Аналого-цифровой фурье-преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциапистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 22.12.80 (21) 3219636/18-21 (51 М. КП.З с присоединением заявки Йо -(23) Приоритет -Н 03 К 13/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54 ) АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к технике аналого-дискретного преобразования и может быть использовано в аппаратуре предварительной обработки информации на основе алгорит- . ма дискретного Фурье-преобразования в измерительных системах многоцелевого назначения.Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обеспечивающей выполнение арифметических операций и предназначенный для умножения двух величин и преобразования произведения в код. Устройство содержит блок управления, генератор пилообразного напряжения и компаратор, образующие ШИМ, частотный модулятор измеряемой величины, ключ и счетчик 13Недостатком известного устройства является ограниченность функционапьных возможностей.Известен также аналого-циФровой .Фурье-преобразователь (АЦФП), содержащий первый широтно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с сигнальным входом первого ключа, к управляющему входу которого подключен выход генератораопорной частоты, два счетчика, входы сброса которых соединены с вторымвыходом блока управления, а счетныевходы - соответственно с выходамивторого и третьего ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами первого и второгочастотных модуляторов, а сигнальныевходы - с выходами второго и третьего широтно-импульсных модуляторов,входы управления которых соединены стретьим выходом блока управления 2,Однако известный преобразовательобладает низким быстродействием, таккак в нем все операции выполняютсяпоследовательно во времени.Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем,что в аналого-цифровой Фурье-преобразователь, содержащий первый широтноимпульсный модулятор, первый входкоторого соединен с первым выходом 25 блока управления, а выход - с сигнальным входом первого ключа, к управляющему входу которого подключенвыход генератора опорной частоты,два счетчика, входы сброса которых 30 соединены с вторым выходом блока управления, а счетные входы - соответственно с выходами второго и третьего ключей, управляюши входы которыхсоединены соответсть . но с выходамипервого и, второго частотных модуляторов, а сигнальные входы - с выходами второго и третьего широтно-импульсных модуляторов, входы управления которых соединены с третьимвыходом блока управяения, введеныблок выборк, генератор строб-импульсов, два резистора, два блока-преобразования кода в сопротивлением,генератор .кодов обратных значенийвесовых функций, два интегратора,четвертый широтно-импульсный модулятор, четвертый ключ и сумматор,вход которого подключен соответственно к выходам счетчиков, а вход сброса соединен с вторым выходом блокауправления, к третьему, четвертомуи пятому выходам которого подключены соответственно входы четвертогоширотно-импульсного модулятора, генератора строб-импульсов, генераторкодов обратных функций, выходы которого соединены с входами преобразователей кода в сопротивление, выходыкоторых подключены к сигнальным входам первого и четвертого широтно-импульсных модуляторов и через резистор - с,выходом блока выборки,вход управления которого подсоединенк выходу генератора строб-импульсов,а информационный вход - к входнойклемме, при этом выход четвертогоширотно-импульсного модулятора соединен с сигнальным входом четвертого ключа, управляющий вход которогоподключен к выходу генератора опорной частоты, причем выходы первогои четвертого ключей подсоединены к 40входам первого и второго интеграторов соответственно, входы сброса которых подключены к третьему выходублока управления, а выходы соответственно - к параллельно соединенным 45сигнальным входам первого частотного и второго широтно-импульсного модуляторов и второго частотного итретьего широтно-импульсного модуляторов. 50 На чертеже представлена блок-схема предложенного АЦФП.АЦФП содержит клемму измерительного входа 1, блок 2 выборки, генератор 3 строб-импульсов, первый частотный модулятор 4, первый широтно- импульсный модулятор (ШИМ) 5 р первый ключ 6, первый счетчик 7, первый 8 и второй 9 резисторы, второй 10 и третий 11 широтно-импульсные модуля торы, первый блок 12 и второй преобразователь 13 кода в сотротивле- .ние, генератор 14 кодов обратных значений весовых функций, блок 15 управления, второй 16 и третий 17 клшчи, 65 генератор 18 опорной частоты, первый 19 и второй 20 интеграторы, второй частотный модулятор 21, четвертый широтно-импульсный модулятор 22, четвертый ключ 23, второй счетчик 24, сумматор 25.Устройство обеспечивает представление исследуемых эргодических сигналов рядом Фурье, определение и кодирование их спектральных характеристик в соответствии с выражением Ак = ,у х соз( -- ),4 с=1,-1,2 я 21 с 1 И2х. з 1 п ( -- ), 1 с=1,-1.и 2 ФИ И к 04номер дискретногозначения выборки исследуемого сигналах(1);М - объем выборки;- номер гармоническойсоставляющей рядаФурье; аналитические пред-ставления ортогональных весовых функцийфурье-преобразования, - действйтельная, мнимая и спектральная компоненты 1 с-ой гармоники соответствен-но;- нормирующий коэффициент. Устройство работает следующим образом. По сигналу внешнего запуска, поступающему на вход блока 15 управления, последний осуществляет начальную установку соответствующих элементов, устройства и формирует серии1,И тактовых импульсов (ТИ), необходимых дпя обеспечения синхронного дискретного представления в анало говой форме как исследуемого процесса х(й), так и весовых функций ъСоз" и фэ 1 п" для 1 с = 1,- 1 гармоник Фурье-преобразования. Каждый 1-й ТИ блока управления генератора 3 формирует строб-импульс, которым в блоке 2 выборки осуществляется считывание дискретного значения х исследуемого сигнала. Одновременно 1 ТИ блока 15 управления генератора .14 формирует коды (с учетом знака) 1-ых обратных значений весовых функций "1" - 1 с-ой гармоники Фурье-преобразо- зжЧисло-импульсные последовательности с выходов ключей 16 и 17 преобразуются (с учетом знаков кода весовых функций) соответствующими интеграторами 19 и 20 в ступенчатыегц 1 напряжения, эквивалентные х, соз() и 6 сз 3.п( в в Я в ) соответственно. ПриЮИ1 "фМ на выходах интеграторов 19 и 20 формируются напряжения, эквива-.2%1 с 1 лентные величинам Е сов( в я в ) и 1 х,з 1 п( в ) соответственно, т.е.21 с 1"1И АХгде И - объем"выборки исследуемо го процесса хй);Р - частота дискретизации (квантование) исследуемого прооцесса.При этом погрешность кодирования 35 спектральных характеристик в основ-ном определяется разрядностью генератора кодов весовых функций, точ-,ностью,делителя напряжений и частотным разрешением ШИМ-интервалов.40 формула изобретения Аналого-цифровой фурье-преобразо ватель, содержащий первый широтноимпульсный модулятор, первый вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с сигнальным входом первого ключа, к управляющему входу которого подключен выход генератора опорной частоты, два счетчика, входы сброса которых соединены с вторым выходом блока управления, а счетные входы - соответственно с выходами второго и 55.третьего ключей, управляющие входыкоторых соединены соответственно с выходами первого и второго частотных модуляторов, а сигнальные входы - с выходами второго и третьего широтноф импульсных модуляторов, входы управления которых соединены с третьим выходом блока управления, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью по вышения быстродействия, введены, 65 блок выборки; генератор строб-импуль-,вания, которые затем преобразуются блоками 12 и 13 в эквивалентные сопротивления. Поскольку блоки 12 и 13 с соответствующими резисторами 8 и 9 образуют делители напряжений с коэффициентом деления, определяемым блоком 14, то величины напряжений на выходах блоков 12 и 13 соот 271(1 ветствуют произведениям хсоз( - я - ) и х.з 1 п( --- Я соответственно,2 Ф 1 с 1Ф Указанные напряжения по сигналам блока управления 15 преобразуются соответствующими широтно-импульсными модуляторами 10 и 11 в эквивалентные указанным произведениям интервалы времени и одновременно - в число-импульсные последовательности, получаеьие заполнением сформированных интервалов импульсами с выхрФ да генератора 18 опорной частоты; происходит формирование действитель,ной А и мнимой Вк частей Е-го комплексйого коэффидйента Фурье-преобразования. Условие 1 = М являетсяпризнаком окончания:Формирования компонент 1-го коэффициента Фурье, покоторому блок управления производит.,запуск ШИМ 5 и ШИМ 22 без запускаШИМ 10 и ШИМ 11,Частотный модулятор 4 с ШИМ 5, ключом 6 и счетчиком 7 и частотный модулятор 21 с ШИМ 22, ключом 23 и счетчиком 24 осуществляют возведение в квадрат и кодирование выходных напряжений интеграторов 19 и 20, т.е. величин Ах и В соответственно. При этом на вйходах счетчиков 7 и 24 фор мируются коды величин А и Вх соф ч ответственно, которые затем суммируются с учетом нормирующего коэффициентасумматором 25, кодовый вы 2ход которого является информационным выходом устройства, т,е. код нааэтом выходе эквивалентен Я.Одновременно блоком управления 15 вырабатывается разрешающий сигнал для считывания результата измерения Ъ-ой гармоники спектра исследуемого сигнала х(С), После считывания кодй Б; потребителем (например, ЭВМ или устройством документирования) блок управления 15 устанавливает интег- .раторы 19 и 20, а также счетчики и сумматор в исходное состояние, переключает генератор 14 на формирование весовых функций текущей (К+1)4 01-ой гармоники исследуемого.Мсигнала, и работа устройства повторяется аналогично описанному выше до тех пор, пока К не станет равным1, При выполнении этого условияИ блок 15 управления вырабатывает сигнал конца преобразования.20 Разрешающая способность спекртального анализа эргодических сигналов, выполняемого устройством, определяется задаваемой блоком управления частотой дискретизации исследуемого 25 сигнала и объемом выборки согласноусловию966886 Составитель Г.Шаповалдактор Л.Веселовская Техред А.Бабинец Корректор Н.Ко 9 Подписнокомитета СССРи открытийушская наб., д.4/5 7900/76 Тираж 9ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений 113035, Москва, И, Ра Зака Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектна сов, два резистора два блока преобразования кода в сопротивление, генератор кодов обратных значений весовых Функций, два интегратора, четвертый широтно-импульсный модулятор, четвертый ключ и сумматор, вход которо го подключен соответственно к выходам счетчиков, а вход сброса соединен с вторым выходом блока управления, к третьему, четвертому, и пятому выходам которого подключены соот ветственно входы четвертого широтно- импульсного модулятора, генератора строб-импульсов и генератора кодов обратных функций, выход которого соединен с входами преобразователей кода в сопротивление, выходы которых подключены к сигнальным входам первого и четвертого широтно-импульсных модуляторов и через резистор в . с выходом блока выборки, вход управления которого подсоединен к выходу генЕратора строб-импульсов, а инФормационный вход - к входной клемме, при этом выкод четвертого широт 1 но-импульсного модулятора соединенс сигнальным входом четвертого ключа,управляющий вход которого подключенк выходу генератора опорной частоты,причем выходы первого и четвертогоключей подсоединены к входам первого и второго интеграторов соответственно, входы сброса которых подключены к третьему выходу блока управле-ния, а выходы соответственно - кпараллельно соединенным сигнальнымвходам первого частотного и второгоширотно-импульсного модуляторов ивторого частотного и третьего широт.но-импульсного модуляторовИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Темников Ф.Е., Славинский В.Л.Математические развертывающие систеж. М., 1970, "Энергия", с.90-91,рис,5-3.2. Смеляков В.В. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот. М., "Энергия", 1975, с.12-13,рис,11 (прототип),