МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01R23/18 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для оценки частотных искажений, вносимых частотно-зависимыми устройствами, например усилителями аудиосигналов.

Известен измеритель частотных искажений (прототип), содержащий генератор тестового сигнала, спектроанализатор, блок вычитания, блок выделения модуля и интегратор, выход которого является выходом измерителя, выход спектроанализатора соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого служит для подачи на него фиксированного напряжения, выход блока вычитания соединен со входом блока выделения модуля, выход которого соединен со входом интегратора, вход спектроанализатора служит тестовым входом измерителя, тестовым выходом которого является выход генератора тестового сигнала [Патент РФ №2241234. Бюл. №33. Опубл. 27.11.2004.].

Недостатком измерителя являются ограниченные функциональные возможности - прототип не позволяет оценивать частотные искажения на рабочем сигнале и требует перевода четырехполюсника в специальный тестовый режим, а также ориентирован на использование только одного критерия оценки (площади частотных искажений).

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в обеспечении возможности оценки частотных искажений, возникающих в четырехполюснике при прохождении через него полезного сигнала в рабочем режиме, без отключения четырехполюсника и без подачи на его вход специального тестового сигнала. Кроме того, измеритель позволяет оценивать искажения по различным критериям.

Технический результат достигается тем, что измеритель площади частотных искажений, возникающих в четырехполюснике, согласно изобретению содержит N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют первый тестовый вход измерителя, вторые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют второй тестовый вход измерителя, выходы N аналоговых блоков оценки статистических показателей подключены к соответствующим им канальным входам мультиплексора, выход которого соединен со входом функционального преобразователя, N аналоговых блоков оценки статистических показателей предназначены для оценки статистических показателей, соответствующих N выделенным частотным полосам в пределах диапазона рабочих частот четырехполюсника.

N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника могут быть выполнены в виде устройств для оценки средне-выпрямленных значений сигналов или в виде устройств для оценки среднеквадратических значений сигналов, или в виде устройств для оценки дисперсий сигналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана функциональная схема многофункционального измерителя с подключенным исследуемым четырехполюсником.

Функциональная схема содержит N аналоговых блоков 1-1÷1-N оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника, мультиплексор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, функциональный преобразователь 4 и исследуемый усилитель (четырехполюсник) 5 с подключенной нагрузкой R_L, выход функционального преобразователя 4 является выходом измерителя, первые входы N аналоговых блоков 1-1÷1-N оценки статистических показателей объединены и составляют первый тестовый вход u_вх(t) измерителя, вторые входы N аналоговых блоков 1-1÷1-N оценки статистических показателей объединены и составляют второй тестовый вход u_вых(t) измерителя, выходы N аналоговых блоков оценки статистических показателей подключены к соответствующим им канальным (информационным) входам мультиплексора 2, выход которого соединен со входом функционального преобразователя 4. Первый тестовый вход устройства объединен со входом усилителя 3, а второй тестовый вход подключен к выходу усилителя 5.

В состав показанного на схеме раскрытого блока 1-1 входят полосовые фильтры (ПФ) 6, 9, детекторы 7, 10 и фильтры 8, 11 нижних частот (ФНЧ), выходы которых являются выходами блока, первым входом которого является вход ПФ 9, выход которого соединен со входом детектора 10, выход которого соединен со входом ФНЧ 11, вторым входом блока является вход ПФ 4, выход которого соединен со входом детектора 7, выход которого соединен со входом ФНЧ 8.

В основе работы измерителя лежит принцип многоканального, параллельного, определения частотно-зависимых статистических показателей U_вх(ω_n) и U_вых(ω_n), относящихся ко входному и выходному случайным сигналам соответственно, с последующей совместной обработкой полученных оценок. Особенностью измерителя является измерение выбранных статистических показателей в аналоговой форме и получение оценок U_вх(ω_n) и U_вых(ω_n) в виде медленно меняющегося напряжения, которое на небольших интервалах времени можно считать постоянным. Далее измеренные величины при помощи аналогового мультиплексора 2 поочередно коммутируются на вход АЦП 3, с выхода которого цифровые коды подаются на сугубо цифровой преобразователь 4, в котором и вычисляется непосредственно величина, характеризующая частотные искажения. Наличие на канальных входах мультиплексора почти постоянного напряжения позволяет использовать низкочастотный АЦП с большим динамическим диапазоном. Кроме того, при использовании для оцифровки медленно меняющихся сигналов единого АЦП пропорционально возрастает и число независимых каналов, которые указанный АЦП может обслужить. В нашем случае это число частотных полос, определяющее точность оценки искажений.

Статистическими показателями U_вх(ω_n), U_вых(ω_n), играющими роль первичных данных, могут быть как средневыпрямленные значения сигналов, измеренные в окрестности центральной частоты ω_n (n=1, 2,..., N), так и среднеквадратические значения или дисперсии. На приведенной функциональной схеме (чертеж) показан случай оценки средневыпрямленных значений входного и выходного сигналов. Для этого в каждом канале находятся две параллельные цепочки, одна из которых измеряет средневыпрямленное значение входного сигнала, другая - выходного. В раскрытом блоке 1-1 показано, что процесс получения средневыпрямленного значения происходит традиционным путем: выделение в полосовом фильтре 6 (9) узкой полосы с центром ω₁, выделение абсолютного значения в двухполупериодном детекторе 7 (10) и усреднение в ФНЧ 8 (11). Блоки 1-1÷1-N идентичны и отличаются только параметрами настройки полосовых фильтров. ПФ, входящие в блоки 1-1÷1-N, настраиваются на выделение узких полос с центральными частотами ω₁, ω₂,..., ω_n соответственно. Таким образом в блоке 1-n измеряются статистические показатели U_вх(ω_n), U_вых(ω_n), соответствующие частоте ω_n.

В функциональном преобразователе 4 по полученным значениям U_вх(ω_n), U_вых(ω_n), в зависимости от возлагаемых на измеритель функций, находится одна или несколько из нижеприведенных величин:

,

где Δω_д - шаг дискретизации по оси частот ω;

K(ω_n)=U_вых(ω_n)/U_вх(ω_n);

M[K(ω_n)] - среднее значение коэффициентов усиления K(ω_n).

Величина ρ(K(ω_n)) численно равна площади частотных искажений. Функционалы μ₁(K(ω_n)) и μ₂(K(ω_n)) определяют уклонение реальной частотной характеристики от идеальной плоской. Величины μ₀₁(K(ω_n)) и μ₀₂(K(ω_n)) представляют собой интегральные коэффициенты частотных искажений и изменяются в пределах от 0 до 1. Случай равенства интегральных коэффициентов нулю соответствует отсутствию частотных искажений.

Количество точек (полос) N выбирают исходя из априорных сведений о вносимых искажениях (форме амплитудно-частотной характеристики) и/или требуемой точности оценки искажений. Разумеется, с увеличением N возрастает и точность оценки.

Данное изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для оценки частотных искажений, вносимых частотно-зависимыми устройствами, например усилителями аудиосигналов. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в обеспечении возможности оценки частотных искажений, возникающих в четырехполюснике при прохождении через него полезного сигнала в рабочем режиме, без отключения четырехполюсника и без подачи на его вход специального тестового сигнала. Кроме того, измеритель позволяет оценивать искажения по различным критериям. Многофункциональный измеритель частотных искажений, вносимых четырехполюсником, содержит N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют первый тестовый вход измерителя, вторые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют второй тестовый вход измерителя, выходы N аналоговых блоков оценки статистических показателей подключены к соответствующим им канальным входам мультиплексора, выход которого соединен со входом функционального преобразователя, N аналоговых блоков оценки статистических показателей предназначены для оценки статистических показателей, соответствующих N выделенным частотным полосам в пределах диапазона рабочих частот четырехполюсника. При этом N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника могут быть выполнены в виде устройств для оценки средневыпрямленных или среднеквадратических значений или дисперсий сигналов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многофункциональный измеритель частотных искажений, вносимых четырехполюсником, отличающийся тем, что содержит N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют первый тестовый вход измерителя, вторые входы N аналоговых блоков оценки статистических показателей объединены и составляют второй тестовый вход измерителя, выходы N аналоговых блоков оценки статистических показателей подключены к соответствующим им канальным входам мультиплексора, выход которого соединен со входом функционального преобразователя, N аналоговых блоков оценки статистических показателей предназначены для оценки статистических показателей, соответствующих N выделенным частотным полосам в пределах диапазона рабочих частот четырехполюсника.2. Многофункциональный измеритель по п.1, отличающийся тем, что N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника выполнены в виде устройств для оценки средневыпрямленных значений сигналов.3. Многофункциональный измеритель по п.1, отличающийся тем, что N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника выполнены в виде устройств для оценки среднеквадратических значений сигналов.4. Многофункциональный измеритель по п.1, отличающийся тем, что N аналоговых блоков оценки статистических показателей входного и выходного сигналов четырехполюсника выполнены в виде устройств для оценки дисперсий сигналов.