DE3114244C2 - Schaltungs-Anordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verzerrungsanalysator erläutert, der die Zwischenmodulationsverzerrung nach der SMPTE-IM-Methode automatisch mißt. Schwankungen, die von der Dämpfung oder dem Verstärkungsgrad als Funktion der Frequenz in dem jeweils geprüften Gerät verursacht werden, werden automatisch kompensiert. Diese Automatisierung wird durch die Abtastung des Trägerpegels des SMPTE-IM-Prüfsignals und die Verwendung dieser Information in einem selbsttätigen Pegelsteuerkreis erreicht, der durch einen spannungsgesteuerten Verstärker im vorne liegenden Teil des signalverarbeitenden Wegs gebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung einer Tonfrequenzschaltung bzw. eines Tonfrequenzgeräts nach dem SMPTE-Verfahren, wobei an die Tonfrequenzschaltung bzw. an das Tonfrequenzgerät ein Prüfsignal angelegt ist, das aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen besteht, die in einem vorgegebenen Amplitudenverhältnis einander überlagert sind, mit einem Hochpaßfilter zur Beseitigung der niederfrequenten Grundwellenkomponente aus dem vom Prüfling abgegebenen Signal und mit einem dem Hochpaßfilter nachgeschalteten, einstellbaren Verstärker, dessen Ausgang mit einem Demodulator verbunden ist, der über eine Gieichspannungssperreinrichtung an ein Tiefpaßfilter angeschlossen ist, mit dem ein die Intermodulationsverzerrung anzeigendes Digitalvoltmeter verbunden ist.

Das bekannte Verfahren zur Messung der Intermodulntionsvcrzcrrung nach SMPTE (Society of Motion Picture iincl Television Engineers) ist ein nützliches Mittel zur Charakterisierung der Verzerrung in Tonfrequenzeinrichtungen. Die Intermodulation 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.

ίο Ein typischer Analysator für die Intermodulationsverzerrung besteht aus zwei grundsätzlichen Teilen: einem Signalgeneratorteil und einem Analysatorteil. Der Signalgenerator erzeugt zwei Signalfrequenzen, eine höherfrequente und eine niederfrequente, 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 Intermodulationsverzerrung in Prozenten der Intermodulation.

Die vom Generatorteil gelieferten Signalfrequenzen werden gewöhnlich auf ein Verhältnis 4 :1 eingestellt, wobei die niederfrequente eine um 12 dB höhere Amplitude hat als die höherfrequente. Das vorstehende Verhältnis kann unterschiedlich sein; beispielsweise benötigen einige Anwendungsfälle ein Verhältnis von 1:1. Die erzeugte niedrigere Frequenz liegt gewöhnlich zwischen 40 Hz und 100 Hz, wobei 60 Hz charakteristisch sind, während die höhere Frequenz irgendwo zwischen 4000 und 100 000 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 der Eingangspege! des Analysatorteils von Zeit zu Zeit manuell nachgestellt werden.

Bekannt ist ein Klirrfaktor-Meßgerät für Tonbandgeräte, denen ein tonfrequentes Prüfsignal von jeweils 333 Hz oder 1 kHz zugeführt wird, v-Tgl. Funkschau, 1975, H. 22, S. 112— 114. Der Ausgang des Prüflings ist einerseits an einen Verstärker und andererseits an einen einstellbaren NTC-Widerstand angeschlossen. Mit dem Ausgang des Verstärkers sind ein Bandpaßfilter, dessen Durchlaßkennlinie auf 1 kHz oder 3 kHz umschaltbar ist, und ein Tiefpaßfilter verbunden, dessen Grenzfrequenz entweder auf 550 Hz oder 1650Hz eingestellt wird. Das Bandpaßfilter, das für die 3. Harmonische der jeweiligen Grundwelle von 333 Hz oder 1 kHz durchlässig ist, speist einen auf verschiedene Verstärkungsso taktoren einstellbaren Verstärker, dem ein Gleichrichter und ein Anzeigegerät nachgeschaltet sind. Der Ausgang des Tiefpaßfilters ist mit einem Komparator verbunden, dem ein Gleichrichter nachgeschaltet ist, der über einen Regelspannungsverstärker an den NTC-Widerstand angeschlossen ist. Mit dem aus dem Tiefpaßfilter, dem Komparator, dem Gleichrichter, dem Regelverstärker und dem NTC-Widerstand bestehenden Regelkreis wird die Amplitude des Eingangssignals an dem mit dem Prüfling verbundenen Verstärker auf gleichbleibende Werte geregelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß sie leichter zu bedienen ist.

b5 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht in der automatischen Pegelregelung. Die Bedie-

iiung wird damit entscheidend verbessert. Die Anordnung zur Messung der Inlermodulation paßt sich demnach veränderlichen Eingangspegeln an und ermöglicht die automatische Messung der Intermodulationsverzerrung nach dem SMPTE-Verfahren. Bei der Messung der Verzerrung unter Anwendung des SM PTE-Verfahrens werden ein niederfrequentes Signal (60 Hz) und ein höherfrequentes Signal (7000 Hz) in einem festen Verhältnis gemischt 'ind an das zu prüfende Gerät angelegt Seitenbänder des niederfrequenten Signals auf dem höherfrequenten Signal stellen eine Verzerrung dar. Obwohl das genormte Amplitudenverhältnis zwischen dem niederfrequenten Signal und dem höherfrequenten Signal 4 :1 ist, wird manchmal ein Verhältnis von 1 :1 für schärfere Prüfeinsätze verwendet Dia Dämpfung oder der Verstärkungsgrad als Funktion der Frequenz in dem in der Prüfung befindlichen Gerät können das Verhältnis abändern. Die Anordnung gleicht daher den Auswerteteil automatisch den Schwankungen der Eingangssignalpegel an.

A k H T

(äquivalent zu dem Gleichstrompegel im der:odulierten 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 höherfrequenten Signals, wie es von dem SM PTE-Verfahren benötigt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigen

Fig. 1A und B ein Blockschaltbild einer zum bekannten Stand der Technik gehörigen Schaltungsanordnung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Messung der intermodulationsverzerrung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Obwohl Anordnungen für die Messung der Intermodulationsverzerrung einschlägigen Fachkreisen bekannt sind, wird eine kurze Beschreibung der grundlegenden Arbeitsweise gegeben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu fördern.

In F i g. 1 ist ein charakteristischer Analysator für die Intermodulation dargestellt Die Fi ς. IA zeigt die zwei Teile eines charakteristischen Analysators für die Intermodulation: einen Inlermodulationssignalgeneratorteil 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, z. B. Tonfrequenzschaltung 20, angelegt werden. Das verzerrte Signal aus dem in der Prüfung befindlichen Gerät 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 F i g. 1A. Das verzerrte Ausgangssignal des in der Prüfung befindlichen Geräts ist über die LJtung 25 an ein Hochpaßfilter 31 angekoppelt. Der Ausgang des Hochpaßfilters 31 ist mit einem Verstärker 32 unu danach mit einem Demodulator 33 verbunden. Der Ausgang dieses Gleichrichters 33 ist über einen Gleichspannungssperrkondensnlor 34 an ein Tiefpaßfilter 35 und ein Digitalvollmeter 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 über die Leitung 25 an den Eingang des Analysators gelegt. Der Eingang des Analysators besteht aus einem Hochpaßfilter31,das die

ίο 60 Hz-Komponente und ihre Harmonischen beseitigt und nur die verzerrte 7000 Hz-Komponente zurückläßt Das Signal wird gleich darauf vom Verstärker 32 verstärkt

Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird dann an den Demodulator 33 angelegt, der z. B. ein Doppelweggleichrichter ist. Wegen der Doppelweggleichrichtung ist die höherfrequente Komponente nun 14 000 Hz und nicht 7000 Hz.

Die 14 000 Hz-Komponente wird nun zum Tiefpaßfilter 35 geleitet, das die 14 000 Hz-Kcc-ponenie beseitigt und nur die vor. der 60 Hz-Komponente verursachte Modulationshüllkurve übrig läßt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 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 ein verzerrungsfreier Verstärker verwendet wird. Die gleichen höheren und tieferen Frequenzer, und das gleiche Amplitudenverhältnis wie beim oben beschriebenen Beispiel werden benutzt Das Ausgangssignal des in der Prüfung befindlichpn Geräts ist nicht verzerrt und im wesentlichen das gleiche wie das Ausgangssignal des Signalgeneratorteils 10. Das unverzerrte Signal wird durch das Hochpaßfilter 31, das die 60 Hz-Komponente beseitigt, und danach zum Verstärker 32 und zum Demodulator 33 geleite·. Weil das im Test befindliche Gerät verzerrungsfrei ist (definitionsgemäß), entsteht keine Modulation der 7000 Hz-Komponente durch die 60 Hz-Komponente. Das Ausgangssignal des Demodulators ist daher ein 14 000 Hz-Signal mit Scheiteln von gleicher Amplitude.

Der Gleichspannungssperrkondensator 34 scheidet die Gleichstromkomponente des Signals aus und hinterläßt nur die höherfrequente Komponente, die anschließend durch das Tiefpaßfilter 35 beseitigt wird. Daher gibt ;s kein Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 35, und vom Digitalvoltmeter 36 wird keine Verzerrung angezeigt.

Unter Verwendung des oben erläuterten Analysators für die Intermodulationsverzerrung läuft das Verfahren zum Messen der Intermodulationsverzerrung eines charakteristischen Tonfrequenzgeräts wie folgt ab:

1. Der Ausgang des Intermodulationssignaigeneratorteils wird mit dem Eingang des zu messenden Geräts verbunden.

2. Der Ausgang c*es Geräts wird abgeschlossen und mit dem Eingang des Intermodulationsanalysatorteils 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 geeigneten Trägerstrom pegel eingestellt.

6. Die Prozente der Intermodulation 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 Verstärkungsgrads, auf die sich der Schritt 5 bezieht, beseitigt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Blockdiagrammform in F i g. 2 dargestellt.

Beim Vergleich zwischen F i g. 2 und 1B ist zu erkennen, daß der Verstärker 32 durch einen spannungsges'SwCrte*. Verstärker 32' csetzi wurcJ** ^t <*ίη Ηργ. kömmlicher spannungsgesteuerter Verstärker der in dem Buch »Guidebook of Electronic Circuits«, von John Markus, Copyright 1974. McGraw-Hill-Book Company, S. 5—20, 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 VW zu erzeugen. Die Bezugsspannung V«_e/ ist typisch für den Pegel der höherfrequenten Komponente im Ausgangssignal des Signalgeneratorteils 10. Der Gleichstrompegel am Ausgang des Demodulators 33 ist zum Träger oder dem Pegel der höherfrequenten 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 hftherfrequenten und niederfrequenten Komponente verändern. Die vorliegende Erfindung arbeitet so, daß das richtige Verhältnis aufrechterhalten wird. Der Trägerpcgel wird ständig überwacht und mit dem Pegel der höherfrequenten 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 des Verstärkers 32' wird nicht verändert Auf diese Weise wird zwischen dem Ausgang des Demodulators 33 und Jörn spannungsgesteuerten Verstärker 32' ein Servokreis geschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Intermodulationsverzerrung einer Tonfrequenzschaltung bzw. eines Tonfrequenzgeräts nach dem SMPTE-Verfahren, wobei an die Tonfrequenzeinrichtung bzw. an das Tonfrequenzgerät ein Prüfsignal angelegt ist, das aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen besteht die in einem vorgegebenen Amplitudenverhältnis einander überlagert sind, mit einem Hochpaßfilter zur Beseitigung der niederfrequenteren Grundwellen-Komponente aus dem vom Prüfling abgegebenen Signal, und mit einem dem Hochpaßfilter nachgeschalteten, einstellbaren Verstärker, dessen Ausgang mit einem Demodulator verbunden ist, der über eine Gleichspannungssperreinrichtung an ein Tiefpaßfilter angeschlossen ist, mit dem ein die Intermodulationsverzerrung anzeigendes: Digiuivoltmeter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers (32'), der einen Steueranschluß aufweist, spannungsgesteuert geregelt ist, und daß ein mit dem Ausgangssignal des Demodulators (33) beaufscMagter Integrator (40) zum Integrieren der Differenz zwischen dem Ausgangssignal und einem Bezugssignal, das für den Spannungspegel der höherfrequenten Komponente des an die Tonfrequenzschaltung (20) bzw. an das Tonfrequenzgerät angelegten Prüfsignals typisch ist, ein Steuersignal erzeugt, das an den Steueranschluß des spannungsgesteuerten Verstärkers (32') angelegt ist.

2. Anordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (3fl) einen Einweggleichrichter enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (33) einen Doppelweggleichrichter enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (33) einen Synchrondemodulator enthält.