Устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции

Устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0 ll И С " (НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со,оз Советских

Социалистических Республик (ii) 781714

К АВТОРСКОМУ СВЫДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено220179 (21) 2716494/26-21 (51)М. Кл.з с присоединением заявки N9—

С 01 и 29/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано231180. Бюллетень й943

Дата опубликования описания 23.1180 (53) УДК 621.317. .353(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Ф. Чубаров, В. Ю. Гурьев, М. А. Леднев, В. А. Шабанов и Г. И. Токарева

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ

АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике и предназначено для автоматического измерения глубины модуляции синусоидальных и импульсных амплитудно-модулированных сигналов.

Известно устройство, позволяющее измерить глубину амплитудной модуляции, содержащее последовательно соединенные аттенюатор, усилитель высо- 10 кой частоты (УВЧ), детектор, фильтр низкой частоты (ФНЧ) и вычислительный блок с индикатором, причем выход детектора подключен ко второму входу вычислительного блока через последо- 15 вательно соединенные логарифмическое звено и дифференцирующий усилитель.

B этом устройстве при помощи детектора синусоидальный амплитудномодулированный сигнал преобразуется 20 в амплитудно-модулированную последовательность синусоидальных однополярных импульсов, и при помощи фильтра нижних частот производится выделение низкочастотной части спектра им- 25 пульсной последовательности . В результате на выходе фильтра действует пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна амплитуд":.. несущей частоты, а ампли- 30

2 туда переменной составляющей пропор-! циональна амплитуде огибающей модулированного колебания (1) .

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 t а (где — частота несущей) . Это обуслов0 лено 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 низ— кой 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

781714 аппаратурным затратам и сложности настройки устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения глубины модуляции импульсного сигнала. Оно позволяет производить автоматическое измерение глубины амплитудной модуляции видеоимпульсов при любом периодическом законе модуляции. Устройство содержит входной блок, ко входу которого подключены первый вход блока коммутируемых пиковых детекторов и последовательно соединенные счетчики с дешифратором, выход дешифратора соединен со вторым входом блока коммутируемых пиковых детекторов, выход 15 которого связан с последовательно соединенными схемой сравнения и индикатором. Блок автоматической регулировки усиления включен между выходом схемы сравнения и входом входного ;щ блока.

В этом устройстве при помсщи л пиковых де те кторов пиковые з наче ни я амплитуд л импульсов входной амплитудно-модулированной последовательности преобразуются в величины постоянных напряжений и схемой сравнения определяется наименьшее 0„„. и наибольшее 0шп„значения амплитуд видеоимпульсов, т .е,. определяется наименьшее и наибольшее значения оги— бающей входного сигнала 2 .

Недостатком этого устройства является низкая точность, которая еще более снижается при уменьшении дли-. тельности импульсов входного сигна- 35 ла, т.е. при широком спектре входной амплитудно-импульсной последовательности ° Это обусловлено тем, что требования точности и быстродействия, предъявляемые к пиковым детекторам 4р являются противоречивыми .,Диодный пиковый детектор имеет высокое быстродействие, но небольшую точность при малой амплитуде входных импульсов.

Пиковый детектор с усилителем s цепи обратной связи имеет большую точность, но при этом снижается быстродействие.

Другой причиной снижения точности является различие в параметрах каналов, т.е. разница коэффициентов передачи и смещений. нуля пиковых детек, торов.

Дополнительную погрешность в процессе измерения вносят шумы коммута.-. ции при переключении входов детекторов в блоке коммутйруемых пиковых детекторов.

Вторым недостатком является зна чительное возрастание сложности устройства, т.е. увеличение аппаратур- 4р ных затрат, при измерении глубины модуляции сигнала, период огибающей которого Т значительно больше периода ь несущей. Это обусловлено тем, что для обеспечения нормальной работы устройства число пиковых детек торов должно быть не менее п> Т / .

Таким образом, при увеличении Т или уменьшении 5 число детекторов ri должно быть прямо пропорционально увеличено, а это приводит к значительным аппаратурным затратам.

Цель изобретения — упрощение устройства, увеличение точности и расширение диапазона рабочих частот иэмеряеыях 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 напряжения, автомат управления эталонным напряжением, 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 вычислительного блока и входом блока памяти,выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен со счетным входом первого счетчика, разрядные выходы 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 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 управления, первый вход которого соединен с цепью пуска устройства.

На фиг. 1 йриведена функциональная схема устройства, на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

781714 счетчика 8, разрядные выходы которого соединены со входами селектора 9 кодов.

Выход 19 селектора 9, в качестве котброго 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, микропроцессор, и вход блока 10 памяти, в качестве которого может быть использован регистр триггеров, соединены со входами управления источника 2 эталон55 бО

Устройство содержит компаратор 1

I напряжений, источник 2 управляемого эталонного напряжения, автомат 3 управления эталонным напряженйем, первый счетчик 4 импульсов, компаратор

5 кодов, шифратор 6, формирователь

7, второй счетчик 8, селектор 9 ко5 дов, 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 сйгнала, Второй вход компаратора напряжений соединен с выходом управляемого 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, на-- 2О пример, автомат поразрядного 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 компаратбра кодов соединена с выходами шифратора б, а его выход с информационным входом автомата 3.

При помощи компаратора кодов производится сравнение кода числа МА, хранящегося в счетчике 4, с выходным кодом М шифратора 6 . .На выходе компаратора кодов появляется сигнал в том случае, если число N q в счетчике 4 больше или равно числовому эквиваленту М кода шифратора, т.е. при N 4 > N . В противном случае, при 40

М с М, сигнал. отсутствует.

При помощи шифратора возможнО формирование двух разных кодов в зависимости от того присутствует или- отсутствует на его входе сигнал 18. 45

С выхода формирователя 7, в качестве которого могут быть использованы, например, усилитель-ограничитель, триггер Шмидта или любой детектор нуля, входной сигнал подается через логический ключ 14 на счетный вход ного напряжения. Выход блока 10 памяти соединен со вторым входом вычислительного блока, а выход последнего соедйнен с индикатором 12.

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

Цепь 17 сброса счетчиков, 16 включения счетчиков, вход 18 шифратора, цепь 21 сброса и 20 тактирования ав-. томата 3, цепь 23 управления блоком памяти и цепь 24 запуска вычислительного блока соединены со входами блока 15 управления, в качестве которого используется микропрограммнйй автомат.

При измерении глубины амплитудной модуляции устройством производится автоматическое измерение наименьшего значения огибающей U> амплитудЮs rt но-модулированного сигнала, его наибольшего з начения 0„к, х и вычисление коэффициента модуляции согласно выражению

"max йип

М(1 „+um, Измерение глубины модуляции синусоидального сигнала и глубины модуляции последовательности видеоимпульсов производится аналогично .

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

Входной амплитудно-модулированный сигнал x(t) (фиг .2а) подается на вход компаратора 1 напряжений, при помощи которого входные импульсы сравниваются по амплитуде с постоянным напряжением U источника 2 эталонного напряжения. На выходе компаратора появляется импульс только в том случае, если амплитуда входного импульса пре.вышает эталонное напряжение U. Число импульсов, превысивших порог V, подсчитывается счетчиком 4.

При измерении U,ù,,д устройством производится автоматический. подбор такого наибольшего значения эталонного напряжения U, при котором все импульсы входного амплитудно-модулированного сигнала, появившегося за некоторый промежуток времени Т Ь Т по амплитуде будут больше U1 т.е. число срабатываний М компаратора 1 напряжений будет равно п=ТО/С.ЭтО значение эталонного напряжения U будет равно Uù,<,а числовой эквивалент ко:да М ;д на входе преобразователя 2

:код-найряжение будет пропорционален

ЛалпАналогично при измерении Бщдх подбирается такое наибольшее значение эталонного напряжения U, при котором эа время То из всех п появившихся импульсов входного .сигнала хотя бы один будет больше по амплитуде 7

78

1714 напряжения U<, т .е. компаратор сработает не менее одного раза.

Интервал времени То задается временем заполнения и импульсами входной амплитудно-м6дулировакной последовательности счетчика 8, поступающей на его счетнйй вход После ограничения и нормализации по амплитуде Формирователем 7.

Подбор эталойных напряжений О» и

U2 осуществляется за несколлько так- " тов длительностью То. Пря этом управление величиной эталонного напряжения U производится автоматом 3, реализующим алгоритм последовательного приближения. .

Управление всем устройством в це"лом производится блоком 15 управления, которым в течение каждого тактаформируются сдвинутые во времекй сигналы 17 сброса счетчиков 4 и 8(фяг.2д)

16 включения счетчиков {Фиг.2е) и сигналы 20 опроса компаратора кодов

5 (фиг.2ж).

В момент времени,»подачи ка устройство команды пуск (Фиг.2г) блоком управления формируются сигйалы, управляющие процессом измерения величины U и . По сигналу 18 шифратором б формйруется код числа n=T

0m . По сигналу 21 автомат 3 устанавливается s исходное состояние, в ре зультате на выходе преобразователя

2 код-напряжение устанавливается на пряжение U, равное полонине рабочего диапазона эталонного напряжения 0,БЕ»» (Фиг.2а).

В начале первого такта сигналом

17 (Фиг.2д) счетчики 4 и 8 сбрасываются в нулевое состояние, после чего по сигналу 1б (фиг.2е) ключи 13 и 14 открываются и счетчик 4 йачинает подсчитывать импульсы срабатываний (фиг.2в) компаратора 1, а в счетчик †. 8 начинают поступать нормализовакные

"по амплитуде импульсы входного сигнала (фиг.2б).

В момент прихода л-го импульса в счетчик 8 на выходе селектора 9 кодов появляется сигнал 19, постуйающий 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 автоматом 3"воспринимается сигнал (фиг.2з) результата сравнения числа срабатываний компара, тора 1 за время Т< с числом и. Если

N „ Ъ, то эталонное напряжение 0 на, .следующем такте увеличивается автома-. том З.на величину (1/4)Е . Если Й„сд, = то уменьшается йа ту же величину (фиг.2а).

После этого,- ка следующем такте, все процессы повторяются, т.е. в мо-. мент времени 7фиг.2д) Формируется сигнал сброса счетчиков 4 и В, даль

hie производится подсчет"импульсов срабатывания компаратора 1 и в зависсимости от результата сравнения числа срабатываний компаратора с чис лом и эталонное напряжение либо увелйчивается на (1/8)E0, либо умвкьшается на ту же величину. .Диаграмма а (фиг.2) поясняет процесс последовательного приближения величины U к величине U »„ . В конце последкего е-го такта эталон1 ное напряженйе становится равным

0,»„п с абсолютной точностью (1/2 )Eo, автоматом Формируется сигнал 22 окончания подбора эталонного напряжения и по команде 23 блока управления код

Й ;„, действующий на управляющем вхо3$ де йсточника 2 эталонного напряжения переписывается в блок 10 памяти.

Измерение U®g<, т.е. подбор эталонного капряжения U, равного 0 производятся таким же образом как и

З) при измерении U »>. При этом на протяжении всех тактов шифратором б по сигналу 18 формируется код числа

"1", с которым сравнивается в конце каждого такта число срабатываний И+ компаратора 1. Если число срабатыва-йий И» % 11,, тТоо, согласно алгоритму последовательного приближения, эталонное напряжение в конце такта увеличивается, если И»с 1, т.е. И» = О, то напряжение уменьшается. В результате

З© на последнем m-ом такте эталонное нагфяжение становится равным U»»»<>с . точностью (1/2 )Е >, т. е. устанавливается максимальное эталонное на-. пряжение, при котором за время появления fl импульсов входного сигнала произойдет ке менее одного срабатыванйя компаратора 1.

Код числа И„,,,, пропорционального

U>

И»п,"„ с блока 10 памяти. По команде

24 блока управления вычислительным блоком производится вычисление коэф-. фициента амплитудной модуляции согласно выражению (1) и вывод информации об измеренной величине ка индикатор 12. увеличение точности в предлагае-; мом устройстве достигается тем, что сравнение и импульсов входной ампли тудно-модулированной последовательности производится последовательно

s одном канале при помощи компаратора

3. напряжений, включенного в цепь аналого-цифровой отрицательной обратНой связи, эаьмкающейся через источник

2 эталонного напряжения и логические блоки. Этому также способствует тот факт, что в процессе измерения . в схеме ке производится никаких переключений наиболее ответственных аналоговых Функциональных узлов.

В известном устройстве Производит-, ся Йредваритйльная обработка входно65 го сигнала, т.е. производится пре781714

1О

1О

d0 образование пиковых значений амплитуд импульсов в постоянное напряжение при помощи и отдельных пиковых детекторов, имеющих всегда различие в коэффициентах передачи и смещениях нуля .

В известном устройстве осуществле-. ние коррекции индивидуальных погрешностей каналов приводит к большим затратам времени, и средств. Коррекцию погрешностей в предлагаемом устройстве, имеющем 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 Т, которое должно быть менее длительности периода модуляции Тд (т.е. To > Тм), определяется разрядностью счетчйков 4 и 8 шифратора 6. Причем максимальное время анализа Т> „„с,„при использовании, например, двоичйых счетчиков свяэано с их емкостью Ксл и разрядностью m следующими зависимостями о щах "("с "") "(-1) где Ф вЂ” период несущей.

При заданном значении Т число разрядов счетчиков и шифратора определяется выражением = «g,(„I""1)

В известном устройстве заданное время анализа ТОВ Т „обеспечивается определенным числом пиковых детекторов. Причем число пиковых детекторов определяется (см.2) отношением n=-Tо/ g.

Отсюда видно, что увеличение времени анализа, например, в 2 раза в предлагаемом 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 измере ния, расширения диапазона рабочих частот измеряемых сигналов, в- него введены компаратор напряжейий, управляемый источник эталонного напряжения, автомат управления эталонным напряжением, 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 вычислительного блока и входом блока памяти, выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен со счетным входом первого счетчика, разрядные выходы 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 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 выходами блока управления, первый вход которого соединен с цепью пуска устрой= ства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9347694, кл. G 01 R 29/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9523367, кл. G 01 R 29/06, 1975, 781714 фив.1 max

° И

Р,5Ео

Мп л

Тираж 1019 Под пис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Эаказ 8122/49

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.1

Составитель В. Дубков Редактор Е. Шишкин Техред М.Кузьма Корректор В. Синицкая