Устройство для измерения искажений сигналов с учетом их спектра

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g(5II G 01 R 23/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3490301/18-21 (22) 01.09.82 (46) 23.02.84 Бюл. t» 7 (72) Л.Б.Рубцов (71) Проектно-технологический и научно-исследовательский институт (53) 621.317.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 294115, кл. Cj 01 R 29/04, 1969.

2. Авторское сви,-,жительство СССР

Р 518741, кл. 0> 01 Й 29/26, 1974.

3. Рубичев Н.А. Оценка и измерение искажении радиосигналов. И., "Советское радио", 1978, с. 48, рис. 2.9 (прототип). (54,) (57 ) 1 . .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

IICKAiKEH ИЙ C,",1 ÍË:IOÁ C У> ЕТОМ ИХ CIIEKTPA, содержащее первый и второй аттенюаторы, ключ, )>(последовательно соединенных режекторных фильтроВ, суммирующий блбк, регистрирующий блок, первый квадратичный детектор и »> качалов сравнения, причем первый вход устройства подключен к входу первого аттенюатора, второй вход устройства через ключ подключен к входу второго аттенюатора, первые входы каналов сравнения об>ъединены, вторые входы каналов сравнения объединены, один из входов суммирующего блока через первый квадратичный детектор подключен к выходу последнего из последовательно соединенных режект рных фильтров, выход суммирующего блока подключен к входу регистрирующего блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения реальных искажений сигналов, дополнительно введены первый, второй и третий фильтры, пер- вып и второй нелинейные элементы и

Н дополнительных аттенк>аторов, причем выходы каналов сравнения через соответствующие дополнительные аттенюаторы подключены к соответствующим .входам суммирующего блока, объединен„Л0„,1 51 1 А ные первые входы каналов сравнения через последовательно соединенные первый нелинейный элемент и первый фильтр подключены к выходу первого аттенюатора, объединенные вторые входы каналов сравнения через последовательно соединенные второй нелинейный элемент и второй фильтр. подключены к выходу второго аттенюатора, вход первого из последовательно соединенных режекторных фильтров через третий фильтр подключен к выходу второго нелинеиного элемента.

2. Устройство по и. 1, каналы срав нения которого содержат вычитающий блок и два полосовых фильтра, о тл и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью расширения динамического диапазона, в каждый канал сравнения дополнительно введены последовательно соединенные первый квадратор, пер выи интегратор, первый блок извлечения. квадратного корня, при этом вход первого квадратора подключен к выходу первого полосового фильтра, вход которого подключен к первому входу

;канала сравнения, а выход первого блока извлечения квадратного корня подключен к первому входу вычитающего блока, второй вход которого через последовательно соединенные второй блок извлечения квадратного корня, второй интегратор и второй квадратор подключен к выходч второго полосового фильтра, вход которого подключен к второму входу канала сравнения, кроме того, первый вход вычитающего блска >ерез выпрямитель подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к второму входу блока измерения отношения, первый вхо; —, кото — .

/ > рого подключен к выходу в:,. птающаго блока, а выход через последовательно соединенные первый управляющий аттенюатор:. трс тип кввд1075181 ратор — к выходу канала сравнения, второй вход сумматора через второй управляемый аттенюатор подключен к блоку выработки напряжения амеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля искажений электрических сигналов с учетом их спектра. 5

Известно устройство для измерения коэффициента гармоник электрических периодических сигналов,. содержащее ключ, фильтр, измерительный прибор, выпрямители, интегрирующие )О цепочки и пороговое устройство, причем один из контактов ключа подключен,через выпрямитель и интегрирующую цепь к входу порогового устройства, выход последнего подсоединен к другому контакту ключа, а между выходом фильтра и входом измерительного прибора включены выпрямитель и интегрирующая цепь (1) .

Недостатком этого устройства является то, что измеряются гармоничес- >0 кие иска>кения.специально подобранного гармонического тестового сигнала, при этом остается неизвестным в какой степени получаемая оценка характеризует степень искажений реального сигнала, который будет действовать на входе исследуемой системы при эксплуатации и в общем случае может занчительно отличаться от тестового сигнала. 30

Известно устройство для автоматического измерения сигнал/шум, содержащее генератор опорного напряжения, измеритель отношения и два квадратурных канала, состоящих из фа- 5 зовращателя на 90, последовательно

0 соединенные перемножители и интегра- торы, между генератором опорного

/ напряжения и входами перемно>кителей включены последовательно соединенные 40 регулируемый фазовращатель и коммута.тор на два положения, первый выход которого соединен с входамк пере множителей непосредственно, а второй — через фазовращатель на 45, к

0 выходам интеграторов через первые выходы двух других коммутаторов на два положения подключен амплитудный дискриминатор, выход которого .соединен с управляющим входом регулируемого фазовращателя, причем вто- 50 рые выходы коммутаторов подключены к измерителю отношения а управляющие входы всех коммутаторов соединены с устройством, управляющим переключением P), 55 щения, причем управляющие входы первого и второго управляемых аттенюаторов подключены к выходу первого интегратора.

Недостатком этого устройства является то, что измерение искажений осуществимо только для узкополосных квазигармонических сигналов, суцественно отличающихся от реальных. Кроме того, устройство не измеряет мультипликативные искажения сигнала.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения искажений, содержащее первый и второй аттенюаторы, ключ, N(N, ) 4) режекторных фильтров, суммируюцее устройство, регистрирующее устройство, первый квадратичный детектор и Й каналов сравнения, состоящих соответственно из первого и второго полосовых фильтров, первого и второго выпрямителей, второго квадратичного детектора и вычитающего блока, первый вход которого через последовательно соединенные первый выпрямитель к первый полосовой фильтр соединен с первым входом канала сравнения, второй вход через последовательно соединейные второй выпрямитель и второй полосовой фильтр соединен с вторым входом канала сравнения, выход через второй квадратичный детектор соединеи с выходом канала сравнения, первые входы каналов сравнения объединены и через первый аттенюатор соединены с первым входом устройства, вторые входы каналов сравнения объединены и через последовательно соединенные второй аттенюатор и ключ соединены со вторым входом устройства, один из входов суммирующего уст ройства через последовательно соединенные первый квадраткчный детектор и режекторных фильтров соединен с выходом второго аттенюатора, остальные входы соединены с соответствующими выходами каналов сравнения выход суммирующего устройства соединен с регистрирующим устройством (3) .

Недостатком этого устройства является невысокая точность оценки реальных искажений сигнала„ Причины этого следуюцие.

Известное устройство реализует алгоритм

1075181

40

Ч где, „"5 A А;, А, — амплитуды о А„. (=1 -ой гармонической спектральной компоненты сигнала на входе и выходе исс»е,-.y емого устройства соответ-. ственно, ... — составляющая выходное го сигнала исследуемого устройства> обусловленная нелинейными искажениями . и внутренним шумом исследуемой системы, 0

Реальный приемник информации всегда имеет ограниченный частотный и динамический диапазон принимаемых сигналов, Внутри принимаемого частотного диапазона сигналов амплитудно-час-15 тотная характеристика приемника информации может быть неравномерной.. =

Нелинейной может быть и амплитудная. характеристика. Примером такого приемника информации является. человеческий слух.

Измерение спектральных искажений без учета искажений спектра в самом приемнике информации и беэ учета возможностей приемника информации по восстановлению искажений информации в результате искажений сигналовносителей информации не позволяет оценить реальный уровень вносимых устройством информационных искажений, а следовательно и уровень реальных искажений сигнала.

Недостатком этого устройства является невысокая точность оценки реальных искажений в широком динамическом диапазоне сигналов.

В тех случаях, когда частотоселективные свойства приЕмника информации превышают разрешающую способность полосовых фильтров в каналах сравнения, получаемая оценка перестает соответствовать реальным искажениям, так как высокий уровень искажений спектральных компонент с малой амплитудой, обусловленный, например, шумовыми искажениями будет 4g маскироваться относительно небольшим уровнем искажений спектральных компонент с большим уровнем, лежащих в полосе пропускания этого же полосового фильтра.

Целью изобретения является повышение точности измерения реальных искажений сигнала и расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что н устройство, .содержащее первый и второй аттенюаторы, ключ, Н последовательно соединенных режекторных фильтров, суммирующий блок, регистри-.. рующий блок, первый квадратичный детектор и N каналов сравнения. причем" б0 первый вход устройства подключен к входу первого аттенюатора, второй вход устройства через ключ подключен к входу второго аттенюатора, пер.вые входы каналов сравнения объедииены, вторые входы каналов сравнения объединены. один из входов суммирующего блока через первый квадратичный детектор. подключен к выходу последнего из N последовательно соединенных режекторных фильтров, выход .еуммирующего блока подключен к входу регистрирующего блока, дополнительно введены первый, второй и третий фильтры, первый и второй нелинейные элементы и Й дополнительных аттенюаторсв, причем выходы каналов сравнения через соответствующие дополнительные аттенюаторы соединены с соответствующими входами суммирующего блока, объединенные первые входы каналов сравнения через последовательно соединенные первый нелинейный элемент и первый фильтр подключены к выходу первого аттенюатора, объединенные вторые входы каналов сравнения через последовательно соединенные второй нелинейный элемент и второй фильтр подключены к выходу второго аттенюатора, вход первого из последовательно соединенных режекторных фильтров через третий фильтр подключен к выходу второго нелинейного элемента.

С целью расширения динамического диапазона в каждый канал сравнения, содержащий вычитающий блок и два полосовых фильтра, дополнительно введены последовательно соединенные первый квадратор, первый интегратор, первый блок извлечения квадратного корня, при этом вход первого квадратора подключен к выходу первого полосового фильтра, вход которого подключен к первому входу канала сравнения, а выход первого блока извлечения квадратного корня подключен к

1 первому входу вычитающего блока, второй вход которого через последовательно соединенные второй блок извлечения квадратного корня, второй интегратор и второй квадратор подключен к выходу второго полосового фильтра, вход которого подключен к второму входу канала сравнения, кроме того. первый вход вычитающего блока через выпрямитель подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к второму входу блока изме- . рения отношения, первый вход которой подключен к выходу вычитающего блока, а выход через последовательно соединенные первый управляемый аттенюатор и третий квадратор — к выходу канала сравнения, второй вход сумматора через второй управляемый аттенюатор подключен к блоку выработки напряжения смещения, причем управляющие входы первого и второго управляемых аттенюаторов подключены к выходу перво го и нте гратора.

1075181

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 блок-схема канала сравнения.

Предлагаемое устройство содержит (> 1) . каналов 1 сравнения, первые входы 2 которых объединены.и через последовательно соединенные первый нелинейный: элемент 3, первый фильтр 4 и первый аттенюатор 5 подключены к первому входу 6 устройства, вторые .входы 7 объединены и че-. рез последовательно соединенные второй нелинейный элемент 8, второй фильтр 9, второй аттенюатор 10..и нормально замкнутый ключ 11 подключены к второму входу 12 устройст- 15 ва,, суммирующий блок 13, один из входов 14 которого через последовательно соединенные первый квадратичный детектор 15, И последовательно соединенных режекторных фильтров 16 и третий фильтр 17 подключен к выходу 18 второго нелинейного элемента 8, другие входы 19, суммирующего блока 13, через соответствующие дополнительные аттенюаторы 20 подключены к выхо- 25 дам 21 каналов 1 сравнения соответственно, выход 22 соединен с регистрирующим блоком 23, каждый из каналов 1 сравнения содержит вычитающий блок 24, первый вход 25 которого через последовательно соединенные первый блок 26 извлечения квадратного корня, первый интегратор 27, первый квадратор 28, первый полосовой фильтр 29 подключен к первому входу 2 канала 1 сравнения, а второй вход 30 вычитающего блока 24 через последовательно соединенные второй блок 31 извлечения квадратного корня, второй интегратор 32, второй квадратор 33 . и второй полосовой фильтр 34 подклю- 40 чен к второму входу 7 канала сравнения, кроме того, первый вход 25 вычитающего блока 24 через выпрямитель 35 подключен к первому входу сумматора 36, выход которого под- 45 ключен к второму входу блока 37 измерения отношения, первый вход которого подключен,к выходу вычитающего блока

24, а выход через последовательно соединенные первый управляемый аттенюатор 38 и третий квадратор 39 к выходу 21 канала 1 сравнения, второй вход сумматора 36 через второй управляемый аттенюатор 40 подключен к блоку 41 выработки напряжения смещения, гричем управляющие входы первого 38 и второго 40 аттенюаторов подключены к выходу первого интегратора 27.

Устройство работает следующим образом.

6О

Каналы 1 сравнения, на первые входы 2 которых через последовательно соединенные первый нелинейный элемент 3, первый фильтр 4 и первый аттенюатор 5 поступает сигнал с первого входа 6 устройства, а на вторые входы 7 через последовательно соединенные второй нелинейный элемент 8, второй фильтр 9, второй аттенюатор 10 и нормально замкнутый ключ 11 поступает сигнал с второго входа устройства 12, на выходе 21 формируют сигнал ошибки.

Первый и второй аттенюаторы 5 и 10 при этом нормируют входные сигналы.

Цепочки„ состоящие из последовательно соединенных первого фильтра 4 и пер" вого нелинейного элемента 3, второго фильтра 9 и второго нелинейного элемента 8„ имитируют амплитудно-частотные и амплитудные характеристики приемника информации, При этом сигналы на первом 2 и втором 7 входах каналов сравнения подвергаются предыскажениям, соответствующим искажениям их в тракте реального приемника информации.

Один из входов 14 суммирующего блока 13 через последовательно соединенные первый квадратичный детектор 15, И последовательно соединенных режекторных фильтров 16 и третий фильтр 17 соединен с выходом 18 второго нелинейного элемента 8. Третий фильтр 17 имеет амплитудно-частотную характеристику, соответствующую энергетическому спектру ожидаемого сигнала, а каждый -й (. = 1- И) режекторный фильтр 16 настроен на частоту, соответствующую частоте настройки полосовых фильтров 27, 30 л-ro канала 1 сравнения. При этом постонное напряжение, поступающее на вход 14 суммирующего блока 13, будет результатом квадратичного детектирования первым квадратичным детектором 15 нелинейных и шумовых продуктов искажений в полосе частот, сответствующей полосе частот о>кидаемого сигнала, с весом спектральных компонент, соответствующим весу спектральных компонент ожидаемого сигнала,:кроме спектральных компонент, вырезаемых режекторными фильтрами 16.

Остальные N входов 19 сумми.рующего блока 13 через дополнительные аттенюаторы 20 .соединены соответственно с выходами 21 каждого из каналов 1 сравнения.

Затухание каждого 1 -го дополнительного аттенюатора 20 определяется удельной мощностью (весом) 1 -й спектральной компоненты нормированной амплитудно-частотной характеристики приемника информации.

Каждый из каналов 1 сравнения измеряет отличие энергетических спектров на первом 2 и втором 7 входах канала сравнения.

Формирование напряжения, пропорционального абсолютной ошибке, происходит в каналах 1 сравнения следующим

1075181 образом. На первый вход 25 j -ro вычитаюцего блока 24 поступает напряжение (04, ), соответствующее огибащей квазигармонического сигнала в полосе частот й(д, формируемого первым полосовым фильтром 29 из пол- 5 ,ного сигнала, суцествующего на перпервом входе 2 1 -го канала i сравнения.

Напряжение огибающей выделяется с помоцью детектора, образованного 10 первым квадратором 28.и первым интегратором 27, а затем обрабатывается первым блоком 26 извлечения квадратного корня. Аналогично на втором входе 30 вычитаюцего блока 24 с помощью второго полосового фильтра 34,.второго квадратора 39, второго интегратора 32 и второго блока 31 извлечения квадратного кор-. ня, формируется напряжение (0,} соответствующее огибающей квазигармонического колебания, формируемого .вто рым полосовым фильтром 34 из полного сигнала, поступающего на второй вход 7 г -ro канала 1 сравнения, Характеристики первого и второго полосовых фильтров 29 и 34, первого и второго квадраторов 27 и 33, перного и второго интеграторов 27 и 32 и первого и второго блоков 26 и 31 извлечения квадратного корня выби- . ранхтся идентичными.

На первый вход сумматора 36 через выпряглитель 35 поступает напряжение (U„;j, являющееся результатом" выпрямления напряжения Ц„, присут- 35 ствующего на входе 25 вычитаюцего блока 24. На второй вход сумматора 36 через второй управляемый аттенюатор 40 с коэффициентом передачи К < поступает напряжение от бло- 4р ка 41 выработки напряжения смецения.

При этом на втором входе сумматора 36 формируется напряжение д, = О гд. Кд, пропорциональное мгновенной чувствительности приемника сигналов в д -ой полосе частот.

Измеритель 37 отношения, на первый вход которого с выхода вычитаюцего устройства 24 поступает напряжение 0 1 — 0, а на второй вход с выхода сумматора 36 поступает напряжение )Uл, U, формирует на выходе напряжение, пропорциональное

О -Ц „ которое после прохождения через первый управляемый аттенюатор 38 с коэффициентом передачи

Кд<, пропорциональным мгновенному

:коэФФициенту передачи приемника информации поступает на вход третьего квадратора 39. Напряжение на выходе 21 г-го канала сравнения

1 1 1 " п1

Управление коэффициентами передачи первого 38 и второго 40 управляемых аттенюаторов.осуществляется путем подачи. напряжения с выхода первого интегратора 27.

Таким образом, на каждый I -й вход суммирующего устройства 13 поступает постоянное напряжение, соответствующее разности энергетических спектров в г -й анализируемой полосе частот с весом, определяемым амплиту но-частотной характеристикой приемника информации.

Выходное напряжение с выхода 22 суммируюцего устройства, пропорциональное реальной ошибке измеряемого сигнала, поступает на регистрирующее устройство 23, например вольтметр.

Калибровка устройства осуществляется путем размыкания ключа 11.

В этом случае отличие анализируемых энергетических спектров равио

100% ..

Применение предлагаемого устройства в составе измерительной системы позволило получать оценку искажений в процессе одного цикла измерения, что повысит производительность этой системы с 80 до 1000 измерений микро-. схем в 1 ч. Это, в свою очередь, обеспечило снижение трудоемкости проверки, например схемы измерительного усиЛителя И045УТ1/1, с 36 с до

3 с, что дает снижение .стоимости измерений на 0,12 руб.

При средней потребности по отрасли приборостроения 200000 микросхем измерительных усилителей годовой экономический эффект от использования измерительной системы, реализованной на основе предлагаемого устройства, составит 24000 р.

1075181

1075181

Составитель H.Ìèõàëåâ

Редактор C.Ïeòpóøåâà Техред M.Tenep Корректор О,Тигор

Заказ 492/38 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Филиал ППП "Патент",