Аналого-цифровой Фурье-преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

(5) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к технике аналого-дискретного преобразования и может быть использовано в аппарат ре предварительной обработки информации, реализующей алгоритм дискрет ного Фурье-преобразования в изме рительных системах многоцелевого на начения. Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с широтно-импульсной модуляцией содержащие компаратор и генератор ураёновешивающего напряжения D Недостатком данного АЦП являетс ограниченность его функциональных возможностей, поскольку он не позволяет осуществлять преобразование сигнала по сложным функциональным зависимостям. Известно аналого-цифровое устройство для Фурье-преобразования, содер жащее два счетчика, блок управления выходы которого соединены с входами запуска генератора кодов весовых функций, с первыми входами управления первого и второго ключей и с входом . запуска генератора пилообразного напряжения,к выходу которого подклю-чен спорным входом компаратор, измерительный вход его соединен с входной измерительной клеммой устройст- ва, выход подсоединен к вторым входам управления первого и второго клюг чей 2. Недостатком известного устройства является относительно невысокое быстродействие, обусловленное разделением во времени операций кодирования и Фурье-преобразования. Цель изобретения - повышение скорости преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой Фурьепреобразователь, содержащий два счвт чика, блок управления, выходы которого соединены соответственно с входом запуска генератора кодов весовых функций, с первыми входами управ393ления первого и второго ключей и с входом запуска генератора пилообразного напряжения, к выходу которого подключен опорный входе компаратора, измерительный вход которого соединен с входной клеммой, а выход соединен с вторыми входами управления первого и второго ключей, введены два частотных модулятора, два ШИрОТНО-ИМПуЛЬСНЫХ модулятора, сумматор, два преобразователя числа импульсов в напряжение, третий и четвертый ключи и два преобразователя код-частота, входы которых соединены с выходом генератора кодов весовых функций, а выходы - соответственно сигнальными входами первого и второг ключей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей числа импульсов в напряжение, выходы которых соединены соответственно с входом первых и вторых широтно-ймпульсных и частотных модуляторов, выходы последних из которых подсоединены к сигнальным входам соответственно третьего и четвертого ключей, первые входы управления которых соединены соответственно с выходами первого и второго широтно-ймпульсных модуляторов, вторые входы управления и вхо ды управления первого и второго широтно-импульсных модуляторов подсое динены к блоку управления, а выходы третьего и четвертого ключей соедине ны с входами первого и второго счетчиков соответственно, кодовые выходы которых подключены к входам сум матора, На чертеже представлена блок-схема предлагаемого ALSf). Устройство содержит входную измерительную клемму 1, блок 2 управления, генератор 3 пилообразного напря жения, компаратор , первый 5 и второй 6 ключи, генератор 7 кодов ве совых функций, первый 8 и второй 9 преобразовате-ли код-частота, первый 10 и второй 11 преобразователи числа импульсов в напряжение, первый 12 и второй 13 широтно-импульсные модуляторы, первый И и второй 15 частотный модуляторы, третий 16 и четвертый 1.7 ключи, первый 18 и второй 19 счетчики, сумматор 20. Устройство обеспечивает определение и кодирование спектральных характеристик исследуемых эргодичес их сигналов в соответствии с выраениемде А,4 р X.cos( - Ь пг -П .n ( I/ - 1 N 1 - t, , - Номер дискретного значения выборки исследуемого сигнала X(t) ; N - объем выборки; К - номер гармонической составляюи4ей ряда Фурье; eos(M) и sin(-MKi) . аналитические представления ортогональных весовых функций Фурье-преобразования; В к. и SK - действительная, мнимая и спектральная компоненты к-й гармонической составляющей;нормирующий коэффициент. Устройство работает следующим образом. Блок 2 управления по сигналу внешнего запуска, поступающему на его ВХОД осуществляет начальную установку соответствующих элементов устройства и формирует серии ,N тактовых импульсов (ТИ), необходимых для обеспечения синхронного дискретного представления в аналоговой форме как исследуемого процесса X(t) на входной клемме устройства, так и весовых функций cos и sin для К , -J- - 1 гармоник Фурьегпр рбразования. Каждым i -м ТИ блока 2 управления запускается генератор 3 пилообразное го напряжения. Одновременно генератор кодов весовых функций 7 формирует (с учетом знака) коды -х значений весовых функций cos и sin для к-й гармоники Фурье-преобразования, которые преобразуются преобразователями В и 9 в пропорциональную частоту следования импульсов, заполняющих временной интервал At , эквивалентный считанному дискретному значению Х. Временной интервал л1. , началом которого является момент i-ro запуска генератора 3 пилообразного напряжения, а концом момент сравнения текущего пилообразного на ряжения с i-м мгновенным значением напряжения исследуемого сигнала X(t), формируется компаратором k и ключами 5 и 6. Таким образом, на входе Преобразователей 10 и П формируются число-импульсные последовательности эквивалентные соответствующим произ(-) и ведениям Xicos ( Ш1.) , при i- N. (-) На выходах преобразователей 10 и 11 формируются напряжения, эквивас . г и лентные уже величинам2Хi cos( -. ) соответственно, ( происходит накопление с учетом знаков весовых функций действительной А и мнимой BK частей к-го комплексного коэффициента Фурье-преобразования. Достижение условия f N является признаком окончания формирования компонент к-го коэффициента Фурье, по которому блок 2 управления прекращает запуск генератора 3 пилообразного напряжения и генератора 7 кодов весовых функций, деблокир ет ключи 16 и 17 и разрешает работу широтно-импульсных модулятрров (ШИМ) 12 и 13. Эти модуляторы с COOT ветствуюЩими частотными модуляторами 1 и 15, ключами 1б и 17, а также счетчиками 18 и 19t образуют схем квадрирования выходных напряжений преобразователей 10 и 11 числа импульсов в напряжение. Содержимые сче чиков 18 и 19 представляют собой коды величин А и В соответственно, которые затем с учетом нормирующего коэффициента - суммируются сумматором 20, кодовый выход которого является информационным выходом устройства. Одновременно блоком 2 управления вырабатывается разрешающий сигнал для считывания результата измерений k-й гармоники спектра исследуемого сигнала X(t). После считывания кода S JJ потребителем (например ЭВМ или устройством документирования) блок 2 управления устанавливает преобразо ватели 10 и 11, счетчики 18 и 19, а также сумматор 20 в исходное состо яние, переключает генератор 7 на формирование весовых функций теку|цей|(|СИ) -lj-й гармоники исследуеиого сигнала и работа устройства пов торяется аналогично д,о тех пор, пока К не станет равным - - 1. При.выполнении этого условия блок 2 управления вырабатывает сигнал конца пре образования , свидетельствующий о полном окончании представления в цифровой форме исследуемого сигнала рядом Фурье. При необходимости выходной информацией устройства может служить не только массив5 , но и содержимое внутренних счетчиков преобразователей 10 и 11 (при l N и , , т.е. массивы Ац и Bjc - действительных и мнимых частей комплексных членов ряда Фурье. Разрешающая способность устройства при проведении спектрального ана лиза эргодических сигналов определя- ется задаваемой блоком 2 управления частотой дискретизации исследуемого сигнала и объемом выборки согласно условию uf -, где N - объем выборки исследуемого процеЬса; F - частота дискретизации (квантования) исследуемого процесса. При этом точность получаемых спектральных характеристик в основном определяется линейностью генератор а пилообразного напряжения, динамической чувствительностью компаратора, разрядностью кодов весовых функций, разрешающей способностью преобразова телей код-частота, а также частотным разрешением интервалов, формируемых широтно-импульсными модуляторами. Все указанные функциональные элементы устройства на современном уровне интегральной технологии могут быть выполнены с достаточной точностью. Формула изобретения Аналого-цифровой Фурье-преобразователь, содержащий два счетчика, блок управления, выходы которого соединены соответственно с входом запуска генератора кодов весовых функций, с первыми входами управения первого и второго ключей и с . входом запуска генератора пилообразного напряжения, к выходу которого подключен опорный вход компаратора, измерительный вход которого содинен с входной клеммой, а выход оединен с вторыми входами управлеия первого и второго ключей, отичающийся тем. что, с целью повышения скорости преобразовамия, введены два частотных модулятора, два шйротно-импульсных модулятора, сумматор, два преобразователя числа импульсов в напряжение, третий и четвертый ключи и два преобразователя код-частота, входы кото рых соединены с выходом генератора кодов весовых функций, а выходы соответственно с сигнальными входами первого и второго ключей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей числа импульсов в напряжение, выходы которых соединены соответственно с входом первых и вторыхшйротно-импульсных и частотных модуляторов, выходы последних из которых подсоединены к сигнальным входам соответственно третьего и четвертого кппней, первые входы управления которых

соединены соответственно с выходами первого и второго шйротно-импульсных модуляторов, вторые входы управления и входы управления первого и второго шйротно-импульсных модуляторов подсоединены к блоку управления, а выходы третьего и четвертого ключей соединены с входами первого и второго счетчиков соответственно, кодовые выходы которых подключены к входам сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

%

J

«