Устройство для спектрального анализа сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содержащее аналогоцифровой преобразователь, цифровые сдвиговые регистры, цифроаналоговый преобразователь, соответствующие .входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров , дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя , и синхронизатор, первый выход которого соединен с управляюЕцим входом аналого-цифрового преобразователя , второй т с тактир пощими входами цифровых сдвиговых регистров , а третий - с синхронизируюв йм входом дисперсионного анализатора спектра, отличающееся . тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, в него введены аналоговьй коммутатор, логические коммутаторы и элементы И по числу цифровых сдвиговых регистров, а также преобразователь кода, выходы которого соединены с цифровым выходом устройства, входы соединены с выходами соответствующих элементов И, а тактирующий вход соединен с четвертым выходом синхронизатора, причем первьй вход аналогового коммутатора соединен с входом ycTpcrflства , его управляющий вход соединен с управляющими входами логических коммутаторов, вторыми входами элементов И и пятьм выходом синхронизатора , второй вход аналогового S . коммутатора подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя, первые входы лог1Гческих коммутаторов соединены с соответствующими выходами аналогоцифрового преобразователя, их вторые входы - с выход(ж соответствующего цифрового сдвигового регистра, а Од выходы - с входом того же цифрового О сдвигового регистра, при этом первые входы элементов И .соединены с лервьми входами соответствуюцих ло00 гических коммутаторов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5ц G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 1НРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ т (21) . 3581237/24-21 (22) 16 ° 04.83 (46) 07.07.85. Бюл. к 25 (72) А.М. Кирюхин и В.И. Минин (53) 621.317.757(088.8) (56) 1. Proc. IEE, Pt.F.,1980, v. 127, У 2, р. 92-98. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содерхащее аналого-цифровой преобразователь, .цифровые сдвиговые регистры, цифроаналоговый преобразователь, соответ" ствующие .входы которого соединены с вькодами цифровых сдвиговых регистров, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, второй †. с тактирующими входами цифровых сдвиговых регист ров, а третий — с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, в него введены аналоговый коммутатор, логические

„„80 >1166008 коммутаторы и элементы И по числу цифровых сдвиговых регистров, а также преобразователь кода, выходы которого соединены с цифровым выходом устройства, входы соединены с выходами соответствующих элементов И, а тактирун|ций вход соединен с четвертым выходом синхронизатора, причем первый вход аналогового коммутатора соединен с входом устройства, его управлякиций вход соединен с управляющими входами логических коммутаторов, вторыми входами элементов И и пятым выходом синхронизатора, второй вход аналогового коммутатора подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход — к входу аналого-цифрового преобразователя, первые входы логических коммутаторов соединены с соответствукщими выходами аналогоцифрового преобразователя, их вторые входы — с выходом соответствующего цифрового сдвигового регистра, а вькоды - с входом того ае цифрового сдвигового регистра, при этом первые входы элементов И,соединены с первыми входами соответствующих логических коммутаторов.

1166008

t0

30

40

50

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и пред.назначено для спектрального анализа сигналов, а поскольку оно выводит информацию в цифровой форме,то может быть использовано для работы в комплексе с ЦВМ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для спектрального анализа сигналов, представляющее собой сочетание цифрового компрессора, дисперсионного анализатора спектра и выходного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Устройство содержит АЦП, цифровые сдвиговые регистры, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу АЦП, синхронизатор, цифроаналоговый преобразователь и дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 11).

Недостатком известного устройства является то, что его динамическйй диапазон оказывается ограниченным по выходу эа счет принципиальной ограниченности параметров выходного АЦП.

Цель изобретения — увеличение динамического диапазона устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее

АЦП, цифровые сдвиговые регистры, цифроаналоговый преобразователь, соответствующие входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и синхронизатор, первыя выход которого соединеч с управлякнцим входом АЦП, второй — с тактирующими входами цйфровых сдвиговых регистров, а третий — с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра, введены аналоговый коммутатор, логические комму- . таторы и элементы И по числу цифровых сдвиговых регистров, а также преобразователь кода, выходы которого соединены с цифровым выходом устройства, входы соединены с выходами соответствующих элементов И, а тактирующий вход соединен с четвертым выходом синхронизатора, причем первый вход аналогового коммутатора соединен с входом устройства, его управляющий вход соединен с управляющими входами логических коммутаторов, вторыми входами элементов И и пятым выходом синхронизатора, второй вход аналогового коммутатора подключен к выходу дисперсионного анализатора спек тра, а выход — к входу АЦП, первые входы логических коммутаторов соединены с соответствующими выходами АЦП, их вторые входы — с выходом соответствующего цифрового сдвигового регистра, а выходы — с входом того же цифрового сдвигового регистра, при этом первые входы элементов И,.соединены с первыми входами соответствующих логических коммутаторов.

Увеличение динамического диапазо1на устройства обеспечивается за счет того, что выходной сигнал дисперсионного анализатора спектра преобразуется в цифровую форму с помощью многоразрядного АЦП низкого быстродействия, используемого также и в режиме записи информации в цифровые сдвиговые регистры. Переключение АЦП из режима обработки входного сигнала в режим обработки выходного сигнала производится с помощью аналогового коммутатора. При этом использование АЦП низкого быстродействия становится возможным эа счет многократного спектрального анализа в дисперсионном анализаторе сигнала, записанного в цифровых сдвиговых регистрах.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для спектрального анализа сигналов содержит АЦП 1, цифровые сдвиговые регистры 2-1,..., 2-N, цифроаналоговый преобразователь 3, соответствующие входы которого соединены с выходами регистров 2-.1,...,2-N. В устройство входят также дисперсионный анализатор 4 спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 3, и синхронизатор

5, первый выход которого соединен с управляющим входом АЦП 1, второй— с тактирующими входами регистров

2-1...,,2-Б, а третий — с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора 4 спекгра, аналоговый коммутатор 6, первый вход которого является входом устройства, второй

1166008 4

55 вход подключен к выходу дисперсионного анализатора 4 спектра, а выход — к входу АЦП 1, H логические коммутаторы 7-1,...,7-N первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом АЦП 1, второй вход — с выходом соответствующего цифрового сдвигового регистра, а выход - с входом того же цифрового сдвигового регистра. Устройство содержит также элементы И

8-1,...,8-М, первые входы которых соединены с первыми входами соответствующих логических коммутаторов

7-1,...,7-N и преобразователь 9 кода, выходы которого являются цифровым выходом устройства, а входы соединены с выходами соответствующих элементов И 8-1,...,8-N причем управлякицнй вход аналогового коммутатора 6 объединен с управляющими входами логических коммутаторов

7-1,...,7-N и вторьпчи входами элементов И 8-1,. ° .,8-N и подключен к пятому выходу синхронизатора, а тактирующий вход преобразователя 9 кода соединен с четвертым выходом синхронизатора 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии первый вход аналогового коммутатора 6 подключен к его выходу, т.е. исследуемый сигнал поступает на вход АЦП 1, где информация о его форме преобразуется в цифровой код. В исходном состоянии на управляющие входы логических коммутаторов 7-1,...,7-Я и вторые входы элементов И 8-1,..., 8-N не подается управляющий сигнал, в результате чего выходы АЦП 1 оказываются подключенными к входам. соответствующих цифровых сдвиговых регистров 2-1,...,2-N. Такое исходное состояние сохраняется в течение всего цикла аналого-цифрового преобразования и записи цифровой информации в сдвиговые регистры

2-1,...,2-N. Преобразование и запись информации производится с частотой, определяемой в соответствии с теоремой Котельникова.

После того, как информация о входном сигнале оказывается записанной в память устройства (т.е. по все ячейки цифровых регистров

2-1,...,2-Н записаны числа), происходит циклическое считывание информации о записанном сигнале из регистров ° В этом режиме работы устройства на четвертом выходе синхронизатора появляется управляющий сигнал, в результате чего через второй вход аналогового коммутатора 6 выход дисперсионного анализатора 4 оказывается соединенным с входом АЦП 1. Кроме того, через

10 вторые входы логических коммутаторов 7-1, ° ° °, 7-0 .выход каждого Hs регистров 2-1,...,2-0 оказывается .подключенным к собственному выходу, а информация с выходов АЦП 1 поступает через открытые элементы И

8-1,...,8-N на соответствующие входы преобразователя 9 кода.

На тактирующие входы цифровых сдвиговых регистров 2-1,...,2-N no20 ступают импульсы, следующие со значительно более высокой частотой, чем при записи информации о входном сигнале. В результате этого на выходе цифро-аналогового преобразователя 3 появляется сжатая во времени копия входного сигнала, которая по длительности и ширине спектра согласована с параметрами дисперсионного анализатора 4 спектра. Поскольку быстродействие АЦП недостаточно для обработки за один цикл выходного сигнала дисперсиониого анализатора 4, преобразование информации о спектре производится в несколько циклов. Если, например, быстродействие АЦП оказывается в четыре раза ниже, чем требуется для обработки сигнала с выхода дисперсионного анализатора 4,. количество таких

40 циклов (n) следует положить равньа4 четырем. Тогда в первом цикле произ.водится кодирование следующих выборок иэ выходного сигнала анализатора 4: 1,5,9 ° ... ° (К-3); во втором цикле: 2,6,10,...(К-2) в третьем цикле: 3,7, 11,...,(К-1); в четвертом цикле: 4,8,12,...,K, где К— количество выборок (отсчетов) выходного сигнала дисперсионного анализатора, определяемых в соответствии с. теоремой Котельникова. Таким образом необходимое время преобразования ииформации об амплитуде каждой выборки увеличивается в приведенном примере в 4 раза.

После окончания четвертого цикла в памяти преобразователя 9 кода оказывается записанной информация

1166008

Составитель А. Орлов

Редактор Н.Данкулич Техред О.Неце Корректор Г. Решетник

Заказ 4305/39 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 обо всех отсчетах спектра. В преобразователе 9 кода производится преобразование порядка следования чисел . таким образом, что с его выхода информация о спектре .выдается в последовательности выборок (отсчетов);

1,2,3,4 ° ...,5,...,К. Преобразователь 9 кода может быть построен на основе последовательно-параллельных или параллельных регистров по числу выходов АЦП, которые в совокупности с вспомогательными схемами обеспечивают преобразование последовательнопараллельного кода в последовательный. Следует отметить, что операцию преобразования кода, щиполняемую преобразователем 9 кода, можно пор чить цифровой вычислительной машине, в которой осуществляется последующая обработка информации о спектре, за счет соответствующего программирования ЦВМ. В этом случае.преобразователь 9 кода можно исключить иэ устройства.

Предлагаемое устройство для спектрального анализа сигналов выгодно отличается от известного большим динамическим диапазоном выходной информации, так как выходной цифро1О вой код получается с помощью сравнительно низкочастотного АЦП с большим числом двоичных разрядов. Так, например, построение 8-разрядного

АЦП для вывода информации с частотой

5 МГц представляет собой сложную задачу. В то же время создание 8-разрядного АЦП поразрядного приближения с частотой кодирования 1 МГЦ не встречает затруднений. Применение

2б предлагаемого устройства в этом случае позволяет увеличить динамический диапазон на 12 дБ.