Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов Советский патент 1991 года по МПК G01R29/06 

Изобретение относится к радиоизмери- тельной технике и предназначено для измерения характеристик амплитудно- модулированных сигналов.

Цель изобретения - расширение области применения путем измерения среднего значения, среднеквадратического значения и коэффициентов модуляции амплитудно- модулированного сигнала при несинусоидальной форме сигнала огибающей.

На фиг.1 приведена блок-схема цифро- вого измерителя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов (фиг,1) содержит входной блок 1, блок 2 уп- равления, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение-частота, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, элемент 7 задержки, счетчик 8 адреса, преобразователь 9 периода несущей в код, микропроцессорный вычисли- тель 10, блок 11 индикации.

В состав блока 2 управления входят демодулятор 12, нуль-органы 13 и 14, триггеры 15-18, реверсивный счетчик 19, элементы И 20-22, формирователь 23 импульса и кнопка 24 Пуск.

Преобразователь 9 периода несущей в код выполнен на генераторе 25 образцовой частоты, элементах И 26,27, счетчике 28 периода, триггерах 29,30.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Исследуемый амплитудно-модулиро- ванный (AM) сигнал записывают в виде

U(t) A(t)slnuH,(1)

где A(t) - огибающая колебаний с периодом Тог

2л

- круговая частота несущей;

()

Т - период несущей. Из AM сигнала формируют его модуль U(t) A(t)sinwt,(2)

который преобразуют в пропорциональную

частоту следования импульсов.

f(t) Кпнч /U(t) - КПнчА(1) /Sin fl)t , (3)

где Кпнч - коэффициент преобразования напряжения в частоту.

За каждые полпериода несущей у производится интегрирование частоты f(t), которое сводится к подсчету числа импульсов за время Т/2. Это количество импульсов в 1-том полупериоде несущей определяется j

2

выражением NI / f(t)dt.

о

После подстановки соотношения (3) имеем

NI Кпнч J f(t)dt Кпнч J f(t)dt

оо

sin cot d t.

Учитывая, что в 1-том полупериоде несущей A(t) AI, получаем

}

NI Кпнч AI J slnwtdt КПнчА|

AI,

(4)

отсюда

Nl.

(5)

Кпнч Т

Коды NI амплитуд несущей AI определяют на всех 2п полупериодах несущей за период огибающей Т0г,

где

записывают их в память. Затем по этим кодам вычисляют измеряемые величины. Алгоритм обработки кодов NI получаем из следующих соотношений:

для среднего значения AM сигнала

Ai;

(6)

для среднеквадратического значения AM сигнала

U М

)

для коэффициентов глубины модуляции вверх, вниз и среднеквадратического значения соответственно:

UMSKC Ucp

гг-

Ucp

Ucp UMHH

ucp

U

з -

и

ср

100% , 100% :

U

ср

100% ,

(8) (9) (Ю)

где UMBKC, UMMH - максимальное и минимальное значения AM сигнала, которые определяются максимальным и минимальным значениями амплитуд несущей Амакс

И Амин.

Подставляя в формулы (6) и (7) соотношение (5), получаем

т I NI; (11)

1 1 1

U

Кпнч Я

%Ч

ПНЧ

1(12)

Из выражений (11) и (12) видно, что значения Ucp и U зависят от периода несущей. Для исключения этой зависимости получают код периода, например, с помощью преобразователя время-код, основанного на методе последовательного счета:

NT mT-fo,(13)

где fo - образцовая частота, используемая для заполнения временного интервала, кратного периоду несущей;

m - численный коэффициент, задающий кратность измеряемого временного интервала и периоду несущей, в частности, т 0,5; 1;2;3... Из соотношения (13) находим т nt

mtV

Подставим равенство (14) в выражения (11) и (12), получаем

я m fо 1 3 .,

-. м7 2, NI

.Ucp

2п КПнч

1 to

КСРМТ Г, NI,

NT ,

NT .1

(15)

Я-m -to . 1 ъ

V2n Клич Nt VЈ Np

(

где Кср

л т f о

Кскз -

(16)

я m fn

2n Кпнч 2n нч

коэффициенты пропорциональности при измерении среднего и средквадратиче- ского значений AM сигналов соответственно.

Выражения (8), (9), (10), (15), (16) положены в основу построения предлагаемого устройства

Цифровой измеритель работает следую 5 щим образом.

Измеряемый AM сигнал U(t) (фиг.2а) через входной блок 1 поступает на первый вход блока 2 управления и через выпрямитель 3 на выход преобразователя л 0 напряжение-частота, которым модуль напряжения U(t) с выхода выпрямителя 3 (фиг.26) преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсов f(t) согласно выражению (3). С выхода вы5 прямителя 3 напряжение U(t) подается также на второй вход блока 2 управления, а импульсы переменной частоты f(t) с выхода преобразователя 4 напряжение-частота поступает на первый вход элемента U5,

0 который в исходном состоянии закрыт по второму входу сигналом с первого выхода блока 2 управления.

По первому входу блока 2 управления AM сигнал поступает на демодулятор 12,

5 которым выделяется его огибающая (фиг.2в). С выхода демодулятора 12 сигнал огибающей подается на нуль-орган 13, предназначенный для формирования коротких импульсов в моменты перехода выход0 ного напряжения демодулятора 12 через одноименные нулевые значения, например, из отрицательной области в положительную. С выхода нуль-органа 13 импульсы поступают на один из входов элемента И 20,

5 закрытый по другому входу потенциалом триггера 15.

По второму входу блока 2 управления AM сигнал подается на нуль-орган 14, которым осуществляется формирование корот0 ких импульсов (фиг.2г) в моменты времени ti, i 1,2п равенства нулю напряжения U(t) на выходе выпрямителя 3 (фиг.26). Выходные импульсы нуль-органа 14 поступают на объединенные входы элементов 1/121,22, ко5 торые закрыты по другим входам потенциалами триггеров 17 и 16 соответственно.

Счетчик 6 импульсов, счетчик 8 адреса, реверсивный счетчик 19 в блоке 2 управления и счетчик 28 импульсов в преобразова0 теле 9 периода несущей в код находятся в нулевом состоянии

В преобразователе 9 периода несущей в код элемент И 26 открыт потенциалом триггера 30, а элемент И 27 закрыт потенци5 алом триггера 30.

В режим измерений устройство переводят нажатием кнопки 24 Пуск. В результате на выходе формирователя 23 образуется импульс, поступающих по шине сброса на установку функциональных узлов и элементов устройства в исходное состояние, указанное выше, и на единичный вход триггера 15, переключая его в единичное состояние.

Потенциалом выхода триггера 15 открывается элемент И 20 и после этого первый же импульс с выхода нуль-органа 13 проходит на счетный вход триггера 16, устанавливая его в единичное состояние. Потенциалом с выхода триггера 16 открывается элемент И 22 и импульсы с выхода нуль-органа 14 (фиг.2г) подаются на вход вычитания реверсивного счетчика 19. Второй импульс с выхода нуль-органа 13, поступающий через открытый элемент И 20 на счетный вход триггера 16, возвращает его в исходное состояние.

Выходным сигналом с выхода триггера 16 устанавливается по нулевому входу в исходное состояние триггер 15, закрывая тем самым элемент И 20, переводится по единичному входу в единичное состояние триггер 17, открывая при этом элемент И 21, прекращается прохождение импульсов с нуль-органа 14 на вход вычитания реверсивного счетчика 19.

К этому моменту в реверсивном счетчике 19 записано число (2е-2 п), где I - разрядность счетчика. Через открытый элемент И 21 выходные импульсы нуль-органа 14 (фиг.2д) поступают на единичный вход триггера 18, на вход суммирования реверсивного счетчика 19 и по второму выходу блока 2 управления на выходы элемента 7 задержки, счетчика 8 адреса и преобразователя 9 периода несущей в код.

Первый же импульс с выхода элемента И 21 в момент времени ti1 устанавливает триггер 18 в единичное состояние и потенциалом последнего открывается элемент И 5 (к последующим импульсам с выхода нуль- органа 14 триггер 18 нечувствителен, они только подтверждают его единичное состояние). С этого момента времени импульсы с выхода преобразователя 4 напряжение-частота поступают на счетчик 6 импульсов, в котором они интегрируются (накапливаются) за каждый полпериода несулдей, начиная с моментов времени ti, I 1,2п.

На фиг.2е условно показан пакет импульсов в l-том полупериоде несущей ti ,

t + -у ; число импульсов NI в этом пакете

определяется выражением (4). По окончании каждого полупериода несущей количество импульсов NI, получаемое в счетчике 6 импульсов, переносится в ОЗУ по первому информационному входу микропроцессорного вычислителя 10. Задание адресов ОЗУ, по которым последовательно записываются коды чисел NI, осуществляется счетчиком 8

адреса, состояние которого изменяется от 1 до 2 и тем самым меняется код адреса на адресном входе микропроцессорного вычислителя 10. Запись кодов чисел NI производится по сигналу, поступающему с первого выхода элемента 7 задержки на вход стробирования записи микропроцессорного вычислителя 10. После этого, с некоторой задержкой, необходимой для

0 выполнения операций ввода информации в ОЗУ. с второго выхода элемента 7 задержки подается сигнал на установочный вход счетчика 6 импульсов, сбрасывая его в нулевое состояние и тем самым подготавливая к под5 счету очередного пакета импульсов NI

Аналогично операции определения числовых значений NI и их записи в ОЗУ микропроцессорного вычислителя 10 повторителя для всех 2 п полупериодов

0 несущей за период огибающей, задание которых осуществляется реверсивным счетчиком 19. Так, после поступления на его вход суммирования 2п импульсов с выхода открытого элемента И 21 он пере5 полняется и на его выходе формируется потенциал, по которому возвращаются в исходное состояние триггеры 17,18 по их нулевым входам, закрывая элементы И 21,5 соответственно.

0 Сигнал с выхода реверсивного счетчика 19 подается также по третьему выходу блока 2 управления на управляющий вход микропроцессорного вычислителя 10, переводя его в рабочее состояние, т.е. в режим вычис5 ления измеряемых величин по соответствующим формулам. К этому моменту времени в счетчике 8 адреса будет записано число 2п, а в преобразователе 9 периода несущей в код, точнее в его счетчике 28, - код периода

0 NT.

Образование кода периода несущей в преобразователе 9 осуществляется следующим образом. Первый импульс с выхода открытого элемента И 21, поступающий в

5 момент времени t (фиг.2б) по первому выходу блока 2 управления в преобразователь 9 периода несущей в код, проходит через открытый элемент И 26 на счетный вход триггера 29 и устанавливает его в единичное

0 состояние, открывая элемент И 27. Через открытый элемент И 27 импульсы с генератора 25 образцовой частоты fo поступают на счетчик 28 периода. Вторым импульсом, поступающим по первому выходу блока 2 уп5 равления в момент времени t2 через элемент И 26 на счетный вход триггера 29, последний возвращается в исходное состояние, закрывая элемент И 27. Кроме того, выходным сигналом с прямого выхода триггера 29 переключается по единичному

входу триггер 30, закрывая элемент И 26. За время открытого состояния элемента И 27 на счетчик 28 периода с генератора 25 образцовой частоты поступает количество импульсов NT (фиг.2ж), пропорциональное периоду несущей согласно выражению (13).

Таким образом, к моменту поступления по третьему выходу блока 2 управления сигнала на управляющий вход микропроцессорного вычислителя 10 в его ОЗУ записаны коды чисел NI, I 1,2п; в счетчике 8 адреса - число 2п, а в счетчике 28 периода преобразователя 9 - код NT периода несущей.

С приходом управляющего сигнала по пятому входу микропроцессорного вычислителя 10 он переходит в режим обработки вычислений.

При этом с приходом тактирующего импульса последовательно такт за тактом из ПЗУ считываются коды команд, определяющие алгоритм вычислений и необходимые константы. Запись, хранение и счтывание промежуточных результатов осуществляется в ОЗУ.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов, содержащий последовательно соединенные входной блок, выпрямитель и преобразователь напряжение-частота, а также элемент И, счетчик импульсов, микропроцессорный вычислитель с подключенным к его выходу блоком индикации, блок управления и элемент задержки, при этом первый вход блока управления соединен с выходом входного блока, а первый выход - с вторым входом элемента И, первый вход которого подключен к выходу преобразователя напряжение- частота, второй выход блока управления соединен с входом элемента задержки, первый выход которого подключен к установочному входу счетчика импульсов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом микропроцессорного вычислителя, первый информационный вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, от ли чающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет измерения среднего значения, среднеквядратическсч о зчачения и коэффициенте молуляции амплитудно-модуягро-энною сигнала при несинусоидальной форме огибающей, в него поедены преобрлзгжчп -ь 5 периода несущий в код ч счетчик адрес,J, входы когоры объединены r-.ежду собой и соединены с втсрьл-i г-нходом блока управления, второй пход которою подкпючен к выходу выпрямителя, пыход ппообртэоБа0 теля периода несущей в код соединс-и с вторым информационным входом микропроцессорного вычислителя, подключенного своим адресным входом к гыходу счетчика адреса, а входом записи - к второ5 му выходу элемента задержки.

2. Измеритель поп 1,отличаю щи й- с я тем, что в блок управления, содержащий два нуль-органа, чстыро триггера, два элемента И, последовательно соединенные

0 кнопку Пуск и формирователь импульса, выход которого подключен k единичному входу первого триггера, соединенного пыхо- дом с вторым входом первого элемента И, первый пход которого подключен к выходу

5 первого нуль-органа, а выход - к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера и первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу второ0 го нуль-органа, выход третьего элемента И соединен с вторым выходом блога управления и единичным входом четвертого триггера, выход которого подключен к первому выходу блока управления, допол5 нительно введены демодулятор и реверсивный счетчик, при этом демодулятор включен между первым вводом блока управления и входом первого нуль-органа, вход второго нуль-органа соединен с вторым входом бло0 ка управления, а выход его подключен к второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом третьего триггера, подключенного своим единичным входом к выходу второго триг5 гера и нулевым входом - к нулевому входу четвертого триггера, третьему выходу блока управления и выходу реверсивного счетчика, который входом вычитания подключен к выходу второго элемента И, а

0 входом суммирования - к выходу третьего элемента И.

t

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик амплитудно-модулированных (АМ) сигналов. Цель изобретения - расширение области применения за счет измерения среднего значения, среднеквадратического значения и коэффициентов модуляции АМ сигнала при несинусоидальной форме сигнала огибающей. Цель достигается тем, что в измеритель, содержащий входной блок 1, блок 2 управления, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение - частота, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, элемент 7 задержки, микропроцессорный вычислитель 10 и блок 11 индикации, дополнительно введены счетчик 8 адреса и преобразователь 9 периода несущей в код. Кроме того, блок управления содержит демодулятор 12, два нуль-органа 13 и 14, реверсивный счетчик 19, четыре триггера 15 - 18, три элемента И 20 - 22, формирователь 23 импульса и кнопку 24 "Пуск". 1 з.п. ф-лы, 2 ил.