KR20010045464A - 스펙트럼 분석장치 및 방법 - Google Patents

스펙트럼 분석장치 및 방법 Download PDF

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KR20010045464A
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Abstract

본 발명은 보다 정확한 파형데이터를 출력하는 스펙트럼 분석장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 사용자에 의해 일정 주파수가 입력되는 키 입력부와, 상기 입력된 키값에 따라 각 부의 동작을 제어하는 메인 중앙처리장치와, 상기 메인 중앙처리장치의 제어에 따라 입력되는 고주파 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 고주파 모듈부와, 상기 고주파 모듈부에 의해 변환된 중간주파수 신호를 입력하여 비디오 신호로 변환하는 중간주파수 모듈부와, 상기 중간주파수 모듈부에서 출력되는 비디오 신호에 대해 디텍터처리를 하는 비디오 모듈부와, 상기 비디오 모듈부에서 출력된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 데이터를 입력하여 디스플레이하기 위한 파형 데이터를 생성하는 디지털신호처리부와, 상기 디지털신호처리부에 의해 생성된 파형데이터를 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 파형데이터를 디스플레이부에 출력하는 그래픽 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

스펙트럼 분석장치 및 방법{Spectrum analyzer and method}
본 발명은 스펙트럼 분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간적으로 보다 정확한 주파수와 크기의 파형데이터를 출력하는 스펙트럼 분석장치 및 방법에 관한 것이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 종래 스펙트럼 분석장치에 대해 설명한다.
도 1은 종래 아날로그 방식의 스펙트럼 분석장치의 구성도이다.
도시된 바와 같이 종래 스펙트럼 분석장치는 외부에서 고주파(이하 고주파) 신호를 입력하여 중간주파수(이하 중간주파수) 신호로 변환하는 고주파 모듈부(30)와, 상기 고주파 모듈부(30)에서 출력되는 중간주파수신호를 비디오 신호로 변환하는 고주파 모듈부(40)와, 상기 중간주파수 모듈부(40)에서 출력되는 비디오신호의 파형을 정형화하는 비디오모듈부(50)와, 상기 비디오모듈부(50)에서 출력된 신호를 CRT(70)상에 출력하는 CRT 컨트롤러(20)와, 상기 신호가 디스플레이되는 CRT(70)를 포함하여 구성된다.
종래 스펙트럼 분석장치는 또한, 입력되는 신호 중에 일정 주파수의 포함정도를 알고자 하는 경우, 그에 따른 중심주파수와 범위를 설정하는 키 입력부(10)와, 상기 키 입력부(10)에 입력된 값에 따라 상기 고주파 모듈부(30), 중간주파수모듈부(40), 비디오 모듈부(50), CRT 컨트롤러(60)의 동작을 제어하는 메인 컨트롤러(20)를 포함한다.
그러면, 다음으로 상기 구성의 동작을 설명한다.
상기 스펙트럼 분석장치에는 고주파 신호가 입력된다. 이때, 상기 입력되는 고주파 신호에서 일정 주파수성분의 포함정도를 알고자 하는 경우, 사용자는 확인하려는 주파수의 중심주파수와 범위를 키 입력부(10)에 입력한다.
그러면, 상기 키 입력부(10)에 입력된 값에 의해 이후 상기 메인 컨트롤러(20)는 고주파 모듈부(30), 중간주파수 모듈부(40), 비디오 모듈부(50), 그리고, CRT 컨트롤러(60)를 제어하여 원하는 주파수성분이 CRT(70)상에 출력되도록 한다.
상기 각 부(30,40,50,60)의 동작을 더욱 상세하게 살펴보면, 우선, 외부에서 입력되는 고주파 신호는 상기 고주파 모듈부(30)에 입력된다. 상기 고주파 모듈부(30)는 입력된 고주파 신호를 메인 컨트롤러(20)의 제어에 따라 즉, 입력된 중심주파수와 범위에 따라 중간주파수 신호를 생성한다.
상기 고주파 모듈부(30)에서 출력된 중간주파수 신호는 이후 중간주파수 모듈부(40)에 입력되어 비디오 신호로 변환된다. 상기 중간주파수 모듈부(40)에는 필터 및 스텝 증폭기(도시되지 않음)가 설정되어 있으므로, 상기 중간주파수 모듈부(40)에서 출력되는 신호는 상기 필터 및 스텝 증폭기에 의해 처리된 신호이다.
상기 비디오 모듈부(50)는 상기 중간주파수 모듈부(40)에서 출력된 비디오 신호를 입력하여 CRT(70)상에 출력될 수 있는 파형데이터를 생성한다. 즉, 상기 비디오 모듈부(50)는 각종 디텍터(Detector)를 포함하며, 상기 디텍터에 의해 실제 CRT(60)상에 출력될 수 있는 형태의 파형데이터가 생성된다.
그러면, 상기 파형데이터는 이후 CRT 컨트롤러(60)에 입력되고, 이후 상기 CRT 컨트롤러(60)가 CRT(70)상에 상기 파형데이터를 출력함으로써 사용자는 입력신호에 따른 일정 주파수성분의 포함정도를 확인할 수 있게 된다.
상기와 같은 동작을 수행함에 있어서, 상기 메인 컨트롤러는 단지 사용자의 입력에 따른 각 부의 동작을 설정하는 작업을 수행한다.
그러나 종래 아날로그 형태의 스펙트럼 분석기는 일반적으로 파형 데이터를 가공처리할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 풀 디지털 합성기(Full Digital Synthesizer) 기법을 사용하고 있지 않기 때문에 사용자가 설정할 수 있는 주파수 범위(SPAN frequency)가 30MHz 이하로 제약을 받고 있다. 따라서, 주파수 정밀도와 크기에 대해서도 측정상, 성능상에 상당한 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래 스펙트럼 분석기는 아날로그 형태의 파형을 그대로 CRT상에 출력하며, 출력된 데이터를 부가적으로 저장하고 기록할 수 있는 방법이 없었다. 그러므로, 온도나 스펙트럼 분석장치내 일정 부분에 특성변화, 혹은 이전에 출력된 데이터에 문제가 있는 경우, 이를 보정할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 입력신호에 따른 데이터를 디지털신호로 변환하여 처리함으로써 보다 정확한 주파수 및 크기를 가지는 신호를 출력할 수 있는 스펙트럼 분석장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 출력되는 파형데이터를 저장함으로써 파형데이터를 보정할 수 있는 스펙트럼 분석장치 및 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 스펙트럼 분석장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치의 동작 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 ,100 : 키입력부 20 : 메인 컨트롤러
30,120 : 고주파모듈부 40,123 : 중간주파수모듈부
50,125 : 비디오 모듈부 60 : CRT 컨트롤러
70 : CRT 110 : 메인 중앙처리장치
113 : 그래픽 컨트롤러 117 : LCD
127 : 온도 센서 130 : 디지털신호처리부
133 : 아날로그/디지털 변환기 140 : ISA 버스
151 : GPIB 컨트롤러 153 : PCMCIA 컨트롤러
155 : 센트로닉스 컨트롤러 157 : RS-232C 컨트롤러
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치는 사용자에 의해 일정 주파수가 입력되는 키 입력부와, 상기 입력된 키값에 따라 각 부의 동작을 제어하는 메인 중앙처리장치와, 상기 메인 중앙처리장치의 제어에 따라 입력되는 고주파 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 고주파 모듈부와, 상기 고주파 모듈부에 의해 변환된 중간주파수 신호를 입력하여 비디오 신호로 변환하는 중간주파수 모듈부와, 상기 중간주파수 모듈부에서 출력되는 비디오 신호에 대해 디텍터처리를 하는 비디오 모듈부와, 상기 비디오 모듈부에서 출력된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 데이터를 입력하여 디스플레이하기 위한 파형 데이터를 생성하는 디지털신호처리부와, 상기 디지털신호처리부에 의해 생성된 파형데이터를 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 파형데이터를 디스플레이부에 출력하는 그래픽 컨트롤러를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 메인 중앙처리장치에는, 다수의 컨트롤러와 연결되어 여러 제어동작을 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, 상기 메인 중앙처리장치에 연결되는 컨트롤러로는 지피아이비(이하 GPIB) 컨트롤러, 피씨엠씨아이에이(이하 PCMCIA) 컨트롤러, RS-232C 컨트롤러 그리고, 센트로닉스(Centronics) 컨트롤러가 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 LCD로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스펙트럼 분석방법은 시스템의 각 부를 초기화하는 단계와, 현재 온도를 측정하는 단계와, 상기 온도를 기반으로 일정 입력에 따라 각 부의 변수값을 설정하는 단계와, 상기 각 부의 동작에 의해 생성된 데이터를 디스플레이하기 위한 파형데이터로 변환하는 단계와, 상기 파형데이터를 디스플레이하는 단계와, 일정시간 이후 다시 현재온도를 감지하여 상기 온도를 처음온도와 비교하는 단계와, 상기 두 온도의 차가 일정치 이상인 경우 시스템을 재조정하여 상기 단계를 반복함으로써 현재 온도에 따른 파형데이터를 생성하는 단계를 포함하여 구성된다.
그러면, 이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치 및 방법에 대해 살펴보기로 한다.
다음 도 2는 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치의 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치는 고주파 신호를 입력하여 중간주파수 신호로 변환하는 고주파 모듈부(120)와, 상기 고주파 모듈부(120)에서 출력된 중간주파수 신호를 비디오 신호로 변환하는 중간주파수 모듈부(123)와, 상기 비디오 신호를 파형데이터로 변환하는 비디오 모듈부(125)와, 상기 파형데이터를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(133)와, 상기 디지털 데이터를 저장하는 디지털신호처리부(130)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 또한, 사용자가 알고자하는 주파수성분을 디스플레이하기 위한 값이 입력되는 키 입력부(100)와, 상기 키 입력부(100)의 입력값에 따라 본 스펙트럼 분석장치 각 부의 동작을 제어하는 메인 중앙처리장치(110)와, 상기 주파수 성분에 대한 주파수 스펙트럼이 디스플레이되는 LCD(117)과, 상기 LCD(117)상에 파형데이터를 출력하는 그래픽 컨트롤러(113)를 포함한다.
그리고, 본 스펙트럼 분석장치는 다수의 제어기(151,153,155,157)를 포함하는데, 범용 계측기와 인터페이스하기 위한 GPIB 컨트롤러(151), 프린터와 인터페이스하기 위한 센트로닉스 컨트롤러(155), 호스트(Host) 제어를 위한 RS-232C 컨트롤러(157) 그리고 시스템 상에 있는 그래픽이나 화면 데이터를 RAM 카드에 저장하기 위한 PCMCIA 컨트롤러(153)가 있다.
또한 본 발명은 온도를 감지하는 온도센서(127)가 장착되고, 상기 메인 중앙처리장치(110)의 제어신호는 ISA 버스(140)를 통해 각 부에 입력된다.
그러면, 다음으로 상기 구성의 동작을 설명한다.
사용자가 키 입력부(100)에 원하는 주파수를 입력하면, 상기 값은 우선 메인 중앙처리장치(110)에 입력된다. 그러면, 본 스펙트럼 분석장치는 상기 값에 따른 주파수성분을 LCD(117)에 디스플레이하기 위한 동작이 수행된다. 즉, 상기 메인 중앙처리장치(110)는 입력값에 따라 스펙트럼 분석장치 각 부(120,123,125)를 제어하기 위한 신호를 출력하고, 상기 제어신호에 따라 각 부(120,123,125)에는 변수값이 설정된다. 따라서, 상기 각 부(120,123,125)는 변수값에 따라 신호를 생성함으로써 최종적으로 사용자는 원하는 주파수를 LCD(117)를 통해 확인할 수 있게 된다.
상기 메인 중앙처리장치(110)는 고주파 모듈부(120)에 주파수 로킹(frequency locking)과 스위프(sweep) 제어값을 설정하고, 중간주파수 모듈부(123)에는 필터(filter)와 스텝 크기(step amplitude) 그리고 이득 제어(gain control)를 하며, 비디오 모듈부(125)로는 로그(Log), 리니어(Linear), 에이엠(AM), 에프엠(FM) 등의 디텍터(Detector) 처리시 필요한 제어값을 설정한다.
우선, 본 스펙트럼 분석장치에 입력되는 고주파 신호는 먼저 고주파 모듈부(120)에 입력되고, 상기 고주파 모듈부(120)는 입력된 고주파 신호를 키 입력부에 입력된 주파수에 정확하게 로킹하고, 스위프한다. 즉, 상기 고주파 모듈부(120)는 메인 중앙처리장치(110)의 제어신호에 따라 고주파 신호를 중간주파수 신호로 변환한다. 이때, 상기 중간주파수 신호의 주파수는 10.7MHz이다.
이렇게 변환된 10.7MHz는 중간주파수 신호로 다음 중간주파수 모듈부(123)에 입력된다. 상기 중간주파수 모듈부(123)에서 RBW(Resolution Band Width) 필터와 단계 크기(step amplitude)와 이득 제어(gain control)가 수행된다. 그리고, 상기 설정은 사용자의 입력에 따라 가변된다.
상기 중간주파수 모듈부(123)에서 RBW와 이득 제어가 이루어진 상기 신호는 다음으로 비디오 모듈부(125)에 입력된다. 상기 비디오 모듈부(125)에 입력된 신호는 비디오 처리 즉, 상기 신호에 대한 로그(log), 선형(linear), 진폭변조(AM), 주파수 변조(FM) 등의 디텍터(detector) 처리가 수행된다.
이렇게 하여 상기 비디오 모듈부(125)에서 출력된 데이터는 이후 아날로그/디지털 변환기(133)에 입력되어 디지털 데이터로 변환된다. 여기서, 상기 아날로그/디지털 변환기(133)의 샘플링 레이트(sampling rate)는 200KHz이므로, 상기 디지털 데이터는 200KHz로 샘플링된 데이터로 이후 디지털신호처리부(130)에 입력된다.
그러면, 상기 샘플링된 데이터는 디지털신호처리부(130)에 입력되어 파형데이터를 생성하기 위한 데이터처리를 한다. 이에 의해 생성되는 파형데이터는 각각 최대(maximum), 최소(minimum), 평균(average), 샘플링(sampling)의 4가지 유형으로 처리된다. 그리고, 상기 4가지 유형에서 현재 설정되어 있는 유형으로 상기 파형데이터는 버퍼(도시되지 않음)에 저장된다.
이후 상기 파형데이터는 그래픽 컨트롤러(113)에 의해 LCD(117)에 출력되며, 이렇게 하여 사용자는 입력신호에서 원하는 주파수성분을 확인할 수 있게 된다. 상기 그래픽 컨트롤러(113)는 일반적으로 사용되는 브이지에이(VGA) 컨트롤러보다 파형데이터를 보다 빠르게 LCD(117)에 출력시킨다.
다음으로 본 발명에 따른 스펙트럼 분석방법을 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 스펙트럼 분석방법에 대한 동작 흐름도이다.
우선, 상기 스펙트럼 분석장치가 동작하기 시작하면, 우선 시스템을 초기화시키는 동작이 수행된다(제 110 단계). 이것은 메인 중앙처리장치(110)에 의해 수행되면, 본 스펙트럼 분석장치 각 부를 초기화한다.
그리고, 상기 본 스펙트럼 분석장치의 시스템 조정을 위해 이때의 온도를 감지하는데 이것은 온도센서(127)를 통해 감지수행된다(제 120 단계). 상기 온도센서(127)에 의해 감지된 현재 온도는 Temp1에 저장된다.
이후 키 입력부(100)에 키값이 입력되는지를 확인한다(제 130 단계). 이렇게 하여 키값이 입력되면, 다음으로 상기 키 값에 따른 처리가 수행된다(제 140 단계). 여기서, 키값이란 사용자가 확인하고자 하는 주파수값이다.
즉, 입력된 키 값에 따라 상기 규격에 맞는 파형을 생성하기 위해 고주파 모듈부(120), 중간주파수 모듈부(123), 비디오 모듈부(125)의 변수값이 계산되어 상기 각 모듈부(120,123,125)에 설정된다(제 150 단계).
그러면, 본 스펙트럼 분석장치에 입력된 고주파 신호는 상기 각 모듈부(120,123,125)에 따라 일정한 데이터가 생성되고, 상기 데이터는 아날로그/디지털 변환기(133)에 의해 디지털 데이터로 변환된 후 디지털신호처리부(130)에 입력된다.
상기 데이터를 입력한 디지털신호처리부(130)는 상기 데이터를 LCD(117)에 디스플레이하기 위한 파형데이터를 생성한다. 그러면, 이후 상기 디지털신호처리부(117)가 파형데이터를 생성했는지의 상태를 확인한다(제 160 단계). 이때 파형데이터가 생성된 경우, 상기 데이터는 디지털신호처리부(130)에서 출력되어 버퍼(도시되지 않음)에 잠시 저장되고, 이후 LCD(117)에 출력된다(제 170 단계).
이렇게 하여 사용자는 원하는 파형데이터를 LCD(117)를 통해 확인할 수 있다.
본 스펙트럼 분석장치는 온도가 처음 키값을 입력했을 때와 비교하여 5도 이상이 변화되면, 상기 온도변화는 상기 스펙트럼 분석장치 각 부에 영향을 미치게 되고, 이렇게 하여 정확한 파형데이터가 출력되지 않게 된다. 그러므로, 변화된 온도에 따라 본 스펙트럼 분석장치는 재조정되어야 한다.
따라서, 일정시간 이후 상기 온도센서(127)는 다시 온도를 감지하고(제 180 단계) 상기 온도는 Temp에 저장된다. 그리고, 처음 키 입력시의 온도와 비교하여 온도차(｜Temp-Temp1｜)가 ±5도 이상인 경우(제 190 단계), 상기 Temp에 저장된 온도를 기반으로 하여 다시 본 스펙트럼 분석장치의 시스템을 조정하는 동작을 수행한다(제 200 단계).
이와 같이 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치는 시스템적으로 데이터의 획득과 사용자 인터페이스에 따르는 병목현상을 해결하기 위해서 데이터의 인식과 처리를 전담하는 디지털신호처리부와 각종 사용자 인터페이스와 항목 서비스를 제공해주는 메인 중앙처리장치를 사용한다. 즉, 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치는 철저하게 업무를 분리하는 듀얼 프로세서 방법을 채택함으로써 시스템의 성능을 획기적으로 높이는데 주력하였다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스펙트럼 분석장치 및 방법은 입력되는 고주파 신호를 디지털 데이터로 변환하여 처리함으로써 보다 정확한 주파수 및 크기를 가지는 신호를 출력할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 출력되는 파형데이터를 저장함으로써 실시간적으로 출력되는 파형데이터를 보정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 사용자에 의해 일정 주파수가 입력되는 키 입력부와;
    상기 입력된 키값에 따라 각 부의 동작을 제어하는 메인 중앙처리장치와;
    상기 메인 중앙처리장치의 제어에 따라 입력되는 고주파신호를 중간주파수신호로 변환하는 고주파모듈부와;
    상기 고주파 모듈부에 의해 변환된 중간주파수신호를 입력하여 비디오 신호로 변환하는 중간주파수 모듈부와;
    상기 중간주파수 모듈부에서 출력되는 비디오 신호에 대해 디텍터처리를 하는 비디오 모듈부와;
    상기 비디오 모듈부에서 출력된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와;
    상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 데이터를 입력하여 디스플레이하기 위한 파형 데이터를 생성하는 디지털신호처리부와;
    상기 디지털신호처리부에 의해 생성된 파형데이터를 디스플레이하는 디스플레이부와;
    상기 파형데이터를 디스플레이부에 출력하는 그래픽 컨트롤러를 포함하여 구비되는 스펙트럼 분석장치.
  2. 제 1 항에 있어서:
    상기 메인 중앙처리장치는, 다수의 컨트롤러와 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석장치.
  3. 제 1 항에 있어서:
    상기 디스플레이부는 액정표시장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석장치.
  4. 시스템의 각 부를 초기화하는 단계와;
    현재 온도를 측정하는 단계와;
    상기 온도를 기반으로 일정 입력에 따라 각 부의 변수값을 설정하는 단계와;
    상기 각 부의 동작에 의해 생성된 데이터를 디스플레이하기 위한 파형데이터로 변환하는 단계와;
    상기 파형데이터를 디스플레이하는 단계와;
    일정시간 이후 다시 현재온도를 감지하여 상기 온도를 처음온도와 비교하는 단계와;
    상기 두 온도의 차가 일정치 이상인 경우 시스템을 재조정하여 상기 단계를 반복함으로써 현재 온도에 따른 파형데이터를 생성하는 단계를 포함하여 구비되는 스펙트럼 분석방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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