CS269864B1

CS269864B1 - Incrementing the equivalent sampling frequency of periodic signals

Info

Publication number: CS269864B1
Application number: CS873015A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Trmac; Jindrich Ing Tuma; Zdenek Ing Kucera; Vaclav Ing Nejezchleba; Milan Ing Pek
Original assignee: Jiri Ing Trmac; Jindrich Ing Tuma; Zdenek Ing Kucera; Vaclav Ing Nejezchleba; Milan Ing Pek
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1990-05-14
Also published as: CS301587A1

Abstract

Zapejení lae použít u systémů pracujících se vzorkováním periodických signálů, nejčastěji pro účely jejich číslicového zpracování, zejména v oblasti elektronických měřicích přístrojů. Tímto zpracováním může být i přenos vzorkovaných signálů nebo jejich uchování ve tvaru vzorků. Vstupní svorka (l) zapojení je spojena jednak s prvním vstupem vzorkovače (2). jehož výstup je propojen přes obvody (3) přiřazení vzorků a vyhodnocovací hlok (4) β výstupní svorkou (5) zapojení a jednak přes synchronizační obvody (6) a obvody (3) přiřazení vzorků. Druhy vstup vzorkovače (2) je spojen s generátorem (7) vzorkovacích impulsů, jehož výstup je-spojen se vstupem generátoru (8) dílčích intervalů, kterého výstup je propojen s obvody (3) přiřazení vzorků.The circuit can be used in systems working with sampling of periodic signals, most often for the purposes of their digital processing, especially in the field of electronic measuring instruments. This processing can also be the transmission of sampled signals or their storage in the form of samples. The input terminal (l) of the circuit is connected on the one hand to the first input of the sampler (2). whose output is connected via the circuits (3) of sample assignment and the evaluation circuit (4) β output terminal (5) of the circuit and on the other hand via the synchronization circuits (6) and the circuits (3) of sample assignment. The second input of the sampler (2) is connected to the generator (7) of sampling pulses, whose output is connected to the input of the generator (8) of partial intervals, whose output is connected to the circuits (3) of sample assignment.

Description

Vynález ee týká zapojení pre zvýšení ekvivalentní vzorkovací frekvenci periodických eignálů, sležené z generátoru vzorkovacích impulsů, generátoru dílčích intervalů vzorkovače, synchronizačních obvodů, obvodů přiřazení vzorků a vyhodnocovacího bloku.The invention relates to a circuit for increasing the equivalent sampling frequency of periodic signals, consisting of a sampling pulse generator, a sampler sub-interval generator, synchronization circuits, sample assignment circuits and an evaluation block.

V současné době zařízení pro zpracování vzorkovacích periodických signálů užívají buď postupného vzorkování, nebe vzorkování náhodného. Nevýhodou postupného vzorkování je nutnost použití zpožďovací linky ke kompenzaci zpoždění obvodů zpracování signálů a nemožnost měnit velikost tohoto zpoždění. Nevýhodou vzorkování náhodného je, že pro Časové přiřazení sledu vzorků k opakovaným realizacím periodických signálů je potřeba přesných a rychlých odměřovacích obvodů, podílejících se významnou měrou na dosažitelné přesnosti zpracování. . .Currently, devices for processing sampled periodic signals use either progressive sampling or random sampling. The disadvantage of progressive sampling is the need to use a delay line to compensate for the delay of the signal processing circuits and the inability to change the size of this delay. The disadvantage of random sampling is that for the time assignment of the sequence of samples to repeated realizations of periodic signals, accurate and fast measuring circuits are needed, which contribute significantly to the achievable processing accuracy. . .

Výše uvedené nevýhody současného stavu techniky éi značné míry odstraňuje zapojení pro zvýšení ekvivalentní vzorkovací frekvence periodických signálů podle vynálezu, skládající se ze vzorkovacího obvodu, obvodu pro přiřazení vzorků, vyhodnocovacího bloku, synchronizačních obvodů, generátoru vzorkovacích impulsů a generátoru dílčích intervalů a jehož podstata spočívá v tom, že vstupní svorka zařízení je spojena jednak a prvním vstupem vzorkovače, kterého výstup je propojen- s prvním vstupem obvodů přiřazení vzorků, jejichž výetup je spojen přes vyhodnocovací blok s výstupní svorkou zařízení a jednak přes synchronizační obvody s druhým vstupem obvodů přiřazení vzorků. Generátor vzorkovacích impulsů je spojen svým prvním výstupem se vstupem generátoru dílčích intervalů, jehož výetup je propojen s třetím vstupem obvodů přiřazení vzorků.The above-mentioned disadvantages of the current state of the art are largely eliminated by the circuit for increasing the equivalent sampling frequency of periodic signals according to the invention, consisting of a sampling circuit, a circuit for assigning samples, an evaluation block, synchronization circuits, a sampling pulse generator and a partial interval generator, and the essence of which lies in the fact that the input terminal of the device is connected, on the one hand, to the first input of the sampler, the output of which is connected to the first input of the sample assignment circuits, the output of which is connected via the evaluation block to the output terminal of the device, and on the other hand, via synchronization circuits to the second input of the sample assignment circuits. The sampling pulse generator is connected by its first output to the input of the partial interval generator, the output of which is connected to the third input of the sample assignment circuits.

Výhodou zapojení podle vynálezu je schopnost realizovat nehodné vzorkování periodických dějů pro aplikaci v zobrazovacích nebo blocích pro zpracování vzorkovaného signálu při podstatném snížení nároků na přesnost odměřování časového přiřazení vzorků. Další výhodou zapojení podle vynálezu 0e, že při počtu vzorků v každém dílčím intervalu, navolených s ohledem na požadovanou výslednou přesnost, je možné použít obvodů s výrazně nižšími nároky na přesnost přiřazení vzorků do odpovídajících dílčích intervalů. Výsledná hodnota vzorku, připadající na tento dílčí interval, se vypočítá jako střední hodnota, to je aritmetický průměr těchto vzorků. Dři požadované přesnosti stanovení výsledné hodnoty kolem 1 % lze uvést, že v každém dílčím intervalu je třeba zahrnou minimálně 10 vzorků. ·The advantage of the circuit according to the invention is the ability to implement inappropriate sampling of periodic events for application in display or sampled signal processing blocks with a significant reduction in the requirements for the accuracy of measuring the time assignment of samples. Another advantage of the circuit according to the invention is that with the number of samples in each sub-interval selected with regard to the required resulting accuracy, it is possible to use circuits with significantly lower requirements for the accuracy of assigning samples to the corresponding sub-intervals. The resulting sample value, falling within this sub-interval, is calculated as the mean value, that is, the arithmetic mean of these samples. With the required accuracy of determining the resulting value of around 1%, it can be stated that at least 10 samples must be included in each sub-interval.

Na počtu dílčích intervalů v základní periods vzorkování závisí velikost poměru ekvivalentní a vzorkovací frekvence ke skutečné frekvenci vzorkování, přičemž výpočet střední hodnoty má další příznivý efekt číslicového filtru, omezujícího nežádoucí průnik frekvencí nad polovinou vzorkovacího kmitočtu.The ratio of the equivalent and sampling frequencies to the actual sampling frequency depends on the number of sub-intervals in the basic sampling period, while the calculation of the mean value has the additional beneficial effect of a digital filter, limiting unwanted interference of frequencies above half the sampling frequency.

Vynález je blíže objasněn pomocí výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno blokově zapojení pro zvýšení ekvivalentní vzerkevací frekvence periodických signálů.The invention is explained in more detail with the help of the drawing, where Fig. 1 shows a block diagram for increasing the equivalent sampling frequency of periodic signals.

Vstupní svorka 1 zapojení je spojená s prvním vstupem vzorkovače 2, jehož výetup je propojen s prvním vstupem obvodů 3, přiřazení vzorků, jejichž výetup je propojen přes vyhodnocovací blok 4 e výstupní svorkou 5. zapojení. Vstupní svorka 1 zapojení je současně propojena přes synchronizační obvody 6 e druhým vstupem obvodů 3 přiřazení vzorků. Druhý vstup vzorkovače 2 je spojen s prvním výstupem generátoru 7 vzorkovacích impulsů, jehož druhý výstup je propojen přes generátor 8 dílčích intervalů s třetím vstupem obvodů 3 přiřazení vzorků. 'The input terminal 1 of the circuit is connected to the first input of the sampler 2, the output of which is connected to the first input of the circuits 3, the sample assignment, the output of which is connected via the evaluation block 4 and the output terminal 5 of the circuit. The input terminal 1 of the circuit is simultaneously connected via the synchronization circuits 6 and the second input of the circuits 3 of the sample assignment. The second input of the sampler 2 is connected to the first output of the generator 7 of the sampling pulses, the second output of which is connected via the generator 8 of the partial intervals with the third input of the circuits 3 of the sample assignment. '

Signál ze vstupní svorky 1 je vzorkován, případně převeden na číslicové ekvivalenty, ve vzorkovači £ s periodou, určenou- generátorem 7 vzorkovacích impulsů. Z násobku těchto impulsů jsou v generátoru 8 dílčích intervalů vytvářeny dílčí časové intervaly, takže synchronizační obvody 6 mohou vzorky signálu při každé opakované realizaci přiřadit do odpovídajících intervalů v obvodech 3, přiřazení vzorků. Velikost násobku je dána požadovaným poměrem ekvivalentní a skutečné vzorkovací frekvence.The signal from the input terminal 1 is sampled, or converted to digital equivalents, in the sampler £ with a period determined by the sampling pulse generator 7. From the multiple of these pulses, partial time intervals are created in the partial interval generator 8, so that the synchronization circuits 6 can assign the signal samples to the corresponding intervals in the sample assignment circuits 3 at each repeated realization. The size of the multiple is given by the desired ratio of the equivalent and actual sampling frequency.

Po potřebném počtu realizací periodického děje, kdy v každém intervalu je dostatečný počet vzorků signálu k výpočtu střední hodnoty, která by s předem požadovanou přesností reprezentovala skutečnou střední hodnotu v daném dílčím intervalu, je tato střední hodnota ve vyhodnocovacím bloku 4 stanovena. Výpočtem střední hodnoty signálu v dílčích časových intervalech odpovídajících ekvivalentní vzorkovací frekvenci dochází k žádoucí frek2After the required number of realizations of the periodic process, when in each interval there is a sufficient number of signal samples to calculate the mean value, which would represent the actual mean value in the given partial interval with the previously required accuracy, this mean value is determined in the evaluation block 4. By calculating the mean value of the signal in the partial time intervals corresponding to the equivalent sampling frequency, the desired freq2 is obtained.

CS 269 864 Bl .•venční filtraci složek nad polovinu kmitočtu.CS 269 864 Bl .•external filtering of components above half the frequency.

Kankrétní aplikace zapájení padle vynálezu je uvedena na obr. 2 pra použití v číslicovém panStavée ascilaskepu. Vstupní analogový signál je zde při vzarkevání současně převáděn na osmibitové číslicové ekvivalenty a další zpracování tehete signálu přebíhá výhradně číslicově.A specific application of the invention is shown in Fig. 2 for use in a digital pan-Stave oscilloscope. The input analog signal is simultaneously converted to eight-bit digital equivalents during sampling, and further processing of this signal is carried out exclusively digitally.

Generátor vzerkevacích iapulsů 7 je realizeván jaké krystalem řízený oscilátor, generátar dílěích intervalů 8 je tříbitový čítač nadule 5. Krokovací impulsy na vzorkovač s převadníkem 1 jseu vedeny přes tente generáter 8. Obvody přiřazení vzerků tváří registr vzerků 3a a registr přiřazení 3b. Osmibitový výstup registru vzorků a tříbitový výstup registru přiřazení jsou vedeny na datovou sběrnici mikropočítače, který zastává mj. funkci vyhodnocovacího bloku 4. Vstup analogového signálu je realizeván prostřednictvím svorky 1, výstup zapojení v číslicovém tvaru prostřednictvím výstupu mikropočítače 2·The sample pulse generator 7 is implemented as a crystal-controlled oscillator, the partial interval generator 8 is a three-bit counter of the circuit 5. The stepping pulses to the sampler with converter 1 are fed through the generator 8. The sample assignment circuits are formed by the sample register 3a and the assignment register 3b. The eight-bit output of the sample register and the three-bit output of the assignment register are fed to the data bus of the microcomputer, which performs, among other things, the function of the evaluation block 4. The analog signal input is implemented via terminal 1, the output of the connection in digital form via the microcomputer output 2.

Krystalem řízený oscilátor 7 určuje okamžiky převodu vzorků signálu na uvedené číslicové ekvivalenty, přičemž na čítači module ^M5 jseu vytvářeny dílčí intervaly, které jsou prostřednictvím výstupních impulsů obvodů synchronizace (asynchronní vzhledem k frekvenci generátoru 7) přepisovány do regietru přiřazení 3b.Obvody mikropočítače 4 zpracovávají číslicové ekvivalenty jednotlivých vzorků signálu, zaznamenané současně v registru vzerků 3b, a to tak dlouho, dokud z každého dílčího intervalu není odebráno alespoň 16 vzorků - minimálně je tedy v daném případě nutno odebrat 80, typicky pak asi 105 vzerků.The crystal-controlled oscillator 7 determines the moments of conversion of signal samples into the specified digital equivalents, while partial intervals are created on the counter module ^M 5, which are rewritten into the assignment register 3b by means of output pulses of the synchronization circuits (asynchronous with respect to the frequency of the generator 7). The circuits of the microcomputer 4 process the digital equivalents of individual signal samples, recorded simultaneously in the sample register 3b, until at least 16 samples are taken from each partial interval - therefore, in a given case, at least 80, typically about 105 samples, must be taken.

Z hodnot vzorků jsou prostřednictvím mikropočítače vypočteny střední hodnoty vzorků v jednotlivých dílčích intervalech, čímž je dosaženo účinku podle vynálezu.From the sample values, the mean values of the samples in individual sub-intervals are calculated by means of a microcomputer, thereby achieving the effect according to the invention.

Výstup je realizeván z obvodů mikropočítače. 6ítač module 5 určuje poměr skutečné a dosažené ekvivalentní vzorkovací frekvence 1 : 5. Počet odebraných vzorků 16 v každém dílčím intervalu urřuje výslednou střední hodnotu chyby metody na méně než 1 %.The output is realized from the microcomputer circuits. The counter module 5 determines the ratio of the actual and achieved equivalent sampling frequency 1 : 5. The number of samples taken 16 in each partial interval determines the resulting mean value of the method error to less than 1%.

Vlastní realizace zde uvedené konkrétní aplikace vynálezu je uskutečněna vhodným zapojením běžných elektronických součástek a aplikací algoritmu zpracování v obvodech mikropočítače. Tímto algoritmem je výpočet aritmetické střední hodnoty 16 hodnot vzorků v každém dílčím intervalu. Výstupem je-5 hodnot, připadajících na jednu periodu čítač 8 module 5.The actual implementation of the specific application of the invention described here is carried out by suitable connection of common electronic components and application of a processing algorithm in microcomputer circuits. This algorithm is the calculation of the arithmetic mean value of 16 sample values in each partial interval. The output is -5 values, corresponding to one period of the counter 8 modulo 5.

Claims

A circuit for increasing the equivalent sampling frequency of periodic signals, consisting of a sampling generator, a partial interval generator, a sampler, synchronization circuits, sample assignment circuits and an evaluation block, characterized in that the input terminal (1) of the circuit is connected, on the one hand, to the first input of the sampler (2), whose output is connected to the first input of the sample assignment circuits (3), whose output is connected via the evaluation block (4) and the output terminal (5) of the circuit, and on the other hand, via the synchronization circuits (6) to the second input of the sample assignment circuits (3), wherein the generator (7) of sampling pulses is connected by its first output to the input of the partial interval generator (8), whose output is connected to the third input of the sample assignment circuits (3).