Устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

(Б) УСТРОЙСТВО АНАЛОГОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОРТОГОНАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЩЕЙ СПЕКТРА

IИзобретение относится к электро иэиерительной технике и может быть. использовано при создании устройств для исследования спектральных характеристик электрических сигналов произвольной формы.

По основному авт.св. ff 38939 известно устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, которое состоит из последовательно соединенных согласующего и инвертирующего каскадов, сумматора, выполненного а виде RC-интегратора, и схемы периодической выборки мгновенных значений сигнала, управялемой генератором импульсов и содержащей сдвигаю|ций регистр с ключами в нагрузочной цепи, сигнальные входы которых подключены к выходам согласующего и инвертирующего каскадов с учетом знака весовых коэффициентов, а выходы ключей подключены к весовым резисторам сумматора 1П . ФИНИТНЫХ СИГНАЛОВ

Недостатком известного устройства является высокая погрешность измерений в диапазоне инфранизких частот за счет большой величины погрешности разбалаиса интегратора.

Предлагаемое изобретение является усовершенствованием известного устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения ортогональной состав10ляющей спектра финитных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, содержаtsщее последовательно соединенные согласующий и инвертирующий каскады,, выходы которых подключены к одним из входов ключей блока периодической выборки мгновенных значений сигнала,

выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора а другие входы подключены к выходам разрядов регистра сдвига, вход котороГО является одним из входов блока периодической выборки мгновенных зна чений сигнала и подключен к выходу генератора импульсов, введены ключ, блок аналоговой памяти и блок управления ключом, причем выход ключа через блок аналоговой памяти соединен со входом согласующего каскада, а управляющий вход ключа через блок управления ключом подключен к выходу генератора импульсов. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Устройство состоит из блока 1 аналоговой памяти, блока 2 периодической выборки мгновенных значений сигнала, сумматора 3, выполненного в виде многовходного RC-интегратора с конденсатором k и резисторами , согласующего каскада 6, инвертирующего каскада 7, ключа 8 и блока 9 управления ключом, генератора 10 импульсов. Блок 2 периодической выборки, осуществляющий временную дискретизацию сигнала, включает в себя ключи 11 1, ,- , к информационным входам которых подключе ны выходы разрядов регистра 13 сдвига, выходы которых подключены к взве шивающим резисторам сумматор На фиг.2 обозначены управляющие тактовые импульсы генератора 10(а); выходной, импульс блока 9(6); исследуемый сигнал (в); напряжение на выходе блока 1(2г) ; напряжение на управляющем входе одного из ключей , (д); напряжение на управляющем входе одного из ключей , (е); напряжение на выходе (интегратора) сумматора 3 (ж); напряжение разбаланса (з). Устройство работает следующим образом. В момент to поступления первого тактового импульса (фиг.2,а) от гене ратора 10 импульсов на блок 9 управления ключом, -последний формирует 1управляющий импульс, совпадающий по времени с тактовым импульсом. Выходной импульс с блокад управления клю чом (фиг.2) прикладывается к управляющему входу ключа 8, открывая его на время TVI .Напряжение исследуемого сигнала (фиг.2,в) через открытый клю поступает на вход блока 1. По окончании тактового импульса ключ 8 закрывается, и напряжение на выходе 14 блока 1 остается практически неизменным до прихода очередного управляющего импульса (фиг.2,г). С выхода блока 1 сигнал через согласующий каскад 6 (для положительных весовых коэффициентов) и через инвертирующий каскад 7 (для отрицательных весовых коэффициентов) поступает на сигнальные входы ключей,например 11 и 12, блока 2 периодической выборки, ко входу регистра 13 которого подводится последовательность тактовых импульсов от генератора 10 импульсов. Одновременно с подачей тактового импульса на блок 9 управления ключом от заднего фронта этого тактового импульса (в момент to ) срабатывает первый триггер регистра 13 открывая на время ut например, ключ (фиг.2,д), при этом отсчет исследуемого сигнала подается на резистор , определяющий для данной выборки модуль весового коэффициента . у-тг п11. Интегрирование входного сигнала в (интеграторе) сумматоре 3 происходит в интервале от tp + f до to ut,, а напряжение на конденсаторе 4 изменяется на величину ди x,(t)(t)-k.-(&t-t«). постоянная времени интегратора. В момент времени tf}+ At от генератора 10 импульсов поступает следующий тактовый импульс на блок 9 управления ключом и регистр 13. Блок 1 запоминает следующую выборку x,(t) входного сигнала. От переднего фронта тактового импульса опрокидывается первый триггер регистра 13, закрывая тем самым ключ , а от его заднего фронта срабатывает второй триггер регистра 13, открывая ,например, ключ (фиг.2) и подавая тем самым входной сигнал на следующий взвешивающий резистор . Далее процесс взятия отсчета исследуемого сигнала, запоминание его в блоке 1, умножение на весовой ко.. cos 123 эффициент -т- l-ig- п и суммирование XI1 (Ч его в сумматоре 3 повторяется. Включение ключей блока 2 периодической выборки мгновенных значений сигнала на каждом шаге после окончания

импульса дискретизации устраняет погрешности измерения за счет переходных процессов в блоке 1 аналоговой памяти.

cos I2J }

Так как l-rj- nJ принимает значения от +1 до -1, то отрицательный знак коэффициента взвешивания обеспечивается за счет подключения соответствующих взвешивающих резисторов S к инвертирующему каскаду 7 а положительный - за счет подключения соответствующих взвешивающих резисторов 5 к согласующему каскаду 6.

В результате взаимодействия входного сигнала, сигналов блока 1, блока 9 управления ключом и импульсов сдвига регистра 13 на N выходах блока 2 периодической выборки мгновенных значений сигнала образуется периодическая последовательность импульсов, промодулированных по амплитуде исследуемым сигналом. На каждом шаге дискретизации значение исследуемого сигнала снимается с соответствующего выхода 2 периодической выборки.

Каждый из N выходов блока 2 периодической выборки связан со своим взвешивающим резистором 5, обеспечивающим различные коэффициенты передачи . 1-«- п). Умножение выборочных значений исследуемого сигнала на

С05/23Г

. коэффициент передачи . -jr- п) происходит последовательно во времени г интервалом ut в течение времени At -Ту с одновременным накоплением в сумматоре 3 результатов, полученных на каждом шаге.

. По истечении времени анализа Т Nit напряжение на выходе интегратора 3 составит

nl N. .jc . .

12J

де ;„

cos Ыпостояннаяsin времени интеграторапо п-ому выходу схемы периодической выборки.

Абсолютное значение постоянной времени интегратора kp определяется (с точностью до постоянного коэффициКента -prj величиной, обратно-пропор

циональной величине весового резистора , а величина

. COSfZJT

nW -ПНЫ J

представляет собой

1

взвешенное с весом -д-я значение выборки сигнала в момент времени 1

nit

причем

соответственно

R

( )1Scos

Постоянравно значению sin

1

ныи множитель

учитывается при

фиксации результата.

В результате перечисленных преобразований сигнала напряжение на накопительном конденсаторе 4 сумматора 3 к концу времени анализа пропорционально значению ортогональной (синусной или косинусной) составляющей спектра исследуемого сигнала на ча21 21

стоте w Т Nut

На этом цикл измерения спектральной составляющей заканчивается и импульс последнего тактового импульса возвращает регистр 13 в исходное состояние.

Устройство позволяет измерять ортогональные составляющие периодичес ких сигналов при различных частотах. Это, в свою очередь, требует изменять шаг дискретизации. Поскольку изменение шага дискретизации не должно влиять на виличину выходного напряжения, то одновременно с изменением шага дискретизации необходимо изменить величину емкости конденсатора в отношении

Ci Са

тД const, тГ ъ

е

величина емкости при шаге

дискретизации , величина емкости при шаге

дискретизации tij.; величина емкости при шаге

дискретизации itj;

время анализа при шаге дискретизации lt.

Напряжение разбаланса интегратора составляет на шаге дискретизации дt

bUp , а на времени анализа Т NAt AUp kgUoT ,

где kg - постоянная времени интегратора по контуру разбаланса.

Использование новых элементов позволяет значительно повысить точност измерения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов.

Действительно, напряжения разбаланса к концу времени анализа у предлагаемого устройства и известного относится как

II Uni

С t-M

ii.

AUp RgC °

Г JL. ид ut

Таким образом, напряжение разбаанса известного устройства превышает напряжение разбаланса предлагаемоAt

го устройства в

раз.

Формула изобретения

Устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра

финитных сигналов по авт.св. ff 38939, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, в него введены

ключ, блок аналоговой памяти и блок управления ключом, причем выход ключа через блок аналоговой памяти соединен со входом согласующего каскада а управлякнций вход ключа через блок управления ключом подключен к выходу генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № taSSSS, кл.С 01 R 23/00, 1972.

г

On

IP

и

X/