Дискретно-аналоговый анализатор спектра Советский патент 1980 года по МПК G06F17/10 G01R23/00 

Изобретение относится к специали зированным средствам аналоговой вычислительной техники, предназначенным для спектрального анализа широкополосных детерминированных и случайных сигналов. Известен спектральный анализатор содержащий сдвигающий регистр, блок умножения, усреднения, генераторы гармонических сигналов, компараторы селекторы счетчика 1. Однако устройство характеризуетс сложностью и разнородностью аппаратуры. 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, выходы ясеек последней матрицы являются-выходами анализатора 2 . Такое устройство обладает большо сложностью и низкой точностью. Так они содержат по N квантователей, N ячеек памяти и N п аналоговых вычислительных ячеек, где N - число одновременно обрабатываемых отсчетов анализируемого сигнала, п - 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 Nut, где Аt - интервал дискретизации. Цель изобретения - повыаение точности и упрощение анализатора. Для достижения поставленной цели в устройство введен формирователь серий тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход - с управляюtuHM входом (Квантователя, а другие выходы подкЗточены к управляющим входам дискретно-аналоговых вычислительных йчеек соответствующих матриц, число ячеек в первой матрице равно основанию первой итерации быстрого преобразования Фурье (БПФ), при этом в кгикдой из последующих матриц вычислительные ячейки объединены в группы, число ячеек в группе равно реал зуемому в этой матрице основанию быстрого преобразования Фурье, а число групп равно числу ячеек предыдущей матрицы, информационные вхо ды всех ячеек, входящих в одну груп пу объединены и соединены с выходом соответствующей ячейки предыдущей матрицы. 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 под ключены между выходом соответствующе го дифференциального сумматора и суммирующей точкой его инвертирующего входа, а третий и четвертый подкл чены между суммирующей точкой неинвертирующего входа и нулевой шиной, На фиг. 1 представлена блок-схема дискретно-аналогового анализатора спектра комплексных сигналов; на фиг. 2 - схема типовой дискретно-ана логовой вычислительной ячейки, используемой во всех матрицах, кроме последней; на фиг. 3 - схема типовой лискретно-аналоговой вычислительной ячейки, используемой в последней матрице. 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. Дискретно-аналоговая вычислительная, ячейка, иЬпользуемая во всех матрицах, креме последней, представл ет собой комплексное взвешивающее устройство, коэффициент комплексного взвешивания-которого изменяется в соответствии с управляющими импульса ми T-i ,i€l,n-l . Ячейка 7 содержит 1 оммутатор 9, два дифференциальных сумматора 10 с симметрирующими речи торами 11 (и ) и резисторами обратной связи 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,; . Сложность используемых дискретноаналоговых вычислительных ячеек не превышает сложности соответствующих аналоговых вычислительных ячеек известного устройства, а их число равноеM ,r-r.... П г, 2 к«( гораздо меньше числа ячеек известного устройства, равного nN. Например в случае r,r...r, , число ячеек в . раз меньше числа ячеек известного устройства. В случае проектирования дискретно-аналогового анализатора для анализа тольк6 действительных входных сигналов использование свойств комплексной сопряженности позволяет уменьшить число ячеек в два раза. Дискретно-аналоговый анализатор спектра работает следующим образом. 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 Ь 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 Т , Т2 , . , ., Tf, с формирователя 3 подаются на вычислительные ячейки соответствующих матриц, осуществляя управление комплексным взвешиванием каждой выборки сигнала в соответствии с грифом ВПФ 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 показаНИИ по сигналу импульса Т . Формула изобретения 1. Дискретно-аналоговый анализатор спектра, содержащий генератор импульсов, квантователь, вход которохО 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, выходы ячеек последней матрицы являются выходами анализатора, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности и упрощения анализатора, в дискретно-аналоговый анализатор спектра введен формирователь серий тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход - с управляющи входом квантователя, а другие выходы подключены к управляющим входам дискретно-аналоговых вычислительных ячеек соответствующих матриц, число ячеек и первой матрице равно основанию первой итерации быстрого преобразования Фурье, при этом в каждой из последующих матриц вычислительные ячейки, объединены в группы, число ячеек в группе равно реализуемому в этой матрице.основанию итерации 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 ячейк.и предыдущей матрицы.

2, Устройство по П.1, отличающееся тем, что дискретноаналоговые вычислительные ячейки всех матриц, содержат два дифференциальных сумматора с симметрирующим резисторами и звеньями обратной связи и коммутатор, первый и второй вхды которого являются информационными входами дискретно-аналоговой 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 дискретноаналоговой вычислительной ячейки,

0 причем число, величина и место подключения входных резисторов каждого дифференциального сумматора, определяются грифом быстрого преобразования Фурье.

5

3. Устройство по ПП.1, 2, отличающееся тем, что,в дискретноаналоговых вычислительных ячейках всех матриц, кроме последней, в качестве звеньев обратной связи приме0нены резисторы, а в ячейках последней матрицы применены конденсаторы с параллельно подключенными разрядниками, первый и второй подключены между выходом соответствующего диф5 ференцисшьного сумматора и суммирующей точкой его инвертирующего входа, ,а третий и четвертый подключены между суммирующей точкой неинвёр.тируюмего входа и нулевой шиной.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1. Мирский с.я. Аппаратурное определение характеристик случай1972,

Энергия

ных процессов,

5

с.264.:

2. Авторское свидетельство СССР № 484528, кл. G 01 R 23/00, 1974 (прототип).