199999. lajstromszámú szabadalom • Digitális frekvenciaspektrum analizátor
1 HU 199999 B 2 A találmány tárgya digitális frekvenciaspektrum analizátor szerkezeti kialakítása. A gyakorlati életben egyre terjedő spektrumanalizátorok egyik legfontosabb minőségi jellemzője az elérhető dinamika nagysága. Megfelelően nagy dinamika esetén a mérendő jelben található kisteljesítményű felharmónikusok, illetve a hasznos jelet szolgáltató forráson kívülről eredő kis teljesítményű zavarjelek vagy zaj jól detektálható és mérhető, és ellenőrizhető a különféle harmonikus jelek tisztasága, torzitásmentessége vagy felharmonikus tartalma. A digitális frekvenciaspektrum analizátorok közül az egyszerűbbek az úgynevezett alapsávi spektrumanalizátorok, amelyek mintavevő generátorral ütemezett A/D konvertert, ennek kimenetére csatlakozó FFT-képző egységet, ennek kimenetére csatlakozó abszolút érték négyzet képző vagy más szóval periodogram képző egységet, egyik bemenetével ennek kimenetére csatlakozó lineáris átlagoló egységet, a lineáris átlagoló egység kimenetére csatlakozó tárolóegységet, a tárolóegység kimenetére csatlakozó logaritmáló egységet és a logaritmáló egységhez kapcsolódó kijelző egységet tartalmaz. A tárolóegység kimenete vissza van csatolva a lineáris átlagoló egység második bemenetére. A digitális frekvenciaspektrum analizátorokkal elérhető dinamika a felhasznált jelátalakító/feldolgozó egységek linearitásának és felbontóképességének függvénye, amit elsősorban ezek bitszáma jellemez. Az egyes jelfeldolgozó egységek méréselméleti vizsgálatával kimutatható, hogy a jelenleg használt alkatrészek és eljárások esetén a frekvenciaspektrum analizátor teljesítőképességét leginkább az A/D konverter véges pontossága és a végeredmény belső ábrázolása - vagyis az ehhez szükséges tárolókapacitás - korlátozza. Az elérhető dinamikát egy 0,5 LSB nemlinearitással rendelkező 8 bites A/D konverter 46,5 decibelre korlátozza. Ugyanez a dinamikakoriét 10 illetve 12 bites A/D konverter esetén 58 decibel, illetve 70,2 decibel. Mivel a működési sebesség a bitszám és a pontosság hatványozottan jelenik meg az A/D konverter árában, ezért a gyengébb minőségű A/D konverterek dinamikát korlátozó hatását speciális módszerekkel csökkentik. Ilyen megoldásra ad példát a Schnell László szerkesztette .Jelek és rendszerek méréstechnikája' cimű kiadvány (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985. 998-1000. oldal). Az itt ismertetett sávszelektív frekvenciaspektrum analizátor bemenetén 25,6 kHz felett vágó aluláteresztő szűrő van elrendezve, amelynek kimenete analóg összeadóegység egyik bemenetére kapcsolódik. Az összeadó másik bemenetére 27 kHz frekvenciájú és 11,5 LSB amplitúdójú szinuszos jelet szolgáltató generátor, az úgynevezett Diether-generátor kapcsolódik. Az összeadóegység kimenete mintavételezést is végző A/D konverter bemenetére kapcsolódik, amelynek ütemező bemenete 102,4 kHz üzemi frekvenciájú mintavevő generátorra kapcsolódik. Az A/D konverter kimenete külön erre a célra kifejlesztett digitális szorzó és szűrő áramköröket tartalmazó komplex demodulátor, amely nagy bonyolultságú LSI áramkörként van megvalósítva. A komplex demodulátor kimenete gyors Fourier-analízist végző FFT-képző egység bemenetére csatlakozik (lásd a fenti mű 974- -985. oldalát), amelynek kimenete abszolútérték-négyzet képző vagy másképpen periodogram képző egység bemenetére csatlakozik. A periodogram képző egység a komplex spektrumból spektrumabszolútérték négyzetet vagy másképpen periodogramot képez (lásd a fenti mű 954. oldalát). A továbbiakban ez a sávszelektív frekvenciaspektrum analizátor felépítése megegyezik a hagyományos alapsávi frekvencia spektrumanalizátorok felépítésével és egymás után kapcsolt átlagolóegységet, tárolóegységet, logaritmáló egységet, és kijelző egységet tartalmaz. A tárolóegység kimenete vissza van csatolva az átlagolóegység bemenetére. Az átlagolóegység tulajdonképpen egy súlyozott átlagolást végez, aholis az átlagolás eredményébe a megelőzőleg képzett átlagérték 1-nél kisebb súllyal szerepel. Maga az átlagolás egyébként lineárisan történik. Az egymás után kapcsolt egységek szinkronizáló kapcsolatban vannak egymással, mégpedig oly módon, hogy minden egység csak akkor kezdi meg az általa elvégzendő művelet végrehajtását, ha az előtte levő egység a saját feladatát végrehajtotta és a végeredményt jelző érvényes adatokat ad a saját kimenetére. Ez az ismert megoldás erre a célra mikroprocesszort alkalmaz. Ezen ismert spektrumanalizátor minősége kifogástalan, hiányossága azonban, hogy rendszertechnikai felépítéséből kifolyólag igen nagy sebességű és bonyolult komplex demodulátoi’t igényel, a műveleteket az indokoltnál nagyobb bitszámú műveletvégző egységekkel és feleslegesen nagy tárolókapacitással valósítja meg. A fent körülírt két megoldás esetében alapvető eltérés mutatkozik abban, hogy az alapsávi spektrumanalizátorok mintavevő generátorának frekvenciája változtatható szemben a sávszelektív frekvenciaspektrum analizátorral, ahol a mintavevő generátor frekvenciája állandó érték, a hivatkozott irodalomban 102,4 kHz. Mivel az alapsávi frekvenciaspektrum analizátorokban a mintavételezési frekvenciát a vizsgálandó frekvenciatartományhoz hozzá kell igazítani, ezért a sávszelektív frekvenciaspektrum analizátorban alkalmazott állandó frekvenciájú ditherelés nem használható. Ennek oka, hogy a mintavételezési frekvencia és a dilher-frekvencia és a dither-frekvencia a mintavételezés során egymással összekeveredik, és valamelyik keverési termék be5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
