Устройство для измерения средней мощности огибающей узкополосного процесса Советский патент 1987 года по МПК G01R21/00 

достигается за счет снижения динамической погрешности преобразования ана.поговьгх значений огибающей в цифровую форму. Для этого в устройство дополнительно введены симметричный ограничитель 5, формирователь 9 импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 2 , второй элемент И 13, триггер 14 и управляемый источник 16 опорного напряжения. Кроме того, устройство содержит буферный каскад .1, первый 3 и второй 6 ключи, инвертор 4, счетчик 7 порядка, дискретный .аттенюатор

1

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в аппаратуре аиализа помех и сигналов в KB- и УКВ-диапазоиах.

Цель изобретения - повышение точ- иости измерения средней мощности огибающей узкополосного процесса пу- ;,тем снижения динамической погрешности, преобразования значений огибающей в цифровую форму.

На фиг.I представлена функциональная схема устройства для измерения средней мощности огибающей узкопо- лосиого процесса; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства. ,

Устройство содержит буферньгй каскад I, усилитель 2, первый ключ 3, инвертор 4, симметричный ограничитель 5, второй ключ 6, счетчик 7 порядка, дискретный аттенюатор 8, фор- мирователь 9 импульсов, арифметико- логический блок 10, блок 11 сравнения, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 12, второй элемент И 13, триггер 14, первый элемент И 15, управляемый источник 16 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 17, регистр 18 мантиссы, блок 19 управления регистром мантиссы, управляющий распределитель 20 импульсов, причем вход буферного каскада 1 является входом устройства, а выход подключен к входу первого ключа 3 и усипителя 2, выход которого через второй ключ 6 соединен с выходом первого ключа 3 и входом дискретного аттенюатора 8 выход которого соединен с первым

8, арифметико-логический блок 10, блок 11 сравнения, первый элемент И 15, цифроаналоговый преобразователь 17, регистр 18мантиссы, блок 19 управления регистром мантиссы И управляющий распределитель 20 импульсов. Работой устройства управляют тактовые импульсы, формируемые из входного сигнала. Вычисление средней мощности огибающей узкополосного процесса осуществляется арифметическим блоком 10, решающим квадратное уравнение, 2 ил.

5 0

0 30 35

5

выходом блока 11 сравнения, первьй га- I-разрядный выход управляющего распределителя 20 импульсов, блок 19 управления регистром мантиссы, регистр 18 мантиссы и цифроаналоговый преобразователь 17 соединены последовательно, выход цифроаналогового преобразователя 17 подключен к второму входу блока 11 сравнения, второй вхо;( управляющего распреде.лите- ля 20 импульсов соединен с первым входом первого элемента И 15 выход которого соединен с счетным входом счетчика 7 порядка, К-1 выходов которого соединены с управляющими входами дискретного аттенюатора 8, а старший К-й разряд соединен с управляющим входом первого ютюча 3 и через инвертор 4 с управляющим входом второго ключа 6, все К-разрядных выхода счетчика 7 порядка соединены с первыми входами арифметико-логического блока 10, третий и четвертый выходы управляющего распределителя 20 импульсов соединены соответственно с вторым и третьим входами счетчика 7 порядка, третий выход управляющего распреде.л ителя 20 импульсов соединен, кроме того, с третьим входом блока I9 управления регистром мантис- сы,пятЬ1йт- 1-разрядный выход управляющего распределителя 20 импульсов соединен с вторым входом арифметикою логического блока 10, третийm -1-разрядный вход которого соединен (i выходом регистра 18 мантиссы, четвертый вход арифметико-логического блока 10

соединен с первым входом управляющего распределителя 20 импульсов и является входом Пуск устройства, а шинный выход арифметико-логического блока 10 является выходом устройства, вход симметричного ограничителя 5 подключен к выходу буферного каскада 1, а выход - к входу формирователя 20 импульсов и входу управляемого источника 16 опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя 17, выход формирователя 9 импульсов соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 12, второй- с первым входом триггера 14, третий- с первым входом второго элемента И 13, а четвертый - с вторым входом управляющего распределителя 20 им- пульсов, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 12 соединен с выходом блока 11 сравнения, а выход - с вторым входом второго элемента И 13, выход которого соединен с вторым входом триггера 14, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 15 и вторым входом блока 19 управления регистром мантиссы, а второй выход - с третьим входом управляющего распределителя 20 импульсов.

Измерение средней мощности огибающей в предлагаемом устройстве осуществляется в цифровой форме.

Для представления аналоговой величины в дискретную используется представление чисел в форме с плавающей запятой 2-м, где Р 1,2,3... - порядок числа, а М - мантисса . Аналого-цифровое преобразование разбивается на два этапа. На первом этапе определяется значение кода порядка, а на втором этапе - значение кода мантиссы.

Работой устройства управляют тактовые импульсы, формируемые из входого сигнала. Для этого входной сигнал поступает на симметричный ограничитель 5, который усиливает и-ограичивает входной сигнал во всем инамическом диапазоне его изме- ения (фиг.2а, б). Полученные прямогольные импульсы поступают на ормирователь 9 импульсов, котоый формирует три тактовые поседовательности импульсов с часто

той, равной удвоенному значению час

тоты сигнала, и сдвинутые одна относительно другой (фиг.2в, г, д).

Третья последовательность тактовых импульсов (фиг.2д) с формирователя 9 импульсов подается на управляющий распределитель 20 импульсов (УРИ), с выхода которого тактовые импульсы распределяются на первый вход элгмен- р-а И 15, на блок 19 управления регистром мантиссы и арифметико-логический блок 0.

Первый тактовый импульс, поступающий с третьего выхода УРИ 20, устанавливает счетчик 7 порядка в положение 1000, которое соответствует

значению порядка Р

P «KcJ-J

При

РМС..С и

Р 6. в этом случае первый ключ 3 открыт, второй ключ 6 закрыт, а коэффициент деления дискретного аттенюатора 8 равен 1.

При этом на первый вход блока 11 сравнения поступает напряжение, равное входному напряжению.

Регистр 18 мантиссы устанавливается в состояние, при котором на второй вход блока 11 сравнения с ЦАП 17 подается максимальное эталонное напряжение U , равное по абсолютной величине границе интервала значения уровней при Р 6 (фиг.2е).

Если амплитуда измеряемого напря

ения и. больще эталонного напряжения и

jt

то на выходе блока И срав40

нения устанавливается уровень, соответствующий логической 1, в противном случае - логическому О (фиг.2ж). Тогда же на выходе блока

11сравнения превьтение эталонного напряжения измеряемым напряжением (по абсолютной величине) в разные

g полупериоды фиксируется по-разному: логической 1 - в положительный полупериод и логическим О - в отрицательный полупериод. Устранение такой неоднозначности производит элеgQ мент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, на второй вход которого подаются импульсы с первого выхода формирователя 9 импульсов (фиг.2з). Эти импульсы находятся в противофазе по отношению к импульсам, снимаемым с выхода симметричного ограничителя 5.

С выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

12(фиг.2и) импульсы поступают на второй вход элемента И 13, на первый

55

вход которого подведены импульсы опроса, снимаемые с второго выхода формирователя 9 импульсов (фиг.2г). При наличии обоих импульсов на входах элемента И 13 на его выходе появляется соответствук)П5ИЙ импульс (фиг,2к), который переводит триггер 14 в состояние 1. При этом открывается первый элемент И 15, который пропускает синхронный тактовый импульс на вход счетчика 7 порядка (фиг.2м). В результате этого значени счетчика 7 порядка увеличивается на единицу, и коэффициент ослабления дискретного аттенюатора 8 становится равным двум. Амплитуда входного напряжения уменьшается в два раза (на фиг.2е отрицательная полуволна условно показана с меньшей величиной амплитуды) . Коэффициент ослабления дискретного аттенюатора 8 увеличивается каждый раз в два раза, когда на вход счетчика 7 порядка поступает очередной импульс.

Максимальный коэффициент ослабления равен

MdKc

2

Это продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе дискретного аттенюатора 8 не станет меньше максимального эталонного напряжения. В счетчике порядка будет записано одно из значений порядка от 1000 до ПО (при 11).

Если при первоначальном сравнении входного сигнала с максимальным эталонным напряжением окажется, что входной сигнал меньше эталонного напряжения, то элемент И 13 будет закрыт. В этом случае УРИ 20 вторым тактом установит счетчик 7 порядка в состояние 0000. В этом положении счетчик 7 порядка потенциалом, сни- маем.1М с выхода старшего К-го разряда этого счетчика, открывает второй ключ 6, а первый ключ 3 закрывает. Коэффициент деления дискретного аттенюатора 8 остается равным единице. В результате этого на вход дискретного аттенюатора 8 подается сигнал усиленный в данном случае в 2 раз.

Таким образом, весь динамический диапазон входных сигналов будет разбит на две части. В дальнейшем происходит сравнение усиленного сигнала с максимальным эталонным напряжением При превьплении напряжения усиленного

0

сигнала над эталон тым этот усиленный сигнал ослабляется дискретным аттенюатором В, управляемым командами со счетчика 7 порядка, на счетный вход которого через первый элемент И 15 поступают импульсы с УРИ 20. Таким образом, в счетчике 7 порядка будет зафиксировано значение порядка уровня напряжения в двоичном коде.

I

На втором этапе производится определение значения кода мантиссы амплитуды входного сигнгзла. Например, десятым тактовым импульсом, поступаю щим с УРИ 20 через блок 19 управления регистром мантиссы, регистр 18 мантиссы устанавливается в положение 000. Затем методом поразрядного взвешивания осуществляется преобразование ранее полученной аналоговой величины в цифровую форму. Причем для обеспечения точности возведения в квадрат чисел, представленных в цифровом виде, ЦАП 17 формирует на

5 каждый шаг квантования ступенчатое напряжение, подчиненное закону Vx. Также как и при определении значения кода порядка преобразование этих аналоговых величин производится как во

время прихода положительной, так и отрицательной полуволны. Поэтому на выходе tIAn 17 с помощью управляемого источника 16 опорного напряжения формируется двухполярное напряжение, абсолютная величина которого изменяется в зависимости от состояния регистра мантиссы. В случае, если амплитуда сигнала на первом входе блока 11 сравнения будет больше(меньше) по

Q абсолютной величине напряжения, снимаемого с выхода ЦАП 17, то на выходах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и элемента И 13 в этот момент времени будет присутствовать (отсутствовать)

г импульс, и триггер 14 установится в положение (0). Сигнал, снимаемый с первого выхода триггера 14, подается на блок 10 управления регистром мантиссы с целью изменения сосГ1 тояния регистра мантиссы.

В результате полного преобразования со счетчика 7 порядка и регистра 18 мантиссы снимаются значения кодов е порядка и мантиссы и подаются на

арифметико-логический блок 10, с по- мошью которого осуществляется вычисление средней мошности огибающей узкополосного процесса.

5

Принцип работы арифметико-логического блока 10 заключается в следующем. Так как с выхода счетчика 7 порядка снимается значение кода порядка Р,- , ас выхода регистра 18 мантиссы - значение кода мантиссы, квадратичное значение огибающей можно вычислить по формуле

мин

/г

, (Pi-112

+ М,Ь;) 2

, 2р;-г х;,ин + 2 ,

де

hi

м.

минимальное значение огибающей на входе устройства;

шаг квантования; текущее значение кода мантиссы.

Ф

ормула изобретения Устройство дпя измерения средней мощности огибающей узкополосного процесса, содержащее буферный каскад,

I вход которого является входом устрой ства, к выходу подключены первый клю

и усилитель, выход которого через второй ключ соединен с выходом первого ключа и входом дискретного аттенюатора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, последовательно соединенные по первому га- 1- разрядному выходу управляющий распределитель импульсов, блок управления регистром мантиссы, регистр мантиссы и цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом к второму входу блока сравнения, второй выход управляющего распределителя импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика порядка, К-1 выходов которого соединены с управляющими входами дискретного аттенюатора, а старший К-й рааряд соединен с управляющим входом первого ключа и через инвертор с управляющим входом второго ключа, все К-разряд- ных выхода счетчика порядка соединены с первыми входами арйфметико-логичес- кого блока, третий и четвертый выхо

10

15

20

0

35

25

0

5

0

ды управляющего распределителя импульсов соединены соответственно с вторым и третьим входами счетчика порядка, а третий выход управляющего распределителя импульсов соединен, кроме того, с третьим входом блока управления регистром мантиссы, пятый т- 1-разрядный выход управляющего распределителя импульсов соединен с вторым входом арифметико-логического блока, третийт- 1-разрядньгй вь1ходкоторого соединен с выходом регистра мантиссы, четвертый вход арифметико- логического блока соединен с первым входом управляющего распределителя импульсов и является входом Пуск устройства, а шинный выход арифметико-логического блока является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения средней мощности огибающей узкополосного процесса, введены симметричный ограничитель, формирователь импульсов, триггер, второй элемент И, управляемый источник опорного напряжения и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем вход симметричного ограничителя подключен к выходу буферного каскада, а выход - к входу формирователя импульсов и входу управляемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, второй - с первым входом триггера, третий - с первым входом второго элемента И, а четвертый - с вторым входом управляющего распределителя импульсов, второй вход элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом блока сравнения, а выход - с с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом триггера, первый выход которого соединен с вторым входом блока управления регистром мантиссы и с вторым входом первого элемента И, а второй выход - с третьим входом управляющего распределителя импульсов.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в аппаратуре анализа помех и полезных сигналов в KB- и УКВ-диапазонах. Цель изобретения - повьппение точности измерений средней мощности огибающей узкополосного; процесса S (Л 0U&t

б:п

jn.

n

n

П

rn

П

ri J

Ш

ri

111

UL-L

Редактор А.Козориз

Составитель С.Сафохин

Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 3102/39Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. i/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2