Дискретно-аналоговый фурье-преоб-РАзОВАТЕль Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

54) ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть исполь зовано для определения коэффициентов Фурье исследуемого сигналй. Известен Фурье-преобразователь, в котором генерация синусных и косинусных коэффициентов объединяется с умножителями в виде резисторно-перек лючающейся ячейки. В таком устройстве коэффициенты Фурье определяются для всех частот анализа 11. Недостаток этого устройства заклю чается в невысоком динакшческом диапазоне. Известно другое устройство, содер жащее блок выборки мгновенных значений сигнала, суммирующие интеграторы резисторные матрицы (т.е. цифроа.налоговые преобразователи), регистр но мера частоты, сумматор, регистр адреса весового коэффициента, постоянный запоминающий блок-схему управления, позволяющий осуществлять перестройку частоты по заданной программе 121. Недостатком такого устройства является несимметричная нагрузка инверсных входов операционного усилителя, что приводит к смещению его -выходного напряжения (и, как следствие этого,- к уменьшению динамического диапазона устройства по выходу) при отсутствии сигнала на входе. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона. Для достижения указанной цели в дискретно-аналоговый Фурье-преобразователь, содержащий блок выборки мгновенных значений сигнала, управляющий ВХС1Д которого соединен с первым выходом блока управления, последовательно соединенные регистр номера частоты, сумматор, регистр номера весового коэффициента и постоянный запоминающий блок, блок формирования знаков, выход которого соединен с исполнительным регистром знаков, а вхсд-подключен к объединенным выходам регистра номера частоты и регистра номера весового коэффициента, управляющие входы которых соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, два канала преобразования, каиодый из которых состоит из исполнительного регистра модуля синуса или косинуса текущих аргументов, одним входом соединенного с четвертым выходом блока управления, а другим - с одним из выходов постоянного запоминающего

блока, суммирующего интегратора, ;уп 34вляющим входом подключенного к пяToriy выходу блока управления, цифроаналогового преобразователя, одним входом соединенного с выходом регистра модуля текущего аргумента и пары ключей, выходы которых объединены и подключены ко второму входу цифроаналогового преобразователя, в каждый канал преобразования дополнительно введены второй цифроаналоговый преобразователь, вторая пара ключей и два элемента ИЛИ, входы которых подключены к выходам исполнительного регистра знаков, а два выхода кгшдого элемента соединены -с управляющими входами ключей обеих пар, причем оди вход ключа Ксшдой пары подключен к выходу блока выборки мгновенных значений сигнала, а другой вход заземлен, выходы ключей второй пары также объединены и подключены ко входу второго цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом регистра модуля текущего аргумента, а выход соединен с одним из входов суммирующего интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя .

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого Фурьепреобразователя.

Устройство содержит :;егистр 1 номера частоты, сумматор 2, регистр 3 номера весовогокоэффициента, постоянный запоминагадий блок 4 для хранения синусных (косинусных) значений весовых коэффициентов, блок . 5 формирования знаков, исполнительные регистры 6 знаков и модулей синуса и косинуса текущих аргументов 7 и 8 цифроаналоговые преобразователи 9-12, выполненные в виде декодирующих цифроаналоговых управляемых (с помощыб ключей) делителей R- 2R, ключи 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, ключи 19-22, элементы ИЛИ 23 и 24, блок 15 выборки мгновенных значений сигнала, сум шруЮщий инт гратор 26 синусной составляющей преобразовавия Фурье, суммирующий интегратор 27 косинусной составляющей преобразования Фурье и блок 28 управления.

При изменении кода номера частоты С этот код записывается импульсом с ч;етвертого выхода блока 28 управления в регистр 1 номера частоты перед началом обработки нулевого отсчета реализации и сохраняется ло начала обработки нулевого отсчета следующей |)еализации. Перед началом обработки Нулевого (по порядковому номеру безразмерного времени К ) отсчета реализации импульсаьш с выхода блока 28 управления сбрасываются в нуль регистр 3 номера весового коэффициента исполнительные регистры 7 и 8 и суммирующие интеграторы 26 и 27. После

этого содержимое регистра 3 номера весового коэффициента суммируется по модулю N в сумматоре 2 с содержимым регистра 1 номера частоты, в регистре 3 номера весового коэффициента фор1 «1руется полный номер (адрес) весового коэффициента по модулю N, и два старших разряда определяют зна синусных и косинусных весовых коэффициентов .

Результат суммирования следующим импульсом управления, поступающим с пятого выхода блока 28 управления, пзрепйсывается в регистр 3 номера весового коэффициента, по номеру весового коэффициента из постоянного запоминающего блока 4 синусных и косинусных значений весовых коэффициенто вызываются модули синусов и косинусов. Следующим импульсом с третьего выхода блока 28 управления модули весовых коэффициентов и их знаки записываются в исполнительный регистр 7 для модуля синуса и в регистр 3 для модуля косинуса. С этого момента времени начинается обработка К-того отсчета исследуемого сигнала, т.е. код модуля синуса и код модуля косинуса (для фиксированной частоты Р и момента времени К) подается на управлягацие входы ключей цифроаналоговьлх преобразователей 9 и 10 и 11 и 12. Отсчет сигнала f(k), декодированный н.а значение весового коэф21Т

и С05-Н-РЦ

фициента

для момента времени л, подводится к инверсным входам интеграторов 26 и 27.

В зависимости от знака весовых коэффициентов (определяемого двумя старшими разрядами полного номера весового коэффициента) блок 5 формирования знаков формирует признак знака и через исполнительный регистр знков 6 (в виде импульса, равного потенциалу логической единицы, по длительности совпадакяцего .с длительностью интервала дискретизации) подводится на элементы ИЛИ 17, 18, 23 и 24.

При отрицательном значений весового коэффициента (п РК импульс с первого выхода исполнительного регистра знаков б (соответствующий уровню логической единицы) подводится к элементу ИЛИ 17, и на ее прямом выходе появляется тот же импульс, который открывает ключ 14, обеспечивая прохояздение отсчета сигнала f(k), с выхода блока выборки мгновенного значения сигнала 25 на вход цифроана- логового преобразователя 11, где происходит его декодирование (взвешива11L

ние) по закону f(k) sin4r- РКи на-N

копление в интеграторе 26.

В то же самое время на инверсном входе элемента ИЛИ 17 потенциал логического нуля, следовательно, ключ 13 закрыт. Для обеспечения симметрии инверсных входов операционного усилите ля интегратора 26 относительно общей точки устройства необходимо выполнят для каждого момента времени к(КБ O,N-i) равенство проводимоетей относительно общей точки, т.е. нагрузить и неинвертирующий вход интегратора 26 (для момента времени К, когда отсчет сигнала f(k) подается на инвертирующий вход операционного усилителя интегра тора 26) на такой же коэффициент передачи . Для этой цели служит второй цифроаналоговый преобразователь 12 f и при отрицат-ельном значении коэффициентабГн РК на вход элемента ..ИЛИ 18 с выхода исполнительногр регистра 6.знаков не поступает управляющий импульс (подается потенциал, равный логическому нулю, следовательно, на инверсном выходе элемента ИЛИ 18 присутствует потенциал логической единицы, открыт ключ 15 и закрыт ключ 16. При этом неинвертирующий вход интегратора 26 через соп ротивление дифроаналогового преобра зователя 12 (равное для момента врем ни к вели-чине 1М РК )и прямое сопротивление ключа 15 (равное 50-100 о включается на общую точку устройства При положительном Знаке коэффициента Ып РК импульс со второго выхода регистра 6 подается на вход эле мента ИЛИ 18, и на ее прямом выходе присутствует импульс логической единицы, при этом открыт ключ 16, обеспечивая прохождение отсчета сигнала f(k) через цифроаналоговый преоб-разователь 12 на инвертирующий вход интегратора 26. На инверсном выходе элемента ИЛИ 18 при присутствует потенциал логического нуля, ключ 15 закрыт. Для обеспечения сим-метрии по нагрузке инверсных входов интегратора 26 для этого же момента времени К на вход элемента ИЛИ 17 управляющий импульс не подается с выхода- регистра 6, поэтому на инверсном выходе элемента ИЛИ 17 присутствует потенциал логической единицы, открыт ключ 13 что обеспечивает включение цифроаналогового преобразователя 11 на общую точку устройства, т.е. оба входа интегратора 26 относительно общей точки устройства имеют сопротивление, равное величине весового коэффициента If РК; что обуславливает минимальное смещение выходного напряжения (а такжё нуля). Для каждого момента времени К предыдущий результат с выхода регистра 3 номера весового коэффициента суммируется по модулю N сумматором 2 с содержимым регистра 1 номера частоты, и результат суммирования переписывается снова в регистр 3 импульсом с пятого выхода блока 28 управления. Описанная последователь 1 . ность выполнения операций осуществляется для каждого момента времени К, и к концу интервала анализа Т на выходе интегратора 26 и 27 накапливаются напряжения, пропорциональные синусной и косинусной составляющим преобразования Фурье. Для получения значений составляюошх преобразования Фурье на другой частоте анализа Р достаточно только изменить код номера Частоты на входе регистра 1 номера частоты. В случав использования только одного цифро-аналогового преобразователя в канале каждого суммирукхцего интегратора на его выходе появляет:;я смещение выходного напряжения UCM обусловленное неуравновешенными токами смещения ко входной цепи. Боли пересчитанное ко входу интегратора смещение выходного напряжения (и нуля) определяется величиной UCH , то на выходе интегратора с постоянной времени Т в -момент коммутации Т появится помеха ли т : I UcHdt--UeM(), которая уменьшит динамический диа- . пазон интегратора .. -Ьых нр; --Ги где Ut.4,i(fiar максимальное выходное нап ряжение интегратора. Предлагаемое устройстводобавлением по одному цифроаналоговому преобразоват ю в цепь каждого интегратора и предложенным управлением их включения (независимо от знака весовых коэффициентов) обеспечивает-уровень смещения выходного напряжения ли до О /001 от максимального значеЬия выходной амплитуды сигнала (т.е. примерно 1-5 мВ), что при амплитуде выходного сигнала В составляет более 60 дБ динамического диапазона интегратора. Формула изобретения Дискретно-аналоговый Фурье-преоб)азователь, содержаций блок выборки мгновенных значений сигнала, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, последовательно соединенные регистр ноVsepa частоты, сумматор, регистр номера весового коэффициента и постоянный запоминающий блок, блок формирования знаков, выход которого соединен с исполнительным регнстром знаkoB, а вход подключен к объединенным выходам регистра номера частоты и регистра номера весового коэффициента, управлякнцие входы которых соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления,

два канала преобра: свак;ия, кагэдый из; которых состоит из исиолнигельного регистра модуля синуса или косинуса текущих аргументов, одним входом соединенного с четвертым выходом блока управления, а другим - с одним из выходов постоянного запоминающего блока, суммирующего интегратора, управляющим входом подключенного к пятому выходу блока управления, цифроаЪалогового преобразователя, одним входом соединенного с выходом регистра модуля текущего аргумента и пары ключей, выходы которых объединены и подключены ко второму входу цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в каждый канал преобразования дополнительно введены второй цифроаналоговый преобразователь, вторая пара ключей и два элемента ИЛИ, входы которых подключены к выходам упоминутого исполнительного регистра, а два выхода каждого элемента соединены с управляющими входами ключей обецх пар, причем один вход ключа каждой пары подключен к выходу блока выборки мгновенных значений сигнала, а другой вход заземлен, выходы ключей второй пары также объединены и подключены ко входу второго цифроаналогового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом регистра модуля текущего аргумента, а выход соединен с одним из входов суммирующего интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 617744, кл. а 01 R 23/00, 1978 ,