一种FFT频谱分析仪及其平均处理单元制造技术

本申请公开了一种FFT频谱分析仪，包括依次连接的FFT处理单元、求幅运算单元、平均处理单元和显示检波单元，其中所述平均处理单元对FFT频谱幅值数据流进行平均运算时采取并行运算和递归运算的方式，使得所述数据平均处理单元对FFT频谱幅值数据流进行平均运算时处理速度快、处理效果越好，不仅能够提高FFT分析小信号的能力，有效识别掩盖在噪声里的小信号，而且进行频谱分析时带宽灵活精细可调、占用的FPGA的资源较少。同时，本申请还公开了一种帧数据流的平均处理单元。

FFT spectrum analyzer and average processing unit thereof

The invention discloses a FFT spectrum analyzer comprises a FFT processing unit, and the average amplitude calculation unit, a processing unit and a display detection unit, wherein the average processing unit for calculation of average FFT spectrum amplitude data stream to parallel computing and recursive calculation method, the average processing unit for calculation of average FFT spectrum data stream processing better speed, so that the data can not only improve the ability of FFT analysis of small signal, effective identification of small signal in the noise masking, and spectrum analysis of FPGA, flexible bandwidth fine can occupy less resources. At the same time, the application also discloses an average processing unit of a frame data stream.

【技术实现步骤摘要】
一种FFT频谱分析仪及其平均处理单元
本领域涉及电子仪器领域，尤其是一种FFT频谱分析仪及其平均处理单元。
技术介绍
基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪，称为FFT频谱分析仪,采用数字方法直接由模数字转换器(ADC)、数字下变频器(DDC)对输入信号取样，获得低速数字信号，低速数字信号再经FFT模块处理后生成以帧单位的频谱数据，对频谱数据进行求幅度和平均，最终获得输入信号的频谱分布图。对频谱数据平均能够提高小信号测试能力，可有效地识别噪声掩盖的小信号。在现有的数据平均方案中，一种方案是将每一帧频谱数据都发送给处理器进行平均，但这样的方案对处理器的处理速度要求非常高，由于处理器采取串行处理方式，处理速度比较慢，不擅长处理大量的实时数据；另一种方案，利用FPGA先进行至少一帧的FFT数据累加后，再进行除法平均，例如公开号为CN105515694A的专利文件，这种方案尽管使用了FPGA解决了处理速度比较慢的问题，但由于需要对大量数据累加再除法，需要占用较多FPGA资源，特别是累加器资源，而且受限于FPGA的资源，除法位宽不能做到很大，很难灵活实现大范围的带宽设计要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提供一种FFT频谱分析仪及其平均处理单元，其带宽范围精确、灵活可调，且占用的FPGA的资源较少。根据本申请的第一方面，本申请提供一种FFT频谱分析仪，其接收经数字方法对模拟信号取样得到低速数字信号，输出用于显示的频谱图像，所述FFT频谱分析仪包括：FFT处理单元，对所述低速数字信号进行快速傅里叶变换，得到FFT频谱数据流，所述FFT频谱数据流以帧单位的；求幅运算单元，对所述FFT频谱数据流求幅值，得到FFT频谱幅值数据流；平均处理单元，对所述FFT频谱幅值数据流进行平均运算，得出稳定响应的频谱结果；显示检波单元，根据显示点的要求进行检波，将最终的频谱结果压缩到屏幕显示的个数用于频谱图像显示；优选地，所述平均处理单元包括第一增益器、第二增益器、延时器和加法器；第一增益器连接在平均处理单元的信号输入端和加法器的第一输入端之间，用于对平均处理单元输入的一帧FFT频谱数据流信号进行第一倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；第二增益器连接在延时器的输出端和加法器的第二输入端之间，用于对延时器输出的信号进行第二倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；延时器连接在加法器的输出端和第二增益器的输入端之间，用于将加法器输出信号延时预定的时钟周期后再输出至第二增益器；加法器的输出端作为平均处理单元的输出端，输出至少一帧FFT频谱数据流的平均值。优选地，所述第一倍数与所述第二倍数之和为1。优选地，所述加法器输出至少一帧数据流平均值至延时器后，所述延时器延时一个时钟周期，所述第一增益器输入下一帧FFT频谱数据流。优选地，所述延时器包括：数据缓冲器和数据控制器；数据缓冲器用于存储至少一帧FFT频谱数据流，便于FFT频谱数据流的读写操作；数据流控制器根据延时预定的时钟周期时间，控制数据缓冲器的读写操作。优选地，所述第一增益倍数＝0.02。根据本申请的第二方面，本申请提供一种帧数据流的平均处理单元，包括：第一增益器、第二增益器、延时器和加法器；第一增益器连接在平均处理单元的信号输入端和加法器的第一输入端之间，用于对平均处理单元输入的一帧数据流信号进行第一倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；第二增益器连接在延时器的输出端和加法器的第二输入端之间，用于对延时器输出的信号进行第二倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；延时器连接在加法器的输出端和第二增益器的输入端之间，用于将加法器输出信号延时预定的时钟周期再输出至第二增益器；加法器的第一输出端作为平均处理单元的输出端，输出至少一帧数据流的平均值。优选地，所述第一倍数与所述第二倍数之和为1。优选地，所述加法器输出至少一帧数据流平均值至延时器后，所述延时器延时一个时钟周期，所述第一增益器输入下一帧数据流。优选地，所述延时器包括：数据缓冲器和数据控制器；数据缓冲器用于存储至少一帧数据流，便于数据流的读写操作；数据流控制器根据延时预定的时钟周期数，控制数据缓冲器的读写操作。优选地，所述第一增益倍数＝0.02。本申请的有益效果是：本申请提供的平均处理单元对帧数据流采取缓存控制和递归运算的方式，使得对帧数据流进行平均运算不仅处理速度快、处理效果越好，而且占用的FPGA的资源较少、实时处理带宽灵活精细可调；应用了本申请所述平均处理单元的FFT频谱分析仪，不仅能够提高FFT分析小信号的能力，有效识别掩盖在噪声里的小信号，而且进行频谱分析时带宽灵活精细可调、占用的FPGA的资源较少。附图说明图1为本申请实施例提供的一种FFT频谱分析仪结构框图；图2为本申请实施例提供的一种帧数据流的平均处理单元结构框图；图3为本申请实施例提供的当第一增益倍数＝0.02时平均处理单元30的幅频响应图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。实施例一：与公开号为CN105515694A的专利文件不同的是，在本申请实施例中，在FPGA中引入了IIR平均处理单元，该IIR平均处理单元采用反馈型结构，对FFT频谱幅值数据进行平均运算时占用的FPGA的资源更少、FFT频谱分析的带宽灵活精细可调。请参考图1，本申请实施例提供了一种FFT频谱分析仪，包括FFT处理单元10、求幅运算单元20、平均处理单元30和显示检波单元40。FFT处理单元10，用于接收经数字方法对模拟信号取样得到低速数字信号，对所述低速数字信号进行快速傅里叶变换，得到以帧单位的FFT频谱数据流。外部信号进入频谱分析仪后，经过混频模块处理，与本地振荡器产生的本振信号进行混频，使得信号频率固定在中频频率；再经过中频处理单元控制功率和噪声调节信号的动态范围后进入模数转换器对信号进行采样、量化和编码，将中频信号由模拟信号转换为数字信号；接下来，为了使得数字信号的速率满足进入FFT处理单元10的速率要求，利用DDC处理单元对所述数字信号进行正交变频使所述数字信号的频谱无失真无混叠地变换到零频，然后进行抽取和降速，得到低速数字信号并将此信号输入FFT处理单元10中。求幅运算单元20，用于对FFT处理单元10得到的FFT频谱数据流进行求幅运算，得到FFT频谱幅值数据流。平均处理单元30，用于对所述FFT频谱幅值数据流进行平均运算，得出稳定响应的频谱结果。所述平均处理单元30是IIR平均处理单元，IIR全称为InfiniteImpulseResponse，即无线脉冲响应，IIR平均处理单元采用递归型结构，即结构上带有反馈环路，通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，使得所述平均处理单元30平均运算时占用的FPGA的资源更少、FFT频谱分析的带宽灵活精细可调。显示检波单元40，根据显示点的要求进行检波，将最终的频谱结果压缩到屏幕显示的个数，输出用于显示的频谱图像。请参考图2，本申请实施例提供了一种帧数据流的平均处理单元，将其作为用于FFT频谱分析仪的平均处理单元30，包括第一增益器31、第二增益器33、延时器34和加法器32，其输入信号为x(n),输出信号为y(n),其中n为整数。第一增益器31连接在平均处理单元30的信号输入端和加法器32的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FFT频谱分析仪，其接收经数字方法对模拟信号取样得到低速数字信号，输出用于显示的频谱图像，所述FFT频谱分析仪包括：FFT处理单元，对所述低速数字信号进行快速傅里叶变换，得到以帧为单位的FFT频谱数据流；求幅运算单元，对所述FFT频谱数据流求幅值，得到FFT频谱幅值数据流；平均处理单元，对所述FFT频谱幅值数据流进行平均运算，得出稳定响应的频谱结果；显示检波单元，根据显示点的要求进行检波，将最终的频谱结果压缩到屏幕显示的个数用于频谱图像显示；其特征在于，所述平均处理单元包括第一增益器、第二增益器、延时器和加法器；第一增益器连接在平均处理单元的信号输入端和加法器的第一输入端之间，用于对平均处理单元输入的一帧FFT频谱数据流信号进行第一倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；第二增益器连接在延时器的输出端和加法器的第二输入端之间，用于对延时器输出的信号进行第二倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；加法器的输出端作为平均处理单元的输出端，输出至少一帧FFT频谱数据流的平均值；延时器连接在加法器的输出端和第二增益器的输入端之间，用于将加法器输出信号延时预定的时钟周期后再输出。

【技术特征摘要】
1.一种FFT频谱分析仪，其接收经数字方法对模拟信号取样得到低速数字信号，输出用于显示的频谱图像，所述FFT频谱分析仪包括：FFT处理单元，对所述低速数字信号进行快速傅里叶变换，得到以帧为单位的FFT频谱数据流；求幅运算单元，对所述FFT频谱数据流求幅值，得到FFT频谱幅值数据流；平均处理单元，对所述FFT频谱幅值数据流进行平均运算，得出稳定响应的频谱结果；显示检波单元，根据显示点的要求进行检波，将最终的频谱结果压缩到屏幕显示的个数用于频谱图像显示；其特征在于，所述平均处理单元包括第一增益器、第二增益器、延时器和加法器；第一增益器连接在平均处理单元的信号输入端和加法器的第一输入端之间，用于对平均处理单元输入的一帧FFT频谱数据流信号进行第一倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；第二增益器连接在延时器的输出端和加法器的第二输入端之间，用于对延时器输出的信号进行第二倍数的增益，并将增益信号输出至加法器；加法器的输出端作为平均处理单元的输出端，输出至少一帧FFT频谱数据流的平均值；延时器连接在加法器的输出端和第二增益器的输入端之间，用于将加法器输出信号延时预定的时钟周期后再输出。2.如权利要求1所述的FFT频谱分析仪，其特征在于，所述第一倍数与所述第二倍数之和为1。3.如权利要求1所述的FFT频谱分析仪，其特征在于，所述加法器输出至少一帧数据流平均值至延时器后，所述延时器延时一个时钟周期，所述第一增益器输入下一帧FFT频谱数据流。4.如权利要求1所述的FFT频谱分析仪，其特征在于，所述延时器包括：数据缓冲器和数据控制器；所述数据缓冲器...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振兴，胡大为，吉寒涛，
申请(专利权)人：深圳市鼎阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44