JPH0725716Y2 - Fftアナライザ - Google Patents

Fftアナライザ

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JPH0725716Y2
JPH0725716Y2 JP17732087U JP17732087U JPH0725716Y2 JP H0725716 Y2 JPH0725716 Y2 JP H0725716Y2 JP 17732087 U JP17732087 U JP 17732087U JP 17732087 U JP17732087 U JP 17732087U JP H0725716 Y2 JPH0725716 Y2 JP H0725716Y2
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は、FFTアナライザ等の信号入力部において2つ
のA/D変換器を動作させてサンプリング速度の向上を図
る場合のデータの補正に関するものである。
《従来の技術》 第4図は本願出願人による先行技術の概要を示す構成ブ
ロック図である。これはデータ入力部において、2個の
A/D変換器を並列に動作させることによりFFTアナライザ
(FFT:Fast Fourier Transform)の速度の向上を図るも
ので、2は入力端子1を介して入力信号が印加されるア
ッテネータでアンチエイリアシング・フィルタを含むも
の、3,4はこのアッテネータ2をA/D変換する2つのA/D
変換器でサンプルホールド機能を含むもの、8はこのA/
D変換器3,4からデータが出力されるデータバス、5はこ
のデータバス8上のデータを記憶するメモリ、6はこの
メモリ5から読出されたデータにFFT演算等を行いその
出力がCRT表示される信号処理演算部(以下DSPと略称す
る)、7はA/D変換器3,4に逆相のクロックを印加するた
めのインバータ(NOT回路)である。端子1に入力され
た信号はアッテネータ2を通過後A/D変換器3,4で、逆相
のクロックにより互いに半周期ずれたA/D変換を行わ
れ、変換されたディジタル・データはデータバス8に交
互に出力される。この出力されたデータは波形メモリ5
に書込まれ、DSP6がメモリ5から読出したデータに演算
を実行し、その出力をCRT表示する。
《考案が解決しようとする問題点》 しかしながら、上記のような構成の装置では、アッテネ
ータ2,A/D変換器3,4にオフセット,ドリフト,特性の不
揃い等が存在し、このためメモリ5に取込んだデータに
は第5図に示すようなDCモードの誤差と、第6図に示す
ようなナイキストモードの誤差(サンプリング間隔の2
倍に対応するナイキスト周波数で生じる誤差)が生ず
る。ここでΔtはA/D変換器3,4のサンプリング間隔であ
る。これらの誤差を除去せずにDSP6においてブロックフ
ローティング等のFFT演算を行うと、そのパワースペク
トラムは第7図に示すように、DC成分の誤差成分72およ
びナイキストモードの誤差成分73の振幅が大きいため
に、本来解析すべき信号71の成分のダイナミックレンジ
が低下するおそれがある。第7図において、fsはサンプ
リング周波数を示し、fs/2はナイキスト周波数を示す。
図で点線74はCRTに表示する領域を表している。DCモー
ドの誤差成分に関しては、FFTアナライザの性質から、A
/D変換後に取得データのみをもとに補正を行う方法は端
子1から入力される信号のDC成分も除去してしまうから
使用できず、キャリブレーション用のデータを使う等の
従来の1個のA/D変換器を用いるFFTアナライザにおける
補正法を適用する。しかしナイキストモード誤差の場合
は、この補正法を適用したとしても、オフセット,ドリ
フト,A/D変換器3,4の不揃い等が時々刻々ゆっくりと変
化するので、取込んだデータを本当に補正できるという
保証がない。
本考案は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、2個のA/D変換器を用いて2倍のサンプリング
レートの変換を行う入力部を持つFFTアナライザにおい
て、2個のA/D変換器の特性の不揃い等により発生する
ナイキストモード誤差の除去を取得データのみをもとに
実現することを目的とする。
《問題点を解決するための手段》 本考案は上記課題を解決する為に、入力信号を交互にサ
ンプリングしディジタル値に変換する第1および第2の A/D変換器と、 これら2つのA/D変換器の夫々の出力値を平均値演算す
る第1及び第2の平均値演算手段と、 第1の平均値演算手段の出力値から第2の平均値演算手
段の出力値を引算する引算手段と、 この引算手段から得られる出力値を1/2倍する乗算手段
と、 前記第1および第2のA/D変換器から得られるディジタ
ル値を交互に格納するメモリと、 前記第1のA/D変換器より得られたデータであれば前記
メモリの出力データから前記乗算手段の出力値を減算
し、第2のA/D変換器より得られたデータであれば前記
乗算手段から得られる出力値に前記メモリの出力データ
を加算する加減算手段と、 この加減算手段の出力を信号処理する信号処理演算部
と、 を備え、前記第1および第2のA/D変換器が交互に出力
するデータ系列に含まれるナイキストモードの誤算成分
を除去することを特徴とする。
《実施例》 以下本考案を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本考案に係るFFTアナライザの一実施例を示す
構成ブロック図である。第4図と同じ部分は同一の記号
を付して説明を省略する。なお第4図のクロック関連回
路はここでは省略されている。11,12はA/D変換器3,4の
ディジタル出力をそれぞれ入力する平均値回路、13はこ
の平均値回路11,12の出力の差を演算する引算回路、14
はこの引算回路13の出力を入力する乗算回路、15はこの
乗算回路14の出力およびメモリ5の出力を入力しDSP回
路6に出力する加減算回路である。
上記のような構成の装置の動作を次に説明する。ナイキ
ストモード誤差は第7図に示す通り通例CRTに表示しな
い周波数fs/2において存在するので、端子1から入力す
る信号のナイキスト成分を同時に除去しても差支えな
い。したがって本考案では以下に示すように、データバ
ス8以降のディジタルデータについてナイキストモード
の誤差を除去する。端子1に入力された信号は第4図の
場合と同様にA/D変換された後メモリ5に格納される
が、格納データのうち偶数番目のデータは1→2→3→
8→5の径路を通り、奇数番目のデータは1→2→4→
8→5の径路を通ってA/D変換されるものとする。偶数
番目のデータに関してはA/D変換器3における変換と同
時に平均値回路11によってその平均値が計算され、全デ
ータについてA/D変換終了後、平均値出力が引算回路13
の一方の入力となる。また奇数番目のデータに関しては
A/D変換器4における交換と同時に平均値回路12によっ
てその平均値が計算され、全データについてA/D変換終
了後、平均値が引算回路13の他方の入力となる。引算回
路13では両平均値の差が演算され、その出力は乗算器14
で1/2倍される。DSP6によりFFT等の演算処理が開始する
と、DSP6がメモリ5からデータを取込む度に、そのデー
タが偶数番目のものであれば、加減算回路15がメモリ5
の読出しデータから乗算器14の出力データを減じたデー
タをDSP6に渡す。反対にそのデータが奇数番目のもので
あれば、加減算回路15がメモリ5の読出しデータに乗算
器14の出力データを加えたデータをDSP6に渡す。
第2図は第1図における平均値回路11(12)の具体例を
示す構成ブロック図である。31はA/D変換器3(4)の
出力を一方の入力とする加算器、32はこの加算器31の出
力をラッチしその出力を前記加算器31の他方の入力とす
るラッチ回路、33は割算器を構成し前記ラッチ回路32の
出力を入力して引算回路13に出力するシフタである。FF
Tで取扱うデータ点数NはN=2nで表されるので、シフ
タを用いて割算器を構成できる。A/D変換器3(4)の
出力が変化するごとにラッチ回路32は加算器31の出力デ
ータをラッチしてゆく。最終的には加算器31の内容はA/
D変換器3(4)からの各出力データが積算された値を
示す。この積算値はラッチ回路32を介してシフタ33に入
力しデータ点数Nで割られ平均値出力となる。なおデー
タ点数Nを固定とすれば、割算器はワイアード・ロジッ
ク(論理回路を固定配線したもの)でも構成できる。
第3図は第1図の加減算回路15の具体例を示す構成ブロ
ック図である。41は乗算器14の出力を入力する符号反転
回路、42はこの符号反転回路41の出力を入力するバッフ
ァ、43は乗算器14の出力を入力するバッファ、44はバッ
ファ42または43の出力をその一方の入力とし、メモリ5
の出力を他方の入力としDSP6に出力する加算器である。
メモリ5から偶数番目のデータを入力する場合にはバッ
ファ42がイネーブルとなり、乗算器14の出力データを符
号反転回路41により符号反転した後加算器44でメモリ5
からのデータと加算する。この結果、メモリ5の出力デ
ータから乗算器14の出力データを減じたデータがDSP6に
出力される。メモリ5から奇数番目のデータを入力する
場合にはバッファ43がイネーブルとなり、乗算器14の出
力データを加算器44でメモリ5からの前記データと加算
する。この結果、メモリ5の出力データと乗算器14の出
力データを加えたデータがDSP6に出力される。
次に上記装置の動作を数式を用いて説明する。DSP6の処
理するデータ点数をN点とし、端子1から入力する信号
をx(t)とし、A/D変換器3,4の特性の不揃い等による
ナイキストモードの誤差をmとし、A/D変換器3では+
m、A/D変換器4では−mの誤差を発生しているものと
する。
なお、このように+m,−mの誤差が発生するものと仮定
したのはナイキストモードの誤差は、2つのA/D変換器
の直流のオフセット(の差)により発生するからであ
る。
このことを第8図を用いて説明する。A/D変換器3,4のDC
オフセットを各々のE1E2とする。この中心値に該当する
DCエラー(=(E1+E2)/2)を中心として、同値の誤差
(ここではm)が発生している。このDCオフセットのみ
誤差を表したものが第5図となり、ナイキストモードの
誤差(+m,−m)を表したものが第6図である。このよ
うな条件を用いて第1図の回路でメモリ5に格納される
データを表すと、 {x(0)+m,x(1)−m,x(2)+m,x(3)−m,…,
x(N−1)−m}…(1) となる。従来の方式では、メモリ5のデータに対して直
接DSP6で処理するので、ナイキスト周波数(fs/2)に対
応するフーリエ変換X(N/2)は ただしe-j2 π nN/2はn=2kのとき1、n=2k+1のとき
−1である。(2)式の成分を除去するのが本願考案の
ねらいである。
平均値回路11では偶数番目のデータの平均をとるから、
その出力データD11同様に平均値回路12の出力データD12したがって乗算器14の出力データD13となる。次に加減算回路15では(1)式で示されるメモ
リ5の出力データに(3)式で示される出力データD13
を減算,加算,減算,加算,…加算を行うから加減算回
路15からの出力データは となる。次にDSP6で信号処理を行うが、(4)式のデー
タのナイキスト周波数(fs/2)に対応するフーリエ変換
X(N/2)は となり、ナイキスト周波数(fs/2)に対応するフーリエ
変換X(N/2)が除去されたことになる。また(4)式
から明らかなように、上記装置ではナイキストモード以
外の補正は行っていないので、ナイキスト周波数以外の
周波数に対応するフーリエ変換 {X(0),X(1),…,X(N/2−1)}および{X(N
/2+1),…,X(N−1)}にはまったく影響を与えな
い。
このような構成のFFTアナライザによれば、ナイキスト
モードの誤差を除去できるので、DSP6の信号処理におい
てダイナミックレンジを確保できる。
またA/D変換器の不揃いに起因するナイキストモード誤
差のみでなく、全てのナイキストモード誤差を除去する
ことができ、ナイキストモード以外の周波数成分には全
く影響しない。
またディジタル演算による完全な後処理であるから誤差
の変動等にも対応でき、アナログ部で補正を加える方式
と比較してナイキストモードの除去が確実である。
なお第2図の平均値回路11(12)においてシフタ33で余
分にシフトして1/2倍としておけば、第1図において乗
算器14を省略することができる。
また上記実施例における平均値回路11,12,引算回路13,
乗算器14,加減算回路15等をソフトウェアで実現するこ
ともできる。
《考案の効果》 以上述べたように本考案によれば、2個のA/D変換器を
用いて2倍のサンプリングレートの変換を行う入力部を
持つFFTアナライザにおいて、2個のA/D変換器の特性の
不揃い等により発生するナイキストモード誤差の除去を
簡単な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本考案に係るFFTアナライザの一実施例を示す
構成ブロック図、第2図は第1図装置の平均値回路11
(12)の具体例を示す構成ブロック図、第3図は第1図
装置の加減算回路15の具体例を示す構成ブロック図、第
4図は従来のFFTアナライザを示す構成ブロック図、第
5図および第6図は第4図装置で生じる誤差モードを示
す説明図、第7図は信号処理演算部6のパワースペクト
ラム出力を示す説明図、第8図は、2個のA/D変換器に
よって発生する誤差を示す説明図である。 3,4…A/D変換器、11,12…平均値演算手段、13…引算手
段、15…加減算手段。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号を交互にサンプリングしディジタ
    ル値に変換する第1および第2のA/D変換器と、 これら2つのA/D変換器の夫々の出力値を平均値演算す
    る第1及び第2の平均値演算手段と、 第1の平均値演算手段の出力値から第2の平均値演算手
    段の出力値を引算する引算手段と、 この引算手段から得られる出力値を1/2倍する乗算手段
    と、 前記第1および第2のA/D変換器から得られるディジタ
    ル値を交互に格納するメモリと、 前記第1のA/D変換器より得られたデータであれば前記
    メモリの出力データから前記乗算手段の出力値を減算
    し、第2のA/D変換器より得られたデータであれば前記
    乗算手段から得られる出力値に前記メモリの出力データ
    を加算する加減算手段と、 この加減算手段の出力を信号処理する信号処理演算部
    と、 を備え、前記第1および第2のA/D変換器が交互に出力
    するデータ系列に含まれるナイキストモードの誤算成分
    を除去することを特徴とするFFTアナライザ。
JP17732087U 1987-11-20 1987-11-20 Fftアナライザ Expired - Lifetime JPH0725716Y2 (ja)

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