Устройство для измерения и контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистически к

Республик он985955

{6! ) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 17.06.81 {2l ) 3307592l18-09 с присоединением заявки №

{23) Приоритет

Опубликовано 30.12.82. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 06.01.83 (5! )М, Кл .

Н 04 В 3/46

3Ьеуаеретмккыб квинтет

СССР ио делам изобретение и открытке (53) УДК 621. .396.664(088.8) (72) Авторы изобретения

И. Я. Левенталь и А. P. Шпигель

Бентральный научно-исследовательский институт и Тащкентский електротехнический институт с (73 ) Заявители (84) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ АМПЛИТУДНО

ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится- к радиотехнике и может быть использовано при проверке амплитудно-частотных характеристик каналов и устройств связи.

Известно устройство для измерения и контроля амплитудно частотных характе-ристик четырехполюсников, содержащее на передающей стороне генератор опорной частоты и генератор качающейся час то переключатели, управляющий вход которо го соединен с первым вьпсодом первого управляющего блока, второй выход кото- рого подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты a RbaKe 15 переключателя одновременно соединен с входом первого управшпошего блока и с. входом исследуемого четырехполюсника, выход которого на приемной стороне под ключен к входу лишного согласующего блока, выход которого соединен с входом, блока преобразования напряжения испьтта- тельного сигнала, выход которого apso временно подключен к первому входу we2 мента И и к первому входу второго управ жпощего блока, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующей последовательности импульсов и с вторым входом элемента И, выход которого через счетчик подключен к обьединеннь.ч входам первого и второго дешифраторов и цифрового фильтра опорной частоты, выход которого соединен с третьим входам второго управляющего блока, причем выход первого дешифратора соединен с последовательно соединенными первьвки блоком,"памяти и преобразователем кода, а выход второго дешифратора - с после дователыю соединеятыми вторыми блокам жмяти и преобразователем кода, выход усилителя соединен с первым входом ком паратора, на второй вход которого подано опорное напряжение Г1 3

Однакр известное устройство ткмеет низкую точность измерения и длительное время контроля.

Бель изобретения - повышенйе точ ности измерений и сокращение времени контроля путем уменьшения ддительности кади бровки.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения и контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников введены на приемной стороне амплитудный детектор, управляемый магазин затуханий, первый и второй регистры, два блока сравнения, вычитаю щий блок, блок выбора донусковой грани ны и блок регистрации, при этом выход входного .согласующего блока соединен с первым входом амплитудного детектора, второй вход которого соединен с первым, выходом второго управляющего блока, . второй, третий и четвертый выходы кс торого соединены соответственно с пер« вым входом первого регистра, второй вход которого соединен с выходом ком паратора, с первым входом второго ðåгистра и с первым входом блока регистрации, причем выход первого регистра соединен с соответствующими входами второго регистра, первого бпока сравнения, вычитающего блока и управляемого магазина затуханий, вход и выход которого соединены соответственно с выходом амплитудного детектора и с входом усилителя, выход второго регистра соединен с вторыми входами первого блока сравнения и вычитающего блока, выход которого соединен одновременно с входом второго блока сравнения и вторым входом блока регистрации, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом второго блока сравнения, с выходом счетчика и с выходом первого блока сравнения, пржем выходы первого и второго преобразователей кода соединены соответственно с первым и вторым входами блока выбора допусковой границы, третий вход которого соединен с входом вычитаюшего блока, а выход - с вторым входом второго блока сравнения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения и контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников содержит на передающей стороне генератор 1 качающейся частоты, генератор 2 опорной частоты, переключатель 3 и первый управляющий блок 4, а на приемной стороне - блок 5 выбора допусковой гра.ницы, входной со гласующий блок 6, блок 7 преобразования напряжения испытательного сипнала, амплитудный детектор 8, управляемый магазин 9 затуханий, усилитель 10, компаратор 11, первый и второй регистры

12 и 13, второй управлякнций блок 14, элемент И 15, первый и второй блоки

16 и 17 сравнения, блок 18 регистрации, вычитающий блок 19, счетчик 20, генератор 21 квантуюшей последовательности импульсов, первый и второй дешифраторы 22 и 23, первый и второй блоки 24 и 25 памяти, первый и второй преобразователи 26 и 27 кода, цифровой фильтр 28 опорной частоты, состоящий из третьего дешифратора 29, третьего блока 30 памяти и четвертого дешифратора 31„Приемная и передающие стороны соединены через исследуемый четырехполюсник 32.

Устройство работает следующим об разом, Перед началом измерений на вход исследуемого четырехполюсника 32 на передающей стороне через переключатель

3 подается сигнал опорной частоты с выхода генератора 2 опорной частоты.

С выхода исследуемого четырехполюсника

32 на приемной стороне через входной согласующий блок 6, обеспечивающий согласование с исследуемым четырехполюсником, сигнал опорной частоты (фиг. 2, a ) одновременно поступает на сигнальный вход амплитудного детектора

8, где осуществляется запоминание экстремальных (амплитудных) значений опорного сигнала (фиг. 2, о), и на вход

35 блока 7, преобразующего синусоидальное напряжение испытательного сигнала в прямоугольные импульсы с длительностью, равной длительности половины периода испытательного сигнала (фиг. 2, Ь).

С помощью измерителя длительности периода, состоящего из элемента И 15, генератора 21 квантующей последовательности импульсов и счетчика 20, 45 осуществляется измерение длительности периода испытательного сигнала по методу последовательности счета. Измерительный цикл состоит из двух тактов и задается управляющими импульсами, которые вырабатываются блоком 7. Длн«

50 тельность измерительного цикла равна периоду испытательного сигнала, длительность одного такта — половине периода. Третий дешифратор 29, третий блок

30 памяти и четвертый дешифратор 31 образуют цифровой фильтр 28 опорной частоты fîï. Третий дешифратор 29

IBlcpOQH Нй С О fg> + т

Ю,д,--ь4:,, где af - ширина полоБ 6 последовательности, вь|рабатываемой генератором 21 (фиг. 2,3). Выходы первого регистра 12 соединены с управляюшими входами управляемого магазина 9 затуханий. С каждым тактовым импульсом затухание управляемого магазина 9 затуханий ступенчато изменяется до тех пор, пока уровень испытательного сигнала на его выходе, усиленный усилителем

10, не станет равным опорному напряжению оп

Усилитель 10 предназначен для уси-: ления мощности испытательного сигнала на выходе управляемого магазина 9 затуханий, чтобы повысить точность работы,компаратора 11. Значение }.}},ц, выбирается в области оптимальных значений сравниваемых напряжений для данного типа компаратора, что также повышает точность его работы.

Код, записанный в первом регистре

12, является коцом введенного затухания управляемого магазина 9 затуханий.

При поступлении на вход приемной части устройства сигнала опорной часто, ты (при появлении импульса на выходе четвертого дешифратора 31) через врем. мя к, (время, отводимое на калибровку), определяемое из соотношения

Ф», 1

}(c}A L}4I } } ия д р где V<ч - длительность переходных процессов в исследуемом четырехпогпоснике; д F — ширина полосы пропускания исследуемого четь}рехцолюсника, с третьего выхода второго управляющего блока 14 поступает импульс команды на управляющий вход второго регистра 13 (фиг. 2,8 ) и переписывает s него код,, записанный в первом регистре 12. После этого третий выход второго управляющего блока блокируется, и при повторном поступлении на вход приемной стороны устройства (уже в процессе измерения) сигнала опорной частоты импульс команды на ввод информации во второй регистр 13 не последует.

После окончания калибровки на передающей стороне по команде первого управляющего блока 4 переключается пере ключатель 3 и на вход исследуемого четырехполюсника 32 от генератора 1 качакицейся частоты подается испытательный сигнал с постоянным уровнем. С вь}хода исследуемого четьфехполюсника 32 на приемной стороне через входной согла, сую}ций блок 6 испытателвный сигнал (фиг. 2, Й ) поступает одновременно на сигнальный вход амплитудного детектора

8, где осуществляется запоминание экс в5 0889 . сы пропускания цифрового фильтра 28.

Пусть частота испытательного сигнала ис находится в полосе прорускания цифрового фильтра 28 (f o„ < Юо„+ что соответствует наличию на входе приемной стороны устройства сигнала опорной частоты. Тогда по мере заполнения счетчика 20 его триггеры проходят состоянир, соответствующее частоте

+ —. Поэтому на соответствующем }0

Ь вйходе третьего дешифратора 29 появляется импульс, отмечающий, что частота испытательного сигнала меньше частоты

foð+ . Поскольку частота испыЬЯ тательного, сигнала К„ 7К „- — Г-, то }5 а

Ма соответствующей частоте оп- „на . а . уг

"выходе третьего дешифратора 29 до кон ца первого такта измерительного цикла импульс не появляется. Очевидно, что в конце первоГЬ такта измерительного цик- 20 ла опрокинут лишь один триггер третьего блока 30 памяти, регистрирующего прохождения триггеров счетчйка 20 через . состояния, соответствующие частотам

Ы. gf 25 оп 2 Оп 2 этом случае на выходе четвертого дешифратора

3 1 появляется импульс, свидетельствующий о наличии на входе приемной стороны устройства сигнала опорной частоты

30 (фиг. 2, },). Зтот импульс поступает на третий вход второго управляющего блока . 14. Очевидно, что при нахождении частоты испытательного сигнала вне полосы пропускания цифрового фильтра 28 опор ной частоты оба триггера третьего блока

35 намял будут опркинуты (при f а Уо,—

- — ) или останутся в исходном состояCl нии (при Х„)f + ). В этих случаях на выходе четвертого дешифратора 31 импульс отсутствует. Из изложенного видно, что независимо от ширины полосы пропускания цифрового фильтра,аЕ промежуток времени от появления сигнала опорной частоты на его входе до появ45 ления сигнала на его выходе всегда равен половине периода частоты опорного сигнала. Налример, если fo}} = 800 Гц, инерционность цифрового фильтра ф, будет равна 1Г

3. 1ьооо

В начале второго такта измерительного цикла независимо от значения частоты испытательного сигнала на первь}й вход первого регистра 12 поступают тактовые

55 импульсы, формирующиеся во втором управляющем блоке 14 из высокочастотной, i стабилизированной кварцем импульсной

7 9880

Ремаль ных (амплитудных) значений опорного сигнала (фиг. 2,5 ) > и на вход блока 7, преобразующего синусоидальное напряжение испытательного сигнала в прямоугольные импульсы с длительностью, 5 равной длительности половины периода испытательного сигнала (фиг. 2, 8). С п омошью измерителя длительноти периода, состоящего из элемента И 15, генератора 21 квантующей последовательности10 импульсов и счетчика 20, осуществляется измерение длительности периода испытательного сигнала по методу последователь- ного счета. Число импульсов квантуюшей последовательности зарегистрированное 15 счетчиком 20, пропорционально периоду испытательного сигнала и является цифровым кодом измеряемого периода. Если величина периода эталонных импульсов генератора 21 квантуюшей последователь-20 ности импульсов выбрана равной 0 5» э

10 С, где q - целое отрицательное число, такой измеритель периода позволяет

\ получить непосредственный цифровой отсчет результата измерений. Выход измерителя 5 периода выведен на блок 18 регистрации, что позволяет в цифровой форме получить информацию о текущей частоте испыта тельного сигнала.

Амплитудный детектор 8, выполненный,з0 в частности, на операционном усилителе с запоминанием амплитудного значения напряжения испь1тательного сигнала, запоминает амплитудное значение каждого положительного полупериода напряжения

35 испытательного сигнала и хранит его до момента поступления импульса сброса, выра батываемого вторым управляющим блоком 14. Импульс сброса (фиг. 2, a) формируется во время отрицательного

40 полупериода испытательного сигнала через некоторое время после его начала. Вре- мя задержки импульса сброса относительно начала отрицательного полупериода испытательного сигнала определяется

45 временем, необходимым для подбора требуемого затухания управляемого магазина 9. затуханий (длительность N тактс вых импульсов на выходе второго управляющего блока 14), и длительностью строФ 50 бирующих импульсов.

Как уже было показано ранее, в начале каждого второго такта измерительного цикла независимо от частоты испытатель ного сигнала с помошью первого регистра

12 осуществляется автоматическая регулировка управляемого магазина 9 затуханий go получения на его выходе выходного уровня, равного опорному напряжению на одном из входов компаратора 11.

Причем код, записанный в первом регистре 12 после завершения автоматической регулировки управляемого магазина 9 затуханий (после Ю итераций), является кодом введенного затухания.

Очевидно, что разность двоичных чисел, записанных в первом регистре 12 и во втором регистре 13, численно равна (в двоичном коде) отклонению остаточного затухания исследуемого четырех полюсника 32 на отдеш ных частотах от его зйачения на опорной частоте.

Вычитание двоичных чисел, записанных в регистрах 12 и 13, осуществляевся вычитаюшим блоком 19. Результат вычитания выводится на блок 18 регистрации, что позволяет в цифровом виде по» лучить числовое значение отклонения осгаточного затухания исследуемого четырехполюсника 32 на отдельных частотах от его значения на опорной частоте.

Поскольку остаточное затухание исследуемого четырехполюсника 32 на текущей частоте испытательного сигнала может быть как больше, так и меньше остаточного затухания на опорной частоте, двоичное число, записанное в первом регистре 12, может бьнь как меньше, так и больше двоичного числа, записанного во втором регистре 13.

Для того, чтобы в вычитаюшем блоке

19 из большего числа всегда вычиталось меньшее, применен первый блок 16 сравнения, управляющий процессом вычитания в вычитаюшем блоке 19.

При этом на выходе вычитающего блока 19 всегда есть число (в двоичном коде), равное модулю отклонения остаточного затухания исследуемого четырехпогпосника 32 на текущей частоте от его значения на опорной частоте, а на выходе первого блока 16 сравнения - информация о знаке этого отклонения. Информация о знаке отклонения остаточного затухания исследуемого четырехполюсника от его значения на опорной частоте выводится на блок 18 регистрации.

В технике связи амплитудно-частотная характеристика канала тональной частотъ нормируется в пределах эффективно передаваемой полосы частот ступенчатым графиком (шабпоном), внутри которого должны находиться частотные зависимости отклонений остаточного затухания от его значения на опорной частоте (800Ж для систем передачи с частотным разделением каналов и 806 Гц для систем пере9 0850 дачи с временньоа разделением каналов и ИКМ).

Поскольку в предлагаемом устройстве в каждом измерительном цикле на выходе первого блока 16 сравнения имеется информация о том, в какую сторону про изошло отклонение остаточного затухания; для получения достоверного результата контроля достаточно име ь лишь результат сравнения отклонения остаточ- ip ного затухания с той допусковой границей, в сторону которой произошло отклонение. Поэтому в устройстве применен только один блок сравнения отклонения остаточного затухания с допусковыми границами (второй бпок 17 сравнения).

Выбор соответствующей допусковой грани цы осуществляется с помошью блока 5 выбора допусковой границы в соответствии со знаком отклонения остаточного зату хания, информация о котором поступает от первого блока 16 сравнения. Информация о соответствии измеряемой амплитудно-частотной характеристики установленным нормам с выхода второго блока 17 сравнения поступает на блок 18 регистрации.

Формирование кодов, соответствующих верхней и нижней допусковым границам, осуществляется первыми дешифрато- 5О ром 22, блоком 24 памяти и преобразователем 26 кода и вторыми дешифратором 23, блоком 25 памяти и преобра.зователем 27 кода. Работа и назначение этих узлов аналогичны работе и назна- 35 чению соответствующих узлов известного устройства. Исключение составляют преобразователи 26 и 27 кодов, осуществляющие преобразование кодов на выходах блоков 24 и 25 памяти, хранящих информацию о том, в пределах, какой иэ допусковых границ находится частота ис« пытательного сигнала, в код, соответствующий этим допусковым границам.

Так как достоверная информация о знаке о величине отклонения остаточного затухания, а также в результате сравнения зтого отклонения с допусковыми границами может быть получена лишь после калибровки и во время отрицательных

50 полупериодов -испытательного сигнала после окончания автоматической регули« ровки управляемого магазина 9 затуханий выходе первого регистра 12, регистрация результатов измерений и контроля ампли-55 тудно-частотной характеристики осущест вляется в соотвеп=твующие моменты времени с помощью стробирующих импульсов

55 10 (фиг. 2, 3), вырабатывающихся вторым управпяющим блоком 14. Кроме того, как видно иэ временных диаграмм (фиг.2), поскольку первый (после калибровки) период испытательного сигнала может быть передан частично (что приведет к ошибке в определении частоты и неправильной установке допусковых границ), стробирование блока 18 регистрации начинается со второго или третьего перно да.

Положительный зффект от внедрения предложенного изобретения эак|почается в следующем.

Предлагаемое устройство наряду с операцией контроля позволяет одновремен-. но получить числовые результаты отклонения значений остаточного затухания на отдельных частотах от его значения на опорной частоте, а также информацию о текущей частоте испытательного сигнала в цифровой форме.

За счет использования цифровых методов представления отклонения остаточного затухания и цифровых методов обработки результатов измерения (сравнение с допусковыми границами, заданными в цифровой форме, с помошью цифровых устройств) погрешность измерений и контроля может быть сколь угодно малой.

Длительность калибровки в предлагае мом устройстве (как показывают приведенные в описании соотношения) не превышает нескольких периодов опорного сигнала, что приводит к значительному сокращению времени, затрачиваемому на калибровку (по сравнению с известным в 20-ЗО раз).

Формула изобретения

Устройство для измерения и контроля амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников,,содержащее на передающей стороне генератор опорной часто/ ты и генератор качающейся частоты, подключенные к сигнальным входам переключателя, управляющий вход которого соединен с первым выходом первого управшпощего блока, второй выход которого подключен к управляющему входу генера тора качающейся частоты, а выход переключателя одновременно соединен с входом первого управляющего блока и с входом исследуемого четырехполюсника, выход которого на приемной стороне подключен к входу входного согласующего блока, выход которого соединен с вхо08505 дом блока преобразования напряжения испытательного сигнала, выход которого одновременно подключен к первому входу элемента И и к первому входу второго управляющего блока, второй вход которо- 5 го соединен с выходом/генератора квантую щей последовательности импульсов и с вторым входом элемента И, выход которого через счетчик подключен к обьединенным входам первого и второго дешифраторов и цифрового фильтра опорной частоты, выход которого соединен с третьим входом второго управляющего блока, при чем выход первого дешифратора соединен с последовательно соединенными HepsbMH 15 блоком памяти и преобразователем кода, а выход второго дешифратора - с последовательно соединенными вторыми бцоком памяти и преобразователем кода, выход усилителя соединен с первым входом ком-20 паратора, на второй вход которого подано опорное напряжение, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений и сокращения времени контроля путем уменьшения длительности калибровки, на приемной стороне введены амплитудный детектор, управляемый магазин затуханий, первый и второй регистры, два блока сравнения, вычитающий блок, блок выбора допусковой границы ЗО и блок регистрации,. при этом выход входного согласующего блока соединен с первым входом амплитудного детектора, второй вход которого соединен с перь.

5 12 вым выходом второго управляющего блока, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым входом первого регистра, второй вход которого соединен с выходом компаратора, с первым входом второго регистра и с первым входом блока регистрации, причем выход первого регистра соединен с соответствующими входами второго регистра, первого блока сравнения, вычитающего блока и управляемого магазина затуханий, вход и выход которого соединены соответственно с выходом амплитудного детектора и с входом усилителя, выход второго регистра соединен с вторыми входами первого блока сравнения и вычитающего блока, выход которого соединен одновременно с входом второго блока сравнения и вторым входом блока регистрации, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом второго блока сравнения, с вь ходом счетчика и с выходом первого блока сравнения, причем выходы первого и второго преобразователей кода соединены соответственно с первым и вторым входами блока выбора .допусковой границы, третий вход которого соецинен с входом вычитаюшего блока, а выход — с вторым входом второго блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при нкспертизе

1. Авторское/свидетельство СССР

J4 649143, кл. Н 04 В 3/46, 1979.

Составитель E. Голуб

Редактор А. Лежнина Техред С.Мигунова, Корректор А. ференц

Закаэ 10188/77 Тираж 688 Подписное

ВБИИПИ Государственного комитета СССР по джим иэобретеиий и открытий

113035, Москва, Ж-38, Раушская наб., д. AS

Филщщ ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4