Устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции Советский патент 1980 года по МПК G01R29/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУВИНН ИзобретвЕше относится к радиоэлек тронике и измерительной технике и предназначено для автоматического измерения глубины модуляции синусоидапьных и импульсных амплитудно-модулированных сигналов. Известно устройство, позволяющее измерить глубину амплитудной модуляции, содержащее последовательно соединенные аттенюатор, усилитель высокой частоты (УВЧ), детектор, фильтр низкой частоты (ФНЧ) и вычислительный блок с индикатором, причем выход детектора подключен ко второму входу вычислительного блока через последовательно соединенные логарифмическое звено и дифференцирующий усилитель. В этом устройстве при помощи детектора синусоидальный амплитудномодулированный сигнал преобразуется в амплитудно-модулированную последовательность синусоидальных однополярных импульсов, и при помощи фильт ра нижних частот производится выделе ние низкочастотной части спектра импульсной последовательности. В резул тате на выходе фильтра действует пул сирующее напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна амплитуде несущей частоты, а амп.пиАМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ туда переменной составляющей пропорциональна амплитуде огибающей модулированного колебания l . Недостатком этого устройства является узкий рабочий диапазон частот огибающей входного амплитудно-модулированного сигнала. Точность устройства снижается при широком спектре частот огибающей и при спектре огибающей, сосредоточенном в области частот, близких к частоте 0,5 f (где fQ - частота несущей) . Это. обусловлено тем, что в этих случаях низкочастотная составляющая спектра и составляющая спектра нижней боковой полосы при первой гармонике выходного сигнала детектора начинают перекрываться, и для разделения этих составляющих спектра требуется фильтр низкой частоты с малой протяженностью ската амплитудно-частотной характеристики при малых пульсациях в полосе прозрачности. Построение фильтра с требуемыми параметрами характеристики для обеспечения достаточной точности измерения глубины амплитудной модуляции наталкивается на значительные теоретические и практические трудности и в результате приводит к значительным аппаратурным затратам и сложности, настройки устройства. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения глубины моруляций импульсного сигнала, Оно позволяет производить автоматическое измерение глубины амплитудной модУля ции видеоимпульсов при любом периодическом законе модуляции. Устройств содержит входной блок, ко входу кото рого подключены первый вход блока коммутируемых пиковых детекторов и последовательно соединенные счетчики с дешифратором, выход дешифратора соединен со вторым входом блока коммутируемых пиковых детекторов, выход которого связан с последовательно со единенными схемой сравнения и индикатором. БЛОК автоматической регулировки усиления включен между выходом схемы сравнения и входом входного блока. В этом устройстве при помощи п пиковых детекторов пиковые значения амплитуд п импульсов входной амплитуд но-модулированной последовательности преобразуются в величины постоянных напряжений и схемой сравнения определяется наименьшее наибольшее Umax значения амплитуд видеоимпульсов, т.. определяется наименьшее и наибольшее значения оги бающей входного сигнала р . Недостатком этого устройства явля ется низкая точность, которая аце более снижается при уменьшении длитель ности импульсов входного сигнала, т.е. при широком спектре входной амплитудно-импульсной последовательности. Это обусловлено тем, что требования точности и быстродействия, предъявляемые к пиковым детекторам являются противоречивыми..Диодный пиковый детектор имеет высокое быстр действие-, но небольшую точность при малой амплитуде входных импульсов. Пиковый детектор с усилителем в цепи обратной связи имеет большую точность, но при этом снижается быстродействие . Другой причиной снижения точности является различие в параметрах каналов, т.е. разница коэффициентов пере дачи и смещений нуля пиковых детек; торов. Дополнительную погрешность в процессе измерения вносят шумы коммутйции при переключении входов детекторов в блоке коймутйруемых пиковых детекторов. Вторым недостатком является знаЧИт1Е ЛЬное возрастание сложности устройства, т.е. увеличение аппаратуршах затрат, при измерении глубины мо дуляции сигнала, период огибающей которого Т, значительно больше периода l несущей. Это обусловлено тем что для обеспечения нормальной работы устройства число пиковых детекторов должно быть не менее ,/C. Таким образом, при увеличении Тд или уменьшении с- число детекторов п долж- но быть прямо пропорционально увеличено, а это приводит к значительным аппаратурным затратам. Цель изобретения - упрощение устройства, увеличение точности и расирение диапазона рабочих частот измёряе№1Х сигналов. . Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуля-. ции.импульсных и синусоидальных процессов, содержащее счетчик и индикатор, введены компаратор напряжений, управляемый источник эталонного на- пряжения, автомат управления эталонным нап ряжением, компаратор кодов, шифратор, формирователь, второй счетчик, селектор кодов, блок памяти, вычислительный блок, блок управления и два логических ключа, причем первый вход компаратора напряжений объединен со входом формирователя и соединен со входом устройства, второй вход компаратора напряжений соединен с выходом источника управляемого эталонного напряжения, входы которого соединены с разрядными выходами автомата управления эталонным напряжением, с первым входом вычислительногЪ блока и входом блока памяти,выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен со счётным входом первого счетчика, разрядные выходы которого соединены с первсЗй группой входов компаратора кодов, вторая группа входов которого соединена с выходами шифратора, а выход с информационным входом автомата управления эталонным напряжением, выход формирователя через второй логический ключ соединен со счетным входом Btoporo счетчика, выходы которого соединены со входами селектора кодов, а выход последнего соединен со вторым входом блока управления, второй вход вычислительного блока соединен с выходом блока памяти, а выход вычислительного блока с входом индикатора, выход автомата управления эталонным напряжением соединен с третьим входом блока управления, а управляющие входы логических ключей, входы сброса счетчиков, вход шифратора, вход сброса и тактовый вход автомата управления эталонным напряжением, вход управления вычислительным блоком и вход управления блоком памяти соединены с соответствующими выходами блока управлейия. Первый вход которого соединен с це- . пью пуска устройства. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит компаратор 1 напряжений, источник 2 управляемого эталонного напряжения, автомат 3 управления эталонным напряжением, первый счетчик 4 импульсов, компаратор 5 кодов, шифратор 6, формирователь 7, второй счетчик 8, селектор 9 кодов, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, индикатор 12, логические ключи 13 и 14, и блок 15 управления

Первый вход компаратора 1 напряжений и вход формирователя 7 соединены с источником исследуемого сигнала. Второй вход компаратора напряжений соединен с выходом управлйемого источника 2 эталонного напряжения-, в качестве которого может быть использован, например, преобразователь код-напряжение. Управление величиной эталонного напряжения производится автоматом 3, в качестве которого может быть использован, например, автомат псэразрядного кодирования, реализующий алгоритм последовательного приближения.

Выход компаратора 1 напряжений через логический ключ 13 соединен со счетным входом счетчика 4 импульсов разрядные выходы которого соединены с первой группой входов компаратора 5 кодов. Вторая группа входов компаратора кодов соединена с выходами шифратора 6, а его выход с информационным входом автомата,3.

При помощи компаратора кодов производится сравнение кода числа N, хранящегося в счетчике 4, с выходным кодом N шифратора б . На выходе компаратора кодов появляется сигнал в том случае, если число N в счетчике 4 больше или равно числовому эквиваленту N кода шифратора, т.е. при . В противном случае, при N,- сигнал, отсутствует.

При помощи шифратора возйОЖнЬ формирование двух разных кодов в зависимости от того присутствует или бтсутствует на его входе сигнал 18.

С выхода формирователя 7, в качесве которого могут быть использованы, например, усилитель-ограничи-тель, триггер Шмидта или любой детектор нуля, входной сигнал подается через логический ключ 14 на счетный вход счетчика В, разрядные выходы которог соединены со входами селектора 9 кодов.

Выход 19 селектора 9, в качестве кйтйрого может быть использован, например, неполный дешифратор, соединен со вторым входом блока 15 управления. .

Первый вход вычислительного блока 11, в качестве которого может быть, использован, например, микропроцессо р вход блока; 10 памяти, в качестве которого может быть использован регистр триггеров, соединены со входами управления источника 2 эталонного напряжения. Выход блока 10 памяти соединен со вторым входом вычислительного блока, а выход последнего соеданён с йндйка орйм 12.

Первый вход блока 15 управления соединен с цепью пуска всего устрой:ства, третий вход с выходом 22 автомата 3 .

Цепь 17 сброса счетчиков, 16 включения счетчиков, вход 18 шифратора, цепь 21 сброса и 20 тактирования ав-.

0 томата 3, цепь 23 управления блоком памяти и; цепь 24 запуска .вычислительного блока соединены со входами блока 15 управления, в качестве которого используется микропрограммный

5 автомат.

При измерении глубины амплитудной модуляции устройством производится автоматическое измерение наименьше- . го значения огибающей U амплитудно-модулированного сигнала,- его наи0большего значения ч вычисление коэффициента модуляции согласно выражению

Umax m-in

г ..I.. - I I ..,1 - - ,

mox Urn ri

(1)

Измерение глубины модуляции синусоидального сигнала и глубины модуляций последовательности видеоимпульDсов производится аналогично.

Рассмотрим работу устройства на примере измерения глубины амплитудно.импульсной модуляции.

Входной амплитудно-модулированный сигнал x(t) (фиг.2а) подается на вход

5 компаратора 1 напряжений, при помощи которого входные импульсы сравниваются по амплитуде с постоянным напряжением и источника 2 эталонного напряжения. На выходе компаратора по0является импульс только в том случае, если амплитуда входного импульса пре.вышает эталонное напряжение U. Число импульсов, превысивших порог и, подсчитывается счетчиком 4.

5

При измерении U-tYn i устройством производится автоматический, подбор такого наибольшего значения эталонного напряжения U, при котором все импульсы входного амплитудно-модули0рованного сигнала, появивше:7ося за некоторый промежуток времени Тд & Тд, по амплитуде будут больше U, . число срабатываний N компаратора 1 напряжений будет равно .3TO значение эталонного напряжения U будет

5 равно и,а числовой эквивалент кода m-in на входе преобразователя 2 jкод-напряжение будет пропорционален

Аналогично при измерении таж

0 подбирается такое наибольшее значение эталонного напряжения U , при котором за время Т, из всех п появившихся импульсов входного сигнала хотя бы один будет больше по амплитуде

5

апряжения Uj, т.e. компаратбр сраотает не менее одного раза.

Интервал времени Тд задается временем заполнения п импульсами входй(рй

мплйтуд гю-Шдулиро ан атедьности счетчика 8, поступающей а его счетный вход йосле ограничения и нормализации по амплитуде форироват.елем 7, ;- , .----;------

Подбор эталонных напряжений0 и и2 осуществляетсй За йескольКб таков длительностью Tjj. При этом управение величиной эталонного напряжения и производится автоматом 3, jpeализyisoiUHM алгоритм последдва1;ельног6. приближения...,, .. .; .. ;, : ,.,: .

Управление всем устройством в цеом производится ёлок ом 15 упрабления, которым в течение каждо1:о такта формируются сдвинутйге йо времени сигналы 17 сброса счетчиков 4 и 8(фиг.2д)

16включения счетчиков (фиг.2е) и сигналы 20 опроса компаратора кодов

5(фиг,2ж). ,

В момент времени t подачи на устройс гво пуск (фиг.2г) ёлбком управления формируются сигналы, управляющие процессом измерения величины . По сигналу 18 шифратором

6формируется код числа на протяжении всех тактов измерения Umln- сигнсшу 21 автомат Зустганавивается в исходное состояние, в результате на выходе преобразователя

2 код-напряжение устанавливается напряжение и, райное половине рабочего иапазона эталонного напряжения О,SE

(фиг.2а) . . .;

В начале первого такта сигналом

17(фиг.2д) счетчики 4 и 8 ceiJicEiBaются в нулевое состояние, после чего по сигналу 16 (фиг.2е) ключи 13 и 14 открываются и счетчик 4 начинает подсчитывать импульсы срабатываний (фиг.2в) компаратора I, а в счетчик

8 начинают поступать нормализованные по амплитуде импульсы входногр сигнала (фиг.26) . - :

В момент прихода п-го импульса и счётчик 8 на выходе селектора 9 кодов появляется сигнал 19, поступанадий на блок управления. В {результате бло-, ком управления ключи 13 и 14 закрываются и формируется сигнал 20 (фиг.2ж) опроса компаратора 5 кодов, so время действия которого автс 1атом 3 вОСпри нимается сигнал (фиг.2з) результата сравнения числа срабатываний компаратора 1 за время Т с числом п. Если N п, то эталонное напряжение U на, следующем такте увеличивается автоматом 3- на величину (1/4)Ер. Если , то уменьшается на ту же величину (фиг.2а) .

После этого, на следующем такте, все процессы повторяются, т.е. в мо-. мент времени tj ТФиг.2д) формирУ1ВТСя сигнал сброса счетчиков 4 и 8, далЬ toe производится подсчет импульсов

8

срабатызвания компаратора 1 и в зависимости от результата сравнения ;числа срабатываний компаратора с числом п эталонное напряжение либо увеличивается на (l/8)Ejj, либо уменьшается на ТУ же величину.

Диаграмма а (фиг.2) поясняет процесс последовательного приближения величины и к величине Urnin конце последнего m-го такта эталонное напряжение становится равншу с абсолютной точностью (1/2)Е, автоматом формируется сигнал 22 окончания подбора эталонного напряжения и по команде 23 блока управления код Nml,,, действующий на управляющем входе источника 2 эталонного напряжения переписывается в блок 10 памяти.

Измерение Umax ® подбор эталонного напряжения Uy, равного Цт, производится таким же образом как и при измерении При этом на протяжений всех тактов тором б по сигналу 18 формируется код числа 1, с которьм сравнивается в конце каждогй такта число срабатываний N, ксяипара;тора 1. Если число срабатываНИИ , то, согласно алгоритму последовательного приближения, эталонное Напряжение в конце такта увеличивается, если , т.е. N О, то Напряжение уменьшается. В результате на .последнем т-ом такте эталонное нап эяжение становится равньам Umqx точностью (1/2)Ед, т.е. устанавливается максимальное эталонное напряжение, при котором за время появления п импульсов входного сигнала произойдет не менее одного срабатывания компаратора 1.

Код числа , пропорционального тах поступает на первый вход вычислительного блока 11, на второй вход которого поступает код числа Wjnin блока 10 Пс1мяти. По команде 24 блока управления вычислительным блоком производится вычисление коэффициента амплитудной модуляциисогласно выражению (1) и вывод информации об измеренной величине на индикатор 12. :

Увеличение точности в предЛагае- . мом устройстве достигается тем, что сравнение п импульсов входной амплитудно-модулированной последовательности производится последовательно в одном канале при помощи ксмпаратора

1напряжений, включенного в цепь аналого-цифровой отриц1ательной обратной свйзи, замнкакяаейся через источник

2эталонного напряжения и логические блоки. Этому также способ ствует тОт факт, что в процессе измерения

в схеме не производится никаких пере наиболее отв.е.тственных аналоговых функциональных узлов.

В известном устройстве пр жзводится йредваритёльная обработка входного сигнала, т.е. производится преобразование пиковых значений амплитуд импульсов в постоянное напряжение при помощи п отдельных пиковых детекторов, имеющих всегда различие в коэффициентах передачи и смещениях нуля.

в известном устройстве осуществление коррекции индивидуальных погрешностей каналов приводит к большим затратам времени, и средств. Коррекцию погрешностей в предлагаемом устройстве, имеквдем один канал обработки, можно произвести с меньшими затратами .

Увеличение диапазона рабочих частот входных сигналов с одновременным, увеличением точности достигается тем, что в предлагаемом устройстве применены интегральные компараторы напряжений, имеющие скорость отклика намного большую, чем скорость отклика пиковых детекторов./

Устранение врзврастания сложности устройства, т.е. возрастания аппаратурных затрат, при использовании устройства для измерения глубины амплитудной модуляции сигналов с медленно меняющейся огибающей и быстро меняющейся несущей обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве время анализа входного сигнала Tj, которое должно быть менее длительности периода модуляции Тд, (т.е. ), определяется разрядностью счетчиков 4 и 8 шифратора б. Причем максимальное время анализа Т использовнии, например, двоичных счетчиков связано с их емкостью Кед. и разрядностью m следунвдими зависимостями

,oxt()-1(),

где - период несущей.

При заданном значении Tjj число разрядов счетчиков и шифратора определяется выражением

2og(.

В известном устройстве заданное время анализа TQ& Тдд обеспечивается определенным числом пиковых детекто ров. Причем число пиковых детекторов определяется (см.2) отношением

Отсюда видно, что увеличение времни анализа, например, в 2 раза в прелагаемом устройстве обеспечивается добавлением в счетчики и дешифратор по одному разряду. В известном устройстве при этом потребовалось бы увеличить число пиковых детекторов в 2 раза.

.. .Снижение аппаратурных затрат обусловлено и тем, что счетчики импульсов легко реализуются в виде больших интегральных схем, а пиковые детекторы и необходимые для их изготовления высокодобротные конденсаторы трудно выполнимы в виде интегральных схем.

.Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции, содержащее счетчик и индикатор, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения, расширения диапазона рабочих частот измеряемых сигналов, в него

0 введены компаратор напряжений, управляемый источник эталонного напряже- . нИя, автомат управления эталонным напряжением, компаратор кодов, шифратор, формирователь, второй счетчик,

5 селектор кодов, блок памяти, вычислительный блок, блок управления и два логических ключа, причем первый вход компаратора напряжений объединен со входом формирователя и соединен со

входом устройства, второй вход компаратора напряжений соединен с выходом источника управляемого эталонного напряжения, входы которого соединены с разрядными выходами а.втомата управления эталонным напряжением,

5 с первым входом вычислительного блока и входом блока памяти, выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен со счетным входом первого счетчика, разрядные выходы

0 которого соединены с первой группой входов компаратора кодов, вторая группа входов которого соединена с выходами шифратора, а выход с информационным входом автомата управления эталонным напряжением, выход формирователя через второй логический ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены со входами селектора кодов, а выход последп н.его соединен со вторым входом блока управления, второй вход вычислительного- блока соединен с выходом блока памяти, а выход вычислительного блока с входом индикатора, выход автомата управления эталонным напряжением

5 соединен с третьим входом блока управлений аупраЬЭ1якядйе входы логических ключей, входы сброса счетчиков, вход шифратора, вход сброса и тактовый вход автомата управления эталонным

0 напряжением, вход управления вычислительным блоком и вход управления блоком памяти соединены с выходами блока управления, первый вход которого соединен с цепью пуска устрой-5 ства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №347694, кл. G 01 R 29/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

«О №523367, кл. G 01 R 29/06, 1975.