Способ измерения групповой задержки Советский патент 1984 года по МПК G04F10/06 

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям параметров четырехполюсников, и может быть использовано для измерения и контроля групповой задержки, а также частотной характеристикой групповой задержки каналов связи, фильтров, линий задержки и других цепей.

Известен способ измерения фазовой задержки вместо групповой задержки с использованием информации, содержащейся в фазе несущей сигнала. Способ заключается в подаче радиоимпульса на измеряемый четырехполюсник, выделении момейтов пересечения входным и выходным радиоимпульсами и заданного уровня отсчета нулевого уровня в одноименном направлении, идентификации моментов отсчета фазовой задержки путем подсчета моментов пересечения каждым радиоимпульсом заданного уровня подсчета, измерении интервала времени межго. идентифици-i рованными моментами, равного фазовой задержке. Уровни подсчета задают большими уровней ложных сигналов. Моменты отсчета фазовой задержки должны располагаться на участках сигналов, где переходные процессы фазы затухают до достаточно малой величины, что достигается отсчетом достаточного количества моментов пересечения уровней подсчета. Путем отсчета надлежащего количества моментов пересечения уровней подсчета можно также исключить или наоборот обеспечить влияние ложных сигналов на результат измерения 1.

Указанному способу свойственна методическая погрешность из-за неравенства фазовой и групповой задержке при измерении четырехполюсников с дисперсией.

Известен также способ измерения групповой задержки, основанный на определении крутизны фазочастотной характеристики четырехполюсника путем измерения на двух частотах и вычисления результата измерений, в котором используется приближенное равенство групповой задержки и времени задержки четырехполюсником модулирующего сигнала. Согласно известному способу подают на четырехполюсник модулированные колебания (можно использовать различные виды модуляции ), детектируют выходной сигнал и измеряют время задержки или фазовый сдвиг модулируквдего сигнала 2.

Недостатком известного способа является сравнительна большая погрешность измерения, обусловленная измерением на модулируквдей (низкой) частоте. При этом информация, содержащаяся в фазе несущей частоты, не используется.

Цель изобретения - обеспечение однозначности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения групповой задержки путем измерения на двух частотах и вычисления результата 7 на каждой из частот измеряют фазовую задержку, а групповую задержку определяют из соотношения

1-ЧЮ

сф

V ф(и;,К

(11

где tr - групповая задержка/

j, частота колебаний (угловые или циклические/, ф(%/(г) фазовые задержки на частотах 0/2

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения групповой задержки согласно предлагаемому способу; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Для измерения групповой задержки

на четырехполюсник подают колебания с частотами ил, и ш, измеряют фазовую задержку на каждой из этих частот и вычисляют групповую задержку по формуле (1). При этом приращение

частоты (wj-u, I выбирают минимальным, исходя из нелинейности фазочастотной характеристики четырехполюсника и допустимой погрешности измерения Ошибки измерения исключаются благодаря измерению, групповой задержки через измерения фазовой задержки, которые в отличие от измерений фазового сдвига (угла) являются однозначными.

Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 радиоимпульсов с постоянной фазой и управляемой несущей частотой, измеряемый четырехполюсник 2, образцовый четырехполюсник 3, измерительный канал 4 и опорный канал 5. .

Каждый канал включает входной каскад 6, блок 7 преобразования максимального значения радиоимпульса

в постоянное напряжение, дискриминаторы 8 и 9 уровня, селектор 10 импульсов, элемент 11 совпадения, блок 12 преобразования время-код вычислительный блок 13 и блок 14 управления.

К выходу генератора 1 подключены измеряемый 2 и образцовый 3 четырехполюсник. С выходом измеряемого четырехполюсника 2 связан вход измерительного канала 4, ас выходом образцового - вход опорного канала 5. В каждом из каналов входной каскад (повторитель) б подключен к блоку 7 преобразования максимального значения радиоимпульса в постоянное

напряжение, построенному на основе пикового детектора, и дискркг кпатора 8 и 9 уровня. Выход блока 7 подсоединен к входу управления уров нем срабатывания дискриминатора 8. К выходу дискриминатора 8 подключен селектор ( распределитель ) 10 импуль сов, состоящий из счетчика и дешифр тора (схемы совпадения), подключенного к выходам счетчика. К выходам дискриминатора 9 и селектора 10 под ключен элемент 11 совпадения. Выход элемента 11 совпадения является выходом канала 4. К выходам каналов 4 и 5 подключе блок 12 преобразования время - код, содержащий генератор квантующих импульсов, элемент совпадения и счетчики. Выход блока 12 соединен с входом вычислительного блока 13. Кроме того, вычислительный блок 13 свя зан с генератором 1. Блок 14 управл ния обеспечивает работу измерителя в соответствии с заданным алгоритмом. Измерение фазовой задержки на каждой из частот ш и й/ осуществляется в два этапа. На первом этапе автоматически задают уровни срабатывания дискрими наторов 8 в каналах 4 и 5 относительно максимальных значений основных сигналов на входах каналов. Для этого на входы измеряемого и образцового четырехполюсников 2 и 3 подают радиоимпульс с генератора 1 и преобразуют максимальное значение огибающей радиоимпульса на вход каждого канала в постоянное напряжение. Полученные напряжения с блока 7 пойтупают на дискриминатор 8 и определяют уровни их срабатывания Коэффициенты передачи блоков 7 выби рают такими, чтобы уровень срабатывания каждого из дискриминаторов 8 был большим максимального уровня ложных сигналов, но меньшим максимума первого колебания в основном радиоимпульса, имеющего ту же полярность, что и уровеньсрабатывания фиг. 2Ь,с,Ы . На втором этапе выделяют интервал времени, равный фазовой задержк и преобразуют его в код (измеряют) . Для этого с генератора 1 на оба чет рехполюсника 2 и 3 подают еще один радиоимпульс (фиг. 2с)с начальной ф зой О или .180° Опорный и измерительный каналы р ботают аналогично. Рассмотрим работ измерительного канала 4. Сигнал с выхода измеряемого четы рехполюсника 2 (фиг. 2 b), пройдя входной каскад 6 {фиг. 2ct , поступа ет на дискриминаторы 8 и 9 уровня. При нулевой начальной фазе радиоимпульса с генератора 1 напряжения с выходов блоков 7 в каналах 4 и 5 и уровни срабатывания дискриминаторов 8 (фиг. 2d)должны иметь отрицательную полярность, а при начальной фазе 180 - положительную. Дискриминатор 9 формирует импульсы (фиг. 2е) в; моменты пересечения основным и ложным сигналами нулевого уровня (в данном случае при положительном знаке производной сигнала/, а дискриминатор 8 - импульсы (фиг.2) лишь в моменты пересечения основным радиоимпульсом заданного уровня срабатывания ( в данном случае при отрицательном знаке производной сигнала. Импульсы с выхода дискриминатора 8 поступают на вход селектора 10. Сигнал с выхода селектора (фиг. 2), соответствующий заданному номеру отсчетного периода в основном радиоимпульсе, поступает на управляющий вход элемента 11 совпадения. В данном случае этот сигнал открывает элемент 11 совпадения на время от четвертого до пятого импульса с выхода дискриминатора 9. За это время через вентиль проходит один из импульсов с выхода дискриминатора 9. Этот импульс (фиг. 2Ъ} поступает на вход блока 12 в качестве стоп-импульса F. На другой вход блока 12 поступает полученный аналогичным образом старт-импульс Е (фиг. 2il с выхода опорного канала 5. Диаграммы, изображенные на фиг. 4, соответствуют случаю, когда образцовый четырехполюсник 3 не используется и вход опорного канала 5 подключен непосредственно к выходу генератора 1.Поэтому сигнал показанный на фиг. 20 , является входным сигналом опорного канала. Интервал времени между импульсами зиГ, равный фазовой задержке, преобразуется в цифровой код блоком 12. Полученный код вводится в вычислительный блок 13. После поступления в вычислительный блок 13 кода фазовой задержки на каждой из частот ы и Ш2 это устройство вычисляет групповую задержку в соответствии с формулой (1). Блок 14 управляет переключением частоты генератора 1, устанавливает в исходное состояние блоки 7 и селекторы 10 в каналах 4 и 5, а такжеблок 12. Функции устройства управления может выполнять блок 13, в качестве которого может использоваться микропроцессор. Код частоты колебаний поступает с блока 14 управления в генератор 1 и в вычислительный блок 13 или из блока 13 в генератор 1, если блок 13 выполняет функции,управления. Возможна передача кода из генератора 1 в блок 13. При необходимости генератор 1 может содержать частотомер для точногоизмерения частоты колебаний, код с которого вводится в блок 13.

йзмисленный в блоке 13 результат измерения групповой задержки может, помимо индикации, вводиться в цифровой форме в автоматическую систему контроля, управления качеством продукции и т.п., в зависимости от назначения устройства.

Для измерения частотной характеристики групповой задержки процесс измерения многократно повторяет, изменяя частоту генератора 1 в интересующем диапазоне. Дискретность по частоте (число точек выбирают исходя из неравномерности частотной характеристики групповой задержки и требуемой точности измерения.

Для измерения групповой задержки без учета влияния ложных сигналов измерительный радиоимпульс должен быть наиболее коротким, а коммутация в селекторах 10 каналов 4 и 5(выбор номера отсчетного периода) должна осуществляться таким образом, чтобы отсчетные периоды (фиг. 2 q;) располагались как можно ближе к началу основных сигналов, но На участках сигналов, где вариация фазы затухает до достаточно малой величины.

Для измерения с учетом влияния ложных сигналов необходимо, чтобы отсчетный период в выходном сигнале (фиг. 2)располагался на участке сигнала с наиболыиим вислом наложенных ложных сигналов, например задержанных на время .Для этог отсчетные периоды должны отстоять от начала входного и выходного сигналов на время большее 4iф.Peзyльтат такого измерения соответствует измерению с помощью непрерывного синусоидального сигнала.

Образцовый четырехполюсник 3 включают при Измерениях методом сравнения с образцом, например, для измерения небольших неравномерностей группово задеряски.

Входные каскады б могут иметь ( в зависимэсти от величины и динами

ческого диапазона сигналов на выходе измеряемого и образцового четырехполюсников автоматическую регулировку усиления или быть логарифмическими. При величине этих сигналов, достаточной для нормальной работы следукхцих каскадов во всем диапазоне частоты, и при достаточно высоком их входном импедансе, каскады 6 могу отсутствовать.

Если в одном или обоих каналах 4 и 5 отсутствуют ложные сигналы (помехи/, то уровень срабатывания соответствующего дискриминатора 8 может устанавливаться равным нулю.

Если разность фазовых задержек измеряемого и образцового четырехполюсников 2 и 3 меньше, чем минимальный период колебаний несущей частоты радиоимпульсов, то на их входы могут подаваться с генератора 1 непрерывные колебания с изменяющейся частотой, а не радиоимпульсы. В этом случае каналы 4 и 5 содержат лишь входные каскады 6 и дискриминаторы 9.

В случае, если в диапазоне частот на которых необходимо измерять групповую задержку, амплитудочастотная характеристика четырехполюсника 2 или 3 достаточно равнрмерна, уровень срабатывания дискриминатора 8 в соответствующем канале не обязательно задавать заново перед измерением фазовой задержки на каждой частоте. Благодаря этому можно уменьшить время измерения.

Предлагаемый способ измерения груповой задержки позволяет однозначно измерять фазовую задержку путем измерения интервала времени между двумя радиоимпульсами ( для однократного измерения групповой задержки достатоно подать на измеряемый четырехполюсник всего четыре радиоимпульса, что обеспечивает малое время измерения а также производить измерения как с учетом, так и без учета ложных сигналов, что определяется надлежащим выбором моментов отсчета во входном и выходном сигналах.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГРУППОВОЙ ЗАДЕРЖКИ путем измерения на двух частотах и вычисления результата, отличающийся тем, что, с целью обеспечени5 однозначности измерения, на каждой из частот измеряют фазовую зещержку, а групповую задержку определяют из соотношения Ч((%) (i)% Wj-u; где tf- - групповая задержка, w-,,uJ2 - частоты колебаний; ф(, tф(W2) фазовыЪ задержки на частотах UJ и tV2, О) 00 о со t-t Ш (Риг. 7