DE3101837C2 - Schaltungsanordnung zur Untersuchung komplexer Signalformen - Google Patents

Abstract

Der Dynamikbereich eines Signalform-Analysators kann mit einem Gerät voll genutzt werden, in dem ein wiederholtes Eingangssignal durch programmierte Änderung von Offset und Verstärkung modifiziert wird. Anfangswerte für Offset und Verstärkung werden in einer Speichervorrichtung abgelegt. Dann wird das Eingangssignal derart an einen Summierer angelegt, daß das Signal und der Offset-Anfangswert an einem digital programmierbaren Verstärker anliegen. Dessen Ausgangssignal wird dann durch einen Signalanalysator verarbeitet, mit dem eine Liste von Offset- und Verstärkungswerten für eine optimale Auflösung berechnet wird. Die Verstärkungs- und Offsetwerte werden in der Speichervorrichtung gespeichert. Weiterhin werden die Zeiten berechnet, zu denen die Offset- und Verstärkungswerte auf das Eingangssignal wirken sollen. Die Berechnung der Zeiten erfolgt durch Zählen von Taktimpulsen mit Impulsen von der Wiederholrate des Eingangssignals als Referenz. Diese Zeitdaten werden einer Steuereinheit zugeführt, die die in der Speichervorrichtung abgelegten Verstärkungs- und Offsetdaten adressiert. Die adressierten Daten sind Ausgangssignal und werden einem Digital-Analogwandler zur Erzeugung eines Offsetsignals und dem digital programmierbaren Verstärker zur Änderung seiner Verstärkung zugeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Untersuchung komplexer Signalformen mit einem Signalanalysator.

Die Erfindung ist besonders für Anwendungen in der Fernsehsendetechnik nützlich, in der sie iur Untersuchung komplexer Videosignale verwendet werden kann. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann leicht an andere Testerfordernisse, beispielsweise etwa von Geräten, die im Hörfrequenzbereich arbeiten, angepaßt werden.

Der Entwurf von Signalanalysatoren, die genaue, wiederholbare Messungen komplexer Signale ermöglichen, ist ein schon seit langem angestrebtes Ziel in der Konzeption sokfier Geräte. Je nach Art der Untersuchung ist unter Umständen ein erheblicher apparativer Aufwand notwendig.

Bekannt ist ein Signalanalysator, mit dem die Scheitelwerte, Pulsdauern, Anstiegs- und Abfallzeiten sowie die Verzögerungszeiten von Signalen gemessen werden können. Der Signalanalysator gibt die Meßwerte als analoge Spannungen aus. die mit Voltmetern gemessen und mit Komparatoren überwacht werden. Über einen programmierbaren Schalter, der wahlweise auf verschiedene Signalkanäle umschaltet, ist der Signalanalysator an verschiedene Videosignalquellen anschließbar. Mit dem Signa-ljn^lysator lassen sich komplexe Signalformen automatisch testen (electronics. April 12.1963. S. 56 bis 59).

Dem Gegenstand des Patentbegehrens liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Untersuchung komplexer Signalformen mit einem Signalanalysator dahingehend weiterzuentwickeln. daß bei universeller Einsatzmöglichkeit der Dynamikbereich unabhängig von der zu untersuchenden Signalform optimal ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Mit der im Anspruch I beschriebenen Schaltungsanordnung wird ein regelmäßig wiederholtes Eingangssignal durch programmierte Änderung von Offset und Verstärkung derart beeinflußt, daß der dynamische Bereich eines Signalform-Analysators mit größerer Effizienz genutzt werden kann. Man kann einen derartigen Analysator als »Kompensations-(»Slide-Back-«)Analysator bezeichnen. Nennwerte für Offset und Verstärkung werden in einem Anweisungsspeicher gespeichert. Das zu untersuchende Signal wird derart über einen Summierer angelegt, daß es zusammen mit dem Offsetwert an einen digital programmierbaren Verstärker anliegt. Das resultierende Ausgangssignal wird in einem Signalanalysator untersucht, in dem eine Reihe von für eine optimale Auflösung nötigen Offset- und Verstärkungswerten mit einer Reihe der Zeitpunkte zusammengestellt ist. an denen diese Werte wirken sollen. Die Daten

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für Verstärkung und Offset werden im Anweisungsspeicher abgelegt, die Zeitdaten werden durch Zählen von Taktimpulsen bezüglich Referenzimpulsen mit der Wiederholrate des Eingangssignals berechnet.

Die Zeitdaten werden an eine Steuereinheit weitergeleitet, die durch Zählung von Taktimpuisen mit dem Triggerimpuls als Referenz festlegt, wann die Adresse der optimalen Verstärkungs- und Offsetdaten an den Anweisungsspeicher gesandt wird. Vom Anweisungsspeicher werden die adressierten Daten zur Erzeugung des Offsetsigaals an einen Digital/Analog-Wandler (DAC) und an den digital programmierbaren Verstärker zur Änderung von dessen Verstärkung geleitet. Das resultierende Ausgangssigna! nützt den Dynamikbereich des Signalanalysators effektiver aus.

Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, einen Signalanalysator verfugbar zu machen, der eine Mehrzahl von Offset- und Verstärkungswerten zur dynamischen Vorbehandlung eines Analogsignals einsetzt.

Weitere Vorzüge liegen darin, daß ein Signalanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise eine komplexe Signalform verarbeiten kann und dabei seinen dynamischen Arbeitsbereich voll ausnutzt.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Fig.2 die Verarbeitung eines typischen Videotestsignals durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Signalanalysators 30 von F i g. 1 und

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Steuereinheit 60 von F i g. 1 und F i g. 3.

Gemäß F i g. 1 wird das zu untersuchende Signal über einen mit einem Summierer 10 verbundenen Eingang 5 an den Signal-Formanalysator gelegt. Der Summierer 10 kann einen Summierverstärker umfassen. Sein Ausgang ist an einen digital programmierbaren Verstärker 20 gekoppelt. Ein derartiger Verstärker ist z. B. in der US-PS 40 16 557 beschrieben. Das verstärkte Ausgangssignal wird dem Signalanalysator 30 zugeführt.

Der Signalanalysator 30 kann jeder konventionelle Signalalysa'.or einschließlich handbe*ätigter oder rechner-gestützter Analysatoren sein. So kann ein Oszillograph für Monitorzwecke vorgesehen sein, und eine Bedienungsperson gibt die Angaben über Verstärkung und Offset an den Anv/eisungsspeicher 50 sowie die Zeit- und Steuerinformation an die Steuereinheit 60. Der Signahnalysator 30 empfängt Taktimpulse 45 und Triggerimpulse 55. Die Triggerimpulse 55 können von einer externen Signalquelle erzeugt werden, jedoch muß ihre Frequenz ein ganzzahliges Teilverhältnis der Wiederholrate des Eingangssignals oder dieser gleich sein. Eine festgelegte Anzahl von Taktimpulsen 45 läuft nach jedem Triggerimpuls ab.

Der Anweisungsspeicher 50 ist vorzugsweise als Speicher mit freiem Zugriff (random access memory: RAM) ausgeführt, in dem die vom Signalanalysator 30 erzeugten Verstärkungsdaten zur Programmierung des digital programmierbaren Verstärkers 20 abgelegt werden.

Die Steuereinheit (>0 empfängt Zeit- und Steuerdaten vom Signalanalysator 30 und außerdem Takt- und TriRKerimpulse 45 und 5"» für die Synchronisierung mit

dem Signalanalysator 30. Die Steuereinheit 60 verwendet diese Daten zum Auswählen der Adresse der notwendigen Verstärkungs- und Offsetdaten, die im Anweisungcspeicher 50 abgelegt sind. Die adressierten Verstärkungsdaten werden dem Steuereingang des Verstärkers 20 zugeführt, die Offsetdaten werden an den Digital/Analog-Wandler (DAC) 40 gelegt und dort in den entsprechenden Analogwert umgewandelt Der Wandler (DAC) 40 kann jeder für die spezielle Anwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Wandler sein. Beispielsweise umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform DAC 40 einen hociiauflösenden Wandler (0,01% Genauigkeit). Das Ausgangssignal des Wandlers 40 ist an einen Eingang des Summierers 10 gekoppelt, wo es algebraisch mit der nächsten Wiederholung des Eingangssignals kombiniert wird.

Um das Verständnis des in Fig. 1 dargestellten Systems zu erleichtern, werden mehrere Anfangsbedingungen angenommen, nämlich daß der Verstärker 20 auf minimaie Verstärkung programmiert ist und der DAC 40 auf Bereichsmitte. Dies wi:.-. durch Nennverstärkungs- und Nennoffsetwerte err. icht. die im Anweisungsspeicher 50 gespeichert sind. Die erste Wiederholung des Signals wird mit dem Nennoffsetwert summiert und nachfolgend vom Signalanalysator 30 untersuc.n. Beispielsweise kann die Amplitude des Signals zwischen zwei Scheitelwerten gemessen werden. Weitere Signalparameter können zur Bestimmung der neuen Werte für Offset und Verstärkung untersucht werden. Typischerweise ist der Scheitel-Scheitelwert (peak-to-peak) des Eingangssignals von einem Betrag, der keine vollständige Nutzung des Dynamikbereiches des Signalanalysators 30 gestattet. Weiterhin kommt es häufig vor, daß das Eingangssignal auch einen Gleichspannungspegel (Offset) aufweist.

Der Signalanalysator 30 gibt eine Liste von für eine optimale Nutzung des dynamischen Betriebsbereiches nötigen Offset- und Verstärkungswerten aus. Zusätzlich enthält das Ausgangssignal des Signa>anal>sators 30 Daten, die den Zeitpunkt angeben, an dem die neuen Offset- und Verstärkungswerte an den DAC 40 beziehungsweise den Verstärker 20 angelegt werden sollten. Die Zeitdaten sind berechenbar durch Zählen der Taktimpulse 45 in Beziehung zu den Trig^erimpulsen 55. Diese Zeit- und Steuerdaten werden zur Steuereinheit 60 gesandt, die durch Zählung von Taktimpulsen 45 mit Triggerimpulsen 55 als Referenz bestimmt, wann die Verstärkungs- und Offsetdaten im Anweisungsspeicher 50 adressiert werden und ob der Speicher sich im Lese- oder Schreibzustand befindet. Die ausgewählten Verstärkungswerte werden an den Verstärker 20 gegeben, um dessen Verstärkung zi-r Kompensation des Gkichspannungspegels des Emg;ng!>jignals einzustellen. Die ausgewählten Offsetdaten gehen zum Wandler (DAC) 40. wo sie in einen entsprechenden Analogwert gewandelt werden, bevor sie mit der nächsten Wiederholung des Eingangssignals summiert werden. Das Signal, das den Summierer 10 verläßt, ist das ursprüngliche Eingangssignal, jedoch mit weggefallenem Gleichspannungspegel. Dieses »berichtigte« Signal wird entsprechend den Verstärkungsdaten vom Anweisungsspeicher 50 durch den Verstärker 20 verstärkt. Das Signal am Ausgang des Verstärkers 20 nutzt nunmehr den dynamischen Betriebsbereich des Signalanalysators besser.

Der voranstehend beschriebene Ablauf ist in Fig. 2 anhand der Verarbeitung eines typischen Eingangssi-

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giials graphisch verdeutlicht. Das dargestellte Signal ist die wohlbekannte »I.incari ta ts-Treppensm fen «-Signalform, die zur Messung nichtlinearcr Verzerrungen eines Videosystems entworfen wurde. Diese Signalform besteht im wesentlichen aus einer Reihe von sinusförmigen Wellenzügen hoher Frequenz, die arithmetisch zu einem mil niedrigerer Frequenz variierenden Gleichspannungs-»Treppenstufen«-SignaI addiert werden.

Die Eingangstestsignalform 300 wird im Summierer 10 mit dem Offsetsignal 310 summiert, das vom Digital-Analogwandler (DAC) 40 aus im Anweisungsspeicher 50 gespeicherten Daten erzeugt wird, um so schließlich die Signalforin 320 zu erzeugen. Es ist ersichtlich, daß trotz Entfernen der Glcichspannungskomponente vom Eingangssignal der Dynamikbereich des Signals 320 kleiner ist als der des Signals 300. Daher kann die Verstärkung in der Gegend der Hilfsträgerpakete (mit »A« in der Signalform 300 bezeichnet) erhöht werden, in diesem Beispiel um einen Faktor 3.5 (wie mit A' in der Signaiiorm JJÖ angedeutet), ohne den Dynamikbereich des Signalanalysators zu überschreiten. Die Verstärkungserhöhung wird durch den Verstärker 20 zur Verfugung gestellt, der mit Verstärkungsdaten vom Anweisungsspeicher programmiert wurde. Die resultierende Signalform kann nun mit vergrößerter Auflösung durch den Signalanalysator 30 untersucht werden.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Signalanalysators 30. das im voranstehend beschriebenen System Verwendung finden kann. Der Signalanalysator ist um einen Analog-Digitalwandler (ADC) 410 herum angeordnet. Eine maximale Nutzung des dynamischen Betriebsbereiches von ADC 410 wird durch Anlegen von dynamischem Offset und dynamischer Verstärkung an das Eingangssignal vor dessen Digitalisierung erreicht.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Offsetda-

Adress- und Datenleitungsstrang (Bus) 405 in den Anweisungsspeicher (RAM) 50 geladen. Der Mikrocomputer 400 kann aus kommerziell erhältlichen Komponenten wie beispielsweise der Motorola M 6800-Serie zusammengefügt werden. Eine ins Detail gehende Diskussion der internen Verbindungen, der Betriebsweise und der Programmierung des Mikrocomputers erfolgt hier nicht, weil ausführliche Information über solche Einheiten mit Zeitdiagrammen. Blockschaltbildern. Einzelheiten über das Ein- und Auslesen von Daten in den und aus dem Speicher. Flußdiagramme und Beschreibungen von Signalen in der Schrift »M 6800 Mikroprocessor Applications Manual«. Copyright 1975. der Motorola Inc. enthalten ist. Dieser Mikroprozessor ist ebenfalls in der US-Patentschrift 39 62 682 beschrieben. Unter Verwendung der voranstehend bezeichneten Schriften kann ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann ohne übermäßige Versuche einen Mikrocomputer der im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 verwendeten Art konstruieren. Der Signalspeicher (RAM) 420, der Lesespeicher (ROM) 430 und der Echtzeit-Takigeber (real time clock: RTC) 440 sind ebenfalls herkömmlicher Art und werden daher nicht weiter beschrieben. Die Speichersteuervorrichtung 415 steuert den digitalen Signalfluß durch die Festlegung, welche Signale im Signalspeicher (RAM) 420 gespeichert werden.

Ein analoges Offsetsignal wird durch Ausgabe der in Speicher (KAM) 50 abgelegten Daten an den Digiial-Analogwandler (DAC) 40 erreicht, wo sie in ein analoges Signal umgewandelt werden. Der Speicher (RAM) 50 speichert ebenfalls d\ flämische Verstiirkungswerte für den l'rogrammierverstärker 20. Die Steuereinheit 60 legt fest, wann die Versiiirkiings- und Offsetdaten ausgegeben werden.

Eine zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Steuereinheit ist in Fig.4 dargestellt. Die Steuereinheit empfängt Zeitdaien vom .Signalanalysator 30 wie voranstellend beschrieben. Diese Daten werden in einem /.eit-Stapelregister abgelegt, das ein vor/ugs-

> weise nach dem Schema »first in. first out« arbeitender Speicher ist. Die gespeicherten Zeitdaten sind digitale Wörter, die die Zeit darstellen, zu der auf die im Anweisungsspeicher 50 abgelegten Verstärkungs- und Offsetdaten zugegriffen werden soll. Ferner empfängt die Steuereinheit als Eingangssignaie auch Takt- und Triggerimpulse 45 bzw. 55 zum Zweck der Synchronisierung mit den anderen Teilen des Signalanalysators.

Der Ausgang des Zeit-Stapelspeichers 500 ist mit einem Eingang des digitalen Komparators 510 verbun-

"■ den. dessen anderer Eingang zum Empfang des Ausgangssignals des Zählers 520 geschaltet ist. Der Zähler 520 wird durch Taktimpulse 45 getrieben und durch Triggerimpulse 55 zurückgesetzt. Der AusgangsanscU-iiiß des Komparators 510 treibt den Takt-(CK)-

ii Eingang des Zählers 530 und den Tastimpulseingang des Stapelspeichers 500. Der Zähler 530 wird ebenfalls durch Triggerimpulse 55 zurücKgesetzt. Das Ausgangssignal des Zählers 530 ist die Adresse der zur Einstellung der Eingangssignalform nötigen Offset- und Verstärkungsdaten.

Im Betrieb wird die anfängliche Wiederholung des Eingangssignals vom Signalanalysator 30 untersucht, die Vers'ärkungs ur.d Offsctdatcn werden im Ansveisungsspeicher 50 und die Zeitdaten im Zeit-Stapelspeicher

> 500 abgelegt. Der erste Zeitwert im Zeit-Stapelspeicher wird an einen Eingang des Komparators 510 gelegt, an dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Zählers 520 anliegt. Wenn der ausgegebene Zählerstand des Zählers 520 dem ersten Zeitwert gleich ist. wird vom

• Komparator 510 eine logische »Eins« erzeugt. Diese »Eins« taktet den Zähler 530 und läßt seinen Ausgangszustand zur nächsten Adresse im Anweisungsspeicher 50 weitergehen. Die Verstärkungs- und Offsetdaten, die an dem adressierten Platz gespeichert sind, werden an den programmierbaren Verstärker beziehungsweise den Wandler (DAC) ausgegeben. Der Ausgangszustand von logisch »Eins« des Komparators 510 taktet ebenfalls den Zeit-Stapelspeicher und bewirkt, daß dieser den nächsten Zeitwert auf seine

> Ausgangsleitung (Bus) gibt. Die voranstehend beschriebene Sequenz von Ereignissen wiederholt sich und die Verstärkungs- und Offsetwerte werden entsprechend den Daten im Anweisungsspeicher 50 eingestellt.

Die voranstehende Beschreibung wurde nicht durch Einschluß übermaßig vieler Details und besonderer Information über Schaltung, Zeitablauf und ähnliches belastet da solche Kenntnisse zum Stand der Technik gehören.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

31 Ol Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Untersuchung komplexer Signalformen mit einem Signalanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende komplexe Signal an einem Summierer (10) angelegt ist, dessen Ausgangssignal einen programmierbaren Verstärker (20) beaufschlagt, an dessen Ausgang der Signalanalysator (30) angekoppelt ist, der Verstärkungs- und Offsetdaten sowie iu Zeit- und Steuerdaten erzeugt, daß die Verstärkungs- und Offsetwerte einem Anweisungsspeicher (50) zugeführt und in diesem gespeichert werden, daß die Zeit- und Steuerdaten an eine Steuereinheit (60) gelegt sind, die den jeweiligen Zeit- und !5 Steuerdaten zugeordnete Adressen an den Anweisungsspeicher (50) ausgibt, dessen Ausgangssignale, die Verstärkungs- und Offsetdaten enthalten, an Steuereingänge des programmierbaren Verstärkers (20) gelegt sind, und daß die Ausgangssignaie. die die μ Offsetrtirten beinhalten, zusätzlich einen Digital/ Anaiog-Wandier (40) beaufschlagen, dessen Ausgangssignal als zweites Eingangssignal an den Summierer (10) gelegt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierer (10) einen Summierverstärker aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbare Verstärker (20) mit digitalen Steuersignalen einstellbar ist.

4. Scha' -jngsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalanalysator (30) einen durch einen Computer (4u0) unterstützten Digitalisierer (410) aufweist, der dip komplexe Signalform digitalisiert und die Offset- Uiid die Verstärkungsdalen erzeugt, wobei die Zeit- und Steuerdaten in Abhängigkeit von einer Computer-Untersuchung der digitalisierten Signalform erzeugt werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch -»ο gekennzeichnet, daß der Anweisungsspeicher (50) ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch l.da&irch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit folgende Teile umfaßt: -»5 einen Zwischenspeicher (500) mit spezieller Auslesevorschrift (FIFO-Speicher) und mit wahlfreiem Zugriff, wobei im Zwischenspeicher (500) digitale Wörter abgelegt werden, die der Zeit entsprechen.

zu der die Verstärkungs- und Offsetdaten in dem Anweisungsspeicher (50) gespeichert wurden:
einen ersten Zähler (520) zur Erzeugung eines digitalen Zeitsignals, einen zum Empfang des Ausgangssignals des Zwischenspeichers (500) und des ersten Zählers (520) angekoppelten digitalen Komparator (510), der bei Gleichheit eines einzelnen digitalen Wortes mit dem digitalen Zeitsignal einen Ausgangsimpuls erzeugt, und
einen /weiten, zum Empfang des Ausgangsimpulses »ngeschlossenen Zähler (530), der aus dem Aus- *>< > gangsimpuls eine Adresse erzeugt,

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalanalysator (30) eine Signalüberwachungsvorrichtung umfaßt und eine Bedie- ^ nungsperson die Rückkopplung vornimmt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (400), der die Verstärkungs- und Offsetdaten sowie die Zeit- und Steuerdaten aus der digitalisierten Signalfonn bestimmt, mit einem bidirektionalen Datenbus (405) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal des programmierbaren Verstärkers (20) an einen Analog/Digital-Wandler (410) gelegt ist, dessen Ausgangssginale eine Speicher-Steuervorrichtung (415) beaufschlagen, mit der die Speicherung oder Nichtspeicherung der vom Analog/Oigital-Wandler (415) ausgegebenen Wörter gesteuert wird.