Устройство для спектрального анализа сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R23/16 

1 Изобретение относится к области радиотехнических измерений и предназначено для спектрального анализа сигналов, а поскольку оно выводит информацию в цифровой форме,то может быть использовано для работы в комплексе с ЦВМ. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для спектрального анализа сигналов, представляющее собой сочетание цифрового компрессора, дисперсионного анализатора спектра и выходного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Устройство содержит АЦП, цифровые сдвиговые регистры, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу АЦП, синхронизатор, цифроаналогоньй преобразователь и дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 1 J. Недостатком известного устройства является то, что его динамическ 1й диапазон оказывается ограниченным по выходу за счет принципиальной ограниченности параметров выходного АЦП. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее АЦП, цифровые сдвиговые регистры, цифроаналрговый преобразователь, соответствующие входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров, дисперсионньй анализатор спектра, вход которого подклю чен к выходу цифроаналогового преобразователя, и синхронизатор, первьй выход которого соединен с управ лянлцим входом АЦП, второй - с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров, а третий - с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра, введены аналоговьй коммутатор, логические коммутатогйл и элементы И по числу цифровых сдвиговых регистров, а также преобразователь кода, выходы которого соединены с цифровым выходом устройства, входы соединены с выходами соответствующих элементов И, а тактирующий вход соединен с четвертым выходом синхронизатора, причем первьй вход аналогового коммутатора соединен с входом устройства, его 82 управляющий вход соединен с управляющими входами логических коммутаторов, вторыми входами элементов И и пятым выходом синхронизатора, второй вход аналогового коммутатора подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу АЦП, первые входы логических коммутаторов соединены с соответствующими выходами АЦП, их вторые входы - с выходом соответствующего цифрового сдвигового регистра, а выходы - с входом того же цифрового сдвигового регистра, при этом первые входы элементов И.соединены с первыми входами соответствующих логических коммутаторов. Увеличение динамического диапазо(на устройства обеспечивается за счет того, что выходной сигнал дисперсионного анализатора спектра преобразуется в цифровую форму с помощью многоразрядного АЦП низкого быстродействия, используемого также и в режиме записи информации в цифровые сдвиговые регистры. Переключение АЦП из режима обработки входного сигнала в режим обработки выходного сигнала производится с помощью аналогового коммутатора. При этом использование АЦП низкого быстродействия становится возможным за счет многократного спектрального анализа в дисперсионном анализаторе сигнала, записанного в цифровьк сдвиговых регистрах. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, Устройство для спектрального анализа сигналов содержит АЦП 1, цифровые сдвиговые регистры 2-1,..., 2-N, 1 ;ифроаналоговый преобразователь 3, соответствующие входы которого соединены с выходами регистров 2-1,...,2-N« В устройство входят также дисперсионный анализатор. 4 спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 3, и синхронизатор 5, первый выход которого соединен с управляющим входом АЦП 1, второй с тактирующими входами регистров 2-1,...,2-N, а третий - с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора 4 спектра, аналоговый коммутатор 6, первьй вход которого является входом устройства, второй

3

вход подключен к выходу дисперсионного анализатора 4 спектра, а выход - к входу АЦП 1, И логические коммутаторы 7-1,...,7-N, первьй вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом АЦП 1, второй вход - с выходом соответствующего цифрового сдвигового регистра, а выход - с входом того же цифрового сдвигового регистра. Устройство содержит также элементы И 8-1,...,8-N, первые входы которых соединены с первыми входами соответствующих логических коммутаторов 7-1,,..,7-N, и преобразователь 9 кода, выходы которого являются цифр вым выходом устройства, а входы соединены с выходами соответствующих элементов И 8-1,...,8-N, причем управляюций вход аналогового коммутатора 6 объединен с управлякнцими входами логических коммутаторов 7-1,...,7-N и вторыми входами элементов И 8-1,...,8-N и подключен к пятому выходу синхронизатора, а тактирующий вход преобразователя 9 код соединен с четвертым выходом синхронизатора 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии первьй вход аналогового коммутатора 6 подключен к его выходу, т.е. исследуемый сигнал поступает на вход АЦП 1, где информация о его форме преобразуется в цифровой код. В исходном состоянии на управлякицие входы логических коммутаторов 7-1,...,7-N и вторые входы элементов И 8-1,.,., 8-N не подается управлякяций сигнал, в результате чего выходы АЦП 1 оказываются подключенными к входам соответствующих цифровых сдвиговых регистров 2-1,...,2-N. Такое исходное состояние сохраняется в течение всего цикла аналого-цифрового преобразования и записи цифровой информации в сдвиговые регистры 2-1,..,,2-N. Преобразование и запись информации производится с частотой, определяемой в соответствии с теоремой Котельникова.

После того, как информация о входнсм сигнале оказьшается записанной в память устройства (т.е. по все ячейки цифровых регистров 2-1,...,2-N записаны числа), происходит циклическое считывание ин660084

формации о записанном сигнале из регистров. В этом режиме работы устройства на четвертом выходе синхронизатора появляется управляе ющий сигнал, в результате чего через второй вход аналогового коммутатора 6 выход дисперсионного анализатора 4 оказьшается соединенным с входом АЦП 1. Кроме того, через to вторые входа. логических коммутаторов 7-l,...,7-N выход каждого из регистров 2-1,...,2-N оказьшается -подключенным к собственному вькоду, а информация с выходов АЦП 1 постуf5 пает через открытые элементы И

8-1,...,8-N на соответствующие входы преобразователя 9 кода.

На тактирующие входы цифровых сдвиговых регистров 2-1,...,2-N поступают импульсы, следующие со значительно более высокой частотой, чем при записи информации о входном сигнале. В результате этого на выходе цифро-аналогового преобразователя 3 появляется сжатая во времени копия входного сигнала, которая по длительности и ширине спектра согласована с параметрами дисперсионного анализатора 4 спектра. По-

Q скольку быстродействие АЦП недостаточно для обработки за один цикл выходного сигнала дисперсионного анализатора 4, преобразование инфо1Н4ации о спектре производится в несколько циклов. Если, например, быстродействие АЦП оказывается в четьфе раза ниже, чем требуется для обработки сигнала с выхода дисперсионного анализатора 4, количество таких циклов (п) следует положить равньм четырем. Тогда в первом цикле водится кодирование следующих выборок из выходного сигнала анализатора 4: 1,5,9,...,(К-3); во втором

цикле: 2,6,10,...(К-2); в третьем цикле: 3,7,11,.,.,(К-1); в четвертом цикле: 4,8,12,...,К, где К количество выборок (отсчетов) выходного сигнала дисперсионного аналиэад тора, определяемых в соответствии с теоремой Котельникова. Таким образом, необходимое время преобразования информации об с1МШ1итуде каждой выборки увеличивается в приведенном примере в 4 раза.

После окончания четвертого цикла в памяти преобразователя 9 крда оказывается записанной информация

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содержащее аналого- цифровой преобразователь, цифровые сдвиговые регистры, цифроаналоговый преобразователь, соответствующие .входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и синхронизатор, первый выход которого соединен с управляюЕцим входом аналого-цифрового преобразователя, второй т с тактир пощими входами цифровых сдвиговых регистров, а третий - с синхронизируюв йм входом дисперсионного анализатора спектра, отличающееся . тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, в него введены аналоговьй коммутатор, логические коммутаторы и элементы И по числу цифровых сдвиговых регистров, а также преобразователь кода, выходы которого соединены с цифровым выходом устройства, входы соединены с выходами соответствующих элементов И, а тактирующий вход соединен с четвертым выходом синхронизатора, причем первьй вход аналогового коммутатора соединен с входом ycTpcrflства, его управляющий вход соединен с управляющими входами логических коммутаторов, вторыми входами элементов И и пятьм выходом синхронизатора, второй вход аналогового S . коммутатора подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя, первые входы лог1Гческих коммутаторов соединены с соответствующими выходами аналогоцифрового преобразователя, их вторые входы - с выход(ж соответствующего цифрового сдвигового регистра, а Од выходы - с входом того же цифрового О сдвигового регистра, при этом первые входы элементов И .соединены с лервьми входами соответствуюцих ло00 гических коммутаторов.