Преобразователь значения коэффициента модуляции амплитудно-модулированного сигнала в цифровой код Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

fn)

СО

о

00

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения глубины модуляции амплитудно-модулированных (АМ) сигналов, огибающая которых лежит в диапазоне низких и инфранизких частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональ- ных возможностей преобразователя путем обеспечения установки времени измерения, кратного периоду огибающей входного AM сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональ- ная схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит усилитель 1 входного сигнала, синхронный демодулятор 2 AM сигнала, формирователь 3 управляющего напряжения, синхронный вьтрямитель 4 огибающей AM сигнала, генератор 5 треугольного напряжения, период которого много меньше периода огибающей AM сигнала, первый 6, второй 7 и третий 8 компараторы, первый 9, второй 10 и третий 11 ключи, генератор 12 эталонной частоты, первый 13 и второй 14 счетчики, RS-триггер 15, инвертор 16, элемент ИЛИ 17, арифметический блок 18 и за- датчик 19 режима измерения, причем вход усилителя 1 является входом AM сигнала Uj(t), а выход соединен с первым сигнальным входом синхронного демодулято{)а 2 и через формирователь 3 управляющего напряжения с его вторым (управляющим) входом и первым входом задатчика 19 режима измерения первый выход синхронного демодулято- ра 2 подключен к второму входу задатчика 19 режима измерения и через синхронный выпрямитель 4 огибающей AM сигнала к первым входам первого 6 и третьего 8 компараторов, к первому входу RS-триггера 15 и через инвертор 16 к его второму входу, второй выход синхронного демодулятора 2 соединен с первым входом второго компаратора 7, второй вход первого комла50

ратора 6 подключен к первому (инверсному) выходу генератора 5 треугольного напряжения, а вторые входы компараторов 7 и 8 - к его второму (прямому) выходу, выходы компараторов с 6-8 соединены соответственно с первыми входами ключей 9-11, первый выход задатчика 19 режима измерения соединен с третьим (управляющим) входом.

Q

5

0 5 0 5 0

0

с

синхронного демодулятора 2, а второй выход - с вторыми входами ключей 9-11, третьими входами подключенных к выходу генератора 12 эталонной частоты, выход первого ключа соединен с первым входом элемента ИЛИ 17, вторым входом подключенного к выходу третьего ключа 11, а выходом - к входу второго счетчика 14, выход второго ключа 10 через первый счетчик соединен с первым входом арифметического блока 18, вторым входом подключенного к выходу второго счетчика 14, а третьим входом - к выходу RS-триггера 15.

Синхронный демодулятор 2 содержит (пример исполнения) ключи 20 и 21, интеграторы 22 к 23, дифференциальный усилитель 24 и запоминающий блок 25, причем выход дифференциального усилителя 24 через нормально разомкнутый ключ 21 и запоминающий блок 25 подключен к второму входу интегратора 22, при этом управляющие входы ключей 20 и 21 соединены с вторьм и третьим (управляющими) входами демодулятора 2.

Задатчик 19 режима.измерения содержит (пример исполнения) первый 26 и второй 27 делители частоты, первый

28и второй 29 дешифраторы, усилитель-ограничитель 30, формирователь

31кода периода дискретизации и формирователь 32 кода времени измерения, причем первый вход задатчика 19 режима измерения через делитель 26 частоты и дешифратор 28 соединен с его первым выходом, при этом второй вход дешифратора 28 подключен к выходу формирователя 31 кода периода дискретизации, а второй вход задатчика 19 режима измерения через усилитель-ограничитель 30, делитель 27 частоты

и дешифратор 29 соединен с его вторым выходом, а второй вход дешифратора

29подключен к -выходу формирователя

32кода времени измерения.

Синхронный демодулятор 2 (фиг.1) представляет собой интерполирующий фильтр, реализующий восстановление непрерьшной функции (огибающей AM сигнала) по ее дискретным отсчетам.

Устройство работает следующим образом.

На вход,усилителя 1 подается AM сигнала вида фиг.2а)

U6x(t)V(1+m sinQ t)sin LO t, (1)

где V - амплитуда немодулированноного несущего напряжения; )rf - угловая частота несущей; )Р - угловая частота огибающей; ,

m - коэффициент модуляции. Напряжение K,Uj(t) поступает на сигнальный вход демодулятора 2 (К, - коэффициент передачи усилителя 1).

На выходе формирователя 3 образу- Q ются прямоугольные импульсы частотой f с фронтами, соответствующими моментам перехода через нуль напряжения несущей частоты (фиг.26), поступающие на второй (управляющий) вход демоду- (з лятора 2 и на вход делителя 26 частоты задатчика 19.

В результате поразрядного сравнения выходного сигнала делителя 26 частоты с выходом формирователя 31 на выходе 20 дещифратора 28 образуются прямоугольные импульсы, следующие с периодом (фиг.2в)

(2)

Т Kjj,

25

где К 2 - коэффициент деления, задаваемый формирователем 31.

Прямоугольные импульсы, поступающие через второй вход де1-1одулятора 2 на управляющий вход ключа 20, откры- вают его в интервалы времени, соответствующие, например, положительным полуволнам входного AM сигнала. Низкочастотная фильтрация сигнала, образующегося на выходе ключа 20, и вьще- ление из него огибающей частоты F, заключаются в его двукратном интегрировании на каждом периоде дискретизации Та интеграторами 22 к 23 к напряжения обратной связи, поступающего с выхода дифференциального усилителя

24через ключ 21 и запоминающий блок

25на второй вход интегратора 22.

В результате на выходе интегратора 23 образуется напряжение, содержащее огибающую входного AM сигнала и постоянную составляющую, пропорциональную уровню несущей (фиг.2г):

Uj U) K,K(mV t+V) , (3)

где К - коэффициент передачи тракта вход ключа 20 - выход интегратора 23.

Одновременно с низкочастотной фильтрацией на выходе интегратора 22 образуется первая производная сигнала (3) (фиг.2д)

и, (t) K/,K4mV созП t.

(М

,

Q з

0 5

о Q

где К - коэффициент передачи тракта вход ключа 20 - выход интегратора 22.

В отличие от аналоговых фильтров нижних частот интерполирующие фильтры, реализующие восстановление непрерывной функции по ее дискретным отсчетам, обеспечивают высокую точность и быстродействие. При выборе частоты дискретизации в 6 раз превьщ1ающей верхнюю относительную частоту огибающей уровень высокочастотного шума дискретизации не превьппает 1%. При этом переходные процессы заканчиваются через два периода дискретизации.

Напряжение (4) через усилитель- ограничитель 30 и делитель 27 частоты поступает на первый вход дешифратора 29. В результате поразрядного сравнения выходного сигнала делителя 27 частоты с кодом формирователя 32 на выходе дешифратора 29 образуются прямоугольные импульсы, длительность которых кратна периоду огибающей AM сигнала (например, фиг.2е):

t пТ, (5)

где п

1, 2, 3, 1

Т

Г

о Q

j

0

5

В то же время напряжение (4) поступает на сигнальный вход синхронного ВЕлпрямителя 4, на управляющий вход которого подается опорное напряжение

и „„(t) J,r.os(fl t -i-v). (6)

В результате на выходе синхронного выпрямителя 4 образуется сигнал (фиг.2ж)

U(t) K, со5Я t I, (7)

причем U(t)70 при U(t) 0 при v .

Напряжение (7) поступает на первые входы компараторов 6 и 8, а напряжение (3) - на первый вход компаратора 7. Напряжения (З) и (7) сравниваются с выходным напряжением ) и и (t) генератора 5 пилообразного напряжения.

На выходе компаратора 7, компаратора 8 (при U4(t)- 0) или компаратора 6 (при U4(t) 0) образуются прямоугольные импульсы, длительность которых соответствует временным интервалам, когда мгновенные значения

5137061

треугольного напряжения Uj(t) или U)j(t) больше U,(t) или U+(t) (фиг.2э,и) соответственно.

Длительность импульсов на выходе компаратора 7 изменяется по закону

{,(t)- 0 (Urn t) , (8)

а на выходах компаратора 6 (при

U4(t) : о) и компаратора 8 (при

U4U) 0) - по законуJO

г т созЛ t . (9) В выражениях (8) и (9)

и - амплитуда треугольного напря и жения и d(t).

№4пульсы ); (t) и . (t) В интер- вале времени t, определяемом выражением (5), открывают ключи 10 и 11 (при U4(t)7 о) и ключ 9 (при U4(t) 0).

Если выбрать , то количество периодов треугольного напряжения, укладывающихся в период огибающей равно (РТд) Тогда количество импульсов N, эталонной частоты f, поступающих через ключ 10 на счетчик 13 за время t, равно

N, fo

(FT,)i 1

(12)

Количество импульсов частоты fд, поступивших 9 или ключ 11 и элемент время t, равно

0,5(FT,)N,

2f.

i 1

При Tf Т д выражения (12) и (13)

с учетом (8) и (9) соответственно приводятся к виду:

N, f Jo,(t),K,

(I)

о

т/:

N, 2f, J t:(t),K,K,-.5,

0, /

где К - коэффициент формы огибающей. Таким образом, код N,, зафиксированный счетчиком 13, пропорционален

O

5

0

5

30 5

0

5

0

86

постоянной составляющей V напряжения (З), а код NJ, зафиксированный счетчиком 14, пропорционален средневы- прямленному значению тМ огибающей.

Коды N, и N вводятся в арифметический блок 18 соответственно через его первый и второй входы, а на третий его вход поступает единичный либо нулевой уровень выходного напря,- жения RS-триггера 15, определяемый полярностью сформированного синхронным выпрямителем 4 напряжения (7) и несущий информацию о соотношении фаз огибающей входного AM сигнала и опорного напряжения. В результате деления (15) на (14) с учетом уровня напряжения на вьпсоде RS-триггера на выходе арифметического блока 18 формируется код, пропорциональный коэффициенту модуляции входного AM сигнала:

N(m) ,

где Kj - коэффициент пропорциональности. N(m)7 О при N(m) ; О при

4 iT.

1

Таким образом, время преобразования предлагаемого устройства не превышает периода огибакицей входного AM сигнала, что дает возможность производить измерение параметров сигналов , ограниченных по длительности.

Формула изобретения

Преобразователь значения коэффициента модуляции амплитудно-модули- рованного сигнала в цифровой код, содержащий усилитель входного сигнала, выходом соединенный с первым BXO-I дом синхронного демодулятора ампли- тудно-модулированного сигнала и через формирователь управляющего напряжения с вторым входом синхронного демодулятора, синхронный вьтрямитель огибающей, первым входом соединенный с первым выходом синхронного демодулятора, а вторым входом - с источником опорного напряжения, генератор треугольного напряжения, первым и вторым выходами подключенный соответственно к первым входам первого и второго компараторов, третий компаратор, первый и второй ключи, первыми входами соединенные с выходами первого и второго компараторов, вторыми входами - с выходом генератора эталонной частоты, выход второго ключа подключен к входу счетчика, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия и расширения функциональных возможностей путем обеспечения установки времени измерения, кратного периоду огибающей входного амплитудно-модулирован- ного сигнала, в него введены эадатчик режима измерения, третий ключ, второй счетчик, арифметический блок, RS-триггер, инвертор и элемент ИЛИ, при этом первый вход задатчика режима измерения подключен к выходу формирователя управляющего напряжения, второй вход - к первому выходу синхронного демодулятора, первый выход задатчика режима измерения - к третьему входу синхрон- нога демодулятора, второй выход - к третьим входам первого и второго ключей и первому входу третьего ключа, вторым входом соединенного с выходом

генератора эталонной частоты, второй выход синхронного демодулятора подключен к второму входу второго компаратора, вьпсод синхронного вьшрямителя огибающей - к вторым входам первого и третьего компараторов, к первому входу RS-триггера и через инвертор к его второму входу, вьпсод первого счетчика соединен с первым входом арифметического блока, выход первого ключа - с первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу третьего ключа, третий вход которого подключен к выходу третьего компаратора, а выход элемента ИЛИ - с входом второго счетчика, выходом соединенного с вторым входом арифметического блока, выход RS-триггера подключен к третьему входу арифметического блока, а второй вход третьего компаратора - к второму выходу генератора треугольного напряжения.

1пг|ппппппппппппп

raTVWMWeWe

a,(t)

A Д-т

V

finnnnnnnnnnn.f

, V

П П П П П П .f

a,(t)