Дискретно-аналоговый анализатор ортогональных составляющих спектра электрических сигналов Советский патент 1977 года по МПК G01R23/16 

Цель достигается тем, что в дискретно-аналоговом анализаторе ортогональных составляющих спектра эпектрическЮс сигналов, содержащем последовательно соединенны генератор импульсов и устройство выборки мгновенных значений сигнала, вьтолненное в виде сдвигового регистра с ключами для четных и нечетных частот, подключенными к резисторам взвешивающих сумматоров в синусном н косинусном каналах, а также блоки изменения знака, со€дине1шые с сигнальными входами ключей устройства выборки мгаовенных значений сигнала, причем блоки изменения знака в синусном и косинусном каналах содержат инвертиругоодае усилители, между выходами регистра и уиравляюшрми входами ключей включены развязываюище элементы; прк этом выходы первой четверти длины регистра подключены к управляющим входам ключей через первые входы развязьшающих элементов, выходы второй, третьей и четвертой четвертей длины регистра подключены к управляющим входам тех же ключей соответственно через вторые, третьи и четвертые входы развязьшающйх элементов, а входы блоков изменения знака подключены к сдвиговому регистру, развязьпвающне элементы вьшолнены в виде логических элементов ИЛИ .

В блок изменешш знака косинусного канала введены триггер и два ключа; вход и выход инвертирующего усилителя блока изменения знака соединены с сигнальны1ин входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу триггера, входы которого подключены к первым выходам второй и четвертой четвертей длины регистра, а в блок измене1вдя знака жнусного канала введены два триггера, два элемента ИЛИ , две пары ключей; вход и выход инвертирующего усилителя блока изменения знака соединены с сигнальными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходам двух триггеров, причем входы одного из них подключены к первым выходам первой и .третьей четвертей длины регастра, а входы второго триггера через элементы ШП1 - к nepBbiM выходам первой и третьей, второй и четвертой четвертей длины регистра.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства.

Анализатор содержит устройство выборки мгновенных значений сигнала 1, в которое входят сдвиговьш регистр 2, две группы ключей 3 и 4 соответственно для четных и нечетных частот в косинусном канале и две группы ключей 5 и 6 соответственно для четных и нечетных частот в синусном канале, группу развязывающих элементов 7 типа четьфехвходовых логических элементов ИЛИ в синусном и группу развязывающих четырехвходовых логических элементов 8 типа ИЛИ в косинусном каналах, блок изменения знака 9 в косинусном канале, состоящий из триггера iO, ключей И, 12 и инвертирующего усилителя 13 с единичным коэффициентом передачи, блок изменения

элака 14 в синусном канале, состоящий из триггера 15, ключей 16, 17, двухвходовьпс элементов ИЛИ 18 и 19, триггера 20, ключей 21,22 и инвертирующего усилителя 23 с единичным коэффициентом передачи. Анализатор спектра содержит также группы сумматоров 24, 25 и 26, 27 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах и генератор импульсов 28, управляющий работой регистра сдвига.

Отсчеты коэффициентов Фурье для укороченHOf о до Т/4 интервала преобразования совпадают по модулю и отличаются только знаками. Поэтому для работы анализатора спектра используются значения весовыХ коэффип ентов только одной четверти интервала преобразования ( ) с соответствующим изменением знака входного сигнала.

Исследуемый сигнал поступает на усилители шгеертрры в синусном и косинусном каналах. В (ечение первой четверти интервала преобразования первьш по порядковому номеру импульс (соответствующий К-0) с регистра 2 поступает на один из входов триггера 15 блока изменения знака 14 синусного канала и с прямого выхода триггера 15 - ; на ключ 17, открьюая его на время 0-- .

Исследуемый сигнал с усилителя 23 через открытьш ключ 17 поступает на сигнальные входы ключей группы 6 для нечетных частот синусного канала. Инверсньш выход триггера 15 закрывает ключ 16, запреишя прохождение сигнала положительной полярности с усилителя 23 на сигнальные входы ключей группы 6.

Первый импульс первой четверти регистра 3 поступает также на первый вход первого по порядковому номеру четырехвходового логического элемента ИЛИ 29 группы 7 и с его выхода - на управляющие входы ключей 30 и 31, открывая их : на время At.

Исследуемый сигнал с ключа 17 через открытый ключ 30 в виде выборочного отсчета проходит на вход весовых резисторов сумматоров группы 25 для нечетных частот синусного канала (например, на вход весового резистора 32 сумматора 33). Этот же импульс с регистра 2 через один из входов развязьтающего элемента ИЛИ 19 блока 14 проходит на триггер 20 и с его прямого выхода - на ключ 22, открывая последний на время О- .

Сигнал с усилителя 23 через открытый ключ 22 проходит на сигнальные входы ключей группы 5 и через открытый ключ 31 - на весовые резисторы сумматоров группы 24 синусного канала (например, на вход весового резистора 34 сумматора 35) Инверсньш выход триггера 20 по/шерживает в закрытом состоянии на время 0- ключ 21, и сигнал положительной полярности не прохоцит на сигнальные входы ключей гр}а1пы 5.

Первый импульс регастра 2 через ))й вход первого по порядковому номеру че1ыри-хвх(,иювого элемента ИЛИ 36 грутшы 8 в косинусном канале поступает на управляюци входы клк)Ч .;и 37, 38 и открывает их. Исследуемый сишил n;i;i чогных частот в косинусном канале поступает прямо на сигнальные входы ключей группы 3, и через открытый ключ 37 и виде отсчета сигнала - на весовые резисторы сумматоров группы 26 для четных частот (например, на вход весового резистора 39 сумматора 40). Для нечетных частот косинусного канала исследуемый сигнал в первой четверти интервала преобразования через открытый ключ 11 проходит на сигнальные входы ключей группы 4, Ключ 11 открыт лотому, что потенвдал на инверсном выходе триггера 10 соответствует уровню логической единице (поскольку на управляющие входы триггера 10 не поступает импульс с первой четверти регастра 2), а потенциал на прямом выходе соответствует уровню логического нуля. Следовательно, ключ 11 открыт, а ключ 2 - закрыт на интервале О- . Сигнал положительной полярности с усилителя П проходит на вход ключей группы 4 для нечетных частот f и через открытый ключ 38 поступает на весовые резисторы сумматоров грзппы 27 для нечётных частот (например на вход весового резистора 4} сумматора 42). Второй, третий и все последующие импульсы с выхода первой четверти дшшы регистра ксаользуются как импульсы даскретизаида для взятия очередных по порядковым номерам выборочш х отсчетов исследуемого сигнала как в синусном, так и в косинусном каналах. Последний из серии импульсов первой четверти длины регистра (соответствующий номеру ) «рез первые логаческие входы последних элементов ИЛИ 43,44 в группах 7 и 8 проходат на управляншще входы последних ключей 45, 46 и 47,48 в группах 5,6 и 3,4 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах. Выборочные значения сигнала для -1 поступают через открытые ключи 45, 46 и 47, 48 на весовые резисторы сумматоров групп 24 и 25 (например, на весовой резистор 49 сумматора 35 и на резистор 50 сумматора 33), а также на весовые резисторы сумматоров групп 26 и 27 (например, на pejHC- тор 51 сумматора 40 и на резистор 52 сумматора 42.) На этом заканчивается первый четвертьволновой цикл паботы анализатора. Таким образом, с приходом импульсов регистра сдвига на управляющие входы ключей устройства вы борки отсчеты сигнала распределяются на весовые резисторы групп сумматоров 24, 25, 26 и 27 соотве гственно в синусном и косинусном каналах, причем знак весовых коэффиалентов для каждого момента времени олределяется номером безразмерной частоты временным ее отсчетом и учитывается для интервала преобраэоиаиия О- - полярносгью входного сигнала и подключением весовых резисторов соответственно к инвертирующему или неинвертирующему входу опсраЕщоииых усилигелсй суммато|д)в. Полярность входного сигнала «адае гея 6;ioKaN-iM изменения ;1иака и для нечетных и четных частот синусного канала остается отринательной на интервале О- X. Для нечетных частот Косинусного канала полярность входного сигнала положительная на интервале 0--J , а для четных частот-полярность входного сигнала остается положительной для всего интервала преобразования, поскольку косинусная волна для четных частот симметрична относительно четвертьволновых точек. Знак косинусных весовых коэффивдентов для четных частот учитьшается только подключением весовых резисторов к инвертирующему или неинвертнрующему входу операционных усилителей сумматоров. Для частоты 2гц знак KooiHycHbrx коэффициентов изменяется на интфвале О- от 1.... переход через нуль ... до -1. На интервале - значения весовых коэффициентов остаются те же, их знак изменяется. Следовательно, для четных частот в косинусном канале на интервале -| на сигнальные входы коммутируемых ключей группы 3 поступает сигнал положительной полярности, как к на интервале О- - , а последовательность подключения весовых резисторов сумматоров к ключам устройства выборки изменяется. Первый по порядковому номеру выходной импульс второй четверти длины регистра (соответствующий ) поступает на триггер 10 блока 9 и опрокидывает его, в результате на его прямом выходе появляется импульс, соответствующий уровню логической единицы, а на инверсном выходе - уровню ло1Т1ческого нудя. При этом ключ 12 открывается, а ключ 11 закрывается. На сигнальные входы ключей группы 4 (для нечетных частот косинусного канала) с усилителя 13 поступает сигнал отрицательной полярности, что совпадает с полярностью импульса триггера 10 блока «зменения знака 9. В синусном канале полярность входного сигнала для нечетных частот на интервале остается такой же, как и для интервала О-J , а для четных частот первьш импульс второй четверти длины регистра (для К) через первьш вход элемента ИЛИ 18 подводится к триггеру 20 и опрокидьгаает его. На прямом выходе триггера 20 появляется импульс, соответствующий уровню логического нуля, на инверсном выходе - уровню логической единицы. Ключ 22 закрывается, а ключ 21 открывается, и сигнал положительной полярности с усилителя 23 поступает на сигнальные входы ключей группы 5 для четных частот С1шусного канала. Первый, второй и все последующие до (-у -1) и тульсы с выхода второй четверги длины регистра используются как импульсы дискретизации для выборочных отсчетов исследуемого сигнала как в синусном, так и в косигусном каналах, и на интервале S - X через вторые логические входы четырехвходовых эдементов ИЛИ 53 в группе 7 н 54 - в фуппе 8, начиная с предпоследних эпеменюв ИЛИ подключаются к управяннхцим входам ключей

групп 5,6 и 3,4 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах в направлении, аротиводоложном подключению выходов регистра первой четверти его длины. Последний из серии импульсов второй четверти длины регистра (соответствующий номеру К - -1) через вторые логические входы элементов ИЛИ 29 и 36 в группах 7 и 8 подключен к управляющим входам первых ключей 31, 30 и 37, 38 в группах 5,6 и 3,4 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах. Выборочные значения сигнала (для ) поступают через открытые ключи 31, 30 и 37, 38 на весовые резисторы сумматоров групп 24, 25 и 26, 27 (например, на резистор 34 сумматора 35 и на резистор 32 сумматора 33 в синусном канале, а также на резистор 39 сумматора 40 и на резистор 41 сумматора 42). На этом заканчиваются преобразования сигнала на интервале г у . на выходах сумматоров дискретно-аналогового анализатора спектра в конце второй четверти интервала преобразования накапливается результат, пропорциональный результату двух частных сумм, представляющий собой текущий спектр для интервала анализа

0-1Первый по порядковому номеру импульс

третьей четверги длины регистра (соответству1ощий К V ) подводится к противоположному входу триггера 15 блока 14 в синусном канале и опрокидывает его. При этом ключ 17 закрывается, а потенциал, соответствующий уровню логической единицы на инверсном выходе триггера 15, открывает 1КЛЮЧ 16, и на сигнальные входы ключей группы 6 для нечетных частот в синусном канале подводится сигнал положительнойполярности с усилителя 23. Этот же импульс, поступающий со сдвигового регистра (для К -j ) через второй логический вход элемента ИЛИ 19 блока 14 опрокидывает триггер 20. Потенциал, соответствующий уровню логической единицы, с его прямого выхода открывает ключ 22, а потенциал инверсного выхода закрывает ключ 21. С усилителя 23 на сигнальные входы ключей группы 5 (для четных частот синусного канала) подводится сигнал отрицательнрй полярности. Первьш,

второй и все последующие выходы третьей четверти

Т Ят длины, регистра на интервале у j через третьи

логические входы четьфехвходовых элементов ИЛИ, начиная со второго логического элемента ИЛИ 55 в группе 7 и 56 в группе 8, подключаются к управляющим входам ключей грзтш Ь,Ь и 3,4 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах в направлении, совпадающем с подключением выходов регистра первой четверти его длины. Последний из серии импульсов третьей четверти длины регистра (соответствующий номеру ) через третьи логическ входы элементов ИЛИ 43 в фуппе 8 подключен к управляющим входам последних ключей 45,46 и 47,48 соответственно для четных и нечетных частот в синусном и косинусном каналах. Ключи 45, 46 и 47,

48 распределяют отсчет сигнала по соответствующим весовым резисторам сумматоров в группах 24, 25, 26 и 27. На этом заканчиваются преобразования исследуемого сигнала на интервале -

Первый по поряД1совому номеру импульс четвертой четверти длины регистра (соответствующий К) Хподводится через второй вход элемента ИЛИ 18 блока изменения знака 14 на противоположный триггера 20 и опрокидывает его. Потенциал с его инверсного выхода, соответствующий уровню логической единищ 1, открывает ключ 21, а потенциал с прямого выхода, соответствующий уровню логического нуля, закрывает ключ 22. На сигнальные входы ключей группы 5 для четных «iacTOT синусного канала подводится сигнал положительной полярности с усилителя 23. Этот же импульс подводится на противоположный вход триггера 10 блока изменения знака 9 и опрокидьшает его. Потенциал с прямого выхода триггера 10, соответствующий уровню логического нуля, закрывает ключ 12, а потенциал с инверсного выхода, соответствующий уровню логической единицы, открывает ключ 11, и на сигнальные входы ключей фуппы 4 нечетных частот косинусного канала подводится сигнал положительной полярности с усилителя 13, что условно совпадает с полярностью импульса прямого выхода триггера 10.

Первый, второй и все последующие выходы четвертой четверти длины регистра на интервале -Т через четвертые логические входы элементов ИЛИ, начиная с предпоследних логических элементов ИЛИ 53 Б группе 7 и 54 в группе 8, подключаются к управляющим входам Kjno4eA групп 5,6 и 3,4 соответственно для четных и {ечетных частот в синусном и косинусном каналах в направлении, совпадающем с подключением выходов регистра второй четверти его длины. На этом заканшваются преобразования сигнала на интервале тЛ-Т Спектр на выходе сумматоров пропорционален сумме текущих спектров всех четьфех частотных сумм.

Таким образом, для определения комплексного текущего спектра на интервале 0-Т используются весовые резисторы сумматоров, выбранные для одного четвертьволнового интервала преобразования. При этом в четыре раза уменьшается количество коммутируемых ключей устройства выборки мгновенных значений сигнала и количество весовых резисторов сумматоров, т.е. устраняется избыточность алгоритма дискретного преобразования Фурье.

Формула изобретения

Дискретно-аналоговый анализатор ортогональных составляющих спектра электрических

содержащий последовательно соединенные генератор импульсов и устройство выборки мгновенных значений сигнала, выполненное в виде сдвигового регистра с ключами для четных и нсчепгых частот, подключенными к резисторам пзисшниашg5щих сумматоров в синусном и косинусном каналах, а также, блоки изменения знака, соединенные с шгнальными входаАШ клкней устройства выборки мгновенных значений сигнала, причем блоки изменения знака в синусном и косинусном каналах содержат инвертирующие усилители, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, между выходами регастра и управляющими входами ключей вкл19чены развязьшающие элементы, при этом выходы первой четверти длины регистра подключен ы к управляющим входам ключей через первые входы развязывающих элементов, выходы второй, третьей и четвертой четвертей длины регистра подключены к управляющим входам тех же ключейсоответственно через вторые, третьи и четвер- . ...тые входы развязьтающих элементов, а входы блоков изменения знака подключены к сдвиговому регистру. 2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что развязьшающие элементы вьшолнены в виде логических элементов ИЛИ . 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что в блок изменения знака косинусного канала введены триггер и два ключа, при этом вход и вьЬ(од инвертирующего усилителя блока изменения знака соединены с сигнальными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу триггерах входы которого подключены к первым выходам втфой и четвертой четвертей Д1шны регистра. 4.Устрс йство по П.1, отличающееся тем, что в блок изменения знака синусного канала введены два триггера, два элемента ИЛИ, две пары ключей, при этом вход и выход инвертирующего усилителя блока изменения знака соединены с сигнальными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходам двух триггеров, причем входы одного из них подключены к первым выходам первой и третьей четвертей длины регистра, а входы второго триггера через элементы ИЛИ - к первым выходам первой и третьей, второй и четвертой четвертей длины регистра.