SU798615A1

SU798615A1 - Digital spectrum analyzer

Info

Publication number: SU798615A1
Application number: SU792727873A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Якименко; Анатолий Федорович Бульбанюк; Евгений Германович Пащенко; Анатолий Павлович Рязанов
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленинаэлектротехнический Институтим. B.И.Ульянова(Ленина)
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1979-02-23
Publication date: 1981-01-23

Description

(54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА(54) DIGITAL SPECTRUM ANALYZER

1one

Изобретение относитс к специализированным средствам измерительновычислительной техники, предназначенным дл исследований частотных свойств случайных электрических сигналов, характеризующих , например биологические структуры в медицинских эксперимен тах или технические объекты в промышленности .The invention relates to specialized means of measuring and computing technology for the investigation of the frequency properties of random electrical signals characterizing, for example, biological structures in medical experiments or technical objects in industry.

Анализ р да ортогональных составл ющих спектра производитс аппаратурой с использованием илаи одной из модификаций дискретного преобразовани Фурье (ДПФ)- с разложением сигнала в р д Фурье (при использовании тригонометрических базисных функций) или с использованием разложени в р д Уолша-фурье (при использовании кусочно-посто нных базисных функций ; Уолша, простых дл генерировани и умножени ).The analysis of a number of orthogonal components of the spectrum is performed by equipment using one of the Discrete Fourier Transform (DFT) modifications — decomposing the signal in the Fourier series (using trigonometric basis functions) or using decomposition in the Walsh – Fourier series (using piecewise (constant basic functions; Walsh, simple for generation and multiplication).

Известен ортогональный анализатор спектра содержащий блок выборки и распределени сигнала, состо щий на генератора тактовых импульсов с послеаб-An orthogonal spectrum analyzer is known comprising a signal sampling and distribution unit consisting of a clock pulse generator with

вательно соединенным устройством дискретной выборки и коммутатора; посто нного запоминающего устройства, подключенного входом к третьему выходу генератора тактовых импульсов, -.а выходом к выходам двух цифроаналоговых преобразователей , другие входы которых объединены и соединены с выходом коммутатора, при этом выходы цифроаналоговых преобразователей , через интегрирукицие усилители, соединены с выходами анализатора спектра l.tightly connected discrete sampling device and switch; a fixed storage device connected to the third output of the clock generator, - and output to the outputs of two digital-to-analog converters, the other inputs of which are combined and connected to the switch output, while the outputs of digital-analog converters are connected to the outputs of the spectrum analyzer through the integration of digital-to-analog converters l .

Недостатками такого анализатора вЛ5потс трудности вычислени одновременно нескольких сотен составл ющих спектра и невысокое быстродействие в реальном масштабе времени.The disadvantages of such a VL5pots analyzer are the difficulties of simultaneously calculating several hundred components of the spectrum and the low speed in real time.

Известно более быстродействующее цифровое устройство дл вычислени ,спектра, содержащее последовательно бое- диненные коррел тор, первый переключатель , запоминающее i устройство, второй переключатель, умножитель и интегратор, ко второму выходу второго переключател подключен управл емый регистр; к выходуA faster digital computational device for calculating a spectrum containing successively arti- fied correlator, a first switch, a memory i device, a second switch, a multiplier and an integrator is known; a control register is connected to the second output of the second switch; to the exit

интегратора - последовательно соединенные блок весовых коэффициентов , цщфратор и схема сравнени , а ко второму входу умножичел - блок пам ти базисных функций. Управление гфоцедурой формировани спектра осуществл етс блоко синхронизации через делители частоты, счетчик гармоник, счетчик ординат, дешифратор и переключатель кода 2.the integrator is a series of weighting factors connected in series, a tsffrator and a comparison circuit, and a base functions storage unit to the second multiplier. The HF procedure is controlled by a synchronization block via frequency dividers, a harmonic counter, an ordinate counter, a decoder, and a code 2 switch.

Недостаток цифровых анализаторов в необходимости наличи входного (буферного ) запоминающего устройства на большое количество выборок; наличи многоканального умножител и блока пам ти базисных функций, а также сложные св зи элементов управлени блоком пам ти при одновременном считывании р да отсчетов базисных функций.The lack of digital analyzers in the need for an input (buffer) memory device for a large number of samples; the presence of a multichannel multiplier and a memory block of basic functions, as well as complex connections of the control elements of the memory block while simultaneously reading a number of counts of basic functions.

Стремление к минимизации св зей устройств и элементов -управлени , а также к простоте процедуры обработки сигнала и преобразовани промежуточных результатов - выполнени умножени , формировани сетки частот базисных функций,, приводит к разработке анализаторов с комбинированным принципом действи с применением операций, эквивалентных сжатию сигнала или сжатию базисных функций. Наиболее близким по технической сущно-30 Striving to minimize the connections of devices and control elements, as well as to the simplicity of the signal processing procedure and the conversion of intermediate results — multiplication, the formation of a grid of frequencies of basic functions, leads to the development of analyzers with a combined principle of operation using operations equivalent to signal compression or compression. basic functions. The closest technical essentially-30

сти к предлагает лому йл етс автоматический анализатор, спектра с цифровой обрабокой информации, содержащий квантователь управл ющий вход которого подключен к первому выходу блока управлени , и последовательно соединенные переключатель , ждущий генератор, аналого-цифровой преобразователь и сумматор-накопитель , при этом второй выход блока управлени соединен со входом тактового генератора импульсов переменной (управл емой ) частоты повторени , выход которого соединен с управл ющим входом аналого-цифрового преобразовател , а к выходу ждущего генератора подключен ключ, соединенный выходом с шиной нулевого потенциала з.It offers a breaker automatic analyzer, a spectrum with digital information processing, containing a quantizer whose control input is connected to the first output of the control unit, and a switch connected in series, a waiting generator, an analog-to-digital converter and an accumulator, the second output of the unit control is connected to the input of the clock pulse generator variable (controlled) repetition frequency, the output of which is connected to the control input of the analog-digital converter, and k in the output of the standby generator is connected to the key connected to the output of the zero potential bus h.

Недостатком вл етс анализ в реальном масштабе .времени только низкочастотных сигналов - вфхней частотой не более нескольких сотен Гд, так как дл достаточно вьгсокой точности формировани Ьценкй спектра -необходимо увеличивать количество входных выборрк сигнала . Но это приводит к такому же увеличению необходимого количества периодов гармонической функции, которые определ ют быстродействие анализатора.The disadvantage is the real-time analysis of the time of only low-frequency signals — at a frequency of no more than a few hundred Gd, since for a sufficiently high accuracy of the formation of the effective spectrum it is necessary to increase the number of input signals. But this leads to the same increase in the required number of periods of the harmonic function, which determine the speed of the analyzer.

Цель изобретени - повышение быстродействи анализатора.The purpose of the invention is to increase the speed of the analyzer.

Поставленна цель достигаетс тем, что в цифровой анализатор спектра, содержащий накапливающий сумматор, квантователь , первый выход которого вл етс входом анализатора, а выход подключен к информационному входу переключател , выход которого соединен с первымThe goal is achieved in that a digital spectrum analyzer containing a cumulative adder, a quantizer whose first output is the input of the analyzer, and the output is connected to the information input of the switch, the output of which is connected to the first

входом ждущего генератора-гармонических колебаний, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразовател , второй вход которого соединен с выходом тактового генератора,the input of the waiting generator-harmonic oscillations, the output of which is connected to the first input of the analog-digital converter, the second input of which is connected to the output of the clock generator,

управл ющие входы квантовател и переключател подключены к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого соединен со вторым входом жпущего генератора гармонических колебаний,the control inputs of the quantizer and the switch are connected to the first output of the synchronization unit, the second output of which is connected to the second input of the harmonic oscillator,

введены блок пам ти произведений и блок формировани , вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а выходы подключены соответственно к к первым входам накапливающего сумматора и блока пам ти произведений, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразовател и тактового генератора , вход которого соединен с четвторой вход накапливающего сумматора подключен к выходу блока пам ти произведений . К первому управл ющему входу которого и к управл ющему входу аналого-цифрового преобразовател подключен выход тактового генератора.a block of works of memory and a block of formation are entered, the input of which is connected to the first output of the synchronization unit, and the outputs are connected respectively to the first inputs of the accumulating adder and memory of the works, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the analog-digital converter and clock generator whose input is connected to the fourth input of the accumulating adder is connected to the output of the block of memory of works. The output of the clock generator is connected to the first control input of which and to the control input of the analog-digital converter.

На чертеже представлена блок-схема цифрового анализатора спектра.The drawing shows a block diagram of a digital spectrum analyzer.

Цифровой анализатор спектра содержит последовательно соединенные квантователь I, переключатель 2, ждущий, генератор 3 гармонических колебаний, аналого-цифровой преобразователь 4, а также блок 5 синхронизащи, тактовыйThe digital spectrum analyzer contains serially connected quantizer I, switch 2, standby, 3 harmonic oscillator, analog-to-digital converter 4, as well as block 5 synchronizers, clock

5 генератор 6, блок .7 пам ти произведений , накапливающий сумматор 8, блок 9 формировани адреса, первый выход которого соединен с управл ющим входом накапливающего Сумматора 8, второй5 generator 6, block .7 of the memory of works, accumulating adder 8, block 9 of forming the address, the first output of which is connected to the control input of the accumulating Adder 8, the second

0 выход - со вторым управл ющим входом блока 7, к первому входу которого и к управл ющему входу аналого-цифрового преобразовател 4 подключен выход тактового генератора 6.0 output - with the second control input of the unit 7, to the first input of which and to the control input of the analog-digital converter 4 the output of the clock generator 6 is connected.

Цифровой анализатор спектра работает следующим образом.Digital spectrum analyzer works as follows.

Claims

Before starting, all analyzer devices are installed in the initial state by the numerical output of the synchronization unit. 57 left state, switch 2 is disconnected. The electrical random signal under study X (b) is fed to the input of the quantifier I and is converted to discrete form X (tiivt) by commands from control unit 5. Simultaneously with receiving the first reference, the control unit 5 transfers the movable contact of the switch 2 to the closed position and instantly returns to the initial one, so that an exciting pulse arrives at the control input of the waiting generator 3: in the generator 3, it excites with harmonic oscillation of frequency with amplitude equal to the amplitude impulse. At the same time, a code corresponding to C 1 is transmitted to block 9 from block 5 of the synchronization poisoning, to set the reading order of data from block 7 of the memory of works. The clock generator b is given a command to start the harmonic oscillation discretization with its transformation into a sequence of codes. The harmonic oscillation from the output of the standby generator 3 is fed to the input of the analog-digital converter 4 and converted into a 1/4 period (or half-period) into a code sequence with a constant frequency F. The frequency Pj is the frequency of writing the codes from the analog-to-digital output. converter 4 into device 7 for memorizing works, in whose cells the following product is remembered (p) / Sad)) is the number of computed ordinates of the spectrum; t / B foCOhSt- given frequency of oscillation; Br - mass scale ratio of the frequency scale; ATjoip is the recording time of the code of one sample of the product {l). In the memory device. According to another command from the synchronization unit 5, the address generation unit 9 is triggered, the sequence of the address code of the sample readout of the product samples (I) from the cells of the device 7 of the memory of works is generated with the frequency Fc4. . Since F (;) (almost many pulsed devices have FQH (Y + OZ,), then reading the samples of the product 1/4 - the period of the basis function by one sample of the input signal X (Vl) is performed in an accelerated rhythm. In accumulating adder 8 Kz of product (l) forms the full period of the base function with an amplitude proportional to X (lAt), and the sign change to specify the negative half-period of this product, before recording it in the K cell of the adder, is performed by a command from the second output of the counter-address device 9. Thus, ne The first cycle of signal processing and accumulation of information takes place in time | / I / I / T.- where dv) is the coefficient of conversion, the transformation is performed in the second cycle and subsequent cycles. After the M-th processing cycle, the sum is formed in the accumulating adder 8 Descriptive signal spectrum l, 46 p., e 5 (S (Hf, Cmr St-ied-r, -,), p-hf%) is the number P of the half-period of the base function. Each of the M cycles is performed in the same time equal to T, since they consist of the same number of operations — recording 1/4 of the period of the product P; generating read address codes K for samples of this product; write these K samples to the accumulating .summator. Thus, if in the prototype the M-th cycle is executed in a time that is M times more than in the first cycle, then in the described digital analyzer the calculation time of the L spectrum is reduced by h times, i.e. ALT M-K.t ,, oiv, G- - t & tj.4 (d, v3) here follows,. .. that in ZM the speed of 1 computed and superfluous analysis frequency in real time is improved. With M 5O it is more than 15 O times the rise of the upper frequency of the analysis range, which in real time (at the current state of microelectronic ( The elemental base reaches BOX kHz. Reducing the execution time of each signal processing cycle with a MpHfXKa several tens, increases the analysis speed and is implemented on microprocessor elements. Invention formula Digital spectrum analyzer containing fuse adder, quantizer, whose information input is the analyzer input, and the output is connected to the information input of the switch, whose output is connected to the first input of the pending harmonic oscillator, the output of which is connected to the nepBbnvi input of the analog-to-digital converter, the second input of which connected to the clock output, the control inputs of the quantizer and the switch are connected to the first clock of the synchronization unit whose second output is connected to the second input

X (t)

1 standby generator of harmonic oscillations, characterized in that, in order to increase speed, a memory block and a shaping unit are inputted into the spectrum analyzer, its input is connected to the third output of the synchronization unit, and the outputs are connected to the first inputs of the accumulating adder and memory block, respectively. these works, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the analog-digital converter and the clock generator, the input of which is connected to the fourth output of the synchronization unit, Torah accumulator input coupled to an output memory unit works. Sources of information taken into account in the examination of t. USSR Author's Certificate MO 55О522, class, G 01 R 23/16 1976.

2. USSR Author's Certificate No. 532863, CL So-F 15/34, 197-4.

3. USSR author's certificate M 525895 cl. G O1 R 23 / OO, (prototype).