RU2267792C2

RU2267792C2 - Digital device for estimating and indicating distortions and amplitude discriminator of digital device

Info

Publication number: RU2267792C2
Application number: RU2004120495/28A
Authority: RU
Inventors: н Гарри Романович Аванес (RU); Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-10

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: device can be used for estimation of level of distortions and indication of their presence caused by limitation of output voltage in non-linear four-terminal networks, for example, sonic frequency amplifiers. Device has analog-to-digital converter, amplitude discriminator and indicator. Principle of operation of the device is based on tracking of readings of tested signal subject to restrictions and selection of fragments of signal by means of amplitude discriminator. Fragments are selected which are composed by readings with equal meanings. Amplitude discriminator has N registers, comparator with N+1 inputs and monostable multivibrator. Precision of indication of distortions can be improved due to taking shaped of signal distorted into account.

EFFECT: improved precision of indication.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки уровня искажений и индикации их наличия вследствие ограничения выходного напряжения в нелинейных четырехполюсниках, в частности в усилителях звуковых частот.The invention relates to the field of radio measurements and is intended to assess the level of distortion and to indicate their presence due to the limitation of the output voltage in non-linear four-terminal devices, in particular in sound frequency amplifiers.

Для индикации наличия нелинейных искажений, вызванных клиппированием выходных сигналов в аудиоусилителях, широко применяют встроенные устройства, принцип действия которых основан на постоянном слежении за мгновенными значениями выходного напряжения. В случае превышения выходным напряжением заданного порогового уровня выдается световой сигнал, индицирующий появление искажений. Устройство (прототип), работающее и построенное по такому принципу, состоит из компаратора, одновибратора и светового индикатора, сигнальный вход компаратора служит информационным входом устройства, выход компаратора соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с входом индикатора, вход опорного напряжения компаратора служит входом задания максимально допустимого уровня напряжений устройства [Сырицо А. Индикация искажений в УМЗЧ. - Радио, 1996 г., №10, стр.18].To indicate the presence of nonlinear distortion caused by clipping of the output signals in audio amplifiers, widely used built-in devices, the principle of which is based on constant monitoring of the instantaneous values of the output voltage. If the output voltage exceeds a predetermined threshold level, a light signal is generated, indicating the appearance of distortion. A device (prototype) that works and is constructed according to this principle consists of a comparator, a single vibrator and a light indicator, the signal input of the comparator serves as an information input of the device, the output of the comparator is connected to the input of a single vibrator, the output of which is connected to the input of the indicator, the input of the reference voltage of the comparator serves as the input of the job the maximum allowable voltage level of the device [Syritso A. Indication of distortion in UMZCH. - Radio, 1996, No. 10, p. 18].

Недостатком прототипа является невысокая точность индикации, так как решение о наличии искажений выносится только исходя из оценки уровня сигнала, а форма сигнала никак не учитывается.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of the indication, since the decision on the presence of distortion is made only on the basis of an estimate of the signal level, and the waveform is not taken into account.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении точности индикации появления искажений за счет учета формы искажаемого сигала.The technical result achieved using the present invention is to improve the accuracy of the indication of the appearance of distortion by taking into account the shape of the distorted signal.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство для оценки и индикации искажений (индикатор перегрузки), содержащее индикатор, согласно изобретению введены аналого-цифровой преобразователь и амплитудный дискриминатор, служащий для выделения пачки равных отсчетов и формирования соответствующего сигнала, вход аналого-цифрового преобразователя служит информационным входом цифрового устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен со входом индикатора.The technical result is achieved by the fact that in the known device for assessing and indicating distortion (overload indicator) containing an indicator, an analog-to-digital converter and an amplitude discriminator are introduced according to the invention, which serves to isolate a packet of equal samples and form the corresponding signal, the input of the analog-to-digital converter information input of a digital device, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the amplitude discriminator, the output of which is connected to the input indicator.

Кроме того для достижения технического результата амплитудный дискриминатор содержит N регистров, (N+1)-входовой компаратор двоичных чисел и одновибратор, выход которого является выходом дискриминатора, входом которого служит вход первого регистра, выход которого соединен со входом второго регистра и далее выход n-го регистра соединен со входом (n+1)-го регистра (n=1, 2,..., N-1), выход i-го регистра подключен к i-ому входу компаратора (i=1, 2,..., N), (N+1)-ый вход компаратора объединен со входом первого регистра, разрешающий вход компаратора служит входом выбора порога срабатывания дискриминатора, выход компаратора соединен со входом одновибратора.In addition, to achieve a technical result, the amplitude discriminator contains N registers, an (N + 1) -initial binary number comparator and a single-vibrator, the output of which is the discriminator output, the input of which is the input of the first register, the output of which is connected to the input of the second register and then the output n- th register is connected to the input of the (n + 1) th register (n = 1, 2, ..., N-1), the output of the i-th register is connected to the i-th input of the comparator (i = 1, 2, .. ., N), (N + 1) -th input of the comparator is combined with the input of the first register, allowing the input of the comparator serves as the input you the threshold of the discriminator, the output of the comparator is connected to the input of the single-shot.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена функциональная схема цифрового устройства для оценки и индикации изображений. На фиг.2 показана временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства. На фиг.3 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации амплитудного дискриминатора.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the functional diagram of a digital device for evaluating and displaying images. Figure 2 shows a timing diagram explaining the principle of operation of the device. Figure 3 shows a functional diagram of one of the options for implementing the amplitude discriminator.

Функциональная схема по фиг.1 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, амплитудный дискриминатор 2 и индикатор 3, вход которого соединен с выходом амплитудного дискриминатора 2, вход которого соединен с выходом АЦП 1, информационный вход которого служит информационным входом устройства.The functional diagram of figure 1 contains an analog-to-digital converter (ADC) 1, an amplitude discriminator 2 and an indicator 3, the input of which is connected to the output of the amplitude discriminator 2, the input of which is connected to the output of the ADC 1, the information input of which serves as the information input of the device.

Временная диаграмма по фиг.2 включает в себя ограниченный в положительных и отрицательных областях гармонический сигнал u(t); уровни ограничения +U₀ и -U₀, результат дискретизации первой положительной полуволны и выделенную область равных отсчетов.The timing diagram of FIG. 2 includes a harmonic signal u (t) limited in positive and negative regions; restriction levels + U ₀ and -U ₀ , the sampling result of the first positive half-wave and the selected area of equal samples.

Функциональная схема по фиг.3 содержит регистры 4, 5, трехвходовой компаратор 6 двоичных чисел, одновибратор 7 и элементы 8, 9 задержки. Входом амплитудного дискриминатора, предназначенного для соединения с выходом АЦП 1, является информационный вход регистра 4, выход которого соединен с информационным входом регистра 5, выход которого подключен к первому входу компаратора 6, ко второму входу которого подключен выход регистра 4, а третий вход компаратора 6 объединен с информационным входом регистра 4, разрешающий вход Е компаратора 6 является входом выбора порога срабатывания компаратора 6, выход которого соединен со входом одновибратора 7, выход которого является выходом амплитудного дискриминатора, тактовым входом CLK которого является тактовый вход регистра 5, тактовый вход регистра 4 соединен через элемент 9 задержки со входом CLK дискриминатора. Левый по схеме вывод элемента 8 задержки предназначен для соединения с тактовым входом АЦП 1.The functional diagram of figure 3 contains the registers 4, 5, three-input comparator 6 binary numbers, one-shot 7 and elements 8, 9 delay. The input of the amplitude discriminator for connecting to the output of the ADC 1 is the information input of register 4, the output of which is connected to the information input of register 5, the output of which is connected to the first input of the comparator 6, the second input of which is connected to the output of the register 4, and the third input of the comparator 6 combined with the information input of the register 4, allowing the input E of the comparator 6 is the input of the selection of the threshold of the comparator 6, the output of which is connected to the input of the single-vibrator 7, the output of which is the output am of a plate discriminator, whose clock input CLK is the clock input of the register 5, the clock input of the register 4 is connected via the delay element 9 to the input of the discriminator CLK. The left output circuit of the delay element 8 is designed to be connected to the clock input of the ADC 1.

Принцип действия устройства (фиг.1) основан на слежении за отсчетами сигнала u(t), подверженного ограничениям на уровнях +U₀ и -U₀ (фиг.2), и выделении амплитудным дискриминатором 2 пакетов, состоящих из отсчетов, имеющих равные значения. При появлении серии равных отсчетов на выходе амплитудного дискриминатора 2 формируется первичный сигнал наличия искажений, направляемый далее на индикатор 3. Количество отсчетов в пакете, необходимых для принятия решения об индикации искажений, выбирают исходя из требований, предъявляемых к конкретному звуковоспроизводящему устройству или классу устройств. Ясно, что основным узлом подобного цифрового устройства для оценки и индикации искажений будет являться амплитудный дискриминатор, работу которого рассмотрим на примере, показанном на фиг.3.The principle of operation of the device (Fig. 1) is based on tracking the samples of the signal u (t), subject to restrictions at the levels + U ₀ and -U ₀ (Fig. 2), and the selection by the amplitude discriminator of 2 packets consisting of samples having equal values . When a series of equal samples appears at the output of the amplitude discriminator 2, a primary signal of the presence of distortion is formed, which is sent further to indicator 3. The number of samples in the packet necessary to make a decision on the indication of distortion is selected based on the requirements for a specific sound reproducing device or class of devices. It is clear that the main node of such a digital device for assessing and indicating distortion will be the amplitude discriminator, the operation of which we will consider using the example shown in Fig. 3.

Амплитудный дискриминатор по фиг.3 рассчитан на выделение только трех следующих друг за другом равных отсчетов и, следовательно, устройство, которое его содержит, будет выдавать сигнал наличия искажений, начиная с нижней границы, равной трем отсчетам. Для запоминания первых двух отсчетов служат регистры 5 и 4 соответственно. Третий отсчет снимается непосредственно с разрядных выходов АЦП 1. Сравнение отсчетов-операндов происходит в трехвходовом компараторе 6, который при равенстве входных операндов скачкообразно формирует на своем выходе высокий логический уровень, передаваемый далее через одновибратор 7 для включения индикатора 3 искажений. Поскольку логическая «1» на выходе компаратора 6 теоретически может держаться недолго, например всего один такт, длительность которого задается частотой CLK, то для увеличения длительности индикации в схему и введен одновибратор 7, расширяющий выходной импульс компаратора 6. Так как в подобных устройствах индикация обычно применяется световая, то включение одновибратора-расширителя позволит сделать световую вспышку более заметной для наблюдателя (слушателя, звукорежиссера).The amplitude discriminator of FIG. 3 is designed to extract only three successive equal samples and, therefore, the device that contains it will produce a distortion signal, starting from the lower boundary equal to three samples. To memorize the first two samples, use registers 5 and 4, respectively. The third sample is taken directly from the digital outputs of the ADC 1. The comparison of the operand samples takes place in a three-input comparator 6, which, when the input operands are equal, jumpwise generates a high logic level at its output, which is transmitted further through the one-shot 7 to turn on the distortion indicator 3. Since the logical “1” at the output of the comparator 6 can theoretically not last long, for example, only one clock cycle, the duration of which is set by the CLK frequency, a single vibrator 7 has been introduced into the circuit to increase the duration of the display, expanding the output pulse of the comparator 6. Since in such devices the indication is usually if the light is applied, then the inclusion of a single-vibrator expander will make the light flash more visible to the observer (listener, sound engineer).

Частота тактирования АЦП 1 выбирается исходя из требуемой точности фиксации момента появления искажений и задается генератором тактовых импульсов (на схеме не показан), управляющим, кроме того, и записью данных в регистры 4, 5 амплитудного дискриминатора 2 по входу CLK. Введенные в цепи тактирования элементы 8, 9 задержки необходимы для надежной перезаписи-передвижения информации вдоль цепочки: выход АЦП 1 - регистр 4 - регистр 5. Перезапись данных происходит в следующем порядке: с появлением активного фронта очередного тактового импульса первым срабатывает регистр 5, перенося информацию из регистра 4 в свои ячейки, далее через время τ (время задержки элемента 9) активный фронт передается на тактовый вход регистра 4, куда переписывается информация с выхода АЦП 1, далее еще через время τ (время задержки элемента 8) активный фронт доходит до тактового входа АЦП 1, разрешая смену отсчетов на его разрядных выходах.The clock frequency of the ADC 1 is selected based on the required accuracy of fixing the moment of occurrence of distortion and is set by the clock generator (not shown in the diagram), which also controls the recording of data in registers 4, 5 of the amplitude discriminator 2 at the input of CLK. The delay elements 8, 9 introduced into the clock circuit are necessary for reliable rewriting-moving information along the chain: ADC output 1 - register 4 - register 5. Data is rewritten in the following order: when the active edge of the next clock pulse appears, register 5 is the first to transfer information from register 4 to its cells, then after time τ (delay time of element 9), the active front is transmitted to the clock input of register 4, where the information from the output of ADC 1 is copied, then after time τ (delay time of the element 8) the active front reaches the clock input of the ADC 1, allowing the change of samples at its bit outputs.

Для исключения ложных срабатываний амплитудного дискриминатора в компараторе 6 целесообразно иметь разрешающий вход Е, выполняющий в нашем случае функции входа выбора порога срабатывания. Необходимость задания некоторого порога, до которого компаратор 6 не должен вырабатывать сигнал равенства, объясняется тем, что при нулевом входном сигнале u(t) на выходе АЦП 1 будут поочередно появляться равные отсчеты, которые и могут быть ошибочно восприняты дискриминатором как результат ограничения напряжения u(t). Следовательно, во избежание ложной индикации на вход E компаратора необходимо подавать разрешающий уровень, допускающий выдачу сигнала равенства А=В=С только при повышении входным напряжением u(t) некоторого порога. Реализовать это несложно, если один из старших разрядов АЦП 1 соединить с указанным входом Е. (При использовании компараторов типа 1564СП1 в качестве разрешающего входа следует использовать вход управления I (Х=Y), вывод №3. [Аванесян Г.Р., Беспалов А.А. Униполярные интегральные микросхемы. Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 2003, стр.169-170]).To eliminate false alarms of the amplitude discriminator in the comparator 6, it is advisable to have a permissive input E, which in our case performs the function of the input of the choice of the threshold of operation. The need to set a certain threshold to which the comparator 6 should not generate an equality signal is explained by the fact that when the input signal u (t) is zero, the output of the ADC 1 will alternately display equal samples, which can be mistakenly interpreted by the discriminator as a result of voltage limitation u ( t). Therefore, in order to avoid false indication, it is necessary to apply a resolving level to the input E of the comparator, allowing the output of the signal of equality A = B = C only when the input voltage u (t) raises a certain threshold. This is not difficult to implement if one of the most significant bits of the ADC 1 is connected to the specified input E. (When using comparators of type 1564SP1, the control input I (X = Y), output No. 3, should be used as the enable input. [Avanesyan GR, Bespalov AA Unipolar integrated circuits. Reference manual. - M.: Radio and communications, 2003, pp. 169-170]).

Claims

1. A digital device for assessing and indicating distortion (overload indicator), comprising an indicator, characterized in that an analog-to-digital converter and an amplitude discriminator are introduced into it, which serves to isolate a packet of equal samples and generate the corresponding signal, the input of the analog-to-digital converter serves as information the input of the digital device, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the amplitude discriminator, the output of which is connected to the indicator input.

2. The amplitude discriminator according to claim 1, characterized in that the amplitude discriminator contains N registers, an (N + 1) input binary number comparator and a single-shot, the output of which is the output of the discriminator, the input of which is the input of the first register, the output of which is connected to the input second register and then the output of the nth register is connected to the input of the (n + 1) -th register (n = 1, 2, ..., N-1), the output of the ith register is connected to the i-th input of the comparator (i = 1, 2, ..., N), (N + 1) -th input of the comparator is combined with the input of the first register, allowing the input of the comparator serves as an input select operating threshold discriminator, the output of the comparator is connected to the input of monostable multivibrator.