RU2017162C1 - Method and device for measuring pulse-repetition rate - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technique. SUBSTANCE: device has pulse generator, analog-to-digital converter, key, accumulator register, pulse counter, comparator unit, divider, trigger. EFFECT: increased accuracy measurements. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических и информационно-вычислительных системах, функционирующих в реальном масштабе времени. The invention relates to radio engineering and instrumentation and can be used in radio engineering and information-computing systems that operate in real time.

Известен способ определения частоты сигнала по положению максимума амплитуды на оси частот в измеряемом спектре сигнала (Мартынов В.А., Селихов Ю. И. Панорамные приемники и анализаторы спектра. Под ред. Г.Д.Заварина, 2-е изд. перераб. и доп. М.: Советское радио, 1980, с.352). A known method of determining the frequency of a signal from the position of the maximum amplitude on the frequency axis in the measured spectrum of the signal (Martynov V.A., Selikhov Yu. I. Panoramic receivers and spectrum analyzers. Edited by G. D. Zavarin, 2nd ed. Revised. and additional M: Soviet Radio, 1980, p. 352).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения частоты, заключающийся в получении дискретных значений входного сигнала, определении номера максимальной спектральной составляющей, полученного с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ), и определении частоты сигнала как частоты частотной составляющей с максимальной амплитудой [1]. Closest to the proposed method is a method for determining the frequency, which consists in obtaining discrete values of the input signal, determining the number of the maximum spectral component obtained using the discrete Fourier transform (DFT), and determining the frequency of the signal as the frequency of the frequency component with maximum amplitude [1].

Недостатком этих способов является недостаточная точность определения частоты при ограниченных времени анализа и аппаратурных затратах. The disadvantage of these methods is the lack of accuracy in determining the frequency with limited analysis time and hardware costs.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство измерения частоты сигнала, состоящее из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), анализатора спектра на основе ДПФ и решающего устройства. Оценка частоты сигнала определяется по номеру частотного канала с максимальной амплитудой выходного напряжения [2]. Closest to the proposed device is a device for measuring the frequency of the signal, consisting of an analog-to-digital converter (ADC), a spectrum analyzer based on the DFT and a resolving device. The estimate of the signal frequency is determined by the number of the frequency channel with the maximum amplitude of the output voltage [2].

Недостатком данного устройства является недостаточная точность определения частоты при ограниченном времени анализа и больших аппаратурных затратах. The disadvantage of this device is the lack of accuracy in determining the frequency with a limited analysis time and high hardware costs.

Целью изобретения является повышение точности определения частоты сигнала и уменьшение аппаратурных затрат при неизменном времени анализа. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the frequency of the signal and reduce hardware costs with a constant analysis time.

Цель достигается тем, что в способе измерения частоты сигнала, основанном на аналого-цифровом преобразовании сигнала и подсчете количества мгновенных отсчетов, дополнительно производят формирование вспомогательного сигнала и подсчет количества его отсчетов, начиная с момента его формирования, прекращение подсчета количества отсчетов вспомогательного сигнала при появлении нулевого его значения, формирование значения частоты сигнала путем уменьшения значения частоты дискретизации сигнала пропорционально количеству отсчетов вспомогательного сигнала, накопленному между началом его формирования и появлением нулевого отсчета. При этом вспомогательный сигнал формируется путем суммирования значений мгновенных отсчетов анализируемого сигнала. The goal is achieved by the fact that in the method of measuring the frequency of the signal, based on analog-to-digital conversion of the signal and counting the number of instantaneous samples, additionally generate the auxiliary signal and count the number of its samples, starting from the moment of its formation, stop counting the number of samples of the auxiliary signal when zero its values, the formation of the signal frequency value by reducing the signal sampling frequency in proportion to the number of samples gatelnogo signal accumulated between the start of its formation and the appearance of a zero sample. In this case, an auxiliary signal is formed by summing the values of instantaneous samples of the analyzed signal.

Причем в устройство, реализующее способ измерения частоты, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной шиной, введены накапливающий сумматор, узел сравнения, триггер, счетчик, делитель, ключ, генератор импульсов, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя и к первому входу ключа, второй вход ключа соединен с выходом триггера, вход ключа подсоединен к вторым входам накапливающего сумматора, узла сравнения и счетчика, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу накапливающего сумматора и к первому входу триггера, выход накапливающего сумматора соединен с первым входом узла сравнения, выход которого подключен к третьему входу накапливающего сумматора, второму входу триггера, к первому входу счетчика и второму входу делителя, вход делителя соединен с выходом счетчика. Moreover, an accumulating adder, a comparison unit, a trigger, a counter, a divider, a key, a pulse generator, the output of which is connected to the second input of the analog-to-digital converter, are introduced into a device that implements a frequency measurement method containing an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the input bus and to the first key input, the second key input is connected to the trigger output, the key input is connected to the second inputs of the accumulating adder, comparison unit and counter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the to the input of the accumulating adder and to the first input of the trigger, the output of the accumulating adder is connected to the first input of the comparison unit, the output of which is connected to the third input of the accumulating adder, the second input of the trigger, to the first input of the counter and the second input of the divider, the input of the divider is connected to the output of the counter.

Именно использование формирования вспомогательного сигнала с определенными свойствами и определение количества его отсчетов между началом формирования и появлением нулевого значения с последующим формированием значения частоты сигнала позволили достичь поставленной цели изобретения в предложенном способе. Также именно введение накапливающего сумматора, узла сравнения делителя, триггера, счетчика, генератора импульсов, ключа с соответствующими связями в устройство, реализующее способ, позволили достичь поставленной цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. It is the use of the formation of an auxiliary signal with certain properties and the determination of the number of its samples between the beginning of the formation and the appearance of a zero value with the subsequent formation of the signal frequency value made it possible to achieve the goal of the invention in the proposed method. Also, it was the introduction of the accumulating adder, the comparison node of the divider, trigger, counter, pulse generator, key with the corresponding connections in the device that implements the method, allowed to achieve the goal of the invention. This allows us to conclude that the claimed invention is interconnected by a single inventive concept.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники установлено, что признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипов, не выявлены в них, и поэтому эти признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed technical solutions with prototypes made it possible to establish compliance with their criterion of "novelty." In the study of other known technical solutions in the art it was found that the features that distinguish the claimed invention from the prototypes are not identified in them, and therefore these signs provide the claimed technical solution according to the criterion of "significant differences".

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 приведены временные диаграммы работы устройства. Figure 1 shows the structural diagram of a device that implements the inventive method; figure 2 shows the timing diagrams of the operation of the device.

Пусть необходимо определить частоту f_s гармонического или квазигармонического узкополосного сигнала, описываемого соотношением S_вх(t) = A_ssin( ω_st+φ_н). Частота сигнала f_s = ω/2π лежит в пределах полосы анализа Δ f_a = { 0,f_max } и кратна частоте дискретизации F_д. Для определения частоты f_s входного сигнала производят его следующую обработку.Let it be necessary to determine the frequency f _{s of a} harmonic or quasi-harmonic narrow-band signal described by the relation S _in (t) = A _s sin (ω _s t + φ _н ). The signal frequency f _s = ω / 2π lies within the analysis band Δ f _a = {0, f _max } and is a multiple of the sampling frequency F _d . To determine the frequency f _{s of the} input signal, it is subjected to the following processing.

Производим аналого-цифровое преобразование сигнала S_вх(t) с частотой дискретизации F_д≥2f_a. В результате анализируемый сигнал S_вх(t) преобразуется в последовательность цифровых отсчетов S_вх(K):
S_вх(n)=A_ssin(ω_sΔt_n+φ_н)=A_ssin(ω_sT_дn+φ_n),(1) где n = 0,1,2...;
Т_д = 1/F_д - период дискретизации.We perform analog-to-digital conversion of the signal S _I (t) with a sampling frequency F _d ≥2f _a . As a result, the analyzed signal S _in (t) is converted into a sequence of digital samples S _in (K):
S _in (n) = A _s sin (ω _s Δt _n + φ _n ) = A _s sin (ω _s T _d n + φ _n ), (1) where n = 0,1,2 ...;
T _d = 1 / F _d - sampling period.

Затем сформируем вспомогательный сигнал S(m) путем суммирования цифровых отсчетов последовательности S_вх(K), описываемый следующим образом:
S(m) =

A_ssin(ω_sT_дK+φ_н), (2) где φ_н≠2πT_дl/T_s, l - целое число;
m - текущее значение количества просуммированных отсчетов.Then we form the auxiliary signal S (m) by summing the digital samples of the sequence S _in (K), described as follows:
S (m) =

A _s sin (ω _s T _d K + φ _n ), (2) where φ _n ≠ 2πT _d l / T _s , l is an integer;
m is the current value of the number of summed samples.

Одновременно с началом формирования вспомогательного сигнала S(m) производим подсчет количества m суммируемых отсчетов S_вх(n).Simultaneously with the beginning of the formation of the auxiliary signal S (m), we count the number m of summed samples S _in (n).

Во вспомогательном сигнале S(m) контролируем появление нулевого значения с начала его формирования. При выявлении этого нулевого значения S(m_o) = 0 накопление отсчетов прекращаем и фиксируем соответствующее количество mo накопленных отсчетов.In the auxiliary signal S (m), we control the appearance of a zero value from the beginning of its formation. When this zero value S (m _o ) = 0 is detected, we stop the accumulation of samples and fix the corresponding number mo of accumulated samples.

Частоту f_s сигнала S_вх(t) формируем следующим образом:
f_s=

(3)
Покажем, что частота сигнала f_s и момент появления (m_o +1)T_днулевого значения S(m_o) имеют однозначную взаимосвязь. Для этого преобразуем уравнение (2) следующим образом:
S(m) =

A_scosφ_нsin(ω_sT_дn)+

A_ssinφ_ncos(ω_sT_дn) = S_c(m)+S_s(m), где S_c(m) =

A_ssinφ_нcos(ω_sT_дn);
S_s(m) =

A_scosφ_нsin(ω_sT_дn).The frequency f _{s of the} signal S _I (t) is formed as follows:
f _s =

(3)
We show that the frequency of the signal f _s and the instant of occurrence (m _o +1) T _{d of the} zero value S (m _o ) have a unique relationship. To do this, we transform equation (2) as follows:
S (m) =

A _s cosφ _n sin (ω _s T _d n) +

A _s sinφ _n cos (ω _s T _d n) = S _c (m) + S _s (m), where S _c (m) =

A _s sinφ _n cos (ω _s T _d n);
S _s (m) =

A _s cosφ _n sin (ω _s T _d n).

Нулевое значение вспомогательного сигнала S(m) появится в случае:
S (m_o ) = 0 при

(5)
Составляющие S_c(m) и S_s(m) можно описать суммами рядов с тригонометрическими членами, сходящимися по признаку Дирихле. При этом суммы синусного и косинусного рядов равны (4):
Z_c(X) =

cospx =

Z_s(X) =

sinpx =

(6)
Уравнения (4) с учетом уравнений (6) при x = ω_s T_д преобразуются к виду:

(7)
Совместим решением системы (7) для случая (5) является значение m_o= KF_д/f_s-1. При этом для K_min = 1 выполняется равенство:
m_o=

- 1 (8)
Так как значение F_д известно заранее, то из уравнения (8) можно определить искомое значение частоты входного сигнала:
f_s=

(9)
Таким образом, по значению m_o номера отсчета формируемого вспомогательного сигнала S(m), при котором последний принимает нулевое значение, можно однозначно судить о частоте анализируемого сигнала.The zero value of the auxiliary signal S (m) will appear in the case of:
S (m _o ) = 0 for

(5)
The components S _c (m) and S _s (m) can be described by the sums of series with trigonometric terms converging according to the Dirichlet criterion. Moreover, the sums of the sine and cosine series are equal to (4):
Z _c (X) =

cospx =

Z _s (X) =

sinpx =

(6)
Equations (4) taking into account equations (6) with x = ω _s T _{d are} converted to the form:

(7)
A compatible solution to system (7) for case (5) is the value of m _o = KF _d / f _s -1. Moreover, for K _min = 1, the equality holds:
m _o =

- eighteen)
Since the value of F _{d is} known in advance, from equation (8) you can determine the desired value of the frequency of the input signal:
f _s =

(9)
Thus, by the value of m _o the reference number of the generated auxiliary signal S (m), at which the latter takes a zero value, we can unambiguously judge the frequency of the analyzed signal.

Определим погрешность δ f_s измерения частоты сигнала предлагаемым способом. Время анализа сигнала равно времени накопления его отсчетов:
Т_а = Т_д˙ N_s, (10) где Т_а - время анализа;
N_s - количество накапливаемых отсчетов.Define the error δ f _s measuring the frequency of the signal by the proposed method. The signal analysis time is equal to the accumulation time of its samples:
T _a = T _d ˙ N _s , (10) where T _a is the analysis time;
N _s is the number of accumulated samples.

Тогда достижимая погрешность измерения частоты сигнала S_вх(t) не превысит половины формируемого дискрета по частоте:
δf_s≅

_

=

(11)
По способу-прототипу при неизменном времени анализа (см.10) погрешность измерения частоты составит (1):
δf $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{s}}$ =

=

(12)
Из сравнения равенств (11) и (12) следует, что при использовании предлагаемого способа точность измерения частоты может быть повышена в М = 1/(N_s-1) раза по сравнению с прототипом без увеличения времени анализа.Then the achievable error in measuring the signal frequency S _in (t) will not exceed half of the generated discrete in frequency:
δf _s ≅

_

=

(eleven)
According to the prototype method with a constant analysis time (see 10), the error in measuring the frequency will be (1):
δf $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{s}}$ =

=

(12)
From a comparison of equalities (11) and (12) it follows that when using the proposed method, the accuracy of the frequency measurement can be increased in M = 1 / (N _s -1) times compared with the prototype without increasing the analysis time.

Обычно количество обрабатываемых отсчетов в процедуре ДПФ лежит в пределах (2⁸-2¹²). Поэтому ожидаемый выигрыш по точности при использовании предлагаемого способа составит соответственно 2-3 порядка.Typically, the number of processed samples in the DFT procedure lies within (2 ⁸ -2 ¹² ). Therefore, the expected gain in accuracy when using the proposed method will be respectively 2-3 orders of magnitude.

Важным параметром аппаратуры измерения параметров сигналов является время реакции, равное интервалу времени между началом анализа и получением искомого значения частоты. При использовании предлагаемого способа вспомогательный сигнал S(m) может формироваться в темпе поступления отсчетов последовательности S_вх(n) и время реакции Т_р будет равно времени анализа:
T_p = T_a (13)
Для повышения быстродействия в способе-прототипе при N_s = 2^lможно использовать процедуру быстрого преобразования Фурье (БПФ). В этом ^случае время реакции практически будет не менее:
Т_р ^* ≥ Т_а + Т_БПФ (14) где Т_БПФ - время обработки накопленного массива отсчетов по алгоритму БПФ.An important parameter of the equipment for measuring signal parameters is the reaction time equal to the time interval between the beginning of the analysis and obtaining the desired frequency value. When using the proposed method, the auxiliary signal S (m) can be formed at the rate of arrival of samples of the sequence S _in (n) and the reaction time T _p will be equal to the analysis time:
T _p = T _a (13)
To improve performance in the prototype method with N _s = 2 ^l, you can use the fast Fourier transform (FFT) procedure. In this ^case , the reaction time will be practically no less than:
T _r ^* ≥ T _a + T _FFT (14) where T _FFT is the processing time of the accumulated array of samples using the FFT algorithm.

При режиме обработки в реальном масштабе времени Т_а = Т_БПФ и, следовательно, Т_р ^* ≥ 2Т_а. Таким образом, время реакции Т_р в предлагаемом способе меньше времени реакции Т_р ^* в прототипе
Т_р < Т_р* (15)
Таким образом, при использовании предлагаемого способа обеспечивается возможность существенно сократить время реакции измерения частоты сигнала при сохранении неизменным времени анализа.In the real-time processing mode, T _a = T _FFT and, therefore, T _p ^* ≥ 2T _a . Thus, the reaction time T _p in the proposed method is less than the reaction time T _p ^* in the prototype
T _p <T _p * (15)
Thus, when using the proposed method, it is possible to significantly reduce the reaction time of measuring the signal frequency while keeping the analysis time unchanged.

Для реакции предлагаемого способа необходимы простые операции, такие как аналого-цифровое преобразование, накопление и сравнение. For the reaction of the proposed method requires simple operations, such as analog-to-digital conversion, accumulation and comparison.

Для реализации известного способа помимо аналого-цифрового преобразования и накопления необходимы процедуры ДПФ и поиска максимума с вычислением значения частоты, которые намного сложнее процедуры,реализующей предлагаемый способ, как по количеству операций, так и по сложности их алгоритмических взаимосвязей. To implement the known method, in addition to analog-to-digital conversion and accumulation, DFT and maximum search procedures are necessary with the calculation of the frequency value, which are much more complicated than the procedure that implements the proposed method, both in the number of operations and in the complexity of their algorithmic relationships.

Устройство, реализующее способ, содержит (фиг.1) генератор 1 импульсов, АЦП 20,ключ 3, накапливающий сумматор 4, счетчик 5 импульсов, узел 6 сравнения, делитель 7, триггер 8. A device that implements the method contains (Fig. 1) a pulse generator 1, an ADC 20, a key 3, an accumulating adder 4, a pulse counter 5, a comparison unit 6, a divider 7, a trigger 8.

Устройство работает следующим образом (фиг.2). Входной анализируемый сигнал S_вх(t) поступает на первый (сигнальный) вход АЦП 2. Запуска АЦП 2 производится тактовыми импульсами с генератора 1 импульсов, поступающими на его второй вход (вход запуска). Период следования импульсов равен периоду дискретизации Т_д входного сигнала S_вх(t). В исходном состоянии (после включения питания) триггер 8 находится в нулевом состоянии и его выходной сигнал, поступая на второй вход ключа 3, препятствует прохождению через него тактовых импульсов с генератора 1. Накапливающий сумматор 4, счетчик 5 импульсов и делитель 7 также находится в нулевом состоянии. АЦП 2 производит преобразование входного сигнала S_вх(t) в эквивалентную последовательность цифровых отсчетов S_вх(n), которая поступает на накапливающий сумматор 4. При этом знаковый разряд цифровых отсчетов с АЦП 2 соединен с первым синхровходом триггера 8. Триггер 8 является Т-триггером с двумя входами: первым - динамическим синхровходом (С-вход) и вторым - установочным в нулевое состояние (Р-вход). В момент перехода значения входного сигнала S_вх(t) через ноль его знак изменяется с отрицательного на положительный. При этом знаковый разряд соответствующих цифровых отсчетов S_вх(n) изменяет свое значение с нулевого на единичное (при использовании прямого двоичного кодирования) (фиг.2, т.А). В этом случае на первом (С-входе) входе триггера 8 формируется положительный фронт (переход из логического нуля в единицу), по которому триггер 8 переходит в единичное состояние (на его выходе формируется сигнал с уровнем логической единицы). Единичный сигнал с выхода триггера 8, поступая на второй вход ключа 1, разрешает прохождение через него тактовых импульсов с генератора 4 импульсов. Таким образом обеспечивается синхронизация начала измерения частоты с моментом появления сигнала. Цифровые отсчеты с АЦП 2 по синхроимпульсам с ключа 3 принимаются накапливающим сумматором 4, на выходе которого формируется вспомогательный сигнал S(m) (см. (2)). Одновременно с формированием значений вспомогательного сигнала S(m) счетчик 5 производит подсчет текущего количества m отсчетов, накопленных в накапливающем сумматоре 4. Значения отсчетов вспомогательного сигнала S(m) поступают на узел 6 сравнения, который сравнивает их значения с порогом П_o. Работа узла 6 сравнения стробируется импульсами запуска с генератора 1 импульсов. При появлении значения формируемого сигнала S(m_o), равного нулю или меньше по модулю порога П_о, на выходе узла 6 сравнения формируется импульс, который поступает на второй (R-вход) вход триггера 8 и переводит его в нулевое состояние, тем самым закрывая ключ 1 и препятствуя дальнейшему накоплению отсчетов с АЦП 2 в накапливающем сумматоре 4 и подсчету их количества в счетчике 5. Одновременно с этим полученное значение количества накопленных отсчетов (m_o + 1) из счетчика 5 фиксируется (записывается) в делителе 7, который формирует на выходе измеренное значение частоты f_s входного сигнала S_вх(t) (см.(3)). Накапливающий сумматор 4 и счетчик 5 обнуляются, переходя в исходное состояние. Очередной цикл измерения частоты входного сигнала повторится аналогично описанному выше порядку. Таким образом устройство производит измерение частоты входного сигнала.The device operates as follows (figure 2). The input analyzed signal S _in (t) is supplied to the first (signal) input of the ADC 2. The start of the ADC 2 is performed by clock pulses from the pulse generator 1 supplied to its second input (start input). The pulse repetition period is equal to the sampling period T _{d of the} input signal S _in (t). In the initial state (after turning on the power), trigger 8 is in the zero state and its output signal, coming to the second input of the key 3, prevents the passage of clock pulses from the generator 1 through it. The accumulating adder 4, pulse counter 5, and divider 7 are also in zero condition. ADC 2 converts the input signal S _I (t) into an equivalent sequence of digital samples S _I (n), which is fed to the accumulating adder 4. In this case, the sign bit of digital samples from ADC 2 is connected to the first sync input of trigger 8. Trigger 8 is T- a trigger with two inputs: the first is a dynamic sync input (C-input) and the second is set to zero (P-input). At the moment of transition of the value of the input signal S _in (t) through zero, its sign changes from negative to positive. In this case, the sign bit of the corresponding digital samples S _in (n) changes its value from zero to unity (when using direct binary coding) (Fig.2, T.A). In this case, a positive front is formed at the first (C-input) input of trigger 8 (a transition from logical zero to one), along which trigger 8 goes into a single state (a signal with a logic level is formed at its output). A single signal from the output of trigger 8, arriving at the second input of key 1, allows the passage of clock pulses through it from a 4-pulse generator. This ensures synchronization of the beginning of the frequency measurement with the moment the signal appears. Digital readings from ADC 2 by sync pulses from key 3 are received by the accumulating adder 4, at the output of which an auxiliary signal S (m) is generated (see (2)). Simultaneously with the formation of the values of the auxiliary signal S (m), the counter 5 calculates the current number m of samples accumulated in the accumulating adder 4. The values of the samples of the auxiliary signal S (m) are sent to the comparison unit 6, which compares their values with the threshold П _o . The operation of the comparison node 6 is gated by start pulses from the pulse generator 1. When the value of the generated signal S (m _o ) appears, equal to zero or less modulo the threshold П _о , an impulse is generated at the output of the comparison unit 6, which is fed to the second (R-input) input of trigger 8 and puts it in the zero state, thereby closing the key 1 and preventing the further accumulation of samples from the ADC 2 in the accumulating adder 4 and counting their number in the counter 5. At the same time, the obtained value of the number of accumulated samples (m _o + 1) from the counter 5 is recorded (recorded) in the divider 7, which generates output measured e is the value of the frequency f _{s of the} input signal S _in (t) (see (3)). The accumulating adder 4 and the counter 5 are reset to zero, returning to the initial state. The next cycle of measuring the frequency of the input signal will be repeated in the same way as described above. Thus, the device measures the frequency of the input signal.

Время анализа предлагаемого устройства с учетом (9) и (10) равно:
Т_а = (m_o + 1)Т_д при max{m} = N_s (15)
Время реакции предлагаемого устройства равно интервалу времени между моментами появления перехода значения входного сигнала S_вх(t) через ноль и выдачи результата измерения:
T_p=T_a+τ₄+τ₆+τ₇,(16) где τ₄ - время задержки сумматора 4;
τ₆ - время задержки узла 6 сравнения;
τ₇- время задержки делителя 7.The analysis time of the proposed device, taking into account (9) and (10) is equal to:
T _a = (m _o + 1) T _d with max {m} = N _s (15)
The reaction time of the proposed device is equal to the time interval between the moments of occurrence of the transition value of the input signal S _in (t) through zero and the issuance of the measurement result:
T _p = T _a + τ ₄ + τ ₆ + τ ₇ , (16) where τ ₄ is the delay time of the adder 4;
τ ₆ is the delay time of the comparison node 6;
τ ₇ - delay time of the divider 7.

Для реального масштаба времени измерений при большом значении m_o(более 10) практически выполняется равенство:
Т_р ≈ Т_а (17)
Достижимая погрешность δ_f измерения частоты сигнала не превышает:
δ_f≅

(18)
Для устройства-прототипа время реакции равно:

^{+ T}f , (19) где Т_ДПФ - время вычисления ДПФ накопленного массива из отсчетов;
T_f - время вычисления частоты сигнала.For a real time scale of measurements with a large value of m _o (more than 10), the equality
T _r ≈ T _a (17)
The achievable error δ _{f of} measuring the signal frequency does not exceed:
δ _f ≅

(eighteen)
For the prototype device, the reaction time is:

^{+ T} f, (19) where T _DFT is the time of calculating the DFT of the accumulated array of samples;
T _f - time to calculate the frequency of the signal.

Для режима реального масштаба времени при Т_а = Т_ДПФ = Т_f
Т_р ^* ≥ Т_а(2-3) (20)
При этом для устройства-прототипа достижимая погрешность измерения частоты сигнала не превысит:
δf $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{s}}$ ≅

(21)
Из сравнения параметров предлагаемого устройства и прототипа видно, что при одинаковом времени анализа Т_а точность измерения частоты сигнала и время реакции у предлагаемого устройства существенно лучше. По аппаратурным затратам предлагаемое устройство требует существенно меньших аппаратурных затрат по сравнению с прототипом (примерно один-два модуля), а все его узлы (АЦП, счетчик, сумматор, делитель, триггер и ключ) являются типовыми для аппаратуры цифровой обработки сигналов.For the real-time mode at T _a = T _DFT = T _f
T _p ^* ≥ T _a (2-3) (20)
At the same time, for the prototype device, the achievable error in measuring the signal frequency will not exceed:
δf $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{s}}$ ≅

(21)
A comparison of the parameters of the proposed device and the prototype shows that with the same analysis time T _{and the} accuracy of measuring the frequency of the signal and the reaction time of the proposed device is significantly better. In terms of hardware costs, the proposed device requires significantly lower hardware costs compared to the prototype (about one or two modules), and all its nodes (ADC, counter, adder, divider, trigger and key) are typical for digital signal processing equipment.

Устройство-прототип измерения частоты сигнала состоит из АЦП, прецессора ДПФ, устройства поиска максимума и вычислителя частоты. Процессор ДПФ является наиболее сложным вычислительным устройством. Для реального масштаба времени при N_s ≥ 1024 его объем составляет не менее целого блока с количеством микросхем до нескольких тысяч. Устройства поиска максимума и вычисления частоты также довольно сложные. Следовательно, аппаратурные затраты предлагаемого устройства существенно меньше аналогичных затрат устройства-прототипа.The prototype device for measuring the frequency of a signal consists of an ADC, an DFT precessor, a maximum search device, and a frequency calculator. The DFT processor is the most sophisticated computing device. For a real time scale at N _s ≥ 1024, its volume is at least an entire block with the number of microcircuits up to several thousand. Maximum search devices and frequency calculations are also quite complex. Therefore, the hardware costs of the proposed device is significantly less than the similar costs of the prototype device.

Таким образом, предлагаемое устройство измерения частоты сигнала при неизменном времени анализа обеспечивает более высокую точность измерения частоты при существенном сокращении аппаратурных затрат и времени реакции. Thus, the proposed device for measuring the frequency of the signal at a constant analysis time provides higher accuracy of frequency measurement with a significant reduction in hardware costs and reaction time.

Claims (2)

1. Способ измерения частоты сигнала, заключающийся в аналого-цифровом преобразовании сигнала и подсчете количества мгновенных отсчетов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения при неизменном времени анализа, дополнительно производят формирование вспомогательного сигнала и подсчет количества его отсчетов, начиная с момента начала измерения, сравнение значений отсчетов вспомогательного сигнала с нулем, прекращение подсчета количества отсчетов вспомогательного сигнала при появлении нулевого его значения, формирование значения частоты сигнала путем уменьшения значения частоты дискретизации сигнала пропорционально количеству отсчетов вспомогательного сигнала, накопленных между началом его формирования и появлением нулевого отсчета, при этом вспомогательный сигнал формируется путем суммирования значения мгновенных отсчетов анализируемого сигнала. 1. The method of measuring the frequency of the signal, which consists in analog-to-digital conversion of the signal and counting the number of instantaneous samples, characterized in that, in order to improve accuracy and simplification with a constant analysis time, additionally generate an auxiliary signal and count the number of its samples, starting from the moment the beginning of the measurement, comparing the values of the samples of the auxiliary signal with zero, stopping the counting of the number of samples of the auxiliary signal when its zero value appears, forming Table of values of the frequency signal by decreasing the sampling frequency signal proportional to the number of samples of the auxiliary signal accumulated between the start of its formation and the appearance of the zero reference, the auxiliary signal is formed by summing the values of instantaneous samples analyzed signal. 2. Устройство измерения частоты сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты и сокращения аппаратурных затрат при неизменном времени анализа, в него дополнительно введены накапливающий сумматор, узел сравнения, триггер, счетчик, делитель, ключ, генератор импульсов, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя и к первому входу ключа, второй вход ключа соединен с выходом триггера, выход ключа подсоединен к вторым входам накапливающего сумматора, узла сравнения и счетчика, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу накапливающего сумматора и к первому входу триггера, выход накапливающего сумматора соединен с первым входом узла сравнения, выход которого подключен к третьему входу накапливающего сумматора, второму входу триггера, к первому входу счетчика и второму входу делителя, вход делителя соединен с выходом счетчика. 2. A device for measuring the frequency of a signal containing an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the input bus, characterized in that, in order to improve the accuracy of frequency measurement and reduce hardware costs with a constant analysis time, an accumulating adder, a comparison unit are additionally introduced into it, trigger, counter, divider, key, pulse generator, the output of which is connected to the second input of the analog-to-digital converter and to the first input of the key, the second input of the key is connected to the output of the trigger, the output of the key is connected to the second inputs of the accumulating adder, the comparison unit and the counter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the first input of the accumulating adder and to the first input of the trigger, the output of the accumulating adder is connected to the first input of the comparison unit, the output of which is connected to the third input of the accumulating adder, the second input trigger to the first input of the counter and the second input of the divider, the input of the divider is connected to the output of the counter.

Images