DE3114008C2

DE3114008C2 - Anordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung eines Prüflings wahlweise nach der SMPTE- oder CCIF-Mehrton-Methode

Info

Publication number: DE3114008C2
Application number: DE19813114008
Authority: DE
Inventors: Richard Corona Cabot; Bruce Edward Beaverton Oreg. Hofer
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-04-07
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3114008A1; JPS6112550B2; FR2480439B1; GB2073894A; CA1167107A; FR2480439A1; NL8101508A; GB2073894B; JPS56157870A

Abstract

Ein Zwischenmodulationsprüfungsanalysator bestimmt selbsttätig, ob eine SMPTE- oder CCIF-Zwischenmodulationsprüfung durchgeführt wird und schaltet den Ausgang dementsprechend um. Dies wird durch Abtasten des niederfrequenten Energieinhalts des Prüfsignals erreicht. Der Energieinhalt wird mit einem Bezugspegel verglichen, der den niederfrequenten Energieinhalt eines typischen SMPTE-Prüfsignals darstellt. Wenn daher der niederfrequente Energieinhalt des Eingangssignals größer als der Bezugspegel ist, wird das Signal als Signal des SMPTE-Prüfsignals behandelt. Wenn dagegen der niederfrequente Energieinhalt geringer als der Bezugspegel ist, dann wird das Signal als CCIF-Prüfsignal verarbeitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung eines Prüflings wahlweise nach der SMPTE- oder der CCIF-Mehrton-Methode mit einem Vorverstärker zur Verstärkung der aus dem Prüfling stammenden, entsprechend der Verzerrung veränderten Prüfsignalen und mit einer dem Vorverstärker nachgeschalteten Intermodulations-Verzerrungsmeßeinrichtung für die SMPTE- und die CCIF-Verzerrungsanalyse, wobei die Verzerrungsme3-einrichtung ein Hochpaßfilter, einen Demodulator, ein erstes Tiefpaßfilter, zwei Pegeleinsiellschaltungen und eine das Verzerrungsmaß in Prozenten oder einem logarithmischen Maßstab anzeigende Einrichtung aufweist
Eine derartige Anordnung ist bereits bekannt (IRE Transactions on Audio 1958, S. 121 bis 130). Die Intermodulations-Verzemingsmeßeinrichtung besteht bei dieser Anordnung aus Verstärkern, Filtern und einem Detektor sowie einer Reihe von Umschaltern. Diese Elemente sind so gruppiert, daß sie bei entsprechender Stellung der Umschalter zu einem SMPTE- oder einen CCIF-Verzerrungsanalysator vereinigt werden können. Die Umschalter werden von Hand jeweils auf die SMPTE-(Society of Motion Picture and Television Engineers) oder die CCEF- (International Telephonic-Consultative Committee)-Prüfung eingestellt

Die SMPTE-Prüfung scheint in den Vereinigten Staaten von Frayne und Scoville (siehe Frayne, J. G. und Scoville, R. R. »Analyse and Measurement of Distortion in Variable-Density Recording« in J.S.M.P.T.E., 32 (Juni 1939), Seiten 648 bis 673, eingeführt worden zu sein, die die Erfassung der Verzerrung einer Schallaufzeichnung auf Film mit veränderlicher Dichte untersucht haben.
Das Prüfsignal, das in der SMPTE-Prüfung benutzt wird, ist ein Ton von niederer Frequenz (zwischen 40 Hz und 100 Hz) und ein Ton höherer Frequenz (zwischen 1000 Hz und 1200 Hz), die in einem Amplitudenverhältnis von 4 zu 1 aufsummiert werden. Andere Amplitudenverhältnisse werden gelegentlich verwendet.

Die CCIF-Prüfung, die 1933 durch von Braunmühl und Weber (siehe: von Braunmühl, H. J. und Weber, W. »Nichtlineare Verzerrungen von Mikrophonen«, Elektrotechnische Zeitschrift, Band 54, Nov. 1933) eingeführt wurde, unterscheidet sich von der SMPTE-Prüfung insofern, als ein Paar von Signalen gleicher Amplitude, deren Frequenzen eng beieinander liegen, an die zu prüfende Einrichtung angelegt wird. Die Nichtlinearität in der gerade getesteten Einrichtung verursacht Intermodulationsprodukte zwischen den beiden Signalen, die anschließend gemessen werden. Für den typischen Fall von Eingangssignalen von 14 kHz und 15 kHz sind die Intermodulationskomponenten 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz usw. und 13 kHz, 12 kHz usw. "Verzerrungen gerader Ordnung oder unsymmetrischer Art erzeugen die niederfrequenten Komponenten, während Verzerrungen ungerader Ordnung oder symmetrischer Art die Frequenzkomponenten nahe bei den Eingangssignalen erzeugen. Charakteristischerweise werden nur die Frequenzkomponenten gerader Ordnung gemessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß aus dem vom Prüfling stammenden, durch Verzerrung veränderten Prüfsignal das Vorliegen einer SMPTE- oder einer CCIF-Prüfung festgestellt und die Anordnung automatisch auf den dem jeweiligen Prüfsignal angepaßten Prüfzustand eingestellt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff durch die im Anspruch 1 geschriebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Mit der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung wird demnach festgestellt, ob ein SMPTE-Prüfsignal für die

Intermodulation vorliegt Entsprechend dieser Feststellung werden die Ausgänge der Verzerrungsanalysatoren auf die richtige Betriebsart für die jeweilige Prüfung umgeschaltet Die SMPTE-Prüfmethode verwendet einen niederfrequenten und einen hochfrequenten Ton. Die nichtlineare Verzerrung in dem jeweils geprüften Gerät ergibt Seitenbänder auf dem hochfrequenten Ton. Die CCIF-Prüfmethode benutzt zwei hochfrequente Töne, so daß die nichtlineare Verzerrung ein Signal mit der Differenz zwischen den beiden Frequenzen ergibt

Wenn die Frequenzspektren der SMPTE- und CCIF-Prüfsignale analysiert werden, ist zu ersehen, daß ein bedeutender Betrag niederfrequenter Energie immer im SMPTE-Signal vorhanden ist Der einzige Fall jedoch, bei dem ein bedeutender Betrag an niederfrequenter Energie in dem CCIF-Signal vorhanden ist, liegt dann vor, wenn es sehr stark verzerrt ist (mehr als 30 Prozent oder —10 dB). Die Verzerrungsmessungen f werden daher auf unter 30 Prozent beschränkt, wobei Ά die Niederfrequenzenergie gemessen und mit einem Bezugswert verglichen wird. Wenn derNiederfrequenz- *: energiegehalt größer als der Bezugswert ist, dann wird ί; unterstellt, daß es eine CCIF-Prüfung ist Der Vergleich wird von einem Komparator durchgeführt, der eine ■'(; Schalteinrichtung steuert, um die Ausgangsschaltungen des Verzerrungsanalysators umzuschalten.
|j Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeich- ?! nerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher £j beschrieben.
a Es zeigt

ig Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführt rungsform einer Vorrichtung zur Intermodulationsif analyse;

S Fi g. 2 ein teilweises Frequenzspektrum des SMPTE-S Prüfsignals, wie es auf der Anzeige eines Spektrums-I ^: analysator erscheinen kann;

Fig. 3 ein teilweises Frequenzspektrum des CCIF-Prüfsignals, wie es auf der Anzeige eines Spektrum- ^: analysators erscheinen kann.

;" Die F i g. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Intermodulationisanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Eingangssignal zum Intermodulationsanalysator der F i g. 1 ist das Ausgangssignai von der gerade in der Prüfung befindlichen Einrichtung. Das heißt, das Ein- ^ gangssignal ist das Ergebnis des Durchgangs entweder des SMPTE- oder des CCIF-Priifsignals durch die in der Prüfung befindliche Einrichtung. Das Prüfsignal wird zuerst an einen Vorverstärker 10 angelegt Das unsym-■ metrische Ausgangssigna} des Vorverstärkers 10 wird in ■; zwei getrennte Richtungen geleitet.
Der eine Weg des Ausgangssignals des Vorverstärkers ; 10 führt über ein Hochpaßfilter 20 zu einem Demodulator 30. Der Trägerpegel des demodulierten Signals wird durch eine andere Pegeleinstellschaltung 35 '. bestimmt. Die andere Pegeleinstellschaltung kann eine ;i herkömmliche manuelle Stellvorrichtung (z. B. ein ■; Potentiometer) oder eine automatische Steuerschaltung sein. Das demodulierte Signal wird an ein Tiefpaß- : filter 25 angekoppelt. Die vorstehend beschriebenen Elemente 20» 30, 35 und 25 umfassen einen SMPTE-Intermodulationsanalysator.

Der andere Weg des Ausgangssignals des Vorverstärkers 10 führt über eine Pegeleinstellschaltung 50 zu einem ersten Tiefpaßfilter 60. Die Pegeleinstellschaltung 50 kann eine herkömmliche Pegelsteuerschaltung sein. Diese Elemente 50 und 60 umfassen einen CCIF-Intermodulationsanalysator.

Der Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 60 ist an einen Pol B eines zweipoligen Umschalters 90 angeschlossen, während der Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters 25 an den anderen Pol A des Umschalters 90 angeschlossen ist. Der Umschalter 90 kann ein elektronischer Schalter (z. B. ein Transistor oder CMOS-Schalter), ein Relais, wie in F i g. 1 dargestellt, oder irgendeine andere äquivalente Umschalteinrichtung sein. Zusätzlich zu der Ankoppelung an den Pol B des Umschalters 90 ist der

ίο Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 60 noch über einen Gleichrichter 80 an einen Komparator 70 angeschlossen. Der andere Eingang des Komparator 70 liegt an einem externen Bezugspegel, mit dem das Ausgangssignal des ersten Tiefpaßfilters 60 verglichen wird.

is Wenn das Ausgangssignal des ersten Tiefpaßfilters 60 kleiner als das Bezugssignal ist, dann verbindet der Umschalter 90 (über die Spule 75) den Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 60 mit einem Verstärker 40. Die verstärkte Verzerrungskomponente wird dann in eine das Verzerrungsmafi anzeigende Einrichtung 100 eingespeist, worin der Effektivwert der Verzerninü^emessen und in herkömmlicher Weise angezeigt wird. DH Verzerrung kann als Prozent- oder als dB-Ablesung dargestellt werden.

Vor der weiteren Beschreibung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist eine kurze Erläuterung der bei den SMPTE- und CCIF-Prüfungen beteiligten Frequenzen hilfreich. Für zwei Frequenzen f\ und f₂ bestehen die Intermodulationsprodukte aus Gliedern zweiter Ordnung (ft+/2) und (/Ί —fi), Gliedern dritter Ordnung (2/i +f₂), (2/, -f₂),« + 2/₂) und (J_x - 2/₂) usw. für die höheren Summen- und Differenzfrequenzen.

Die Fig. 2 zeigt einen Teil des Frequenzspektrums, wie es am Eingang des Vorverstärkers 10 erscheint, wenn das SMPTE-Piüfsignal an einen Prüfling angelegt wird, wobei Grundwellenfrequenzen von 60 Hz und 7000 Hz mir zu Darstellungszwecken verwendet werden. Die anderen Frequenzen sind die im Prüfling erzeugten Summen- und Differenzfrequenzen. Es ist zu erkennen, daß die niedrigere Grundwellenfrequenz f\ als 100%-Amplitude angenommen wird und daß alle, anderen Frequenzen relativ zu dieser Frequenz dargestellt sind. Die Amplitude der Grundwellenfrequenz/₂ ist 12 dB niedriger, was dem 25%-Amplitudenpegel entspricht Dies ist das oben erwähnte 4 zu 1 Amplitudenverhältnis. Die Amplituden der Summen- und Differenzfrequenzen hängen von dem Betrag derlntermodulationsverzerrung ab, die in dem Prüfling vorhanden ist Der Prozentsatz der Intermodulation wird auf die Amplitude des Signals mit höherer Frequenz bezogen.

Weitere Frequenzen oberhalb und unterhalb/₂ werden noch erzeugt, sie wurden in Fig. 2 aus Gründen der

Übersichtlichkeit weggelessen.

Die CCIF-Prüfung verwendet wie bei der SMPTE-Prüfung zwei Grundwellenfrequenzen f\ und/i, jedoch haben/! und/₂ gleiche Amplituden mit einer Differenz in der Frequenz an irgendeiner Stelle zwischen 30 und 1000 Hz. Intermodulationsprodukte werden von dem Prüfling zwischen jeder Grundwellenfrequenz und der zweiten Harmonischen der anderen Grundwellenfrequenz erzeugt. Die F i g. 3 zeigt einen Teil des Frequenzspektrums, wie es am Eingang des Vorverstärkers 10 erscheint, wenn das CCIF-Prüfsignal an den Prüfling angelegt wird. Grundwellenfrequenzen von 14 000 und 15 000 Hz werden nu^r zu Darstellungszwecken verwendet Die gezeigten Frequenzen sind die Summen- und Differenzfrequenzen, die von dem Prüfling erzeugt werden. Es ist zu erkennen, daß sowohl f\ als auch /₂

die 100%-Amplitudenpegel haben. Die Amplituden der anderen Frequenzen hängen von dem Betrag der Intermodulationsverzerrung ab, der im Prüfling vorhanden ist.

Beim Vergleich der Spektren der SMPTE- und CCIF-Prüfsignale ist zu ersehen, daß immer ein bedeutender Betrag an niederfrequenter Energie (beispielsweise bei weiliger als 10000 Hz) in den SMPTE-Prüfsignalen vorhanden ist. Das einzige Mal, bei dem ein bedeutender Betrag an niederfrequenter Energie im CCIF-Spektrum vorhanden ist, ist dann gegeben, wenn in dem Prüfling eine sehr große Verzerrung auftritt. Wenn daher der CCIF-Teil des Analysators niemals dazu benötigt wird, Verzerrungen von mehr als ungefähr 30 Prozent oder - 10 dB zu messen, dann kann die niederfrequente Energie festgestellt und, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einem Bezugswert verglichen werden.

Im Betrieb wird das Ausgangssignal des Prüflings durch den Vorverstärker i0 auf einen Vorher bestimmten Pegel verstärkt, bevor es sowohl in einen SMPTE-als auch in einen CCIF-Verzerrungsanalysator eingespeist wird. Der SMPTE-Verzerrungsanalysator umfaßt das Hochpaßfilter 20, den Demodulator 30, die andere Pegeleinstellschaltung 35 und das zweite Tiefpaßfilter 25. Um die von dem SMPTE-Signal verursachten Intermodulationsprodukte messen zu können, muß die ursprüngliche Signalkomponente /i von niedriger Frequenz beseitigt werden. Dies geschieht im Hochpaßfilter 20. Das Ausgangssignal des Filters 20 besteht aus einem Signal, das als Träger und seine resultierenden Seitenbänder bezeichnet werden könnte. Der Träger wird vom Demodulator 30 demoduliert. Der Trägerpegel wird automatisch oder manuell eingestellt, um eineii 100 Prozent Trägerpegel zu erzeugen. Dies ermöglicht die unmittelbare Auslesung des Analysators in Prozenten an Modulation. Das Ausgangssignal des Demodulators 30 wird über das zweite Tiefpaßfilter 25 geleitet, das den Träger beseitigt und die Modulationshüllkurve an die das Verzerrungsmaß anzeigende Einrichtung 100 über den Verstärker 40 leitet, wenn der Umschalter 90 in der Stellung »A« ist.

Der CCIF-Verzerrungsanalysator umfaßt die Pegeleinstellschaltung 50 und das erste Tiefpaßfilter 60. Die Pegeleinstellschaltung 50 paßt die Eingangssignale so an, daß die Amplituden der Grundwellenfrequenzen auf 100 Prozent sind, wodurch eine unmittelbare Ablesung in Prozenten an Modulation möglich ist. Das Signal wird vom ersten Tiefpaßfilter 60 gefiltert und in die das Verzerrungsmaß anzeigende Einrichtung 100 über den Verstärker 40 eingespeist, wenn der Umschalter 90 in der Stelteng »B« ist.

Das Ausgangssignal des ersten Tiefpaßfilters 60, das im wesentlichen die tieferen DifTerenzfrequenzkomponenten umfaßt, die im Prüfling von den unsymmetrischen Verzerrungen gerader Ordnung erzeugt werden, wird auch von einem Gleichrichter 80 (Diode) gleichgerichtet und an den Eingang eines Vergleichers bzw. Komparators 70 angekoppelL Der andere Eingang des Komparators 70 ist ein Bezugspegel 95, der einen typischen niederfrequenten Energieinhalt eines SMPTE-Intermodulationsprüfsignals darstellt Wenn das Signal aus dem ersten Tiefpaßfilter 60 geringer als der Bezugspegel 95 ist, dann veranlaßt das Ausgangssignal des Komparators 70 über die Spule 75 die Umschalteinrichtung 90 in die »B«-Stellung überzuwechseln und dabei das Ausgangssignal des ersten Tiefpaßfilters 60 an den Eingang des Verstärkers 40 zu legen. Wenn jedoch das Signal aus dem ersten Tiefpaßfilter 60 größer als der Bezugspegel ist, veranlaßt das Ausgangssignal des Komparators 70 über die Spule 75 die Umschalteinrichtung 90 in die »A«-Stellung überzuwechseln und dabei das Ausgangssignal des zweiten Tiefpaßfilters 25 an den Eingang des Verstärkers 40 zu legen. Der Verstärker 40 verstärkt dann das Verzerrungssignal, bevor dessen Effektivwert gemessen und auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt wird. Dieses Meßgerät kann in Prozenten der Modulation oder in dB geeicht sein. Die Verwendung eines den Mittelwert erfassenden Detektors an Stelle eines Effektivwertdetektors kann in manchen Fällen annehmbar sein.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die Anmelderin eine neue und ungewöhnliche Einrichtung zur Automatisierung der Auswahl der Ausgangschaltung in Intermodulationsanalysatoren für eine Zweifachprüfung geschaffen hat. Es kann jedoch bemerkt werden, daß die vorstehende Beschreibung nicht durch den Einschluß einer großen Menge von Einzel- und Spezialangaben belastet wurde, die sich auf Dinge wie Zeitsteuerung und Vorspannungen beziehen, da diese als innerhalb des Fachkönnens liegend angesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung eines Prüflings wahlweise nach der SMPTE- oder der CCIF-Mehrton-Methode mit einem Vorverstärker zur Verstärkung der aus dem Prüfling stammenden entsprechend der Verzerrung veränderten Prüfsignalen und mit einer dem Vorverstärker nachgeschalteten Intermodulations-Verzerrungsmeßeinrichtung für die SMPTE- und die CCEF-Verzerrungsanalyse, wobei die Verzerrungsmeßeinrichtung ein HochpaßGlter, einen Demodulator, ein erstes Tiefpaßfilter, zwei Pegeleinstellschaltungen, eine Umschalteinrichtung und eine das Verzerrungsmaß in Prozenten oder einem logarithmischen Maßstab anzeigende Einrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vorverstärker (10) ein gesonderter CCIF-Verzerrungsanalysator angeschlossen ist, der die eine Pegefemstellsehaltung (50) und dieser nachgeschaltet das erste Tiefpaßfilter (60) zum Beseitigen der hochfrequenten Komponente aus dem Prüfsignal enthält, daß mit dem Vorverstärker (10) weiterhin ein gesonderter SMPTE-Verzerrungsanalysator verbunden ist, der das Hochpaßfilter (20) zum Beseitigen der niederfrequenten Komponente aus dem Prüfsignal, diesem Hochpaßfilter (20) nachgeschaltet den Demodulator (30) zum Demodulieren des Ausgangssignals des Hochpaßfilters (20), die andere Pege'einstellschaltung (35), die an einen zweiten Eingang des Demodulators (30) angeschlossen ist, und ein zweites TiefpäiJfilter (25) zum Beseitigen der hochfrequenten. Komponente aus dem Ausgangssignal des zweiten Tiefpaßfilters (25), das mit dem Ausgang des Demodulators (30) verbunden ist, enthält, daß die Ausgänge des ersten und zweiten Tiefpaßfilters (60, 25) je an einen Eingang der Umschalteinrichtung (75, 90) angeschlossen sind, deren Ausgang die das Verzerrungsmaß anzeigende Einrichtung nachgeschaltet ist, und daß der Ausgang eines Vergleichers (70) zum Vergleich des niederfrequenten Energieinhalts des Ausgangs des CCIF-Verzerrungsanalysators (50, 60) mit einem Bezugssignal, das den Energieinhalt eines charakteristischen SMPTE-Prüfsignals darstellt, mit einem Steueranschluß der Umschalteinrichtung (75, 90) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (75, 90) ein Relais enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung einen CMOS-Schalter enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalteinrichtung (75,90) ein Verstärker (40) nachgeschaltet ist.