RU2568039C2

RU2568039C2 - Method for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier (versions)

Info

Publication number: RU2568039C2
Application number: RU2014136729/28A
Authority: RU
Inventors: Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2015-11-10
Also published as: RU2014136729A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: methods for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier for these methods are suggested. The claimed method for nonlinear distortion correction of signals is featured by receipt of evaluation of nonlinear distortion in real time for signals at the output of self-controlled amplifier and variation in its amplifying by results of current control over distortion. At that functional components of the devices implementing the above methods include amplifier, attenuator, random signal distortion meter, comparator and control unit.

EFFECT: improved operational efficiency for controls of nonlinear distortion and reduced distortion in controlled amplifiers.

16 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области усилительной техники и, в частности, может быть использовано для создания усилителей аудиосигналов с автоматической коррекцией уровня нелинейных искажений в реальном времени.The invention relates to the field of amplification technology and, in particular, can be used to create amplifiers of audio signals with automatic correction of the level of nonlinear distortion in real time.

В качестве прототипа выбран способ, получивший широкое распространение в аудиотехнике, суть которого сводится к оценке уровня нелинейных искажений посредством сравнения уровня выходного сигнала с некоторым пороговым значением и принятию решения об уменьшении уровня входного сигнала при превышении выходным сигналом заданного порога. При этом предполагается, что превышение выходным сигналом заданного порога приводит к увеличению уровня нелинейных искажений сверх допустимого. Способ-прототип, согласно которому осуществляется статистический анализ выходного сигнала, описан в [Пат. RU 2274868. Опубл. 20.04.2006. Бюл. №11]. Там же описано устройство его реализующее, содержащее усилитель, который может иметь регулируемое усиление, например, за счет наличия межкаскадного аттенюатора, блок статистической оценки уровня сигнала и компаратор.As a prototype, a method is widely used in audio technology, the essence of which is to assess the level of nonlinear distortion by comparing the level of the output signal with a certain threshold value and making a decision to reduce the level of the input signal when the output signal exceeds a predetermined threshold. It is assumed that exceeding the output signal with a predetermined threshold leads to an increase in the level of nonlinear distortion beyond the permissible value. The prototype method, according to which a statistical analysis of the output signal is carried out, is described in [US Pat. RU 2274868. Publ. 04/20/2006. Bull. No. 11]. It also describes a device implementing it, which contains an amplifier, which can have adjustable gain, for example, due to the presence of an interstage attenuator, a unit for statistical estimation of the signal level, and a comparator.

Недостатком подхода и, следовательно, устройства является отсутствие информации об уровне нелинейных искажений. Решение о необходимости корректирующих воздействий принимается только на основе априорных данных о взаимосвязи возможных нелинейных искажений с уровнем выходного сигнала, полученных либо путем расчетов на этапе проектирования усилителя, либо экспериментально на идеализированных тестовых сигналах. Понятно, что речь идет о косвенном методе, не позволяющем отслеживать фактические искажения и служащем по сути средством порогового контроля уровня сигнала. Некоторым шагом вперед является идея принимать решение об изменении усиления путем выявления клиппированных выходных сигналов [Заявка US 2013058501 A1. Volume control apparatus. Onkyo Corporation. Mar. 7, 2013]. Однако несмотря на то, что особенность указанного способа и позволяет управлять усилением в относительно широких пределах с контролем возникающих нелинейных искажений по наступлению ограничения выходных сигналов, контроль искажений здесь также осуществляется косвенно, причем только по существенному изменению формы выходного сигнала.The disadvantage of the approach and, therefore, the device is the lack of information about the level of nonlinear distortion. The decision on the need for corrective actions is made only on the basis of a priori data on the relationship of possible nonlinear distortions with the level of the output signal, obtained either by calculations at the design stage of the amplifier, or experimentally on idealized test signals. It is clear that we are talking about an indirect method that does not allow tracking actual distortions and serves essentially as a means of threshold control of signal level. Some step forward is the idea of deciding to change the gain by detecting clipped output signals [Application US 2013058501 A1. Volume control apparatus. Onkyo Corporation. Mar. 7, 2013]. However, despite the fact that the feature of this method allows you to control the gain in a relatively wide range with the control of non-linear distortions arising upon the onset of output signal limitation, distortion control here is also carried out indirectly, and only by a significant change in the shape of the output signal.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении эффективности работы средств контроля нелинейных искажений и снижении искажений в управляемых усилителях за счет прямого контроля нелинейных искажений и обеспечения возможности управления усилением непосредственно по результатам оценки нелинейных искажений сигналов в реальном времени.The technical result achieved by using the present invention is to increase the efficiency of non-linear distortion control tools and reduce distortions in controlled amplifiers by directly monitoring non-linear distortions and providing the possibility of controlling gain directly from the results of real-time evaluation of non-linear distortions of signals.

Технический результат достигается тем, что в способе коррекции нелинейных искажений сигналов (вариант 1), согласно изобретению, определяют в реальном времени нелинейные искажения выходного сигнала усилителя, вносящего искажения, задают пороговое значение нелинейных искажений, сравнивают полученную оценку нелинейных искажений с пороговым значением, если оценка превысила пороговый уровень, уменьшают коэффициент усиления усилителя до тех пор, пока оценка нелинейных искажений не окажется ниже порогового значения.The technical result is achieved by the fact that in the method for correcting non-linear distortion of signals (option 1), according to the invention, non-linear distortions of the output signal of the amplifier introducing distortions are determined in real time, a threshold value of non-linear distortions is set, the obtained estimate of non-linear distortions is compared with a threshold value, if the estimate exceeded the threshold level, reduce the gain of the amplifier until then, until the estimate of the nonlinear distortion is below the threshold value.

Технический результат достигается также тем, что в усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по варианту 1, содержащий компаратор, предварительный усилитель, аттенюатор и оконечный усилитель, выход которого является выходом устройства, входом которого является вход предварительного усилителя, выход которого соединен со входом оконечного усилителя через аттенюатор, согласно изобретению, введены измеритель нелинейных искажений и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, входы измерителя нелинейных искажений соединены с выходом оконечного усилителя и предварительного усилителя соответственно, выход измерителя нелинейных искажений соединен с первым входом компаратора, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений, выход компаратора соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that in the amplifier with auto-correction, implementing the method according to option 1, containing a comparator, preliminary amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the preliminary amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through an attenuator, according to the invention, a non-linear distortion meter and a control unit are introduced, the output of which is connected to the control input of the attenuator, the inputs of the meter are non-linear x distortions are connected to the output of the terminal amplifier and pre-amplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что в способе коррекции нелинейных искажений сигналов (вариант 2), согласно изобретению, определяют в реальном времени нелинейные искажения выходного сигнала усилителя, вносящего искажения, задают пороговое значение нелинейных искажений, сравнивают полученную оценку нелинейных искажений с пороговым значением, если оценка превысила пороговый уровень, уменьшают уровень входного сигнал усилителя до тех пор, пока оценка нелинейных искажений не окажется ниже порогового значения.The technical result is also achieved by the fact that in the method for correcting non-linear distortion of signals (option 2), according to the invention, real-time non-linear distortions of the output signal of the amplifier introducing distortions are determined, a threshold value of non-linear distortions is set, the obtained estimate of non-linear distortions is compared with a threshold value, if the estimate has exceeded the threshold level, the amplifier input signal level is reduced until the estimate of the nonlinear distortion is below the threshold value.

Технический результат достигается также тем, что в усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по варианту 2, содержащий компаратор, предварительный усилитель, аттенюатор и оконечный усилитель, выход которого является выходом устройства, входом которого является вход аттенюатора, выход которого соединен со входом предварительного усилителя, выход которого соединен со входом оконечного усилителя, согласно изобретению, введены измеритель нелинейных искажений и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, входы измерителя нелинейных искажений соединены с выходом оконечного усилителя и предварительного усилителя соответственно, выход измерителя нелинейных искажений соединен с первым входом компаратора, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений, выход компаратора соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that in the amplifier with auto-correction, implementing the method according to option 2, containing a comparator, preliminary amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the attenuator, the output of which is connected to the input of the preliminary amplifier, the output which is connected to the input of the terminal amplifier, according to the invention, introduced a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuato a, total harmonic distortion analyzer inputs connected to the output terminal of the amplifier and the preamplifier, respectively, the output total harmonic distortion analyzer coupled to the first input of the comparator, the second input of which serves as an input threshold level of nonlinear distortion, the comparator output is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что в способе коррекции нелинейных искажений сигналов (вариант 3), согласно изобретению, определяют в реальном времени нелинейные искажения выходного сигнала усилителя, вносящего искажения, в выделенной полосе частот, задают пороговое значение нелинейных искажений, сравнивают полученную оценку нелинейных искажений с пороговым значением, если оценка превысила пороговый уровень, уменьшают коэффициент усиления усилителя до тех пор, пока оценка нелинейных искажений не окажется ниже порогового значения.The technical result is also achieved by the fact that in the method for correcting non-linear distortion of signals (option 3), according to the invention, real-time non-linear distortions of the output signal of the distorting amplifier in the selected frequency band are determined, a threshold value of non-linear distortions is set, the obtained estimate of non-linear distortions is compared with a threshold value, if the estimate has exceeded the threshold level, the amplifier gain is reduced until the estimate of the nonlinear distortion is below the threshold values.

Технический результат достигается также тем, что в усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по варианту 3, содержащий компаратор, предварительный усилитель, аттенюатор и оконечный усилитель, выход которого является выходом устройства, входом которого является вход предварительного усилителя, выход которого соединен со входом оконечного усилителя через аттенюатор, согласно изобретению, введены два фильтра, измеритель нелинейных искажений и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, входы измерителя нелинейных искажений через фильтры соединены с выходом оконечного усилителя и предварительного усилителя соответственно, выход измерителя нелинейных искажений соединен с первым входом компаратора, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений, выход компаратора соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction, implementing the method according to option 3, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through the attenuator, according to the invention, two filters are introduced, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuator, measure the inputs For nonlinear distortion through filters, they are connected to the output of the terminal amplifier and preamplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, and the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что в усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по варианту 3, содержащий компаратор, предварительный усилитель, аттенюатор и оконечный усилитель, выход которого является выходом устройства, входом которого является вход предварительного усилителя, выход которого соединен со входом оконечного усилителя через аттенюатор, согласно изобретению, введены два фильтра, измеритель нелинейных искажений и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, входы измерителя нелинейных искажений через фильтры соединены с выходом оконечного усилителя и со входом предварительного усилителя соответственно, выход измерителя нелинейных искажений соединен с первым входом компаратора, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений, выход компаратора соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction, implementing the method according to option 3, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through the attenuator, according to the invention, two filters are introduced, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuator, measure the inputs For nonlinear distortion through filters, they are connected to the output of the terminal amplifier and to the input of the preamplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as an input of the threshold level of nonlinear distortions, and the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что в способе коррекции нелинейных искажений сигналов (вариант 4), согласно изобретению, определяют в реальном времени нелинейные искажения выходного сигнала усилителя, вносящего искажения, в выделенной полосе частот, задают пороговое значение нелинейных искажений, сравнивают полученную оценку нелинейных искажений с пороговым значением, если оценка превысила пороговый уровень, уменьшают уровень входного сигнала усилителя до тех пор, пока оценка нелинейных искажений не окажется ниже порогового значения.The technical result is also achieved by the fact that in the method for correcting non-linear distortion of signals (option 4), according to the invention, non-linear distortions of the output signal of the distorting amplifier in the selected frequency band are determined in real time, a threshold value of non-linear distortions is set, the obtained estimate of non-linear distortions is compared with a threshold value, if the estimate has exceeded the threshold level, the amplifier input signal level is reduced until the estimate of the nonlinear distortion is below the threshold th values.

Технический результат достигается также тем, что в усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по варианту 4, содержащий компаратор, предварительный усилитель, аттенюатор и оконечный усилитель, выход которого является выходом устройства, входом которого является вход аттенюатора, выход которого соединен со входом предварительного усилителя, выход которого соединен со входом оконечного усилителя, согласно изобретению, введены два фильтра, измеритель нелинейных искажений и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, входы измерителя нелинейных искажений через фильтры соединены с выходом оконечного усилителя и предварительного усилителя соответственно, выход измерителя нелинейных искажений соединен с первым входом компаратора, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений, выход компаратора соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that in the amplifier with auto-correction, implementing the method according to option 4, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the attenuator, the output of which is connected to the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier, according to the invention, two filters are introduced, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input m attenuator input total harmonic distortion analyzer through filters connected to the output terminal of the amplifier and the preamplifier, respectively, the output total harmonic distortion analyzer coupled to the first input of the comparator, the second input of which serves as an input threshold level of nonlinear distortion, the comparator output is connected to the input of the control unit.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг. 1 представлена функциональная схема усилителя с автокоррекцией, согласно п. 9 формулы изобретения. На фиг. 2 в виде функциональной схемы показан вариант исполнения блока 9 управления. На фиг. 3 и 4 представлены функциональные схемы усилителей с автокоррекцией, согласно п. 15 и п. 11 формулы изобретения соответственно.The invention is illustrated graphic material. In FIG. 1 shows a functional diagram of an amplifier with auto-correction, according to paragraph 9 of the claims. In FIG. 2, in the form of a functional diagram, an embodiment of the control unit 9 is shown. In FIG. 3 and 4 are functional diagrams of amplifiers with auto-correction, according to p. 15 and p. 11 of the claims, respectively.

Функциональная схема устройства по фиг. 1 содержит предварительный усилитель 1, аттенюатор 2, оконечный усилитель 3, полосовые фильтры (ПФ) 4, 5, измеритель 6 нелинейных искажений, компаратор 7, индикатор 8 и блок 9 управления. Вход предварительного усилителя 1 и выход оконечного усилителя 3 являются соответственно входом и выходом устройства, выход предварительного усилителя 1 соединен со входом аттенюатора 2, выход которого соединен со входом оконечного усилителя 3, выход которого соединен со входом ПФ 4, выход которого соединен с первым входом измерителя 6, второй вход которого соединен с выходом ПФ 5, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя 1, выход измерителя 6 соединен с первым входом компаратора 7, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений ψ₀, выход компаратора 7 соединен со входом блока 9 управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 2, к выходу компаратора 7 подключен индикатор 8.Functional diagram of the device of FIG. 1 contains a preamplifier 1, an attenuator 2, a terminal amplifier 3, bandpass filters (PF) 4, 5, a nonlinear distortion meter 6, a comparator 7, an indicator 8, and a control unit 9. The input of the pre-amplifier 1 and the output of the terminal amplifier 3 are respectively the input and output of the device, the output of the pre-amplifier 1 is connected to the input of the attenuator 2, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier 3, the output of which is connected to the input of the PF 4, the output of which is connected to the first input of the meter 6, the second input of which is connected to the output of the PF 5, the input of which is connected to the output of the pre-amplifier 1, the output of the meter 6 is connected to the first input of the comparator 7, the second input of which serves as an input sometimes At the level of nonlinear distortion ψ ₀ , the output of comparator 7 is connected to the input of control unit 9, the output of which is connected to the control input of attenuator 2, indicator 8 is connected to the output of comparator 7.

Функциональная схема блока 9 по фиг. 2 содержит управляемый генератор 10 тактовых импульсов, делитель 11 частоты и логический элемент 3И 12, выход которого является выходом блока, входом которого являются объединенные первый вход элемента 3И 12 и запускающий вход генератора 10, выход которого соединен со входом делителя 11, выход которого соединен со вторым входом элемента 3И 12, третий вход которого является разрешающим входом Ε блока.Functional diagram of block 9 of FIG. 2 contains a controlled clock generator 10, a frequency divider 11 and a logic element 3I 12, the output of which is the output of the unit, the input of which is the combined first input of the element 3I 12 and the starting input of the generator 10, the output of which is connected to the input of the divider 11, the output of which is connected to the second input of element 3I 12, the third input of which is the enable input Ε of the block.

Функциональная схема устройства по фиг. 3 содержит аттенюатор 13, предварительный усилитель 14, оконечный усилитель 15, ПФ 16, 17, измеритель 18 нелинейных искажений, компаратор 19, индикатор 20 и блок 21 управления. Вход аттенюатора 13 и выход оконечного усилителя 15 являются соответственно входом и выходом устройства, вход предварительного усилителя 14 соединен с выходом аттенюатора 13, а выход предварительного усилителя 14 соединен со входом оконечного усилителя 15, выход которого соединен со входом ПФ 16, выход которого соединен с первым входом измерителя 18, второй вход которого соединен с выходом ПФ 17, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя 14, выход измерителя 18 соединен с первым входом компаратора 19, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений ψ₀, выход компаратора 19 соединен со входом блока 21 управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 13, к выходу компаратора 19 подключен индикатор 20.Functional diagram of the device of FIG. 3 comprises an attenuator 13, a pre-amplifier 14, a terminal amplifier 15, a PF 16, 17, a nonlinear distortion meter 18, a comparator 19, an indicator 20, and a control unit 21. The input of the attenuator 13 and the output of the terminal amplifier 15 are respectively the input and output of the device, the input of the preliminary amplifier 14 is connected to the output of the attenuator 13, and the output of the preliminary amplifier 14 is connected to the input of the terminal amplifier 15, the output of which is connected to the input of the PF 16, the output of which is connected to the first the input of the meter 18, the second input of which is connected to the output of the PF 17, the input of which is connected to the output of the pre-amplifier 14, the output of the meter 18 is connected to the first input of the comparator 19, the second input of which serves as input At the threshold level of nonlinear distortion ψ ₀ , the output of the comparator 19 is connected to the input of the control unit 21, the output of which is connected to the control input of the attenuator 13, an indicator 20 is connected to the output of the comparator 19.

Функциональная схема устройства по фиг. 4 содержит предварительный усилитель 22, аттенюатор 23, оконечный усилитель 24, ПФ 25, 26, измеритель 27 нелинейных искажений, компаратор 28, индикатор 29 и блок 30 управления. Вход предварительного усилителя 22 и выход оконечного усилителя 24 являются соответственно входом и выходом устройства, выход предварительного усилителя 22 соединен со входом аттенюатора 23, выход которого соединен со входом оконечного усилителя 24, выход которого соединен со входом ПФ 25, выход которого соединен с первым входом измерителя 27, второй вход которого соединен с выходом ПФ 26, вход которого объединен со входом предварительного усилителя 22, выход измерителя 27 соединен с первым входом компаратора 28, второй вход которого служит входом порогового уровня нелинейных искажений ψ₀, выход компаратора 28 соединен со входом блока 30 управления, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 23, к выходу компаратора 28 подключен индикатор 29.Functional diagram of the device of FIG. 4 contains a preamplifier 22, an attenuator 23, a terminal amplifier 24, PF 25, 26, a nonlinear distortion meter 27, a comparator 28, an indicator 29, and a control unit 30. The input of the pre-amplifier 22 and the output of the terminal amplifier 24 are respectively the input and output of the device, the output of the pre-amplifier 22 is connected to the input of the attenuator 23, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier 24, the output of which is connected to the input of the PF 25, the output of which is connected to the first input of the meter 27, the second input of which is connected to the output of the PF 26, the input of which is combined with the input of the pre-amplifier 22, the output of the meter 27 is connected to the first input of the comparator 28, the second input of which serves as the input threshold level of nonlinear distortion ψ ₀ , the output of the comparator 28 is connected to the input of the control unit 30, the output of which is connected to the control input of the attenuator 23, an indicator 29 is connected to the output of the comparator 28.

Рассмотрим суть изобретения на примере функционирования устройства, показанного на фиг. 1. Входной сигнал, пройдя предварительный усилитель 1, поступает одновременно на первый вход (нижний по схеме) измерителя 6 нелинейных искажений и через аттенюатор 2 на вход оконечного усилителя 3, который, как правило, вносит наибольшие нелинейные искажения. Усиленный, и предположительно искаженный, сигнал с выхода оконечного усилителя поступает на второй вход измерителя 6. Последний в реальном времени, путем совместной обработки по специальному алгоритму двух сигналов (исходного и искаженного), определяет величину нелинейных искажений ψ, которая в компараторе 7 сравнивается с пороговым значением ψ₀. Если уровень нелинейных искажений ψ превышает порог ψ₀, на выходе компаратора 7 появляется сигнал Ф(ψ-ψ₀), поступающий на вход блока 9 управления, который в свою очередь вырабатывает импульсы управления аттенюатором 2, поступление которых на управляющий вход аттенюатора приводит к ослаблению сигнала, поступающего на вход оконечного усилителя 3. Рассматривая цепочку блоков 1, 2, 3 как единый усилитель, можно считать, что уменьшилось усиление устройства в целом. Если уровень нелинейных искажений ψ ниже порога ψ₀, то, как несложно понять, на выходе компаратора 7 отсутствует активный уровень и, следовательно, сигналы управления аттенюатором 2 не вырабатываются - усиление устройства не меняется. При этом оператор (пользователь) может при необходимости, пользуясь аттенюатором 2, уменьшать или увеличивать уровень сигнала на выходе оконечного усилителя 3. Наличие же цепочки измеритель 6 - компаратор 7 - блок 9 управления автоматически ограничивает усиление, корректируя таким образом уровень нелинейных искажений на выходе.Consider the essence of the invention by the example of the operation of the device shown in FIG. 1. The input signal, having passed the preamplifier 1, is supplied simultaneously to the first input (lower in the circuit) of the nonlinear distortion meter 6 and through the attenuator 2 to the input of the terminal amplifier 3, which, as a rule, introduces the greatest nonlinear distortions. The amplified, and presumably distorted, signal from the output of the terminal amplifier goes to the second input of meter 6. The latter, in real time, by jointly processing two signals (the original and distorted) by a special algorithm, determines the amount of nonlinear distortion ψ, which is compared with the threshold in comparator 7 value ψ ₀ . If the level of nonlinear distortion ψ exceeds the threshold ψ ₀ , the signal Ф (ψ-ψ ₀ ) appears at the output of the comparator 7 and is fed to the input of the control unit 9, which in turn generates control pulses of the attenuator 2, the input of which to the control input of the attenuator leads to attenuation the signal fed to the input of the terminal amplifier 3. Considering the chain of blocks 1, 2, 3 as a single amplifier, we can assume that the gain of the device as a whole has decreased. If the level of nonlinear distortion ψ is lower than the threshold ψ ₀ , then, as is easy to understand, the output of the comparator 7 does not have an active level and, therefore, the control signals of the attenuator 2 are not generated - the device gain does not change. In this case, the operator (user) can, if necessary, using the attenuator 2, reduce or increase the signal level at the output of the terminal amplifier 3. The presence of the chain meter 6 - comparator 7 - control unit 9 automatically limits the gain, thereby correcting the level of nonlinear distortion at the output.

Важнейшей операцией рассматриваемого способа является оценка нелинейных искажений рабочих сигналов, носящих случайный характер. Возможность автоматической коррекции нелинейных искажений в реальном времени обусловлена наличием именно этой операции. Понятно, что в данном случае речь не может идти об измерении таких показателей нелинейных искажений, как коэффициент гармоник или коэффициент интермодуляции. Осуществление способа возможно путем применения методов оценки нелинейных искажений случайных сигналов с использованием специально введенных для этих целей количественных показателей. Указанные методы и устройства их реализующие описаны в работах [Аванесян Г.Р. Оценка нелинейных искажений случайных сигналов по аппаратурно вычисленному коэффициенту усиления цепи // Приборы. - 2010. - №10. С. 38-43; Аванесян Г.Р. Оценка нелинейных искажений случайных сигналов путем сравнения отношений их мгновенных значений // Измерительная техника. - 2012. - №6. С. 57-60] и отличаются тем, что позволяют получать оценку нелинейных искажений путем статистической обработки исследуемых входных и выходных сигналов, длительность реализаций которых определяет точность измерений. Разумеется, в этом случае сигнал на выходе измерителя будет изменяться только в дискретные моменты времени с периодом, задаваемым временем анализа t_A, которое измеритель 6 затрачивает на получение очередного результата. Следовательно, управление аттенюатором 2 также может и будет носить дискретный характер: управляющие воздействия должны формироваться блоком 9 управления не чаще, чем обновляется информация на выходе измерителя 6. При этом следует исходить из того, что появление на выходе компаратора 7 признака превышения допустимого уровня нелинейных искажений может потребовать, в зависимости от конкретного рабочего сигнала, изменения усиления устройства в различной степени. Это обеспечивается формированием соответствующего количества импульсов управления в блоке 9 приводящих к пошаговому уменьшению усиления, но строго с периодом не меньшим, чем период обновления информации на выходе измерителя 6. В простейшем случае период следования корректирующих импульсов может равняться времени анализа t_A, а моменты их появления t_i:The most important operation of the method under consideration is the assessment of nonlinear distortions of the working signals that are random in nature. The possibility of automatic correction of nonlinear distortions in real time is due to the presence of this particular operation. It is clear that in this case we cannot talk about measuring such non-linear distortion parameters as the harmonic coefficient or intermodulation coefficient. The implementation of the method is possible by applying methods for assessing the nonlinear distortion of random signals using specially introduced quantitative indicators for these purposes. The indicated methods and devices implementing them are described in the works [G. Avanesyan Estimation of nonlinear distortions of random signals by hardware-calculated circuit gain // Instruments. - 2010. - No. 10. S. 38-43; Avanesyan G.R. Estimation of nonlinear distortions of random signals by comparing the ratios of their instantaneous values // Measuring technique. - 2012. - No. 6. P. 57-60] and differ in that they allow one to obtain an estimate of non-linear distortions by statistical processing of the studied input and output signals, the duration of the implementation of which determines the accuracy of measurements. Of course, in this case, the signal at the output of the meter will change only at discrete times with a period specified by the analysis time t _A , which the meter 6 takes to obtain the next result. Therefore, the control of the attenuator 2 can also be discrete: the control actions must be generated by the control unit 9 no more than the information at the output of the meter 6 is updated. Moreover, it should be assumed that the output of the comparator 7 indicates that the allowable level of nonlinear distortion is exceeded may require, depending on the particular operating signal, changes in the gain of the device to varying degrees. This is ensured by the formation of the corresponding number of control pulses in block 9 leading to a stepwise decrease in gain, but strictly with a period not less than the period of updating information at the output of meter 6. In the simplest case, the period of correcting pulses can be equal to the analysis time t _A , and the times of their appearance t _i :

t_i=it_A+Δt,t _i = it _A + Δt,

где i=1, 2, 3,where i = 1, 2, 3,

Δt - защитный интервал, задержка, необходимая для окончательного установления напряжения на выходе измерителя 6 при обновлении результатов, Δt<t_A.Δt is the protective interval, the delay required for the final establishment of the voltage at the output of the meter 6 when updating the results, Δt <t _A.

В общем случае управляющее напряжение U_упр(t_i), поступающее на вход аттенюатора 2, в предположении, что он управляется импульсами, должно определяться следующим образом:In the General case, the control voltage U _CPR (t _i ) supplied to the input of the attenuator 2, under the assumption that it is controlled by pulses, should be determined as follows:

U_упр(t_i)=Ф(ψ-ψ₀)S(t_i)E,U _control (t _i ) = Ф (ψ-ψ ₀ ) S (t _i ) E,

гдеWhere

$Ф (ψ - ψ_{0}) = {\begin{matrix} 1, & п р и ψ - ψ_{0} > 0 \\ 0, & п р и ψ - ψ_{0} \leq 0 \end{matrix} - логический уровень на выходе компаратора 7$

;

F (ψ - ψ_{0}) = {\begin{matrix} one, & P R and ψ - ψ_{0} > 0 \\ 0 & P R and ψ - ψ_{0} \leq 0 \end{matrix} - logic level at the output of comparator 7

;

$S (t_{i}) = {\begin{matrix} 1, & п р и t_{i} = i t_{A} + Δ t \\ 0, & п р и t_{i} \neq i t_{A} + Δ t \end{matrix} {- импульсы дискретизации с периодом следования t}_{A}$

S (t_{i}) = {\begin{matrix} one, & P R and t_{i} = i t_{A} + Δ t \\ 0 & P R and t_{i} \neq i t_{A} + Δ t \end{matrix} {- sampling pulses with a repetition period t}_{A}

E - сигнал разрешения, принимающий значения 1 или 0. В выражении для U_упр(t_i) простоты ради показаны единичные импульсы S(t_i) c бесконечно малой длительностью, что вполне допустимо, так как в данном случае роль играют моменты их появления (моменты формирования передних фронтов, приводящие к переключениям аттенюатора 2), а не длительность.E is a resolution signal that takes on values 1 or 0. In the expression for U _control (t _i ) for simplicity, we show single pulses S (t _i ) with an infinitely short duration, which is quite acceptable, since in this case the moments of their appearance ( moments of the formation of leading edges, leading to switching of the attenuator 2), and not the duration.

Для формирования управляющего напряжения U_упр(t_i) может быть использована схема, показанная на фиг. 2 (возможный вариант исполнения блока 9 управления). Высокий логический уровень (Ф(ψ-ψ₀)=1) на выходе компаратора 7 запускает генератор 10 тактовых импульсов, частота которых после делителя 11 составляет 1/t_A. Указанные импульсы при наличии разрешающего уровня на верхнем по схеме входе логического элемента 3И 12 поступают на его выход и далее на управляющий вход аттенюатора 2. Если после поступления на управляющий вход аттенюатора 2 первого импульса с выхода элемента 3И 12 уменьшившееся усиление приведет к снижению уровня нелинейных искажений ниже порога ψ₀, то через время t_A-Δt после поступления управляющего импульса на выходе компаратора 7 установится низкий логический уровень (Ф(ψ-ψ₀)=0), который отключит тактовый генератор 7 и прекратит, таким образом, выработку импульсов управления. Если же после первого импульса поступившего на управляющий вход аттенюатора уменьшившегося усиления окажется недостаточным для снижения уровня нелинейных искажений ниже порога ψ₀, то через время t_A-Δt высокий логический уровень на выходе компаратора 7 останется неизменным, генератор 10 продолжит работу и с делителя 11 поступит очередной (второй) импульс управления. Так будет продолжаться до тех пор, пока не зафиксируется разность ψ-ψ₀≤0.To generate a control voltage U _ctr (t _i ), the circuit shown in FIG. 2 (a possible embodiment of the control unit 9). A high logic level (Ф (ψ-ψ ₀ ) = 1) at the output of the comparator 7 starts the generator 10 clock pulses, the frequency of which after the divider 11 is 1 / t _A. These pulses in the presence of a resolution level at the top input of the logic element 3I 12 are fed to its output and then to the control input of the attenuator 2. If, after the first pulse arrives at the control input of the attenuator 2 from the output of element 3I 12, the decreased gain will reduce the level of nonlinear distortion below the threshold ψ ₀ , then after a time t _A -Δt after the control pulse arrives at the output of the comparator 7, a low logic level will be set (Ф (ψ-ψ ₀ ) = 0), which will turn off the clock 7 and stop, thus Immediately, the generation of control pulses. If, after the first pulse of the attenuator received at the control input, the decreased gain is insufficient to reduce the level of nonlinear distortion below the threshold ψ ₀ , then after a time t _A -Δt the high logic level at the output of the comparator 7 will remain unchanged, the generator 10 will continue to work and from the divider 11 will arrive another (second) control impulse. This will continue until the difference ψ-ψ ₀ ≤0 is fixed.

Защитный интервал Δt, в частности, может образовываться естественным путем за счет задержки запуска генератора 10, обусловленной переходными процессами. Что же касается сигнала разрешения Ε (см. фиг. 2), то он полезен, прежде всего, с точки зрения пользователя, так как позволяет отключать процесс автокоррекции и таким образом не снижать усиления в тех случаях, когда уровень нелинейных искажений не играет существенной роли. По этой причине наличие разрешающего входа Ε не является обязательным. Также полезным в процессе эксплуатации является индикатор 8, назначение которого - информирование пользователя о включении процесса автокоррекции. В простейшем случае это может быть светодиодный индикатор, включающийся при наличии высокого логического уровня на выходе компаратора 7.The guard interval Δt, in particular, can be formed naturally due to the delay in starting the generator 10 due to transients. As for the resolution signal Ε (see Fig. 2), it is useful primarily from the point of view of the user, since it allows you to turn off the auto-correction process and thus not reduce the gain in cases where the level of non-linear distortion does not play a significant role . For this reason, the presence of an authorization input Ε is not required. Also useful in the process of operation is indicator 8, the purpose of which is to inform the user about the inclusion of the auto-correction process. In the simplest case, this can be an LED indicator that turns on when there is a high logical level at the output of comparator 7.

ПФ 4, 5, показанные на схеме устройства (см. фиг. 1), позволяют выделять для анализа заданные частотные полосы, что в случае неравномерной амплитудно-частотной характеристики усилительного тракта позволяет выбирать полосу с минимальной неравномерностью и таким образом снижать влияние частотных искажений на результат определения нелинейных искажений и, как следствие, на процесс автокоррекции. Причем важное требование, которое должно соблюдаться в случае фильтрации сигналов - это максимально идентичные характеристики используемых фильтров. При равномерной в диапазоне рабочих частот амплитудно-частотной характеристике от указанных фильтров можно отказаться.PF 4, 5 shown in the device diagram (see Fig. 1), allow you to select the specified frequency bands for analysis, which in the case of uneven amplitude-frequency characteristics of the amplification path allows you to choose a band with minimal unevenness and thus reduce the effect of frequency distortion on the result determination of nonlinear distortions and, as a consequence, the process of auto-correction. Moreover, an important requirement that must be observed in the case of signal filtering is the maximum identical characteristics of the filters used. If the amplitude-frequency characteristic is uniform in the range of operating frequencies, these filters can be rejected.

Следует иметь в виду, что управление коэффициентом усиления усилителя, как показано на схеме по фиг. 1, не единственный вариант получения ожидаемого результата. В тех случаях, когда существует риск перегрузок входных каскадов, рекомендуется управлять ослаблением входного сигнала путем применения входного аттенюатора 13, как показано на фиг. 3. Причем входной сигнал для подачи на вход измерителя нелинейных искажений может подаваться как с исходным уровнем (см. фиг. 4, где нижний по схеме вход измерителя 27 объединен со входом предварительного усилителя 22), так и после предварительного усиления, как показано на схемах по фиг. 1 и 3.It should be borne in mind that the gain control of the amplifier, as shown in the diagram of FIG. 1, is not the only option for obtaining the expected result. In cases where there is a risk of overloading the input stages, it is recommended to control the attenuation of the input signal by applying the input attenuator 13, as shown in FIG. 3. Moreover, the input signal for applying to the input of the nonlinear distortion meter can be supplied both with the initial level (see Fig. 4, where the lower input of the meter 27 is combined with the input of the pre-amplifier 22), and after the preliminary amplification, as shown in the diagrams in FIG. 1 and 3.

Относительно показанных на схемах по фиг. 3, 4 измерителей нелинейных искажений 18, 27, фильтров 16, 17, 25, 26, компараторов 19, 28, блоков 21, 30 управления и индикаторов 20, 29 заметим, что они имеют то же назначение, что и показанные ранее.Relatively shown in the diagrams of FIG. 3, 4 non-linear distortion meters 18, 27, filters 16, 17, 25, 26, comparators 19, 28, control units 21, 30 and indicators 20, 29, note that they have the same purpose as shown previously.

Claims

1. The method of correction of nonlinear distortion of signals, characterized in that they determine in real time the nonlinear distortion of the output signal of the amplifier, introducing distortion, set the threshold value of the nonlinear distortion, compare the resulting estimate of the nonlinear distortion with a threshold value, if the estimate exceeded the threshold level, reduce the gain of the amplifier until the estimate of the nonlinear distortion is below the threshold value.

2. The method according to p. 1, characterized in that the non-linear distortion is determined by joint processing of the signal, taken as the original, and the output signal of the amplifier, introducing distortion.

3. The amplifier with auto-correction, implementing the method according to claim 1, comprising a comparator, a preliminary amplifier, an attenuator and a terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of a preliminary amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through an attenuator, characterized in that a non-linear distortion meter and a control unit are introduced into it, the output of which is connected to the control input of the attenuator, the inputs of the non-linear distortion meter are connected to the output of the terminal amplifier A pre-amplifier and, respectively, the output total harmonic distortion analyzer coupled to the first input of the comparator, the second input of which serves as an input threshold level of nonlinear distortion, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

4. A method for correcting nonlinear distortion of signals, characterized in that the real-time nonlinear distortion of the output signal of the amplifier introducing distortion is determined, a threshold value of nonlinear distortion is set, the obtained estimate of nonlinear distortion is compared with a threshold value, if the estimate has exceeded the threshold level, the input signal level is reduced amplifier until the estimate of the nonlinear distortion is below a threshold value.

5. The method according to p. 4, characterized in that the non-linear distortion is determined by joint processing of the signal, taken as the source, and the output signal of the amplifier, introducing distortion.

6. The amplifier with auto-correction, implementing the method according to claim 4, comprising a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the attenuator, the output of which is connected to the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier, characterized in that a non-linear distortion meter and a control unit are introduced into it, the output of which is connected to the control input of the attenuator, and the inputs of the non-linear distortion meter are connected s with the output of the terminal amplifier and pre-amplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

7. A method for correcting nonlinear distortion of signals, characterized in that the real-time nonlinear distortion of the output signal of the distorting amplifier in the selected frequency band is determined, a threshold value of nonlinear distortion is set, the resulting estimate of nonlinear distortion is compared with a threshold value if the estimate exceeds a threshold level reduce the gain of the amplifier until then, until the estimate of the nonlinear distortion is below a threshold value.

8. The method according to p. 7, characterized in that the frequency band is allocated in the middle part of the spectrum of working signals and non-linear distortions are determined respectively in the mid-frequency part of the spectrum.

9. The amplifier with auto-correction, implementing the method according to claim 7, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through an attenuator, characterized in that two filters are introduced into it, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuator, the non-linear distortion meter inputs through the filters are connected to the output of the terminal amplifier and pre-amplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

10. The amplifier according to claim 9, characterized in that the filters are bandpass.

11. The amplifier with auto-correction, implementing the method according to claim 7, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier through an attenuator, characterized in that two filters are introduced into it, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuator, the non-linear distortion meter inputs through the filters are connected to the output of the terminal amplifier and with the input of the pre-amplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

12. The amplifier according to claim 11, characterized in that the filters are band-pass.

13. A method for correcting nonlinear distortion of signals, characterized in that the real-time nonlinear distortion of the output signal of the distorting amplifier in the selected frequency band is determined, a threshold value of nonlinear distortion is set, the obtained estimate of nonlinear distortion is compared with a threshold value if the estimate exceeds a threshold level reduce the level of the input signal of the amplifier until then, until the estimate of the nonlinear distortion is below a threshold value.

14. The method according to p. 13, characterized in that the frequency band is allocated in the middle part of the spectrum of the working signals and non-linear distortions are determined respectively in the mid-frequency part of the spectrum.

15. The amplifier with auto-correction, implementing the method according to p. 13, containing a comparator, pre-amplifier, attenuator and terminal amplifier, the output of which is the output of the device, the input of which is the input of the attenuator, the output of which is connected to the input of the pre-amplifier, the output of which is connected to the input of the terminal amplifier, characterized in that two filters are introduced into it, a non-linear distortion meter and a control unit, the output of which is connected to the control input of the attenuator, the non-linear distortion meter inputs through filters are connected to the output of the terminal amplifier and pre-amplifier, respectively, the output of the nonlinear distortion meter is connected to the first input of the comparator, the second input of which serves as the input of the threshold level of nonlinear distortions, the output of the comparator is connected to the input of the control unit.

16. The amplifier according to claim 15, characterized in that the filters are band-pass.