Цифровое устройство для оценки и индикации искажений и амплитудный дискриминатор цифрового устройства
Устройство предназначено для оценки уровня искажений и индикации их наличия вследствие ограничения выходного напряжения в нелинейных четырехполюсниках, например в усилителях звуковых частот. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, амплитудный дискриминатор и индикатор. Принцип действия устройства основан на слежении за отсчетами исследуемого сигнала, подверженного ограничениям, и выделении амплитудным дискриминатором фрагментов сигнала, состоящих из отсчетов, имеющих равные значения. Амплитудный дискриминатор содержит N регистров, компаратор с N+1 входами и одновибратор. Изобретение направлено на повышение точности индикации появления искажений за счет учета формы искажаемого сигнала. 2 н.з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки уровня искажений и индикации их наличия вследствие ограничения выходного напряжения в нелинейных четырехполюсниках, в частности в усилителях звуковых частот.
Для индикации наличия нелинейных искажений, вызванных клиппированием выходных сигналов в аудиоусилителях, широко применяют встроенные устройства, принцип действия которых основан на постоянном слежении за мгновенными значениями выходного напряжения. В случае превышения выходным напряжением заданного порогового уровня выдается световой сигнал, индицирующий появление искажений. Устройство (прототип), работающее и построенное по такому принципу, состоит из компаратора, одновибратора и светового индикатора, сигнальный вход компаратора служит информационным входом устройства, выход компаратора соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с входом индикатора, вход опорного напряжения компаратора служит входом задания максимально допустимого уровня напряжений устройства [Сырицо А. Индикация искажений в УМЗЧ. - Радио, 1996 г., №10, стр.18].
Недостатком прототипа является невысокая точность индикации, так как решение о наличии искажений выносится только исходя из оценки уровня сигнала, а форма сигнала никак не учитывается.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении точности индикации появления искажений за счет учета формы искажаемого сигала.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство для оценки и индикации искажений (индикатор перегрузки), содержащее индикатор, согласно изобретению введены аналого-цифровой преобразователь и амплитудный дискриминатор, служащий для выделения пачки равных отсчетов и формирования соответствующего сигнала, вход аналого-цифрового преобразователя служит информационным входом цифрового устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен со входом индикатора.
Кроме того для достижения технического результата амплитудный дискриминатор содержит N регистров, (N+1)-входовой компаратор двоичных чисел и одновибратор, выход которого является выходом дискриминатора, входом которого служит вход первого регистра, выход которого соединен со входом второго регистра и далее выход n-го регистра соединен со входом (n+1)-го регистра (n=1, 2,..., N-1), выход i-го регистра подключен к i-ому входу компаратора (i=1, 2,..., N), (N+1)-ый вход компаратора объединен со входом первого регистра, разрешающий вход компаратора служит входом выбора порога срабатывания дискриминатора, выход компаратора соединен со входом одновибратора.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена функциональная схема цифрового устройства для оценки и индикации изображений. На фиг.2 показана временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства. На фиг.3 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации амплитудного дискриминатора.
Функциональная схема по фиг.1 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, амплитудный дискриминатор 2 и индикатор 3, вход которого соединен с выходом амплитудного дискриминатора 2, вход которого соединен с выходом АЦП 1, информационный вход которого служит информационным входом устройства.
Временная диаграмма по фиг.2 включает в себя ограниченный в положительных и отрицательных областях гармонический сигнал u(t); уровни ограничения +U0 и -U0, результат дискретизации первой положительной полуволны и выделенную область равных отсчетов.
Функциональная схема по фиг.3 содержит регистры 4, 5, трехвходовой компаратор 6 двоичных чисел, одновибратор 7 и элементы 8, 9 задержки. Входом амплитудного дискриминатора, предназначенного для соединения с выходом АЦП 1, является информационный вход регистра 4, выход которого соединен с информационным входом регистра 5, выход которого подключен к первому входу компаратора 6, ко второму входу которого подключен выход регистра 4, а третий вход компаратора 6 объединен с информационным входом регистра 4, разрешающий вход Е компаратора 6 является входом выбора порога срабатывания компаратора 6, выход которого соединен со входом одновибратора 7, выход которого является выходом амплитудного дискриминатора, тактовым входом CLK которого является тактовый вход регистра 5, тактовый вход регистра 4 соединен через элемент 9 задержки со входом CLK дискриминатора. Левый по схеме вывод элемента 8 задержки предназначен для соединения с тактовым входом АЦП 1.
Принцип действия устройства (фиг.1) основан на слежении за отсчетами сигнала u(t), подверженного ограничениям на уровнях +U0 и -U0 (фиг.2), и выделении амплитудным дискриминатором 2 пакетов, состоящих из отсчетов, имеющих равные значения. При появлении серии равных отсчетов на выходе амплитудного дискриминатора 2 формируется первичный сигнал наличия искажений, направляемый далее на индикатор 3. Количество отсчетов в пакете, необходимых для принятия решения об индикации искажений, выбирают исходя из требований, предъявляемых к конкретному звуковоспроизводящему устройству или классу устройств. Ясно, что основным узлом подобного цифрового устройства для оценки и индикации искажений будет являться амплитудный дискриминатор, работу которого рассмотрим на примере, показанном на фиг.3.
Амплитудный дискриминатор по фиг.3 рассчитан на выделение только трех следующих друг за другом равных отсчетов и, следовательно, устройство, которое его содержит, будет выдавать сигнал наличия искажений, начиная с нижней границы, равной трем отсчетам. Для запоминания первых двух отсчетов служат регистры 5 и 4 соответственно. Третий отсчет снимается непосредственно с разрядных выходов АЦП 1. Сравнение отсчетов-операндов происходит в трехвходовом компараторе 6, который при равенстве входных операндов скачкообразно формирует на своем выходе высокий логический уровень, передаваемый далее через одновибратор 7 для включения индикатора 3 искажений. Поскольку логическая «1» на выходе компаратора 6 теоретически может держаться недолго, например всего один такт, длительность которого задается частотой CLK, то для увеличения длительности индикации в схему и введен одновибратор 7, расширяющий выходной импульс компаратора 6. Так как в подобных устройствах индикация обычно применяется световая, то включение одновибратора-расширителя позволит сделать световую вспышку более заметной для наблюдателя (слушателя, звукорежиссера).
Частота тактирования АЦП 1 выбирается исходя из требуемой точности фиксации момента появления искажений и задается генератором тактовых импульсов (на схеме не показан), управляющим, кроме того, и записью данных в регистры 4, 5 амплитудного дискриминатора 2 по входу CLK. Введенные в цепи тактирования элементы 8, 9 задержки необходимы для надежной перезаписи-передвижения информации вдоль цепочки: выход АЦП 1 - регистр 4 - регистр 5. Перезапись данных происходит в следующем порядке: с появлением активного фронта очередного тактового импульса первым срабатывает регистр 5, перенося информацию из регистра 4 в свои ячейки, далее через время τ (время задержки элемента 9) активный фронт передается на тактовый вход регистра 4, куда переписывается информация с выхода АЦП 1, далее еще через время τ (время задержки элемента 8) активный фронт доходит до тактового входа АЦП 1, разрешая смену отсчетов на его разрядных выходах.
Для исключения ложных срабатываний амплитудного дискриминатора в компараторе 6 целесообразно иметь разрешающий вход Е, выполняющий в нашем случае функции входа выбора порога срабатывания. Необходимость задания некоторого порога, до которого компаратор 6 не должен вырабатывать сигнал равенства, объясняется тем, что при нулевом входном сигнале u(t) на выходе АЦП 1 будут поочередно появляться равные отсчеты, которые и могут быть ошибочно восприняты дискриминатором как результат ограничения напряжения u(t). Следовательно, во избежание ложной индикации на вход E компаратора необходимо подавать разрешающий уровень, допускающий выдачу сигнала равенства А=В=С только при повышении входным напряжением u(t) некоторого порога. Реализовать это несложно, если один из старших разрядов АЦП 1 соединить с указанным входом Е. (При использовании компараторов типа 1564СП1 в качестве разрешающего входа следует использовать вход управления I (Х=Y), вывод №3. [Аванесян Г.Р., Беспалов А.А. Униполярные интегральные микросхемы. Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 2003, стр.169-170]).
1. Цифровое устройство для оценки и индикации искажений (индикатор перегрузки), содержащее индикатор, отличающееся тем, что в него введены аналого-цифровой преобразователь и амплитудный дискриминатор, служащий для выделения пачки равных отсчетов и формирования соответствующего сигнала, вход аналого-цифрового преобразователя служит информационным входом цифрового устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен со входом индикатора.
2. Амплитудный дискриминатор по п.1, отличающийся тем, что амплитудный дискриминатор содержит N регистров, (N+1)-входовой компаратор двоичных чисел и одновибратор, выход которого является выходом дискриминатора, входом которого служит вход первого регистра, выход которого соединен со входом второго регистра и далее выход n-го регистра соединен со входом (n+1)-го регистра (n=1, 2,..., N-1), выход i-го регистра подключен к i-му входу компаратора (i=1, 2,..., N), (N+1)-й вход компаратора объединен со входом первого регистра, разрешающий вход компаратора служит входом выбора порога срабатывания дискриминатора, выход компаратора соединен со входом одновибратора.
