Устройство для оценки амплитуды узкополосного случайного процесса Советский патент 1993 года по МПК G06F15/36 

Изобретение относится к измерительно I технике и может быть использовано в специализированных вычислительных устройствах и системах автоматического управления для измерения и контроля узкополосных случайных процессов.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона амплитуд измеряемых сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,

Устройство для оценки амплитуды узко- полосного, случайного процесса содержит генератор 1 тактовых импульсов, компара- тоэы 2 и 3, делитель 4 напряжения, усили- тепь-ограничитель 5, формирователь 6 ми пульсов по переднему фронту, формирователь 7 импульсов по заднему фронту, элемент 8 задержки, п-разрядные счетчики импульсов 9 и 10, переключатели 11.1-11.п, блок 12 памяти, регистр 13, n-входовой элемент 14 ИЛИ и элемент 15 И. Информационный вход 16 устройства соединен с первыми входами компараторов 2 и 3 и со входом усилителя-ограничителя 5, а вход 17 опорного напряжения - непосредственно со вторым входом компаратора 3 и через делитель 4 - со вторым входом компаратора 2. Стро- бирующие входы компараторов 2 и 3 соединены с выходом генератора 1, выходы - со счетными входами счетчиков 9 и 10 соответственно, входы сброса которых соединены с выходом формирователя 6. Вход формирователя 7 соединен с выходом усилителя-ограничителя 5 и со входом формирователя 6. а выход - со входом элемента 8 и входом записи регистра 13, вход сдвига которого соединен с выходом элемента 15, информационные входы -с соответствующими выходами блока 12, а выходы являются выходами устройства.. Выходы разрядов счетчика 10 соединены с соответствующими входами элемента 14 и с первыми входами соответствующих переключателей 11.1-11.П, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами разрядов

&

fe

00 CJ VJ GO Ю Сл

счетчика 9, а выходы - с соответствующими адресными входами блока 12. Выход элемента 14 соединен с управляющими входами переключателей 11.1-11.п и с первым входом элемента 15, второй вход которого соединен с выходом элемента 8.

Работа устройства заключается в следующем..,....

Входной узкополосный сигнал (фиг. 2,а), форму которого в пределах одного периода можно считать синусоидальной, со входа 16 поступает на вход усилителя-ограничителя 5 и на первые входы компараторов 2 и 3.

На выходе усилителя-ограничителя 5 формируется сигнал прямоугольной формы типа меандр (фиг. 2,6), который поступает на входы формирователей 6 и 7. По положительным перепадам сигнала с выхода усилителя-ограничителя 5 формирователь б вырабатывает короткие импульсы (фиг. 2,в), которые поступают на входы сброса счетчиков 9 и 10, в результате чего последние обнуляются. По отрицательным перепадам сигнала с выхода усилителя-ограничителя 5 формирователь 7 вырабатывает импульсы (фиг. 2,г), которые поступают на вход записи регистра 13, в результате чего в него записывается код, поступающий на его информационные входы с соответствующих выходов блока 12. Одновременно импульсы с выхода формирователя 7 поступают на вход элемента 8. В элементе 8 поступившие на его вход импульсы задерживаются на незначительное время гэ , достаточное для записи информации в регистр 13. Импульсы с выхода элемента 8 (фиг. 2,д) поступают на второй вход элемента 15.

На второй вход компаратора 3 поступает напряжение постоянного уровня V со входа 17, а на второй вход компаратора 2 поступает напряжение постоянного уровня V/2, с выхода делителя 4, осуществляющего деление опорного напряжения V в два раза. Тактовые импульсы фиксированной частоты с выхода генератора 1 поступают на стробй- руемые входы компараторов 2 и 3. Компара; торы 2 и 3 пропускают импульсы генератора 1 со стробируемого входа на выход, если сигнал на их первых входах превышает уровни опорных сигналов на вторых входах.

Пусть амплитуда входного сигнала превышает уровень V (фиг, 2а). Соответствующие этому случаю промежутки времени , в течение которых импульсы генератора 1 проходят на выход компаратора 3, показаны условно уровнем логической 1 на диаграмме фиг. 2,е. За указанный промежуток времени на счетный вход счетчика 10 поступит N1 импульсов генератора 1, и к моменту окончания положительной полуволны входного сигнала в счетчике 10 будет зафиксирован код этого числа. При этом на выходе элемента 14 появится сигнал, соответствую5 щий логической 1, под действием которого откроется элемент 15 по первому входу, а переключатели 11.1-11.п установятся в такое состояние, что адресные входы блока 12 окажутся подключенными к .соответствую0 щим выходам счетчика 10. В результате на адресные входы блока 12 поступит код числа п с выходов разрядов счетчика 10.

Блок 12 осуществляет операцию преобразования кодов в соответствии с уравнени5 ем:

Nv

NB

.N

2со8()

где Мвых - число, код которого формируется на выходах блока 12;

N - число, код которого поступает на адресные входы блока 12,

Nv - численное значение уровня V опор- ,. ного напряжения на входе 17.

N - число тактовых импульсов, формируемых генератором 1 за весь период входного сигнала.

Код числа Ывых переписывается с выхо- дов блока 12 в регистр 13 импульсом, поступающим с выхода формирователя 7. Через время г3 импульс с выхода элемента 8 поступает через элемент 15 на вход сдвига регистра 13, в результате чего код на его Е выходе сдвигается на один разряд, что приводит к удвоению содержимого регистра 13, так как код двоичный.

Таким образом, на выходе регистра 13, а следовательно и на выходе устройства Q формируется код числа МВых, равного численному значению амплитуды входного сигнала

Nv

NP

cos

,лЫ

-)

N

Если амплитуда входного сигнала не превышает уровня V (фиг. 2, а, пунктир), то импульсы генератора 1 на выход компаратора 3 не проходят, а на выход компаратора 2

0 проходят в течение промежутка времени ta- t4 (фиг. 2,ж). За указанный промежуток времени на счетный вход счетчика 9 поступит N импульсов генератора 1. При этом сигнал на выходе элемента 14 будет соответст5 вовать логическому О, элемент 15 будет закрыт по первому входу, а переключатели 11.1-11.П установятся в такое состояние, что адресные входы блока 12 окажутся подключенными к соответствующим выходам счетчика 9. В результате на адресные входы

пока 12 поступит код числа N , а на выхо- Дах блока 12 сформируется код числа ЫВых

авного численному ходного сигнала:

Nv

значению

NBbix

N 2 cos (я-ft)

Код этого числа перепишется в регистр

3, однако сдвигу этот код подвергнут не

(удет, так как импульс с выхода элемента 8

через элемент 15 в этом случае не пройдет.

Таким образом, в любом случае, если омплитуда входного сигнала не менее уровня V/2, на выходе устройства формируется код числа, равного численному значению лмплитуды входного сигнала, | Помехоустойчивость в предлагаемом устройстве, как и в прототипе, обеспечивается за счет того, что оценка амплитуды носит интегральный характер, и отдельные превышения мгновенного деления опорного напряжения, связанные с аддитивными шумами, компенсируются занижением входного уровня в другие промежутки времени из-за влияния этих шумов.

В прототипе при той же точности оценки минимальная амплитуда входного сигнала равна V, т.е. в два раза больше, а максимальная - такая же, как и в предлагаемом устройстве. Это позволяет сделать вы- иод, что динамический диапазон амплитуд обрабатываемых сигналов в предлагаемом устройстве шире, чем в прототипе.

I Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для оценки амплитуды узко- юлосного случайного процесса, содержа- цее первый компаратор, первый счетчик, лок памяти, регистр и генератор тактовых шпульсов, выход блока памяти соединен с информационным входом регистра, выход

первого компаратора соединен со счетным входом первого счетчика, выход регистра является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения

динамического диапазона амплитуд измеряемых сигналов, в него введены второй компаратор, второй счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, переключатели, элемент задержки, два формирователя импульсов, делитель напряжения и усилитель-ограничитель, вход которого соединен с информационным входом устройства и информационными входами компараторов, выход усилителя-ограничителя подключен к входу первого формирователя импульсов и через второй формирователь импульсов - к входу управления записью регистра и ко входу элемента задержки, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключей к входу управления считыванием регистра, вход опорного сигнала устройства соединен с входом делителя напряжения и входом задания уровня второго компаратора, тактовый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и тактовому входу первого компаратора, вход задания уровня которого подключен к выходу делителя напряжения, выход второго компаратора соединен со счетным входе

второго счетчика, разрядный выход которс ключей к первым информационным входам переключателей и входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И и управляющими

входами переключателей, выходы которых соединены с адресными входами блока памяти, выход первого формирователя импульсов подключен к входам сброса второго и первого счетчиков, разрядный выход первого счетчика соединен с вторыми информационными входами переключателей.

U

ч v-

ff

й/г;

Ґ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения узкополосных случайных процессов. Цель изобретения - расширение динамического диапазона амплитуд измеряемых сигналов. Устройство содержит компараторы, счетчики, усилитель-ограничитель, делитель напряжения, блок памяти, переключатели, элемент задержки, формирователи импульсов, элемент ИЛИ, элемент И, регистр и генератор тактовых импульсов, 2 ил.

t,

4

-W

t

t