Анализатор спектра Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54). АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к специализированньм средствам измерительной техники, предназначенным для исследований спектральных и временных свойств случайных электрических сигналов , характеризующих, например, биологические структуры в медицинских экспериментах или технические объекты в npoNSJiimeHHOcTH. Известны анализаторы, содержание квантователь, широтно-импульсный преобразователь, регистр сдвига, умножитель, накопитель, коммутаторы, регистр опроса, делитель частоты и генератор тактовых импульсов 111. Их недостатком является сложность анализа, связанная с избыточностью узлов анализатора и с необходимостью обеспечения условий сопряжения с дру гими анализаторами при вычислении других интегральных функций. Цель изобретения - упрощение ана лиза. Поставленная цель достигается те что в анализатор спектра, содержащи входной блок, состоящий из последов тельно соединенных квантователя и . широтно-импульсного преобразователя выход которого через регистр сдвига подключен ко входам умножителя, сос тоящего из N ключей, два коммутатора, связанных между собой через накопитель, регистр опроса, выходы которого соединены с управляющими входами первого коммутатора, а вход подключен к выходу делителя частоты, другой выход которого соединен с входным блоксял, а вход подключен к выха ду генератора тактовых импульсов, дополнительно введены во входной блок ключ и интегратор, в умножитель -N/4 входных ключей, а также весовые резисторы, инвертсч и два регистра опроса, входы которых подключены к соответствукнцим выходам делителя частоты, причем выходы второго регистра опроса соединеиа с управляющилш входа1 01 KONBviyTaTOpa, один выход третьего регистра опроса соединен с управляющим входом инвертора, а его другие выходы подключены к управляющим входам вторых ключей умножителя, при этом выходы вторых ключей умножителя через весовые резисторы подключены ко входу инвертора, выход которого подключен к одним входам второго коммутатора, а к его другим входам подключены выходал первых ключей умножителя, входы первых и вторых ключей объединены и подключены к выходу интегратора, соединенного одновременно через введенный ключ со входом квантователя, выход которого соединен со входом интегратора. .

На фиг. 1 представлена структурна схема анализатора-, на фиг. 2 - временная диаграм14а, илладстрирующая формирование ряда частот базисной функции и процедуру преобразования Фурье сигнала.

Анализатор содержит входной блок ( устройство ) 1, состоящий из квантователя 2, широтно-импульсного преобразователя 3, интегратора 4 и ключа 5, регистр 6 сдвига, умножитель 7, состоящий иэ первых-ключей 8, вторых ключей 9-1-9-Ц41-1 и весовых резисторов 10-l-10- V4 l,инвертор 11, второй коммутатор 12 с ключами 13-l-13-fV4-l накопитель 14, первый коммутатор 15, генератор 16 тактовых импульсов, делитель .17 частоты, первый 18, второй 19 и третий 20 регистры опроса.

Анализатор работает следующим образом.

Процедура вычисления осуществляется в соответствии с алгоритмом Стилтеса,при котором входной сигнал в одном канале анализатора подвергается дельта-модуляции, затем сигма-модуля ции (по щирине импульса), а в другом канале является непрерывным.

Электрический сигнал подается на входное устройство 1 / в одном канале которого подвергается дискретизации (непосредственно дельта-модуляции) и преобразованию дискреты определенной амплитуды в импульс соответствующей ширины в канале квантователь 2 - преобразователь 3 (аналог-ширина импульса), а в другом канале сигнал через замкнутый в этом режиме ключ 5 проходит на входы йсех ключевых умножителей 7, к которым подключены информационные входы первых ключей 8. В это момент времени широтномодулированный импульс, поступая на вход регистра 6 сдвига, с помощью тактовых импульсов от генератора 16 продвигается по нему, одновременно поступая через соответствующие выходы 0,1,2,..., N-1 на управляющие входы ключей 8 и замыкает их на этот интервал времени ( Д Т-( - от выборки х/1 Лt} 4Т2от /2 -.At, и т.д.). В течение каждого такого интервала времени на выходах ключей 8 фор щруются произведения, поступакщие на входы накопителя 14, формируя, соо1ветствукяцие ординаты корреляционной функции.

Для вывода полученной информации на регистрир.укядие устройства с выход делителя 17 часготы на вход регистра 1В опроса поступает импульс, который продвигается по нему, одновременно поступая с соответствующих выходов н управляющие входы определенных ключей коммутатора 15, благодаря чему через эти ключи считывается информация, полученная в 0,1,2,..., N-1 ячейках накопителя 14.

Вычислительная процедура представляет собой последовательность математических операций, составляющих дискретное преобразование Фурье ( ДПФ ) при помощи которого производится вычисление спектра сигнала за М циклов т.е. один цикл преобразований для каждой из 1 выборок входного сигнала (фиг.2,а).

В исходном состоянии ключ 5 разомкнут; в управляемом инверторе 11 устанавливается коэффициент передачи +1 (фиг.2,б); с первого выхода делителя 17 частоты формируется начальная частота повторения импульсов F- из ряда частот Fi для управления регистром 20 опроса, а с другого выхода делителя 17 частоты на регистр 19 опроса эта частота F подается постоянно.

1 цикл. На вход анализатора подается случайный сигнал x/t/, и по команде от генератора 16 тактовых импульсов через третий выход делителя 17 частоты производится управление квантователем 2. Полученная первая выборка x/1dt/ подается на интегратор 4, запоминается в нем (до получения следующей выборки x/2At/) и задает потенциал этого уровня на входной шине, к которой подключены входы всех вторых ключей 9 умножителя 7.

На входы регистров 19 и 20 опроса одновременно подаются управляющие импульсы с первого и второго выходов делителя 17 частоты, с нуль-выходов этих регистров импульсы поступают на управляющие входы ключа 9-1 и ключа 13-1 коммутатора 12, При этом потенциал, собтветствукедий значению выборки x/l-ut/, через ключ 9-1 подключается к весовому резистору 10-1, после которого, уменьшенный на определенную величину, подается через инвертор 11 и ключ 13-1 в ячейку О накопителя 14. При продвижении импульсов опроса в регистре 19 и в регистре 25 они поочередно считывают потенциал с входной шины через ключи 9-1, 9-2,..., 9-N/4-1 на соответствующие резисторы 10-1, 10-2,..., с которых они подаются на последовательно соединенные инвертор 11, соответствующие ключи 13-1, 13-2,..,, 13-N/4-1 и входы ячеек 1,2,.. .,N/4 -1 накопителя 14. В этот момент импульс опроса c(N/4-l) -го выхода регистра 20 поступает на управляющий вход управляемого инвертора 11 и изменяет знак коэффициента передачи с +1 на -1 ( фиг.2,б), Продвигаясь в регистре опроса 20 импульс поступает далее на выходы N/4, N/4+1,..., N/2-2, благодаря чему последовательно замыкаются ключи 9, подключенные к резисторам lO-N/4-1, 10-N/4-2,...,10-l, фор мируя произведения выборки х/1-ut / на косинусоиду отрьцательной полуволны. В эти моменты времени дельтаимпульс с выходов регистра 19 опроса последовательно открывает ключи 13 коммутатора 12/. и .сигналы с выход управляемого инвертора 11 распределяются в соответствующие ячейки нако пителя 14. Таким образом, после записи в (М-1)-ую ячейку накопителя 14i в нем фиксируется произведение выборки х/1-At/ на один период косинус-функции начальной частоты f. 2цикл. Предварительно производит ся сброс напряжения с интегратора 4. На выходе делителя 17 частоты, соеди ненного со входе регистра 20 опроса формируется частота импульсов 2F, , а в управляемом инверторе 11 вновь устанавливается коэффициент передачи Аналогично перво «гу циклу по коман де от генератора 16 тактовых импульсов производится срабатывание кванто вателя 2 и выборка x/2-At/ поступает на запоминание в интегратор 4. Продвигаясь в регистре 20 опроса с частотой 2F , дельта-импульс опроса пос ледовательно открывеГет ключи 9 от но мера О до N/4-1 и вновь до 0. Так как в это время дельта-импульс опрос в регистре 19 продвигается с частото Р (как и в первом цикле), ключи 13, открываясь на короткое время, пропус кают в ячейки накопителя сигналы тол ко с четных номеров ключа 9, которые распределяются в те же ячейки 0,1,2,3,..., N-1 накопителя 14. Благ даря различию частот управления регистрами 20 и 19 в накопитель поступает произведение.выборки x/2«flt/ на косинус-функцию удвоенной начальной частоты 2f (фиг,.2 ,в) . 3цикл. Преобразования сигнала производятся аналогичным образом, но на управляющий вход регистра 20 опроса подаются импульсы с частотой ЗР. Вследствие этого в накопитель поступают произведения выборки x/3-6t/ на косинус-функцию частоты 3fo(фиг.2,г). i-М цикл. С регистра 20 дельтаимпульс частоты И Р-) опрашивает ключи 9, а с регистра 19 опроса дельтаимпульс опроса открывает ключи 13 с частотой Р, вследствие чего на выходы коммутатора 12 поступает сигнал эквивалентный произведению выборки х/М. 4t / на косинус-функцию частоты М fo(фиг.2,д}. Таким образом, после вычислительнйй процедуры из М циклов преобразований сигнала в накопителе 14 образуется сумма, состоящая из частичных произведений, полученных в каждом цикле (фиг.2, а-д), и характеризующая спектр случайного сигнала. Формула -изобретения Анализатор спектра, содержащий входной блок, состоящий из последовательно соединенных квантователя и широтно-импульсного преобразователя, выход которого через регистр сдвига подключен ко входам умножителя, состоящего из N ключей, два коммутатора, связанных между собой через накопитель, регистр.опроса, выходы которого соединены с управляющими входами первого коммутатора, а вход подключен к выходу делителя частоты, другой выход которого соединен с входным блоком, а вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, отличающи.йся тем, что, с целью упрощения анализа, в него дополнительно введены во входной блок ключ и интегратор, в умножитель N/4 входных ключей, а также весовые резисторы, инвертор и два регистра опроса, входы которых подключены к соответствующим выходам делителя частоты , причем вьсходы. второго регистра опроса соединены с управляющими входами второго коммутатора, один выход третьего регистра опроса соединен с управляющим входом инвертора, а его другие выходы подключены к управляющим входам вторых ключей умножителя, при этом выходы вторых ключей умножителя через весовые резисторы подключены ко входу инвертора, выход которого подключен к одним входам второго коммутатора, а к его другим входам подключены выходы первых ключей умножителя, входы первых и вторых ключей объединены и подключены к. выходу интегратора, соединенного одновременно через введенный ключ со вход см квантователя, выход которого соединен со входом интегратора. Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1. Анализатор СТ-200. Франция, проспект фирмы SAIP 1976.

Дд

1%г)

tlfltl..,,

/J

г

агиев .,

)

;

ли

imw

«--« @,s @