DE3114244A1 - Automatischer analysator fuer die zwischenmodulationsverzerrung - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dipl.-IhCI. lOaChirh StfäS^e München Zw.lbrUcken.tr.« Am_M»rkt11

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Dr. Hans-Herbert Stoffregen Hanau SJÄSf" Si"Ä⁴ Professional Representatives

TEKRONIX, Inc. München, den 8. April 1981

Beaverton, Oregon (V.St.A.) er-lö 12 298

Automatischer Analysator für die
Zwischenmodulationsverzerrung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Zwischenmodulation in elektronischen Vorrichtungen unter Benutzung eines SMPTE-IM-Prüfsignals.

Das genannte Verfahren (SMPTE-IM-) der Messung der Zwischenmodulationsverzerrung ist ein nützliches Mittel zur Charakterisierung der Verzerrung in Tonfrequenzeinrichtungen. Die Zwischenmodulation ist wie folgt definiert: Die Erzeugung von Frequenzen in einem nichtlinearen Schaltungselement, die der Summe und den Differenzen der Grundwellen und Harmonischen zweier oder mehr Frequenzen entsprechen, die durch das Element geleitet werden. Wenn daher zwei Frequenzen an den Eingang einer Tonfrequenzeinrichtung gelegt werden, erscheinen am Ausgang nicht nur die Grundwellenfrequenzen, sondern auch die Summen und Differenzfrequenzen, die in der Regel nicht Harmonische der Grundwellenfrequenzen sind.

Ein typischer Analysator für die Intermodulationsverzerrung besteht aus zwei grundsätzlichen Teilen: einem Signalgeneratorteil und einem Analysatorteil. Der Signalgenerator erzeugt zwei Signalfrequenzen, eine hohe und eine niedrige, die in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt und dann an den Eingang eines zu prüfenden Geräts gelegt werden. Der Analysatorteil ist parallel zum Abschlußwiderstand des in der ■ Prüfung befindlichen Geräts angeschlossen und mißt die von diesem erzeugte Zwischenmodulationsverzerrung in Prozenten der Zwischenmodulation .

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Die vom Generatorteil gelieferten Signalfrequenzen werden gewöhnlich auf ein Verhältnis von 4 : 1 eingestellt, wobei die niedrigere Frequenz eine um 12dB höhere Amplitude hat als die höhere Frequenz. Das vorstehende Verhältnis kann unterschiedlich sein; beispielsweise benötigen einige Anwendungsfälle ein 1 : 1 Verhältnis. Die erzeugte niedrigere Frequenz liegt gewöhnlich zwischen 40 Hz und 1.00 Hz, wobei 60 Hz charakteristisch sind, während die höhere Frequenz irgendwo zwischen 4000 und 100000 Hz liegen kann, wobei 7000 Hz charakteristisch sind.

Die Dämpfung oder der Verstärkungsgrad als Funktion der Frequenz in dem gerade geprüften Verstärker ändern weiterhin dieses Verhältnis. Daher muß dem Eingangspegel des Analysatorteils von Zeit zu Zeit manuell nachgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analysator für die Zwischenmodulationsverzerrung zu entwickeln, der leicht zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochpaßfilter für den Empfang und die Filterung des SMPTE-IM-Signals zur Beseitigung der niederfrequenten Signalkomponenten gelöst, ferner durch einen an den Ausgang denAusgang des Hochpaßfilters angekoppelten spannungsgesteuerten Verstärker mit einem Eingangs-, einem Ausgangs- und einem Steueranschluß, einen an den Ausgangsanschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers angekoppelten Demodulator, um dessen Ausgangssignal zu demodulieren und einen Integrator zum Integrieren der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Demodulators und einem den Spannungspegel der hochfrequenten Komponente des SMPTE-IM-Prüfsignals darstellenden Bezugssignal zur Erzeugung eines Steuersignals,' das an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers angekoppelt ist.

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Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht in der automatischen Pegelregelung des Analysators für die Zwischenmodulationsverzerrung. Die Bedienung wird damit entscheidend verbessert. Die Einrichtung zur Messung der Zwischenmodulation bzw. der Analysator für die Zwischenmodulation paßt sich demnach veränderlichen Eingangspegeln an. Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die automatische Messung der Zwischenmodulationsverzerrung nach der SMPTE-IM-Methode. Bei der Messung der Verzerrung unter Anwendung der SMPTE-IM-Methode werden ein niederfrequentes Signal (60 Hz) und ein hochfrequentes Signal (7000 Hz) in einem festen Verhältnis gemischt und an das zu prüfende Gerät (DUT) angelegt. Seitenbänder des niederfrequenten Signals auf dem hochfrequenten Signal stellen eine Verzerrung dar. Obwohl das genormte Amplitudenverhältnis zwischen dem niederfrequenten Signal und dem hochfrequenten Signal 4 : 1 ist, wird manchmal ein 1 : 1 Verhältnis für schärfere Prüfeinsätze verwendet. Die Dämpfung oder der Verstärkungsgrad als Funktion der Frequenz in dem in der Prüfung befindlichen Gerät können das Verhältnis abändern. Die vorliegende Erfindung gleicht daher den Analysatorteil automatisch den Schwankungen der Eingangssignalpegel an.

Dies wird durch die Abtastung des Trägerpegels (äquivalent zu dem Gleichstrompegel im demodulierten Signal) und durch die Bildung eines automatischen Pegelsteuerkreises mit einem weiter vorne in der signalverarbeitenden Kette angeordneten spannungsgesteuerten Verstärker erreicht. Das sich ergebende Ausgangsverzerrungssignal wird automatisch in Bezug gesetzt zum Pegel des hochfrequenten Signals, wie es von der SMPTE-IM-Methode benötigt wird.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig.l A + B ein Blockschaltbild einer zum bekannten Stand der Technik gehörigen Anordnung,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung der Zwischenmodulationsverzerrung eines bevorzugten Ausfiihrungsbeispiels.

Obwohl Analysatoren für die Zwischenmodulationsverzerrung einschlägigen Fachkreisen bekannt sind, wird eine kurze Beschreibung der grundlegenden Analysatorarbeitsweise dargeboten, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu fördern.

In Fig.l ist ein charakteristischer Analysator für die Zwischenmodulation dargestellt. Die Fig.IA zeigt die zwei Teile eines charakteristischen Analysators für die Zwischenmodulation: einen Zwischenmodulationssignalgeneratorteil 10 und einen Analysatorteil 30. Das in der Prüfung befindliche Gerät 20 ist als Verstärker dargestellt, kann jedoch tatsächlich irgend ein Tonfrequenzgerät oder eine Tonfrequenzschaltung sein. Der Signalgenerator 10 erzeugt zwei Frequenzen, z.B. 60 Hz und 7000 Hz, die im Verhältnis 4 : 1 gemischt und über eine Leitung 15 an das in der Prüfung befindliche Gerät 20 angelegt werden. Das. verzerrte Signal aus dem in der Prüfung befindlichen Gerät 20 wird dann über eine Leitung 25 an den Analysatorteil 30 angekoppelt. Der Analysatorteil 30 analysiert anschließend das verzerrte Signal, um die Prozentzahl der Verzerrung zu bestimmen.

Die Fig.IB ist ein ausführlicheres Blockdiagramm des Analysatorteils des zum bekannten Stand der Technik gehörigen Analysators gemäß Fig.IA. Das verzerrte Ausgangssignal des in der Prüfung befindlichen Geräts 20 ist über die Leitung 25 an ein Hochpaßfilter 31 angekoppelt. Der Ausgang des Filters 31 ist mit einem Verstärker 32 und danach mit einem Demodulator 33 verbunden. Der Ausgang dieses Gleichrichters 33 ist über einen Gleichspannungssperrkondensator 34 an ein Tiefpaßfilter 35 und ein Digitalvoltmeter 36 (DVM) angekoppelt. Der Demodulator 33 kann von irgendeiner herkömmlichen Art sein, z.B. ein Doppelweg oder Einweggleichrichter oder ein Synchrondetektor.

Im Betrieb wird das verzerrte Ausgangssignal des in der Prüfung befindlichen Geräts 20 über die Leitung 25 an den Eingang des Analysators gelegt. Der Eingang des Analysators besteht aus einem Hochpaßfilter 31, das die 60Hz-Komponente und ihre Harmonischen beseitigt und nur die verzerrte 7000Hz-Komponente zurückläßt. Das Signal wird gleich darauf vom Verstärker 32 verstärkt.

Das Ausgangs signal des Verstärkers 32 wird dann an den Demodulator 33 angelegt, der z.B. ein Doppelweggleichrichter ist. Wegen der Doppelweggleichrichtung ist die hochfrequente Komponente nun 14000 Hz und nicht 7000 Hz.

Die 14000Hz-Komponente wird nun zum Tiefpaßfilter 35 geleitet, das die 14000Hz-Komponente beseitigt und nur die von der 60Hz-Komponente verursachte Modulationshüllkurve übrig läßt. Das Ausgangssignal des Filters 35 ist ein Signal mit dem Aussehen einer Brummspannung oder einer pulsierenden Gleichspannung. Jeder konstante Gleichstrompegel, der in dem Signal vorhanden ist, wird durch den Gleichspannungssperrkondensator 34 beseitigt. Das Digitalvoltmeter 36 misst und zeigt die Amplitude der Brummspannung an. Das Digitalvoltmeter 36 kann so geeicht sein, daß die Ablesung eine Prozentzahl der Verzerrung oder ein dB-Wert ist.

Um noch weiter die Arbeitsweise des Analysatorteils 30 zu erläutern, wird der folgende Fall betrachtet, bei dem als zu testendes Gerät 20 ein verzerrungsfreier Verstärker verwendet wird. Die gleichen hohen und tiefen Frequenzen und das gleiche Amplitudenverhältnis wie beim oben beschriebenen Beispiel werden ausgenutzt. Das Ausgangssignal des in der Prüfung befindlichen Geräts 20 ist nicht verzerrt und im wesentlichen das gleiche wie das Ausgangssignal des Signalgeneratorteils 10. Das unverzerrte Signal wird durch das Hochpaßfilter 31, das die 60Hz-Komponente beseitigt, und danach zum Verstärker 32 und zum Demodulator 33 geleitet, l'/eil das im Test befindliche Gerät verzerrungsfrei ist (definitionsgemäß), entsteht keine Modulation der 7000Hz-Komponente durch die 60Hz-Komponente. Das Ausgangssignal des Demodulators ist daher ein 14000Hz-Signal mit Scheiteln von gleicher Amplitude.

Der Sperrkondensator 34 scheidet die Gleichstromkomponente des Signals aus und hinterläßt nur die hochfrequente Komponente, die anschließend durch das Tiefpaßfilter 35 beseitigt wird. Daher gibt es kein Ausgangssignal des Filters 35, und vom Digitalvoltmeter 36 wird keine Verzerrung angezeigt.

Unter Verwendung des oben erläuterten Analysators für die Zwischenmodulationsverzerrung läuft das Verfahren zum Messen der Zwischenmodulationsverzerrung eines charakteristischen Tonfrequenzgeräts wie folgt ab: 1) Der Ausgang des Zwischenmodulationssignalgeneratorteils wird mit dem Eingangdes zu messenden Geräts verbunden. 2) Der Ausgang des Geräts wird abgeschlossen und mit dem Eingang des Zwischenmodulationsanalysatorteils verbunden. 3) Der Signalgeneratorteil wird auf die gewünschte Frequenzkombination eingestellt. 4) Das Kombinationssignal wird an den Eingang des Geräts mit einem Pegel gelegt, der zu dem gewünschten Ausgangspegel führt. 5) Der Verstärkungsgrad des Analysatorteils wird dann manuell für den geeig-

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neten Trägerstrompegel eingestellt. 6) Die Prozente der Zwischenmodulation werden vom Digitalvoltmeter 36 gemessen und angezeigt.

Die vorliegende Erfindung weicht von dem vorstehend erläuterten Stand der Technik ab, indem sie eine Einrichtung schafft, die die Notwendigkeit für die manuelle Einstellung des Verstärkergrads, auf die sich der Schritt 5 bezieht, beseitigt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Blockdiagrammform in Fig.2 dargestellt.

Beim Vergleich zwischen Fig.2 und Fig.IB ist zu erkennen, daß der Verstärker 32 durch einen spannungsgesteuerten Verstärker 32' ersetzt wurde, der ein herkömmlicher spannungsgesteuerter Verstärker der in dem Buch "Guidebook of Electronic Circuits", von John Markus, Copyright 1974, Mc Graw Hill Book Company beschriebenen Art sein kann. Ein Integrator 40 wurde ebenfalls hinzugefügt, um eine Steuerspannung 42 durch die Integration der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Demodulators 33 und einer Bezugsspannung V_{R f} zu erzeugen. Die Bezugsspannung Vp « ist typisch für den Pegel der hochfrequenten Komponente im Ausgangssignal des Signalgeneratorteils 10. Der Gleichstrompegel am Ausgang des Demodulators 33 ist zum Träger oder dem Pegel der hochfrequenten Komponente äquivalent.

Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ähnelt derjenigen die oben beschrieben wurde. Deshalb werden nur die Verbesserungen beschrieben. Wie bereits erwähnt, kann sich das Verhältnis zwischen den Pegeln der hochfrequenten und der niederfrequenten Komponenten verändern. Die vorliegende Erfindung arbeitet so, daß das richtige Verhältnis aufrecht erhalten wird. Der Trägerpegel wird ständig überwacht und mit dem Pegel der hochfrequenten Komponente des Signals aus dem Signalgeneratorteil verglichen. Die Differenz dieser Signale wird durch den Integrator 40 integriert und als Steuerspannung 42 an den Eingang für die Verstärkungssteuerung des Verstärkers 32'
gelegt, um dessen Verstärkungsgrad zu erhöhen oder zu vermindern. Wenn die beiden miteinander verglichenen Signale gleich sind, dann ist die Steuerspannung 42 null, und die Verstärkung

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des Verstärkers 32' wird nicht verändert. Auf diese Weise wird zwischen dem Ausgang des Demodulators 33 und dem spannungsgesteuerten Verstärker 32' ein Servokreis geschlossen.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß ein neuer und ungewöhnlicher Analysator für die·Zwischenmodulation verfügbar gemacht wurde, der keine manuelle Einstellung des Trägerpegels benötigt. Es kann jedoch festgestellt werden, daß die vorstehende Beschreibung nicht durch den Einschluß einer großen Menge von Einzel- und Spezialangaben belastet wurde, die sich auf Einzelheiten wie Stromkreise, Zeitsteuerung und dergleichen beziehen, da diese Information innerhalb des Fachkönnens liegen. Eine Veröffentlichung, die sich auf solche Gesichtspunkte bezieht, wie sie oben dargelegt wurden, und die hier durch die Bezugnahme eingeschlossen wird, ist das Buch: "Audio Cyclopedia" von Howard M. Tremaine, Copyright 1969, Howaard W. Sams and Co. Es sollte noch angemerkt werden, daß das besondere Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hier dargestellt und beschrieben wurde, zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Beschränkung der Erfindung dargelegt wurde. Die beigefügten Ansprüche sollen daher alle Abwandlungen umfassen, die in den Bereich der vorstehenden Beschreibung fallen.

Claims (7)

1. Automatischer Analysator für die
   Zwischenmodulationsverzerrung

   1
   ν

   Patentansprüche

   Einrichtung zur Messung der Zwischenmodulation in elektronischen Vorrichtungen unter Benutzung eines SMPTE IM Prüfsignals,

   gekennzeichnet durch

   ein Hochpaßfilter (31) für den Empfang und die Filterung des SMPTE IM Signals zur Beseitigung der niederfrequenten Signalkomponenten,einen an den Ausgang des Hochpaßfilters (31) angekoppelten spannungsgesteuerten Verstärker (32·) mit einem Eingangs-, einen Ausgangs- und einem Steueranschluß,

   einen an den Ausgangsanschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers (32') angekoppelten Demodulator (33), um dessen Ausgangssignal zu demodulieren und einen Integrator (40) zum Integrieren der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Demodulators (33) und einem den Spannungspegel der hochfrequenten Komponente des SMPTE-IM-Prüfsignals darstellenden Bezugssignal zur Erzeugung eines Steuersignals, das an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers (32¹) angekoppelt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine Gleichspannungssperreinrichtung (34) vorgesehen ist, die zwischen dem Demodulator (33) und einem Tiefpaßfilter (35) betreibbar angeordnet ist.

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3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichne t,

   daß für den Empfang des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters (35) an dieses ein Digitalvoltmeter (36) angekoppelt ist, das die Prozente der Zwischenmodulationsverzerrung anzeigt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Gleichspannungssperreinrichtung einen Kondensator (34) aufweist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Demodulator (33) einen Einweggleichrichter enthält.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet,
   daß der Demodulator (33) einen Doppelweggleichrichter enthält.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Demodulator (33) einen Synchrondemodulator enthält.