DE4218319A1 - Time and frequency distribution signal analysis arrangement - contains convolution device fed via mixers converting frequency range - Google Patents

Time and frequency distribution signal analysis arrangement - contains convolution device fed via mixers converting frequency range

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    • G01R31/2822—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere of microwave or radiofrequency circuits

Abstract

The arrangement contains a convolution device (15) which folds the Wigner distribution integral in the analogue signal domain. The signal under analysis is fed to both inputs of the convolution device, but is mixed with an oscillator signal before reaching one input (162). The oscillator signal represents the sweep frequency range. The output of the convolution device is connected to a detector (19). The lead to the second input can also contain a mixer connected to the oscillator to convert the mixer output signal to the convolution device's defined frequency range. USE/ADVANTAGE - Analysing frequency and time distribution of signal, e.g. for speech analysis. Enables rapid, economical two-dimensional representation of Wigner distribution.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor­ richtung und ein Verfahren zur Signal-(Modulations-) Analyse von hochfrequenten Signalen. Bei dieser Analyse geht es darum, das zu analysierende elektrische Signal hinsichtlich der Frequenz- und Zeitverteilung zu analy­ sieren. Es wird dazu der Energieinhalt des Signals als Funktion der Frequenz und der Zeit ermittelt. Mit der Wignerverteilung gewinnt man eine zweidimensionale Dar­ stellung der Signalenergie über der Frequenz/Zeit- Ebene. Diese z. B. für die Sprachanalyse schon seit längerer Zeit angewendete Signalanalyse ist insbeson­ dere im sehr hochfrequenten Bereich besonders geeignet zur Analyse von elektronischen Bauteilen, vorzugsweise von besonders komplexen Bauteilen, bei denen die Zusam­ menhänge zwischen dem Aufbau und dem Schaltungsdesign des Bauteils und seiner Übertragungsfunktion schwer zu erkennen sind.The present invention relates to a front direction and a method for signal (modulation) Analysis of high-frequency signals. In this analysis is about the electrical signal to be analyzed to analyze with regard to frequency and time distribution sieren. The energy content of the signal is used as Function of frequency and time determined. With the Wigner distribution you win a two-dimensional dar Position of the signal energy over the frequency / time Level. This z. B. for speech analysis since Signal analysis used for a long time is in particular particularly suitable in the very high-frequency range for the analysis of electronic components, preferably of particularly complex components in which the together connections between the structure and the circuit design of the component and its transfer function difficult are recognizable.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Analyse der Wigner­ verteilung eines elektrischen Signals bekannt. Einzel­ heiten hierzu sind der Druckschrift Phillips J. Res. Vol. 35 (1980) p. 217-250, 276-300, 372-389 zu entneh­ men. Diese Signalanalyse nach Wigner wird mit Hilfe di­ gital arbeitender Computer ausgeführt, um den zur Be­ rechnung der Wignerverteilung anfallenden erheblichen Rechenaufwand, der mit entsprechendem Zeitaufwand ver­ bunden ist, zu bewältigen.The analysis of the Wigner is to solve this task distribution of an electrical signal known. Single The Phillips J. Res. Vol. 35 (1980) p. 217-250, 276-300, 372-389 men. This signal analysis according to Wigner is carried out with the help of di gital working computer executed to the Be bill of the Wigner distribution Computing effort that ver is bound to cope.

In der Literatur besprochene Abwandlungen der Wigner­ verteilung sind das Wigner-Ville-Spektrum und das Spek­ togramm.Variations of the Wigner discussed in the literature distribution are the Wigner-Ville spectrum and the Spek  togramm.

Neben der bekannten Anwendung dieser Signalanalyse nach Wigner für Sprachanalyse ist aus IEEE Ultrasonic Sympo­ sium Proceedings (1989) p. 159-163 die Anwendung zur Analyse von elektronischen Bauteilen, insbesondere Oberflächenwellenfiltern, bekannt.In addition to the known application of this signal analysis Wigner for speech analysis is from IEEE Ultrasonic Sympo sium Proceedings (1989) p. 159-163 the application for Analysis of electronic components, in particular Surface wave filters, known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Zwei­ dimensionale Darstellung der Wignerverteilung einer Si­ gnalanalyse schneller und weniger aufwendig verfügbar zu machen.The object of the present invention is these two dimensional representation of the Wigner distribution of a Si Signal analysis available faster and with less effort close.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 gelöst. Mit den Merkmalen von Unteransprüchen werden Lösungen gemäß Weiterbildungen gegeben.This object is achieved with the features of claim ches 1 solved. With the characteristics of subclaims solutions are given according to further training.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die für die Analyse der Wignerverteilung unumgänglichen Rechenpro­ zesse analog durchzuführen und dafür einen Convolver zu verwenden. Insbesondere eignet sich dazu die Verwendung eines Oberflächenwellen-Convolvers. Von Convolvern ist es prinzipiell bekannt, daß sie Faltungen von zwei Ein­ gangssignalen durchführen. Zur Wigneranalyse ist die Lösung der GleichungThe invention is based on the idea that Analysis of the Wigner distribution essential comp to carry out processes analogously and to do this a convolver use. Use is particularly suitable for this of a surface wave convolver. From Convolver's it is known in principle that it has folds of two single Execute gear signals. For Wigner analysis is the Solving the equation

∫x(t)·x(t-τ)·cos ω0τ·dτ∫x (t) x (t-τ) cos ω 0 τdτ

erforderlich. Gegebenenfalls kommt zu dieser Gleichung als Multiplikant unter dem Integral noch eine Wich­ tungsfunktion hinzu.required. This equation may come up as a multiplicant under the integral another wich function.

Fig. 1 zeigt einen praktischen Anwendungsfall der Er­ findung. Mit 1 ist ein elektronisches Bauteil bezeich­ net, das bzw. dessen Übertragungsverhalten mittels der Erfindung zu analysieren bzw. zu testen ist. Von diesem elektronischen Bauteil 1 soll mit der Erfindung ermit­ telt werden, welches Signal, nach Frequenz und Zeit aufgelöst, am Ausgang 2 des Bauteils auftritt, wenn am Eingang 3 ein Signalimpuls anliegt. Dazu ist für dieses Anwendungsbeispiel der Erfindung ein Impulsgenerator 4 an dem Eingang 3 angeschlossen. Mit 5 ist ein Steuerge­ nerator bezeichnet, der den Impulsgenerator 4 und einen Frequenz-Synthesizer steuert. Fig. 1 shows a practical application of the invention. 1 designates an electronic component, which or its transmission behavior is to be analyzed or tested by means of the invention. From this electronic component 1 is to be determined with the invention, which signal, resolved according to frequency and time, occurs at output 2 of the component when a signal pulse is present at input 3 . For this purpose, a pulse generator 4 is connected to the input 3 for this application example of the invention. 5 with a Steuerge generator is designated, which controls the pulse generator 4 and a frequency synthesizer.

Das zu testende "Bauteil" 1 kann z. B. auch eine Über­ tragungsstrecke sein.The "component" 1 to be tested may e.g. B. also be a transmission line.

An dem Ausgangsanschluß des zu testenden Bauteils 1 ist ein Signalteiler angeschlossen. In jedem Zweig können parallel geschaltet zwei Verstärker 12 1 und 12 2 und/oder je ein Bandpaß 13 1 und 13 2 vor- oder nachge­ schaltet sein. In dem Zweig mit dem Verstärker 12 2 ist außerdem noch ein Mischer 14 eingefügt, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist. Dieser Mischer erhält als Os­ zillatorsignal ein Ausgangssignal des schon erwähnten Synthesizers 11. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist an die beiden Zweige mit den Verstärkern 12 1 und 12 2 ein Convolver angeschlossen. Vorzugsweise ist dies ein Oberflächenwellen-Convolver. Dieser Convolver enthält an seinen einen Eingangsanschluß 16 1 das ursprüngliche Signal x(t) und am anderen Eingangsanschluß 16 2 das Ausgangssignal des Mischers x(t)·cos ω0τ. Die darin enthaltene Winkelgeschwindigkeit ω ist die der Oszilla­ torfrequenz.A signal divider is connected to the output connection of the component 1 to be tested. In each branch, two amplifiers 12 1 and 12 2 and / or a bandpass filter 13 1 and 13 2 can be connected upstream or downstream in parallel. A mixer 14 is also inserted in the branch with the amplifier 12 2 , as can be seen from FIG. 1. This mixer receives an output signal of the synthesizer 11 already mentioned as the oscillator signal. As can be seen from FIG. 1, a convolver is connected to the two branches with the amplifiers 12 1 and 12 2 . This is preferably a surface wave convolver. This convolver contains at its one input connection 16 1 the original signal x (t) and at the other input connection 16 2 the output signal of the mixer x (t) · cos ω 0 τ. The angular velocity ω contained therein is that of the oscillator gate frequency.

Bekanntermaßen führt der Convolver zwei Rechenoperatio­ nen aus, nämlich er multipliziert die beiden Eingangs­ signale, die an den Eingängen 16 1 und 16 2 anliegend miteinander und bildet das Zeitintegral. Es ist dies das oben angegebene Integral. Mit 17 ist ein ggf. nach­ geschalteter Verstärker bezeichnet. Es kann außerdem auch noch ein Bandpaß 18 vorgesehen sein. Mit 19 ist eine nachgeschaltete Demodulator-/Detektorschaltung be­ zeichnet, wie z. B. eine Diode. Das Ausgangssignal die­ ses Detektors/Demodulators 19 ist die Zeitfunktion der Wignerverteilung W für die jeweils gegebene Frequenz des Oszillatorsignals am Eingang des Mischers 14.As is known, the convolver performs two arithmetic operations, namely it multiplies the two input signals, which are applied to the inputs 16 1 and 16 2, and forms the time integral. This is the integral given above. 17 denotes an amplifier that may be connected after. A bandpass 18 can also be provided. With 19 a downstream demodulator / detector circuit be characterized, such as. B. a diode. The output signal of this detector / demodulator 19 is the time function of the Wigner distribution W for the given frequency of the oscillator signal at the input of the mixer 14 .

Als Demodulator 19 kann auch ein Mischer mit ange­ schlossenem Oszillator vorgesehen sein.A mixer with a connected oscillator can also be provided as a demodulator 19 .

Das Ausgangssignal des Detektors, insbesondere Demodu­ lators 19, kann auf einem Bildschirm durch Augenschein ausgewertet und/oder einem Drucker oder dgl. zur druck­ schriftlichen Ausgabe des Meßergebnisses zugeführt wer­ den. Das Ergebnis kann auch anderweitig weiterverarbei­ tet werden.The output signal of the detector, in particular Demodu lators 19 , can be evaluated on a screen by eye and / or fed to a printer or the like. For printing the output of the measurement result. The result can also be further processed.

Mit 21 ist ein ggf. zu verwendender zusätzlicher Mischer 21 bezeichnet, der in den Leitungszug des Ver­ stärkers 12 1 eingefügt ist, d. h. in dem Leitungszug liegt, der parallel dem Leitungszug mit dem Mischer ist. An diesen Mischer 21 ist ein Oszillator 22 ange­ schlossen. Dieser zusätzliche Schaltungsanteil mit Mischer 21 und Oszillator 22 dient dazu, den Frequenz­ bereich des Signals am Eingang 16 1 des Convolvers 15 auf den schon vorgegebenen Betriebsbereich dieses Con­ volvers abzustimmen. Der Vorteil dieser Zusatzschaltung ist, daß der Frequenzbereich für das Testen des Bau­ teils 1 im wesentlichen unabhängig vom zur Verfügung stehenden Convolver 15 ist, d. h. der Frequenzbereich des Convolvers 15 braucht nicht einer Vorgabe des Fre­ quenzbereichs des Testens des Bauteils 1 angepaßt zu werden. 21 with an optional mixer 21 to be used is designated, which is inserted into the line of the amplifier 12 1 , ie lies in the line that is parallel to the line with the mixer. At this mixer 21 , an oscillator 22 is connected. This additional circuit component with mixer 21 and oscillator 22 serves to tune the frequency range of the signal at input 16 1 of convolver 15 to the already specified operating range of this con volver. The advantage of this additional circuit is that the frequency range for testing the construction part 1 is essentially independent of the available convolver 15 , ie the frequency range of the convolver 15 does not need to be adapted to a specification of the frequency range of testing the component 1 .

Wenn man die Oszillatorfrequenz über alle vorgegebenen Frequenzen durchstimmt, erhält man die komplette Wig­ nerverteilung für diesen getesteten Frequenzbereich.If you keep the oscillator frequency above all given Tuned frequencies, you get the complete wig  distribution for this tested frequency range.

Wie aus der Erfindung ersichtlich, läßt sich hier die Wignerverteilung in Echtzeit ohne sonst übliche und er­ forderliche Zwischenspeicherung und Nachbearbeitung er­ stellen. Mit der erfindungsgemäß direkten Auswertungs­ methode sind auch nach dem bekannten Stand der Technik mögliche Fehlerquellen, die auf den umständlichen Zwi­ schenprozessen beruhen, vermieden.As can be seen from the invention, the Wigner distribution in real time without the usual and he required intermediate storage and postprocessing put. With the direct evaluation according to the invention method are also according to the known prior art possible sources of error that are based on the cumbersome processes are avoided.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfin­ dung. Einzelheiten, die schon zur Fig. 1 beschrieben sind, haben in Fig. 2 die selben Bezugszeichen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind zur Frequenzab­ stimmung zwei Mischer 21 1 und 212 anstelle des Mischers 21 der Ausführungsform nach Fig. 1 vorgesehen. Die Funktion dieser Mischer ist stets dieselbe. Mit 31 und 32 sind zwei Chirp-Filter bezeichnet. Das Chirp-Filter 31 dient als Expander und das Chirp-Filter 32 als Kom­ pressor für jeweils das Eingangssignal bzw. das Aus­ gangssignal des zu testenden Bauteils 1. Durch diese Filter 31 und 32 läßt sich die Meßgenauigkeit bzw. Auf­ lösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöhen. Die Methode benutzt die an sich bekannte Methode der Pulskompression zur Erhöhung der Auflösung. Fig. 2 shows a further embodiment of the inven tion. Details which have already been described for FIG. 1 have the same reference symbols in FIG. 2. In the embodiment according to FIG. 2, two mixers 21 1 and 21 2 are provided instead of the mixer 21 of the embodiment according to FIG . The function of these mixers is always the same. With 31 and 32 two chirp filters are designated. The chirp filter 31 serves as an expander and the chirp filter 32 as a compressor for each of the input signal and the output signal of the component 1 to be tested. Through these filters 31 and 32 , the measurement accuracy or on solution of the device according to the invention can be increased. The method uses the known method of pulse compression to increase the resolution.

Die Erfindung eignet sich in besonderem Maße für die Echtzeit-Anwendung, wie z. B. Messungen an VCO′s, PLL- Schaltungen und dgl. sonstigen Hochfrequenzbauteilen, wie z. B. an sehr komplexen Oberflächenwellenbauteile. Mit der Erfindung können ganze Schaltungen auf ihr si­ gnalverarbeitendes Verhalten untersucht und getestet werden. Von ganz besonderem Vorteil ist die Anwendung der Erfindung in der Fertigung von elektronischen Bau­ teilen. Mit der Erfindung können diese Bauteile in aller­ kürzester Zeit noch im Verlauf ihrer Herstellung auf ihre individuelle Brauchbarkeit bzw. Funktionstüchtig­ keit getestet und Ausschuß sofort ausgesondert werden. Ein weiteres besonders interessantes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Nachrichtentechnik, insbesondere die Sicherungstechnik, wo es ebenfalls auf äußerst schnelle Signalanalyse ankommt. Ein weiterer Anwen­ dungsfall für die Erfindung ist das Ausmessen von Über­ tragungskanälen.The invention is particularly suitable for Real-time application, such as B. Measurements on VCO's, PLL Circuits and the like. Other high-frequency components, such as B. on very complex surface wave components. With the invention, entire circuits on it si Signal processing behavior examined and tested will. The application is particularly advantageous of the invention in the manufacture of electronic construction share. With the invention, these components in all in the shortest possible time during the course of their manufacture  their individual usability or functionality tested and the committee rejected immediately. Another particularly interesting area of application the invention is communications engineering, in particular the security technology, where it is also extremely fast signal analysis arrives. Another application Use case for the invention is the measurement of excess transmission channels.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Wignerverteilung ei­ nes elektrischen Signals unter Verwendung eines Convolvers zur im analogen Signalbereich durchge­ führten Faltung des bei der Auflösung der Wigner­ verteilung zu bearbeitenden Integrals: ∫x(t)·x(t-τ)·cos ω0τ·dτ.1. Device for determining the Wigner distribution of an electrical signal using a convolver for folding performed in the analog signal range of the integral to be processed in the resolution of the Wigner distribution: ∫x (t) · x (t-τ) · cos ω 0 τ · Dτ. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Convolver (15) mit zwei Eingangsanschlüssen (16 1) und (162), wobei das Signal, dessen Wignerverteilung zu ermit­ teln ist, diesen beiden Eingangsanschlüssen des Convolvers (15), jedoch mindestens dem einen Ein­ gang (16 2) über einen Mischer (14) zugeführt ist, wobei dieser Mischer (14) als Oszellatorsignal das elektrische Signal des durchzustimmenden Frequenz­ bereiches zugeführt erhält und wobei dem Ausgang des Convolvers (15) ein Detektor (19) nachgeschaltet ist.2. Device according to claim 1 with a convolver ( 15 ) with two input connections ( 16 1 ) and (16 2 ), wherein the signal, the Wigner distribution is to be determined, these two input connections of the convolver ( 15 ), but at least one aisle ( 16 2 ) is fed via a mixer ( 14 ), this mixer ( 14 ) receiving the electrical signal of the frequency range to be tuned as an oscillator signal, and a detector ( 19 ) being connected downstream of the output of the convolver ( 15 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der in den Leitungszug des zweiten Eingangs (16 1) des Convolvers (15) ein weiterer Mischer (21) eingefügt ist, der mit einem Oszillator (22) ver­ bunden ist, durch dessen Oszillatorsignal das Aus­ gangssignal des Mischers auf den vorgegebenen Fre­ quenzbereich des Convolvers umsetzt ist.3. Apparatus according to claim 2, in which in the line of the second input ( 16 1 ) of the convolver ( 15 ), a further mixer ( 21 ) is inserted, which is connected to an oscillator ( 22 ), through whose oscillator signal the output signal the mixer is converted to the specified frequency range of the convolver.
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