Цифровой измеритель глубины модуляции амплитудно-модулированных сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R29/06 

Предлагаемый цифровой измеритепь гпу ёины модуляции относится к радйоиэмеритепьной технике и может быть использован в радиотехнических системах различного назначения и системах автоматжеского регулирования с амплитудной модуляцией. Известен цифровой измеритель глубины модуляции l , принцип работы которого основан на непосредственном измерении максимального и минимального значения амппитудно-модулировакного сигнала и вычислений по этим значениям коэффициента модуляпии. Измерение мгновенных значений моду.лированного сигнала производится с помощью аналога-цифрового преобразователя, артфметические операции выполняются циф ровым логическим вычислительным устрой Лвом. Однако рассмотренный измеритель имеет следующие недостатки: ограниченный верхний предел частоты несущей; ограниченный нижний предел глубины .модуляции и амплитуды несуще наличие методических погрешностей за счет нелинейных искажений модупирующе гЬ сигнала; сложность схемной реализации. Устранить недостатки позволяет устройство для измерештя глубины модуляции амплитудно-модулированных сигналов |. я-/ йзЩ рШ еп6 еШё р)й1Т Ёходное усГройство, усилитель, усилители-формирователи, вычитающие счетчики, ограничители, дискретный делитель напрйжвния, эпектрон.Hbie ключи, блок переноса, импульсно-по1тенциальныв вентили, генератор ймпульсоб, схему логического анализа, реверсивный счетчик, делитель частоты и счетчик с ;цифровой индикацией. Недостатком этого измерителя является низкая точность измерения малых значений коэффициентов модуляпли. Это выз- вано тем, что с уменьшением глубины модуляции возрастает погрешность, вносимая шагом квантования дискретного делителя напряжения. При измврв1ти известным устройством глубины модуляции в пределах от 10 до 1% погрешность измерения, обусловленная шагом квантования возрастает с 0,55 до 5%, а при измерении глубины мо; ляиии b пределах от I до 0,1% - с 5 до 50%. Целью предложенного технического решения явл$гется повышение точности и раошйрение пределов измерения глубины модуляпии. Цель достигаетсй тем, что в устройство для измерения rnyGwRU мбдуляции, содержащее электронные ключи, последовательно соединенные/ входное устройство, усилитель-ограничитель, ограничитель-фор мирователь, а также последовательно соединенные первый вычитающий счетчщс и дискретный делитель напряжения, подключенный к второму входу ограничителяформирователя, последовательно соединенные второй вычитающий счетчик, блок переноса, третий вычитающий счетчик, делитель частоты и реверсивный счетчик, генератор импульсов соединенный с входом первого электронного ключа, выход которого подключен ко входу делителя частопгы счетчик с цифровой индикацией. Причем 6ХОД реверсивного счетчика соединен с входом второго вычитакяцего счетчика, уп равляющий вход реверсивного счетчика сое:Д1гаен с управляющим и входами первого электронного ключа и блока переноса, а выход реверсйвного счеТчика подсоединен к вто рому управляющему йходу первого электронного ключа, выход третьего вычитающего счетчика соединен с входом счетчика с цифровой индикацией и вторым управляющим входом блока переноса, усилительформирователь, четвертый вычитающий счетчик, блок логического анализа, ггервый вход которой пбдключен к выходу ограничителя-формирователя, второй вход через усилитель-формирователь соединен с выходом входного устройства, а .выход подключен ко входу второго электронного , выход которЬго соединен с уста-: новочным входом четвертого вьяитающего счетчика, введены блок формирЮвания кода, блок задания диапазона измерения, блок начала отсчета,блок параллельного переноса, блок формирования уровня ограничения, счетчик числа тактов измерения и блоки дизеюшсции, причем установочный вход второго вычитающего счетчика через блок формирования подключен к выходу блока параллельного переноса соединен с вьгхрдом первого В1 гчитающвг6 счвтч)ака и входом блока задания диапазона измерения, выход блока зМания диапазона нзмв|рения подключен к второму входу блока формирования кода и к управпяющеьу входу счетчика с цифровой индикацией, другой выход блок задания диапазона измерения соединен с управляющим входом делятеля частоты, а третий выход блока задания диапазона измерения подсоединен к управляющим входам блока формирования уровня ограничения и усилителя-ограничителя, выход которого через блок формирования уровня ограничения подключен к второму управляЮ1цему входу усилителяограничителя, выход ограничителя-формирователя соединен с управлякщим входом блока параллельного переноса и через блок начала отсчета с входом четвертого вычитающего счетчика, второй вход которого через третий электронный ключ подключен к выходу усилителя-формирователя, а выход четвертого выЧ1ггающего счетчика соеди,нен с входом четвертого электротшого ключа и через пятый электронный ключ с управляющими входами блока начала отсчета .и блока задания диапазона измерения, с установочным входом первого вычитающего счетчшГЭ и с входом счетчика числа тактов измерения, первый выход ко-, торого подключен к управляющему входу шестого электронного ключа, а второй выход - к второму управляющему входу шестого алектронного кл1оча, к управляюцим входам второго электронного ключа и реверсивного счетчика и через первый блок дизъюнкции к управляющим входам третьего и четвертого электронных ключей, втоfbie управляющие входы которых подключены к второму выходу б,лока начала отсчета, третий выход блока начала отсчета соединен с управляющими входами второго и пятого электронных ключей, выход BTCVрого электронного ключа через шестой электронный ключ соединен с входом реверсивного счетчика, а через второй блок дизыош ции - с входом первого вычитающего счетчика, второй вход второго блока дизъюнкции подсоединен .к выходу четвертого электронного ключа, а второй вход первого блока дизъюнкции соединен с вто рым управляющим входом реверсивного счетчика. На фиг. I изббраясэна блок-схема пред лагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Цифровой измеритель глубины модуляции амплитудно-модулированных сигналов содержит входное устройство 1, усили;те ль-ограни Чите ль 2, ограничитепы-формирователь 3, усилитель-формирователь 4, блок 5 логического анализа, электронные ключи 6, 7, 8, 9, 1О, 11, блок 12 начапа отсчета, дискретный депитель 13 нагьряжения; вычитающие счетчики 14, 15, 16 17, реверсивный счетчик 18, делитель 19 частоты, генератор 20 импульсой, счетчик 21 с цифровой индикацией, блок 22 переноса, блок 23 формирования уровня ограничения, блоки 24, 25 дизыонкции, счетчик 26 чиспа тактов измерения, блок 27 задания диапазона измерения, блок 28 пвг раллелыюго переноса и блок 29 формиро вания кода. Амплитудно-модулированный сигнал (J(t.) (фиг. 2,а) через входное устройство 1,которое служит для измерения масштаба входного сигнала и обеспечения требуемого входного сопротивления прибора, поступает на входы усилителя-формирователя 4 и усилителя-ограничителя 2. Усилитель-ограничитель 2 выделяет и усиливает верхнюю часть амштитудно-модулированного сигнала, в которую входит огибающая {фиг. 2,6). Коэффициент усиления усилителя-ограничителя 2 задается дискретно блоком 27 в зависимости от выб- ранного диапазона измерения. Уровень оп раничения усилителя-ограничителя 2 также задается дискретно блоком 27 (в зависимости от выбранного диапазона измерения), через блок 23, который одновременно осуществляет автоматическую регулировку и подстройку уровня ограгшчения в процессе работы таким образом, чтобы Сигнал на выходе усилителя-ограничителя 2 был неизменным и равен нормированной величине U . (фиг. 2,6). Блок 23 пред назначен для преобразования кода, поступающего с блока 27 в однозначно связакное с ни напряжение, опредедяющее уровень ограничения усилитепй-бтраничятепя 2,и автоматической регулировки и йодстройки этого уровня в процессе работы. Усилитель-формирователь 4 формирует последовательна.7ть импульсов, следующих с частотой несущей (фиг. 2,в). С выхода усилителя-ограничителя 2 сигнал подается на один вход ог рлаксраничителя-формирователя 3, на другой вход которогоподается переменный урозадаваемый деливень ограничения телем 13. Максимальное значение образцового напряжения на выходе делителя 13 выбирается из условия Ц и макс ( 2,6). Ограничитель-формирователь 3 формирует импульсы в моменты превышения сигнала на выходе усилителя-ограничителя 2 над уровнем ограничения U , т.е при и чс кс713к . При 73 импульсы на выходе ограничителя-формирователя 3 отсутствуют (фиг. 2, б, г). Блок 5 выдает импульсы при наличии импульсов на выходе усилителя-формирова-з теля 4 и отсутствии импульсов на выходе Ограничителя-формирователя 3. Импульс на выходе блока 5 отсутствует, если в течение времени, определяемого длительностью выходного импульса усилителя-формирователя 4, появляется импульс на выходец органичителя-формирователя 3 (фиг. . 2, в,г,д). Емкость счетчика 17 выбирается из условия К - -|- ( - частота несущей, F- Ч к;тота модулирующего сигнала), что соответствует времени измерения, равноiMy периоду модулирующего сигнала. Блок 29 предназначен дпя формирова- ния кода числа NV- соответствующего . кодированному максимальному значенто амплитудно-модулированного сигнала l слакс с учетом коэффициента усилеН1тя усилитепя-бграничйтейя 2 (т.е. с учетом диапазона на котором выдается измерение) и чж;ла тактов измерения; М-- ,,( где Ку - коэффициент усиления усилителяограничителя 2 на выбранном диапазоне измерения; шаг квантования делителя 13; число тактов измерения равное 2,3 ... и т.д., (емкость счетчика 26). В момент равенства напряжений с выхода усилителя-ограничителя- 2 U ,(ащ. и дискретного делителя 13 на входах оги раничителя-формирователя 3 в счетчике 14 будат записан код . соответствующий нормированному максимальному значению амплитудно-модупированного сигнала на выходе усилителяг-ограничвтеля 2. Этот код, через блок 28, переносится в схему 29 по первому выходному импульсу ограничителя-формирователя 3. После окончания операции выбора диапазона измерения (первый такт измерения) происходит умножение кода, ранее введена ного в блок 29 ( .), на значение коэффициента усиления, соответствующего выбранному диапазону измерения, на число 2: (пт-1). Блок 29, в эависимости от состояния счетчика 14, после окончания первого 773 такта измерения, выбирает необходимый дйапйзон измерения и в зависимости от выбрайнотЧз диайазо1яЙ измёре)т.я усТанавпивает соответствующие коэффициент усиления и через блок 23 - уровень ограничения 11Э, ia также управляет индикацией результата счетчика 21 и блоком 29. Принцип действия устройства заключается в следующем. Известно, что коэффициент модуляции чиспенно раьен отношению разности межд максимальным и минимальньтм значением айппитудно-модулирбванного сигнала к их суммеи -И ANWH Щ - . ., ,. NvQttC WMH внимание (фиг. 2,6), Что во ( лОй, --2i.U ЛМИ J (АОКС амплитуды модуизменениемаксимальное пйру1ющёго сигнала, относительно амплитуды несущей при отсутствии модуляции) можно записать так: - . 2(iU... ----.- - - lm . , Принцип непосредственного измерения величин 2 ikUw и ,c - 2лимч и вычислений по этим значениям коэффициейтамодуляции иположенв основу пре лагаемого устройства. А.мппитудно-модулИрованный сигнал производится к постоянной нормированной величине UNVOKC Величина 2 В виде числового кода вводится в счетчик делителя (счетчик 15). Величина 2u,Uv изкюряётся и в виде числового кода вводится в счетчик делимого (счетчик 18) и одй(5В рШёйнО вычиТ(ается из счетчика делителя. Затем производится операция деления. Результат деления поступает в счетчик цифровой индикации (счетчик 21) и высвечивается на индикаторном табло. Устройство работает следующим образом (фиг. 1). АмПпйтудно-модулированный сигнал и(-Ь) (фиг. 2,а) через входное устройство 1 nocTynaisT на входы усилителя-от рйничитеЛя 2, коэффициент усиления котр рогд ; с йШблибаеГСя минимально возмож ной величины, и усилителя-формирователя 4. На другой вход усилителя-ограничител 2 подается нулевое значение уровня ограничения с блока 23. HaiMjTOjSe усилите л ограничителя-2 выделяется положительная полуволка амПлитудно-модулированного сйг1Н1ала, усиленная до нормиробанного значения .с (фиг. 2,6), ri подается на вход ограничителя-формирова теля 3. На другой В1ХОД ограничителя фор мироватепя 3 с делителя 13 подается ооразцовое напряжение Оц NVCSKC торого записан в счетчике 14. В результате на выходе ограничителя 3 сигнал отсутствует. Электронные ключи 6, 7, 8, 9, 10, 11 закрыты и не пропускают входных импульсов. По сигналу Пуск счетчик 18 устанавливается в режим работы на сложение, открываются Ключи 6, 7 и на вход счетчика 17 с выхода усилителя-формирователя 4 начинают поступать импульсы, следующие с частотой несущей (фиг. 2,в). Импульсы с выхода счетчика 17 (фиг. 2,е) через открытый ключ 7 и блок 25 поступает на вход счетчика 14. В результате напряжение на выходе делителя 13 начинает дискретно уменьшаться с Частотой модулирующего сигнала (фиг. 2,6). В момент равенства напряжений, с выхода делителя 13 и нормированного максимального значения амплитудно-модулированного сигнала, с выхода усилителяограничителя 2, на входах ограничителяформирователя 3, на его выходе появляется импульс (фиг. 2,б,г), который поступает на входы блоков 5, 12, 28. .Блок 28 открывается и код (соответствующий нормированному максимальному значению амплитудно-модулирова1шого сигнала JiAoiKC) эаписанйый в счетчике 14, пербносится в блок 29. Выходной сйгн(ал блока 12 закрывает, ключи 6, 7 и открывает ключи 8, 9. С этого момента на вход счетчика 17 через блок 12 поступают импульсы с выхода, ограничителяформирователя 3 (фиг. 2,г)., а на вход счетчика 14 и установочный вход счетчика 17 через ключ 9 поступают импульсы с выхода схемы 5 (фиг. 2,д). Таким образом, на вход счетчика 17 поступает число импульсов, равное количеству превышений амплитудных значений несушей над каждым уровнем калиброванногб напряжения делителя 13 за интервал в эемени между выходными импульсами блока .5 (фиг. 2,6,г.д). В момент дости- . женйя К ийИМального значения амплитудномодулированного сигнала установочный вход счетчика 17 с блока 5 за период модулирующего сигнала не поступит ни одного импульса. На вход счетчика 17 .за это же время поступит число N -IT , в результате на его импульсов импупгс (фиг. 2, б, г. выходе появится Д. е). в счетчике 14 за этб. же время запи,сан код, соответствующий минимальному значению амплитудно-модупированного сиг по которому блоком 27 производится выбор соответствукщего, дна- пазона измерения. Импульс с выхода сЧетчика 17 через открытый ключ 8 поступает на .вход счетчика 26, управлякщий вход блока 27 и устанавливает в исходное состояние счетчшс 14 и блок 12. В зависимости от выбранного диапазона изм1ерения блок 27 устанавливает соответствующие коэффициент усиления и через блок 23 уровень ограничения усилителя-ограничителя 2 и коэффициент делителя 19, который определяется исходной из требуемой дискретности отсчета. Кд pt- 100,. где Кд - коэффициент деления делителя 1 р) - величина, обратная требуемой дискретности отсчета на соответ ствутощем диапазоне; 100- коэффициент, усчитывающий от- счет модуляции,%. Кроме Того, сигналы управления с выхода блока 27 поступают на управляющие входы счетчика 21 и блока 29. Блок 29 формирует код числа -Ь Код числа п вводится в счетчик 15. Импульс с первого выхода счетчика 26 открьвает ключ 10 и на этом первый такт измерения заканчи1вается. Таким образом, по первому такту измерения происходит выбор диапазона из-г мерения и вводится код числа М в счетчик 15. Начинается следующий такт измерения После установки в исходное состояние блока 12 ключи 6, 7 открываются и импупьсы с выходе усилителя-формирователя 4 Ьновь начинают поступать на вход счет чика 1,7. В момент равенства напряжений, с выхода делителя 13 и максимального значения амплитудно-модупированного сигнала с выхода усилителя-ограничителя 2, на входах ограничителя- формирователя 3, клкяи 6, 7закрываются и открываются ключи 8, 9. На вход счетчика 17. через блок 12 начинают поступать импульсы с выхода ограничителя- формирователя 3. - Импульсы с выхода блока 5 через открь тый ключ 9 поступают на установочный вход счетчика 17, через блок .25- на вхо счетчика 14, а также черед открытый 73 ключ 10 - на входы счетчиков 15 и 18. Выходной импульс счетчика 17. соответствующий миниЬ1альному значению амплитудно-модулированного сигнала, поступает счетчика 26 и устанавливает в исходное ссх:тояние счетчик 14 и блок 12. В результате ключи 8, 9 закрываются, а ключи 6, 7 открывакул я и; такт измере... ния повторяется. В счётчики 15 , 18 после каждого такта измерения записывается число импупьсовZ&UAAТак будет продолжаться до момента появления импульса на выходе счётчика 26. При этом, в счетчике 15 будет записан код напряжения 2U|yyQm c - с учетом коэффициента усиления усилителяограничителя 2 и числа тактов измерения. . Cv,-ir В счетчике,18 будет записан код напряжения 2 ЛЬдд также с учетом коэффициента усилителя-ограничителя 2 и числа тактов измерения ., Р -f- По выходному импульсу счетчика 26 закрываются ключи 6, 7, 8, 9, 1О, счетчик 18 устанавливается в рёж работы на ёычитание, код, записанный в счетчике 15, через блок 22 переносится в счётчик 16 и открывается ключ 11 - начинается операция деления. Через открытый ключ 11 импульсы с генератора 20 поступают ни счетчик 16 и через flertWeifb 19 на счетчик iS, После списывания числа К со счетчика 16, в счетчик 21 записывается единица и происходит очередной перенос Кода , записанного, в счетчике 15 - в счетчик 16. Так будет продолжаться до тех пор, покй в счетчике 18 не будет списано число Р . Импульс переполнения счетчика 18 закрывает и:пюч 11 и процесс измерения заканчивается. В счетчике 21 будет записано число, соответствующее коэффициенту модуляции гамаке формула изобретения Шфровой измеритель глубины модуля.иии амппитудно-модупярованных сигналов. содержащий эпектротые ключи, последовательно соединенные входное устройство, усилитепь-ограничитепь, ограничительформирователь, а также последовательно соединенные первый вычитающий счетчитк и дискретный делитель напряжения, подключешгый к второму входу ограничителя формирователя, последовательно соединенHbie второй вычитающий счетчик, блок переноса, третий вычитающий счетчик, делитель частоты и реверсивный счетчик, генератор импульсов соединенный с входом первого электронного ключа, выход кото рого подключен к входу делителя частоты счетчик с цифровой индикацией, причем вход реверсивного счетчика соединен с входом., второго вычитающего счетчика, yn равляющий вход реверсивного счетчика (Соединен с управляющими входами первого электронного ключа и блок переноса, а вы ход реверсивного счетчика подсоединен к еторОму управляющему входу первого электронного ключа, выход третьего вычи. тающего счетчика соединен с входом счет чика с цифровой индикацией и вторым упрйвляющим входом блока переноса, усилитель-формирОватель, четвертый вычитающий счетчик, блок логического анализа, первый вход которого подключен к выходу ограничитепя-формирователя, второй BXOJI через усилитель-формирователь соединен с выходом входного устройства, а выход под ключей ко входу второго электронного клю ча, выход которого соединен с установочньтм |аходом четвертого вьвитающего счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения, в него введены блок формирования кода, блок задания диапазона измерения, блок начала отсчета, блок параллельного переноса, блок формирования уровня ограничения, счетчик числа тактов измерения и блоки дизыонкции, причем установочный вход второго вычитающего счетчика через блок формирования кода подклю1ен к выходу блока параллельного переноса, вход блока параллельного переноса соединен с выходом первого вычитающего счетчика и входом блока задания диапазона измерения, выход блока задания диапазона измерения под1ключей ко второму входу блока формирова ния кода и к управляющему входу счет«ш ка с цифровой индикацией, другой вход блока задания ллапазона измерения соединен с управляющим входом делителя частоты, а третий выход блока задания диапазона измерения подсоединен к управляющим входам блока формирования уровня ограничения и усилителя-ограничителя, выход которого через блок формирования уровня ограничения подключен к втброму управляющему входу усилителя-ограничителя,выход ограничителя-формирователя соединен с управляющим входом блока параллельного переноса и через блок начала отсчета - с входом четвертого вычитающего счетчика, второй вход которого через третий электронный ключ подключен к выходу усилителя-формирователя, а выХод четвертого вычитающего счетчика соединен с входом четвертого электронного ключа и через пятый электронный ключ с управляющими входами блока начала отсчета и блока задания диапазона измерения, с установочным входом дервого вычитающегосчетчика Ис вХбНбм счетчика числа тактов измерения, первый выход которого подключен к управлякяцему входу шестого электронного ключа, а второй выход - к второму управляющему входу щестого электронного ключа, к управляющим входам второго электронного ключа и реверсивного счетчика и через первый блок дизъюнкций к управляющим входам третьего и четвертого электронных ключей, вторые управляющие входы которых подключены к второму выходу блока начала отсчета, третий выход блока начала отсчета соединен с управляющими входами второго .и пятого электронных клтбчей, выход второго электронного ключа через шестой элек онньтй ключ соединен с входом реверсивного счетчика, а через второй блок дизъюнкции - с входом первого вычитающего счетчика, второй вход втораго блока дизъюнкции подсоединен к выходу четвертого электронного ключа, а второй вход первого блока дизъюнкции соединен с втсрым управляющим входом реверсивного счетчика./ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 424О89. кл. Q 01 Р 29/06, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР NO 608109, кл. G 01 R 29/06, 1974 (прототип).