cell 8, instead of feedback resistors, contains integrating capacitances 13, in parallel with which dischargers 14 (electronic switches) are connected, controlled by a reset pulse T ,; . The complexity of the discrete-analog computing cells used does not exceed the complexity of the corresponding analog computing cells of the known device, and their number is equal to M, rr .... P g, 2 к «(much less than the number of cells of the known device equal to nN. For example, in the case of r, r. ..r, the number of cells is one times smaller than the number of cells of the known device. In the case of designing a discrete-analog analyzer for analyzing only 6 real input signals, using the properties of complex conjugation reduces the number of cells Two times. The discrete-analog spectrum analyzer operates as follows: An analog input signal is fed to the input of the quantizer 4. The pulses from the generator 2 of the control unit 1 through the driver 3 gate the quantizer 4. The selective values of the input signal, recorded with the gating pulse frequency, are fed to the cell L of the memory where they are stored for the time At (instead of Nat). The output voltage of the memory cell is fed to the inputs of the cells 7 of the first matrix 6. In the process of inputting the information of the series of clock pulses T, T2,. ,., Tf, from the imaging unit 3 are applied to the computational cells of the corresponding matrices, controlling the complex weighting of each signal sample in accordance with the heading of the VPF for each of the harmonic groups. By the end of the input of the last sample of the analyzed signal with the output of the cells 8 of the last matrix, the values of the orthogonal components of the complex spectrum are removed and the display of the LI signal T is reset. Claim 1. A discrete-analog spectrum analyzer comprising a pulse generator, a quantizer whose input is the input of the analyzer, and the output is connected to the input of a memory cell whose output is connected to the combined inputs of discrete-analog computing cells of the first of series-connected matrixes, outputs the cells of the last matrix are the outputs of the analyzer, so that, in order to increase the accuracy and simplify the analyzer, a serial shaper is introduced into the discrete-analog spectrum analyzer clock pulses whose input is connected to the pulse generator output, the first output is from the control input of the quantizer, and the other outputs are connected to the control inputs of discrete-analog computing cells of the corresponding matrices, the number of cells and the first matrix is equal to the base of the first iteration of the fast Fourier transform, with in each of the following matrices, the computational cells are combined into groups, the number of cells in the group is equal to the basis of the iteration of the fast Fourier transform, and the number of groups is equal About the number of cells of the previous matrix, the information inputs of all the cells belonging to the same group are combined and connected to the output of the corresponding cell and the previous matrix.

2, The device according to claim 1, characterized in that the discrete-analog computing cells of all matrices contain two differential adders with balancing resistors and feedback links and a switch, the first and second inputs of which are information inputs of the discrete-analog computing cell, The input of which is the third input of the switch, the first and second group of outputs of which are connected respectively to the input resistors of the first and second differential adders, the outputs of which are mc corresponding outputs of a discrete analog computing cell,

0 wherein the number, value, and connection location of the input resistors of each differential adder are determined by the fast Fourier transform.

five

3. The device according to PP.1, 2, characterized in that, in discrete-analog computational cells of all matrices, except the last, resistors are used as feedback links, in the cells of the last matrix, capacitors with parallel-connected arresters are used, the first and the second is connected between the output of the corresponding differential accumulator and the summing point of its inverting input, and the third and fourth are connected between the summing point of the non-inverting input and the zero bus.

Information sources,

0 taken into account in the examination

1. Mirsky with. . Hardware characterization of the case1972,

Energy

processes,

five

p.264 .:

2. USSR author's certificate No. 484528, cl. G 01 R 23/00, 1974 (prototype).