RU2773621C1

RU2773621C1 - Method for determining the amplitude of pulses and a meter implementing it (options)

Info

Publication number: RU2773621C1
Application number: RU2021117365A
Authority: RU
Inventors: Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-06-06

Abstract

FIELD: radio measurements.

SUBSTANCE: invention relates to the field of radio measurements, makes it possible to determine the amplitude of rectangular pulses enriched with interference, or with a distorted shape and can be used in the construction of digital meters of pulse signal parameters. The mode, being in this case the most probable value of the voltage samples, is taken as an estimate of the pulse amplitude. The meter implementing the claimed method contains an analog-to-digital converter, a pulse isolation unit and a mode detection unit, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the mode detection unit, the clock input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the pulse isolation unit.

EFFECT: increasing the accuracy of measurements due to the fact that pulses are isolated from the incoming input voltage, which are converted into digital form by sampling and quantization, digital voltage samples are stored, and then the mode of the samples obtained by the above is found.

17 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений, позволяет определять амплитуду прямоугольных импульсов, обогащенных помехами, или с искаженной формой и может быть использовано при построении цифровых измерителей параметров импульсных сигналов.The invention relates to the field of radio measurements, makes it possible to determine the amplitude of rectangular pulses enriched with noise, or with a distorted shape, and can be used in the construction of digital meters for the parameters of pulse signals.

Достаточно распространенным на протяжении многих лет является способ определения амплитуды импульсов, суть которого состоит в преобразовании, путем детектирования, последовательности импульсов в постоянное напряжение, которое несет в себе информацию об амплитуде импульсов, см., например [Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения - Л.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 92-94, 76-78, рис. 3.19, 3.34; Метрология и радиоизмерения / под общей редакцией В.И. Нефедова - М.: Высш. шк., 2003, стр. 211, 191-192, рис. 5.6]. Реализуют способ относительно просто при помощи пиковых вольтметров, в основе которых лежат пиковые детекторы. Существенным недостатком способа является его низкая точность, так как в реальности на выходе пиковых детекторов образуется пульсирующее с частотой следования импульсов напряжение, среднее значение которого с некоторой погрешностью приравнивают к амплитуде импульсов. Причем с увеличением скважности импульсов амплитуда пульсаций возрастает, что приводит к увеличению погрешности измерений.Quite common for many years is a method for determining the amplitude of pulses, the essence of which is to convert, by detecting, a sequence of pulses into a constant voltage, which carries information about the amplitude of the pulses, see, for example [Kushnir F.V. Electroradio measurements - L .: Energoatomizdat, 1983, pp. 92-94, 76-78, fig. 3.19, 3.34; Metrology and radio measurements / edited by V.I. Nefedova - M .: Higher. school, 2003, pp. 211, 191-192, fig. 5.6]. The method is implemented relatively simply with the help of peak voltmeters, which are based on peak detectors. A significant disadvantage of the method is its low accuracy, since in reality, a voltage pulsating with a pulse repetition rate is formed at the output of peak detectors, the average value of which is equated with a certain error to the amplitude of the pulses. Moreover, with an increase in the duty cycle of the pulses, the amplitude of the pulsations increases, which leads to an increase in the measurement error.

Большую точность позволяет получить способ, описанный в [Patent US 4560940. Peak amplitude measurement. Magnetic Peripherals Inc. Dec. 24, 1985], выбранный в качестве прототипа, согласно которому формируют ступенчато меняющееся опорное напряжение, которое сравнивают с амплитудой исследуемых импульсов, при наступлении равенства опорное напряжение фиксируют, зафиксированное таким образом значение опорного напряжения считают равным амплитуде импульсов. Устройство, реализующее описанный способ, содержит входной аналоговый компаратор, выполняющий функции блока сравнения напряжений, триггер, регистр последовательных приближений и цифроаналоговый преобразователь. В структурном отношении устройство является аналого-цифровым преобразователем последовательного приближения, который в данном случае адаптирован под измерение пиковых значений. Недостатком способа является то, что при измерении амплитуды реальных импульсов, поступающих например, из каналов связи, может быть зафиксировано пиковое значение, соответствующее кратковременному выбросу в области переднего фронта импульса, которое ошибочно будет выведено как результат измерения амплитуды. В то же время уровень плоской части импульса, который в действительности следует считать его амплитудой, может оказаться существенно ниже измеренного значения. Причем при высоком разрешении устройства и больших выбросах ошибки измерений могут быть весьма существенными, что ограничит использование как способа, так и устройства.Greater accuracy allows you to get the method described in [Patent US 4560940. Peak amplitude measurement. Magnetic Peripherals Inc. Dec. 24, 1985], chosen as a prototype, according to which a stepwise changing reference voltage is formed, which is compared with the amplitude of the studied pulses, when equality occurs, the reference voltage is fixed, the value of the reference voltage fixed in this way is considered equal to the amplitude of the pulses. The device that implements the described method contains an input analog comparator that performs the functions of a voltage comparison unit, a trigger, a successive approximation register, and a digital-to-analog converter. Structurally, the device is a successive approximation analog-to-digital converter, which in this case is adapted for measuring peak values. The disadvantage of this method is that when measuring the amplitude of real pulses coming, for example, from communication channels, a peak value can be recorded corresponding to a short-term surge in the region of the leading edge of the pulse, which will be erroneously displayed as a result of measuring the amplitude. At the same time, the level of the flat part of the pulse, which in fact should be considered its amplitude, can be significantly lower than the measured value. Moreover, with a high resolution of the device and large emissions, measurement errors can be very significant, which will limit the use of both the method and the device.

Недостатком прототипа является относительно низкая точность измерений при работе с реальными импульсами.The disadvantage of the prototype is the relatively low measurement accuracy when working with real pulses.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит, главным образом, в повышении точности измерений.The technical result achieved by using the present invention consists mainly in improving the measurement accuracy.

Технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, включающем в себя преобразование аналогового входного напряжения в цифровую форму, согласно изобретению, из поступающего входного напряжения выделяют импульсы, которые путем дискретизации и квантования преобразовывают в цифровую форму, запоминают цифровые отсчеты напряжения, после чего находят моду полученных вышеуказанным путем отсчетов, значение которой является оценкой амплитуды импульсов.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, which includes converting the analog input voltage into digital form, according to the invention, pulses are isolated from the incoming input voltage, which are converted into digital form by sampling and quantization, digital voltage readings are stored, after which find the mode obtained by the above way samples, the value of which is an estimate of the amplitude of the pulses.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, при нахождении моды формируют дифференциальные коридоры напряжений и попадающим в каждый из указанных коридоров отсчетам напряжения присваивают один уровень, который определяется номером дифференциального коридора.In addition, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, according to the invention, when the mode is found, differential voltage corridors are formed and the voltage readings falling into each of these corridors are assigned one level, which is determined by the number of the differential corridor.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, при преобразовании входного напряжения в цифровую форму количество уровней квантования определяют исходя из заданного количества дифференциальных коридоров используемых для нахождения моды.In addition, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, according to the invention, when converting the input voltage into digital form, the number of quantization levels is determined based on the specified number of differential corridors used to find the mode.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, что моду отсчетов находят за время действия одного импульса.In addition, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, according to the invention, that the mode of readings is found during the action of one pulse.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, что моду отсчетов находят за время действия непрерывной последовательности импульсов.In addition, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, according to the invention, that the mode of readings is found during the action of a continuous sequence of pulses.

Кроме того, технический результат достигается тем, что измеритель амплитуды импульсов, реализующий вышеописанный способ, содержащий аналого-цифровой преобразователь, согласно изобретению, содержит блок выделения импульсов и блок определения моды, выход которого является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом блока определения моды, тактовый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом блока выделения импульсов, вход которого объединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя.In addition, the technical result is achieved by the fact that the pulse amplitude meter that implements the above method, containing an analog-to-digital converter, according to the invention, contains a pulse extraction unit and a mode determination unit, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter , the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the clock input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the pulse extraction unit, the input of which is combined with the signal input of the analog-to-digital converter.

Кроме того, технический результат достигается тем, что блок выделения импульсов состоит из аналогового компаратора, генератора тактовых импульсов и логического элемента 2И, выход которого является выходом блока, входом которого является сигнальный вход компаратора, опорный вход которого служит входом задания уровня обнаружения импульсов, выход компаратора соединен с первым входом элемента 2И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.In addition, the technical result is achieved by the fact that the pulse extraction unit consists of an analog comparator, a clock generator and a 2I logic element, the output of which is the output of the block, the input of which is the signal input of the comparator, the reference input of which serves as the input for setting the pulse detection level, the output of the comparator connected to the first input of the 2I element, the second input of which is connected to the output of the clock generator.

По второму варианту технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, включающем в себя преобразование аналогового входного напряжения в цифровую форму, согласно изобретению, задают пороговый уровень, определяющий нижнюю границу измеряемых амплитуд импульсов, полученные в результате преобразования отсчеты сортируют по уровню, цифровые отсчеты, превышающие заданный пороговый уровень, запоминают, после чего находят моду полученных вышеуказанным путем отсчетов, значение которой является оценкой амплитуды импульсов.According to the second variant, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the amplitude of the pulses, which includes converting the analog input voltage into digital form, according to the invention, a threshold level is set that determines the lower limit of the measured pulse amplitudes, the readings obtained as a result of the conversion are sorted by level, digital samples exceeding a predetermined threshold level are stored, after which the mode of the samples obtained in the above way is found, the value of which is an estimate of the amplitude of the pulses.

Кроме того, технический результат достигается тем, что измеритель амплитуды импульсов, реализующий способ по второму варианту, содержащий аналого-цифровой преобразователь и генератор тактовых импульсов, согласно изобретению, содержит амплитудный дискриминатор и блок определения моды, выход блока определения моды является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен со входом блока определения моды, тактовый вход амплитудного дискриминатора объединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу генератора тактовых импульсов.In addition, the technical result is achieved by the fact that the pulse amplitude meter, which implements the method according to the second variant, containing an analog-to-digital converter and a clock pulse generator, according to the invention, contains an amplitude discriminator and a mode determination unit, the output of the mode determination unit is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the amplitude discriminator, the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the clock input of the amplitude discriminator is combined with the clock input of the analog-to-digital converter and is connected to the output of the clock pulse generator.

Кроме того, технический результат достигается тем, что измеритель амплитуды импульсов, реализующий способ по второму варианту, содержащий аналого-цифровой преобразователь и генератор тактовых импульсов, согласно изобретению, содержит нелинейный преобразователь кодов, блок определения моды, генератор тактовых импульсов и элемент задержки, выход блока определения моды является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом нелинейного преобразователя кодов, выход которого соединен со входом блока определения моды, управляющий вход которого через элемент задержки соединен с выходом генератора тактовых импульсов, к которому подключен тактовый вход аналого-цифрового преобразователя.In addition, the technical result is achieved by the fact that the pulse amplitude meter, which implements the method according to the second variant, containing an analog-to-digital converter and a clock pulse generator, according to the invention, contains a non-linear code converter, a mode determination unit, a clock pulse generator and a delay element, the output of the block mode detection is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the non-linear code converter, the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the control input of which is connected through the delay element to the output of the clock generator, to which it is connected clock input of the analog-to-digital converter.

Технический результат в упрощенном, с аппаратурной точки зрения, варианте может быть также достигнут тем, что измеритель амплитуды импульсов, содержащий аналого-цифровой преобразователь, согласно изобретению, содержит блок определения моды, генератор тактовых импульсов и элемент задержки, выход блока определения моды является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом блока определения моды, управляющий вход которого через элемент задержки соединен с выходом тактового генератора.The technical result in a simplified, from a hardware point of view, version can also be achieved by the fact that the pulse amplitude meter, containing an analog-to-digital converter, according to the invention, contains a mode determination unit, a clock pulse generator and a delay element, the output of the mode determination unit is the output of the meter , the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the information input of the mode determination unit, the control input of which is connected through the delay element to the output of the clock generator.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The essence of the invention is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы реальных импульсов, полученных в различных условиях. На фиг. 2 показана функциональная схема измерителя, реализующего первый вариант способа. На фиг. 3 показан пример дискретизации реального импульса (вверху) и распределения значений результата его дискретизации и квантования (внизу). На фиг. 4 приведена функциональная схема блока определения моды. На фиг. 5 показана функциональная схема первого варианта измерителя, реализующая второй вариант способа, на фиг. 6 - схема второго варианта измерителя, реализующая второй вариант способа, на фиг. 7 - схема упрощенного измерителя.In FIG. 1 shows the timing diagrams of real pulses obtained under various conditions. In FIG. 2 shows a functional diagram of a meter that implements the first version of the method. In FIG. Figure 3 shows an example of sampling a real pulse (top) and the distribution of the values of the result of its sampling and quantization (bottom). In FIG. 4 is a functional diagram of the mode detection unit. In FIG. 5 shows a functional diagram of the first variant of the meter, which implements the second variant of the method, in Fig. 6 is a diagram of the second variant of the meter, which implements the second variant of the method, in FIG. 7 is a diagram of a simplified meter.

Временные диаграммы по фиг. 1 содержат пример трех последовательностей импульсов, отличающихся максимальным значениями U_max, длительностью и характером передних фронтов.The timing diagrams of FIG. 1 contain an example of three sequences of pulses that differ in the maximum values of U _max , the duration and nature of the leading edges.

Функциональная схема по фиг. 2 содержит блок 1 выделения импульсов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 и блок 3 определения моды, выход которого является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход АЦП 2, выход которого соединен со входом блока 3 определения моды, тактовый вход которого соединен с выходом блока 1 выделения импульсов, вход которого объединен с сигнальным входом АЦП 2, вход опорного напряжения которого U_REF является входом управления шириной дифференциального коридора. В состав блока 1 входят аналоговый компаратор 4, генератор 5 тактовых импульсов и элемент 2И 6, выход которого является выходом блока 1, сигнальным входом которого является сигнальный вход компаратора 4, выход которого соединен с первым входом элемента 2И 6, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.Functional diagram according to Fig. 2 contains a pulse extraction unit 1, an analog-to-digital converter (ADC) 2 and a mode determination unit 3, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the ADC 2, the output of which is connected to the input of the mode determination unit 3, the clock input of which is connected to the output of the block 1 selection of pulses, the input of which is combined with the signal input of the ADC 2, the reference voltage input of which U _REF is the input to control the width of the differential corridor. The block 1 includes an analog comparator 4, a clock generator 5 and an element 2I 6, the output of which is the output of block 1, the signal input of which is the signal input of the comparator 4, the output of which is connected to the first input of the element 2I 6, the second input of which is connected to the output clock generator.

Графики по фиг. 3 содержат в виде штриховой линии импульс с максимальным значением U_max, отсчеты указанного импульса, лежащие в области разбитой на дифференциальные коридоры шириной ΔU, перекрывающие диапазон напряжений от U₀ до U₁₀, а также соответствующий представленным отсчетам график P(U_k) эмпирического распределения значений U_k с выделением моды U_mod исследуемых отсчетов.The graphs of Fig. 3 contain in the form of a dashed line an impulse with a maximum value U _max , the samples of the specified impulse, lying in the area divided into differential corridors with a width ΔU, covering the voltage range from U ₀ to U ₁₀ , as well as the graph P(U _k ) of the empirical distribution corresponding to the presented samples values U _k with the selection of the mode U _mod of the samples under study.

Функциональная схема по фиг. 4 содержит буфер 7 с высокоимпедансным состоянием выхода (шинный драйвер), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 8, сумматор 9, регистры 10, 11, счетчик 12 с высокоимпедансным состоянием выхода, элемент 2ИЛИ 13 и элемент 14 задержки. Вход буфера 7 является информационным входом блока, выходом которого является выход регистра 10, информационный вход которого объединен с адресным входом ОЗУ 8 и подключен к выходу буфера 7, который в свою очередь объединен с выходом счетчика 12, инвертирующий разрешающий вход которого объединен с разрешающим входом буфера 7 и составляет разрешающий вход Е блока, тактовым входом CLK которого является тактовый вход счетчика 12, информационный вход ОЗУ 8 соединен с выходом регистра 11, информационный вход которого соединен с выходом сумматора 9, первый вход которого соединен с выходом ОЗУ 8, а второй вход является входом единицы, выход переноса сумматора 9 соединен с тактовым входом регистра 10, тактовый вход регистра 11 соединен с выходом элемента 2ИЛИ 13, к выходу которого через элемент 14 задержки подключен вход управления записью/чтением ОЗУ 8, первый и второй входы элемента 13 2ИЛИ являются соответственно первым и вторым входами управления записью/чтения WR1/RD1 и WR/RD блока.Functional diagram according to Fig. 4 contains a buffer 7 with a high impedance output state (bus driver), a random access memory (RAM) 8, an adder 9, registers 10, 11, a counter 12 with a high impedance output state, a 2OR element 13 and a delay element 14. Buffer input 7 is the information input of the block, the output of which is the output of register 10, the information input of which is combined with the address input of RAM 8 and connected to the output of buffer 7, which in turn is combined with the output of counter 12, the inverting enable input of which is combined with the enable input of the buffer 7 and constitutes the enabling input E of the block, the clock input CLK of which is the clock input of the counter 12, the information input of the RAM 8 is connected to the output of the register 11, the information input of which is connected to the output of the adder 9, the first input of which is connected to the output of the RAM 8, and the second input is unit input, the transfer output of the adder 9 is connected to the clock input of the register 10, the clock input of the register 11 is connected to the output of the element 2OR 13, to the output of which through the delay element 14 is connected the input of the RAM 8 write / read control, the first and second inputs of the element 13 2OR are respectively the first and second control inputs for writing / reading WR1 / RD1 and WR / RD block.

Функциональная схема по фиг. 5 содержит АЦП 15, амплитудный дискриминатор 16, блок 17 определения моды и генератор 18 тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами АЦП 15 и дискриминатора 16, выход которого соединен со входом блока 17 определения моды, выход которого является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход АЦП 15, выход которого соединен с информационным входом дискриминатора 16. Амплитудный дискриминатор 16 состоит из цифрового компаратора 19 двоичных кодов, регистра 20, выходного ключа 21, элемента 22 задержки и элемента 2И 23, входом дискриминатора является первый вход цифрового компаратора 19, второй вход которого соединен с выходом регистра 20, информационный вход ключа 21 подключен ко входу дискриминатора, выходом которого является выход ключа 21, разрешающий вход которого соединен с выходом элемента 2И 23, первый вход которого соединен с выходом цифрового компаратора 19, а второй вход соединен с выходом элемента 22 задержки, вход которого является тактовым входом дискриминатора.Functional diagram according to Fig. 5 contains an ADC 15, an amplitude discriminator 16, a mode determination unit 17 and a clock pulse generator 18, the output of which is connected to the clock inputs of the ADC 15 and the discriminator 16, the output of which is connected to the input of the mode determination unit 17, the output of which is the output of the meter, the input of which is signal input of the ADC 15, the output of which is connected to the information input of the discriminator 16. The amplitude discriminator 16 consists of a digital comparator 19 of binary codes, a register 20, an output key 21, a delay element 22 and an element 2I 23, the input of the discriminator is the first input of the digital comparator 19, the second the input of which is connected to the output of the register 20, the information input of the key 21 is connected to the input of the discriminator, the output of which is the output of the key 21, the enabling input of which is connected to the output of the element 2I 23, the first input of which is connected to the output of the digital comparator 19, and the second input is connected to the output delay element 22, the input of which is a clock input house of the discriminator.

Функциональная схема по фиг. 6 содержит АЦП 24, нелинейный преобразователь 25 кодов, блок 26 определения моды, генератор 27 тактовых импульсов и элемент 28 задержки, выход которого соединен с тактовым входом блока 26 определения моды, выход которого является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход АЦП 24, выход которого соединен с информационным входом преобразователя 25, выход которого соединен с информационным входом блока 26 определения моды, тактовый вход АЦП 24 объединен со входом элемента 28 задержки и подключен к выходу генератора 27 тактовых импульсов.Functional diagram according to Fig. 6 contains an ADC 24, a non-linear code converter 25, a mode detection unit 26, a clock pulse generator 27 and a delay element 28, the output of which is connected to the clock input of the mode detection unit 26, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the ADC 24, the output which is connected to the information input of the Converter 25, the output of which is connected to the information input of the block 26 to determine the mode, the clock input of the ADC 24 is combined with the input of the delay element 28 and connected to the output of the generator 27 clock pulses.

Функциональная схема по фиг. 7 содержит АЦП 29, блок 30 определения моды, генератор 31 тактовых импульсов и элемент 32 задержки, выход которого соединен с тактовым входом блока 30 определения моды, выход которого является выходом измерителя, входом которого является сигнальный вход АЦП 29, выход которого соединен с информационным входом блока 30 определения моды, тактовый вход АЦП 29 объединен со входом элемента 32 задержки и подключен к выходу генератора 31 тактовых импульсов.Functional diagram according to Fig. 7 contains an ADC 29, a mode determination unit 30, a clock pulse generator 31 and a delay element 32, the output of which is connected to the clock input of the mode determination unit 30, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the ADC 29, the output of which is connected to the information input block 30 determine the mode, the clock input of the ADC 29 is combined with the input of the delay element 32 and connected to the output of the generator 31 clock pulses.

Идея заявленного способа определения амплитуды импульсов основана на таком свойстве моды случайной величины как ее абсолютная независимость от редко встречающихся больших отклонений исследуемой величины от ожидаемого значения. Случайной величиной в рассматриваемой задаче является мгновенное значение напряжения u(t), характеризующее импульс. В случае с идеальными прямоугольными импульсами выполнять относительные сложные операции по поиску моды нет смысла - это необоснованное усложнение как алгоритмической, так и аппаратурной части измерителей. Однако когда требуется определить уровень реальных импульсов, возникает обоснованный вопрос, по каким критериям определять этот уровень. На фиг. 1 приведены три случая последовательностей импульсов, номинально относящихся к прямоугольным, но в реальности при прохождении через каналы связи потерявших свою, близкую к идеальной, прямоугольную форму. Колебательные процессы в окрестностях фронтов, а также затягивания фронтов безусловно следует рассматривать как искажения, но которые в то же время не должны влиять на результат измерений. То есть для получения относительно достоверных измерений в каждом случае необходимо выделять не максимальное значение U_max, а именно плоскую часть импульса, положение которой по оси напряжений u(t) и должно определять его амплитуду.The idea of the claimed method for determining the amplitude of the pulses is based on such a property of the mode of a random variable as its absolute independence from rarely occurring large deviations of the investigated value from the expected value. The random variable in the problem under consideration is the instantaneous value of the voltage u(t), which characterizes the pulse. In the case of ideal rectangular pulses, there is no point in performing relatively complex mode search operations - this is an unreasonable complication of both the algorithmic and hardware parts of the meters. However, when it is required to determine the level of real impulses, a reasonable question arises, by what criteria to determine this level. In FIG. Figure 1 shows three cases of pulse sequences nominally related to rectangular, but in reality, when passing through communication channels, they lost their, close to ideal, rectangular shape. The oscillatory processes in the vicinity of the fronts, as well as the dragging of the fronts, should certainly be considered as distortions, but at the same time they should not affect the measurement result. That is, to obtain relatively reliable measurements in each case, it is necessary to select not the maximum value U _max , but the flat part of the pulse, the position of which along the stress axis u(t) should determine its amplitude.

Суть описываемого способа определения амплитуды импульсов, форма которых в точке их получения отличается от ожидаемой прямоугольной, сводится к дискретизации импульсов, квантованию полученных отсчетов, накоплению полученных значений напряжения и вычислению по полученной выборке отсчетов моды - наиболее вероятного значения напряжения U_mod, которое является оценкой амплитуды импульсов. Для реализации способа служит устройство (см. фиг. 2), в котором входной импульсный сигнал u(t) подается одновременно на входы АЦП 2 и блока 1 выделения импульсов. Последний необходим для исключения из процесса аналого-цифрового преобразования сигналов с уровнем ниже некоторого заданного порогового U₀. Процесс выделения исследуемых импульсов в блоке 1 сводится к выдаче пачки тактовых импульсов на интервале времени, в течение которого входное напряжение u(t) превышает пороговый уровень U₀. Указанная пачка тактовых импульсов снимается с выхода блока 1 и подается на тактовый вход АЦП 2, который преобразует входной сигнал u(t) в последовательность цифровых отсчетов строго на интервале времени, задаваемом блоком 1 выделения импульсов. Пример полученных таким образом отсчетов показан на фиг. 3. Отсчеты напряжения u(t) по мере их взятия направляются на вход блока 3 определения моды, в котором запоминаются для последующего вычисления значения напряжения U_mod, появляющегося с наибольшей вероятностью. В нижней части фиг. 3 показано эмпирическое распределение отсчетов напряжения U_k (k=0, 1, 2, … 10) для случая десяти дифференциальных коридоров шириной AU, на котором четко видно максимальное значение вероятности P(U_mod), соответствующее напряжению U_mod, характеризующему плоскую часть исследуемого импульса.The essence of the described method for determining the amplitude of pulses, the shape of which at the point of their receipt differs from the expected rectangular one, is reduced to discretization of pulses, quantization of the obtained samples, accumulation of the obtained voltage values and calculation of the received sample of samples of the mode - the most probable voltage value U _mod , which is an estimate of the amplitude impulses. To implement the method is a device (see Fig. 2), in which the input pulse signal u(t) is applied simultaneously to the inputs of the ADC 2 and the block 1 pulse selection. The latter is necessary to exclude from the process of analog-to-digital conversion of signals with a level below a given threshold U ₀ . The process of selection of the investigated pulses in block 1 is reduced to the issuance of a burst of clock pulses in the time interval during which the input voltage u(t) exceeds the threshold level U ₀ . The specified burst of clock pulses is taken from the output of block 1 and fed to the clock input of the ADC 2, which converts the input signal u(t) into a sequence of digital samples strictly on the time interval specified by block 1 of the pulse selection. An example of the readings obtained in this way is shown in Fig. 3. Voltage readings u(t) as they are taken are sent to the input of block 3 for determining the mode, in which they are stored for subsequent calculation of the voltage value U _mod that appears with the highest probability. At the bottom of Fig. Figure 3 shows the empirical distribution of voltage readings U _k (k=0, 1, 2, … 10) for the case of ten differential corridors with a width AU, which clearly shows the maximum probability value P(U _mod ) corresponding to the voltage U _mod characterizing the flat part of the investigated impulse.

Разумеется, на практике в пределах одной выборки, под выборкой в данном случае понимается совокупность отсчетов на выходе АЦП, может быть получено гораздо больше значений отсчетов, чем показано в приведенном примере на фиг. 3, здесь отсчеты принимают только шесть значений. Для их уменьшения может быть предусмотрено искусственное загрубление результатов измерений u(t) путем введения ограниченного числа дифференциальных коридоров, которое определяется по формулеOf course, in practice, within one sample, in this case, a sample means a set of samples at the output of the ADC, much more sample values can be obtained than shown in the example shown in Fig. 3, here the samples take only six values. To reduce them, artificial coarsening of the measurement results u(t) can be provided by introducing a limited number of differential corridors, which is determined by the formula

где ent - знак целой части.where ent is the sign of the integer part.

Соответственно количество уровней анализа будет на единицу большеAccordingly, the number of levels of analysis will be one more

При этом необходимо отметить, что ширина дифференциального коридора ΔU влияет на погрешность вычисления моды. Уменьшение ΔU при фиксированном диапазоне измерений приводит к увеличению числа запоминаемых независимо друг от друга значений дискретной функции P(U_k), а следовательно, к увеличению объема требуемой оперативной памяти и времени затрачиваемого на поиск моды. При схемотехнической реализации способа предпочтительным оказывается подход, при котором дифференциальный коридор, формируется разностью уровней квантования АЦП. В этом случае все значения u(t), попадающие в заданный коридор округляются до одного фиксированного значения, определяемого номером коридора независимо от их распределения в указанных пределах (в частности, до нижней границы коридора). Такое имеет место в цифровых измерителях при преобразовании аналоговой информации в цифровую. Абсолютная погрешность оценки U_k при таком подходе равна ΔU и не зависит от объема выборки. Разумеется, погрешность вычисления моды U_mod снижается с уменьшением ширины дифференциального коридора, причем, как несложно видеть, относительная погрешностьIn this case, it should be noted that the width of the differential corridor ΔU affects the mode calculation error. Reducing ΔU at a fixed measurement range leads to an increase in the number of values of the discrete function P(U _k ) stored independently of each other, and, consequently, to an increase in the amount of required RAM and the time spent on searching for the mode. In the circuit implementation of the method, the approach is preferable, in which the differential corridor is formed by the difference in the ADC quantization levels. In this case, all values of u(t) falling within the specified corridor are rounded up to one fixed value, determined by the corridor number, regardless of their distribution within the specified limits (in particular, to the lower border of the corridor). This takes place in digital meters when converting analog information to digital. The absolute error in estimating U _k with this approach is equal to ΔU and does not depend on the sample size. Of course, the error in calculating the mode U _mod decreases with a decrease in the width of the differential corridor, and, as it is easy to see, the relative error

с увеличением значения моды U_mod также уменьшается. Ширина дифференциального коридора при использовании АЦП задается изменением опорного напряжения U_REF и в общем случае при известной разрядности r АЦП может быть вычислена из следующего отношенияas the value of the mode increases, U _mod also decreases. The width of the differential corridor when using the ADC is set by changing the reference voltage U _REF and in the general case, with a known bit depth r, the ADC can be calculated from the following relation

Другой составляющей общей погрешности вычисления моды U_mod является погрешность дискретизации импульсов, однако, если речь идет об импульсах микросекундной длительности и выше, ее несложно уменьшить до пренебрежимо малого значения увеличением частоты дискретизации (частоты генератора 5 тактовых импульсов), Здесь при выборе частоты дискретизации следует исходить из допустимых искажений длительности импульсов, которые неизбежны при представлении импульсов ограниченным количеством отсчетов. Кроме того следует учитывать тот факт, что с уменьшением периода дискретизации импульсов At увеличивается объем выборки, которая используется для вычисления моды.Another component of the total error in calculating the mode U _mod is the sampling error of pulses, however, if we are talking about pulses of microsecond duration and higher, it is easy to reduce it to a negligible value by increasing the sampling rate (frequency of the generator of 5 clock pulses). Here, when choosing the sampling rate, one should proceed of the permissible distortions in the duration of the pulses, which are inevitable when the pulses are represented by a limited number of samples. In addition, one should take into account the fact that with a decrease in the sampling period At of the pulses, the sample size that is used to calculate the mode increases.

Относительно количества отсчетов используемых для получения результата необходимо отметить следующее. Если измеритель ориентирован на определение амплитуды одиночных импульсов, то количество отсчетов, направляемых в блок 3 определения моды, будет определяться только длительностью исследуемого импульса и величиной At, если же определяется амплитуда импульсов входящих в некоторую последовательность и предполагается, что амплитуда импульсов не меняется, то анализ возможен по увеличенной выборке, в которую входят отсчеты нескольких импульсов. В последнем случае следует ожидать повышения точности измерений, которое (повышение) в ряде случаев может играть существенную роль, например, при работе с импульсами обогащенными помехами или при оценке амплитуды коротких импульсов, в условиях, когда невозможно повысить частоту дискретизации.Regarding the number of readings used to obtain the result, the following should be noted. If the meter is focused on determining the amplitude of single pulses, then the number of readings sent to block 3 for determining the mode will be determined only by the duration of the pulse under study and the value of At, if the amplitude of the pulses included in a certain sequence is determined and it is assumed that the amplitude of the pulses does not change, then the analysis possible by an enlarged sample, which includes counts of several pulses. In the latter case, one should expect an increase in measurement accuracy, which (increase) in some cases can play a significant role, for example, when working with pulses enriched with noise or when estimating the amplitude of short pulses, in conditions where it is impossible to increase the sampling frequency.

Количество отсчетов (объем выборки) при известных длительностях импульсов определяется частотой 1/Δt генератора 5 тактовых импульсов, входящего в состав блока 1 выделения импульсов и ориентировочно может быть определено по формулеThe number of samples (sample size) at known pulse durations is determined by the frequency 1/Δt of the clock generator 5, which is part of the pulse extraction unit 1, and can approximately be determined by the formula

где I - количество импульсов;where I is the number of pulses;

τ_i - длительность i-го импульса.τ _i - the duration of the i-th pulse.

Причем в приведенной формуле под длительностью х/ понимается длительность импульса на уровне U₀.Moreover, in the above formula, the duration x/ is understood as the duration of the pulse at the level U ₀ .

Алгоритм работы блока 1 достаточно прост и заключается в сравнении при помощи аналогового компаратора 4 входного напряжения u(t) с заранее заданным пороговым уровнем U₀, который выбирается исходя из помеховой обстановки с одной стороны, а с другой стороны из требований по минимальному уровню импульсов, амплитуду которых следует определить. При превышении входным напряжением u(t) порога U₀ на выходе компаратора 4 формируется высокий логический уровень, который, поступая на нижний по схеме вход элемента 2И 6, разрешает прохождение на его выход тактовых импульсов с выхода генератора 5. Таким образом формируются пачки тактовых импульсов длительностью равной (с некоторой погрешностью) времени пребывания напряжения u(t) над пороговым уровнем U₀.The operation algorithm of block 1 is quite simple and consists in comparing, using an analog comparator 4, the input voltage u(t) with a predetermined threshold level U ₀ , which is selected based on the interference situation on the one hand, and on the other hand, from the requirements for the minimum level of pulses, the amplitude of which should be determined. When the input voltage u(t) exceeds the threshold U ₀ , a high logic level is formed at the output of the comparator 4, which, entering the lower input of the element 2I 6 according to the circuit, allows the passage of clock pulses from the output of the generator 5 to its output. Thus, bursts of clock pulses are formed duration equal (with some error) to the time the voltage u(t) stays above the threshold level U ₀ .

Блок 3 определения моды, являющийся наиболее ответственной частью измерителя, может быть реализован как на универсальных микропроцессорах с программным вычислением моды, так и в виде специализированного вычислителя, который позволит обеспечить измерителю более высокое быстродействие. Одним из таких примеров является блок определения моды, схема которого представлена на фиг. 4. Принцип действия блока предусматривает определение закона распределения исследуемой случайной величины в реальном масштабе времени. То есть эмпирическая характеристика P(U_k) в памяти устройства представляется сразу же после появления последнего отсчета, входящего в интервал наблюдения Т_н. Достигается такое быстродействие за счет совмещенного алгоритма накопления и сортировки данных, суть которого видна ниже из описания работы устройства.Mode determination unit 3, which is the most critical part of the meter, can be implemented both on universal microprocessors with software calculation of the mode, and in the form of a specialized calculator, which will provide the meter with higher performance. One such example is the mode detection unit, the schematic diagram of which is shown in FIG. 4. The principle of operation of the block provides for the definition of the law of distribution of the random variable under study in real time. That is, the empirical characteristic P(U _k ) in the memory of the device is immediately after the appearance of the last reading included in the observation interval T _n . This speed is achieved due to the combined algorithm of data accumulation and sorting, the essence of which is seen below from the description of the device operation.

Через буфер 7 с выхода АЦП 2 в течение интервала Т_н на адресный вход ОЗУ 8 подаются отсчеты исследуемого напряжения u(t). ОЗУ 8 служит для хранения всей информации о текущих измерениях. При этом адресное пространство ОЗУ представляется в виде совокупности значений аргумента U_k дискретной функции Р(U_k), то есть каждому адресу A_k памяти ставится в соответствие свое значение U_k, которое является целым числом. Причем должно выполняться условиеThrough the buffer 7 from the output of the ADC 2 during the interval T _n to the address input of the RAM 8 served readings of the investigated voltage u(t). RAM 8 serves to store all information about current measurements. In this case, the RAM address space is represented as a set of values of the argument U _k of the discrete function P(U _k ), that is, each memory address A _k is assigned its own value U _k , which is an integer. Moreover, the condition

где A_max - максимальное значение адреса ОЗУ.where A _max is the maximum value of the RAM address.

Для запуска устройства на его разрешающий вход Е подают импульс, длительность которого равна интервалу наблюдения Т_н. Разрешающий импульс поступает как на соответствующий вход буфера 7, так и на инвертирующий вход разрешения выхода ОЕ счетчика 12. В результате выход счетчика 12 отключается от единой адресной шины, а выход буфера 7 подключается. Коды U_k, поступающие с выхода буфера 7 на адресный вход А ОЗУ 8, вызывают содержимое соответствующих данному адресу ячеек, которое инкрементируется и вновь записывается по имеющемуся адресу. Происходит указанное в цепочке сумматор 9 - регистр 11 - информационный вход DI ОЗУ 8. Таким образом, если в начальный момент времени ОЗУ 8 было очищено, то по окончании интервала Т_н в его ячейках по каждому конкретному адресу будет содержаться количество появлений значений U_k. При этом указанное количество - величина прямо пропорциональная вероятности Р(U_k).To start the device, its enabling input E is fed a pulse, the duration of which is equal to the observation interval T _n . The enabling pulse is fed both to the corresponding input of the buffer 7 and to the inverting input of the enable output of the OE counter 12. As a result, the output of the counter 12 is disconnected from the single address bus, and the output of the buffer 7 is connected. Codes U _k coming from the output of the buffer 7 to the address input A of the RAM 8 cause the contents of the cells corresponding to this address, which is incremented and re-written to the existing address. The adder 9 indicated in the chain - register 11 - information input DI RAM 8 occurs. Thus, if at the initial time RAM 8 was cleared, then at the end of the interval T _n in its cells at each specific address will contain the number of occurrences of values U _k . In this case, the specified amount is a value directly proportional to the probability P(U _k ).

После того как получены значения cP(U_k) (с - коэффициент пропорциональности), устройство переходит в режим нахождения моды, который характеризуется отключением от адресной шины буфера и подключением счетчика 12. Указанное происходит в связи с прекращением действия импульса на разрешающем входе Е. Нахождение моды U_mod сводится к поиску ячейки ОЗУ 8, в которой зафиксировано наибольшее значение cP(U_k). Адрес ячейки, для которой выполняется условие cP(U_k)=max и будет соответствовать величине U_mod. Перебор адресов A_k осуществляется с частотой задаваемой тактовой последовательностью CLK. При этом указанная частота определяет скорость получения результата. Поиск максимального значения осуществляется путем последовательного инкрементирования содержимого всех ячеек ОЗУ 8 до наступления переполнения сумматора 9. По импульсу переполнения Р данные, находящиеся на адресной шине, в момент переполнения записываются в выходной регистр 10, в котором результат определения моды хранится до получения нового значения.After the cP(U _k ) values are obtained (c is the proportionality factor), the device switches to the mode finding mode, which is characterized by disconnecting the buffer from the address bus and connecting the counter 12. This occurs due to the termination of the pulse at the enable input E. Finding mode U _mod is reduced to the search for the RAM cell 8, in which the largest value of cP(U _k ) is fixed. The address of the cell for which the condition cP(U _k )=max is satisfied and will correspond to the value of U _mod . Enumeration of addresses A _k is carried out with a frequency specified by the clock sequence CLK. In this case, the specified frequency determines the speed of obtaining the result. The search for the maximum value is carried out by successively incrementing the contents of all cells of RAM 8 until the overflow of the adder 9 occurs. Based on the overflow pulse P, the data located on the address bus at the time of overflow is written to the output register 10, in which the result of the mode determination is stored until a new value is obtained.

Для перевода ОЗУ 8 из режима считывания в режим записи и наоборот предусмотрены входы WR/RD и WR1/RD1. На вход WR1/RD1 подают импульс сопровождения с выхода АЦП 2 или импульс подтверждающий наличие на входе буфера 7 новых данных, что необходимо, после прочтения по вызванному адресу операнда и его инкрементирования, для перевода ОЗУ 8 в режим записи инкрементированного значения (в качестве импульсов сопровождения можно использовать поступающие на тактовый вход АЦП импульсы, но задержанные, не менее, чем на время преобразования АЦП). Режим чтения задается уровнем логического нуля на входе записи/чтения ОЗУ. Соответственно логическая единица переводит ОЗУ в режим записи. При этом наличие элемента 14 задержки позволяет до перевода ОЗУ 8 в режим записи сохранить инкрементированные данные в регистре 11. Для управления режимами ОЗУ 8 на этапе поиска максимума импульсы, переключающие режимы ОЗУ 8, подают на вход WR/RD синхронно с тактовыми импульсами CLK.To transfer RAM 8 from read mode to write mode and vice versa, inputs WR/RD and WR1/RD1 are provided. The WR1/RD1 input receives a tracking pulse from the ADC 2 output or a pulse confirming the presence of new data at the buffer 7 input, which is necessary, after reading the operand at the called address and incrementing it, to transfer the RAM 8 to the incremented value recording mode (as tracking pulses you can use the pulses arriving at the clock input of the ADC, but delayed by at least the time of the ADC conversion). The read mode is set by the logic zero level at the RAM write/read input. Accordingly, a logical unit puts the RAM in write mode. At the same time, the presence of the delay element 14 allows, before the transfer of the RAM 8 to the write mode, to store the incremented data in the register 11. To control the modes of the RAM 8 at the stage of searching for the maximum, the pulses that switch the modes of the RAM 8 are fed to the input WR / RD synchronously with the clock pulses CLK.

Для облегчения понимания принципа действия блока определения моды на схеме по фиг. 4 не показаны цепи предварительной очистки ОЗУ 8, что необходимо для корректной работы блока. Предварительное обнуление содержимого всех ячеек ОЗУ 8 необходимо выполнять перед каждым циклом вычислений. Наиболее простой способ - это перебор адресов ОЗУ 8 с установленным на входе DI нулем и включением ОЗУ в режим записи (на входе записи/чтения устанавливают уровень логической единицы). Для установки на входе DI кода нуля достаточно перед началом цикла вычислений обнулить всю последовательную логику блока, в этом случае на выходе регистра 11 установится код нуля, который будет подан на вход DI ОЗУ 8. Цепи обнуления на схеме не показаны, так как обнуление счетчика 12 и регистров 10, 11 является общеизвестной операцией, предусмотренной структурой указанных функциональных единиц. Перебор адресов в этом режиме осуществляют путем подачи на тактовый вход счетчика 12 пачки импульсов, количество которых должно быть не меньше количества адресов ОЗУ 8, а выход буфера 7 при этом должен быть отключен от адресной шины (то есть находиться в состоянии высокого импеданса).In order to facilitate understanding of the operating principle of the mode detection unit, the diagram of FIG. 4 does not show the pre-cleaning circuits of RAM 8, which is necessary for the correct operation of the unit. Preliminary zeroing of the contents of all cells of RAM 8 must be performed before each cycle of calculations. The easiest way is to enumerate the addresses of RAM 8 with zero set at the DI input and turning on the RAM in write mode (the level of a logical unit is set at the write / read input). To set the zero code at the DI input, it is enough to reset the entire sequential logic of the block before the start of the calculation cycle, in this case, the zero code will be set at the output of register 11, which will be fed to the DI input of RAM 8. The reset circuits are not shown in the diagram, since counter 12 is reset to zero and registers 10, 11 is a well-known operation provided by the structure of these functional units. Enumeration of addresses in this mode is carried out by applying to the clock input of the counter 12 a burst of pulses, the number of which must not be less than the number of RAM addresses 8, and the buffer output 7 must be disconnected from the address bus (that is, be in a high impedance state).

Достоинством рассмотренного блока определения моды является его структурная простота. Для накопления и обработки данных, соответствующих группе независимых дифференциальных коридоров, не требуется многоканальность - вся информация, как исходная, так и полученная в процессе обработки, хранится в одном запоминающем устройстве с одним входом и одним выходом. Причем работа ОЗУ как на этапе накопления-сортировки, так и на этапе поиска максимума, происходит по одному алгоритму.The advantage of the considered block for determining the mode is its structural simplicity. For the accumulation and processing of data corresponding to a group of independent differential corridors, multichannel is not required - all information, both initial and obtained during processing, is stored in one storage device with one input and one output. Moreover, the work of the RAM, both at the stage of accumulation-sorting, and at the stage of searching for the maximum, occurs according to one algorithm.

Вторым вариантом способа определения амплитуды импульсов является техническое решение, в котором входное аналоговое напряжение преобразуется в цифровую форму без предварительного его сравнения с пороговым уровнем, но при этом полученные цифровые отсчеты сортируют по уровню путем сравнения с заранее заданным цифровым кодом U_k0. Отсчеты, превышающие заданный уровень U_k0, выделяют и запоминают для дальнейшей обработки с целью нахождения моды. Наглядной иллюстрацией способа является измеритель, функциональная схема которого показана на фиг. 5. Существенным отличием данного устройства от измерителя, показанного на фиг. 2, является цифровой амплитудный дискриминатор 16, включенный между входным АЦП 15 и блоком 17 определения моды. На амплитудный дискриминатор возложены функции сортировки отсчетов по уровню и выдачи на его выход отсчетов уровень которых превышает пороговый. При наличии цифрового амплитудного дискриминатора работа измерителя сводится к преобразованию входного напряжения u(t) в цифровую форму в АЦП 15 и передаче через дискриминатор 16 на вход блока 17 только части отсчетов согласно заданным требованиям по их минимальному уровню. В части функционирования блока 17 определения моды устройство аналогично рассмотренному выше по фиг. 2, т.е. результат определения амплитуды импульсов также снимается с выхода блока 17. Обращая внимание на принцип действия цифрового амплитудного дискриминатора 16, следует отметить, что в регистр 20 заносится цифровой код порогового уровня U_k0, который хранится там в течение всего цикла измерений. С этим кодом при помощи компаратора 19 двоичных кодов сравниваются поступающие на вход дискриминатора отсчеты с выхода АЦП 15, которые параллельно поступают и на вход выходного ключа 21. Через последний текущие отсчеты с выхода АЦП 15 проходят только в том случае, если они превышают уровень U_k0. При выполнении этого условия на выходе компаратора 19 появляется высокий логический уровень, который, поступая на один из входов элемента 2И 23, разрешает прохождение на его выход тактовых импульсов, присутствующих на другом его входе. Таким образом на разрешающем входе ключа 21 появляется импульс, разрешающий прохождение отсчета, передаваемого далее на вход блока 17. Элемент 22 задержки необходим для корректного управления ключом 21: прохождение информации через ключ 21 должна происходить по окончании завершения переходных процессов, связанных со сменой входных кодов, в связи с чем тактовые импульсы с выхода генератора 18 должны подаваться на разрешающий вход ключа 21 с задержкой, определяемой быстродействием АЦП 15 и компаратора 19, то есть указанная задержка должна превышать суммарное время преобразования АЦП и задержки компаратора.The second variant of the method for determining the amplitude of the pulses is a technical solution in which the input analog voltage is converted into digital form without first comparing it with the threshold level, but the resulting digital readings are sorted by level by comparing with a predetermined digital code U _k0 . Samples exceeding a given level U _k0 are isolated and stored for further processing in order to find the mode. A clear illustration of the method is a meter, the functional diagram of which is shown in Fig. 5. The essential difference between this device and the meter shown in FIG. 2 is a digital amplitude discriminator 16 connected between the input ADC 15 and the mode detection unit 17. The amplitude discriminator is entrusted with the functions of sorting samples by level and issuing samples to its output, the level of which exceeds the threshold. In the presence of a digital amplitude discriminator, the operation of the meter is reduced to converting the input voltage u(t) into digital form in the ADC 15 and transmitting through the discriminator 16 to the input of block 17 only part of the readings according to the specified requirements for their minimum level. In terms of operation of the mode detection unit 17, the device is similar to that discussed above in FIG. 2, i.e. the result of determining the amplitude of the pulses is also taken from the output of block 17. Paying attention to the principle of operation of the digital amplitude discriminator 16, it should be noted that the digital code of the threshold level U _k0 is entered into the register 20, which is stored there during the entire measurement cycle. With this code, using a binary comparator 19, the samples from the ADC 15 output at the input of the discriminator are compared, which are simultaneously fed to the input of the output key 21. The current samples from the output of the ADC 15 pass through the latter only if they exceed the level U _k0 . When this condition is met, a high logic level appears at the output of the comparator 19, which, acting on one of the inputs of the element 2I 23, allows the passage of clock pulses present at its other input to its output. Thus, a pulse appears at the enable input of the key 21, allowing the passage of the count transmitted further to the input of the block 17. The delay element 22 is necessary for the correct control of the key 21: the passage of information through the key 21 must occur at the end of the completion of the transients associated with the change of input codes, in connection with this, the clock pulses from the output of the generator 18 must be applied to the enable input of the key 21 with a delay determined by the speed of the ADC 15 and the comparator 19, that is, the specified delay must exceed the total conversion time of the ADC and the delay of the comparator.

При относительно небольшом диапазоне значений входного сигнала вместо амплитудного дискриминатора в измерителе амплитуды импульсов может быть применен нелинейный преобразователь, представляющий собой преобразователь кодов, который преобразует входной код U_k в выходной U_kвых согласно правилу:With a relatively small range of input signal values, instead of the amplitude discriminator in the pulse amplitude meter, a nonlinear converter can be used, which is a code converter that converts the input code U _k to the output U _kout according to the rule:

Подобный преобразователь кодов может быть реализован аппаратно-табличным методом на основе ПЗУ, в котором адресный вход будет играть роль информационного входа преобразователя, а выход ПЗУ - выхода преобразователя. Функциональная схема измерителя с нелинейный преобразователем показана на фиг. 6. Работа измерителя аналогична работе измерителя, представленного на предыдущей схеме, за тем отличием, что функции амплитудного дискриминатора выполняет нелинейный преобразователь 25 кодов, устанавливающий функциональную связь между входными U_k и выходными U_kвых отсчетами. Причем под выходными отсчетами понимаются отсчеты, поступающие на вход блока 26 определения моды. Элемент 28 задержки в настоящем устройстве необходим для задержки тактовых импульсов, синхронизирующих работу блока 26. В данном случае это импульсы сопровождения данных, которые подают на вход WR1/RD1 блока определения моды, если его реализовать по схеме, показанной на фиг. 4. Вносимая элементом 28 задержка должна быть достаточна для завершения процессов, связанных со сменой кодов в АЦП 24 и преобразователе 25.Such a code converter can be implemented by a ROM-based hardware-table method, in which the address input will play the role of the information input of the converter, and the ROM output will play the role of the converter output. A functional diagram of a meter with a non-linear converter is shown in Fig. 6. The operation of the meter is similar to the operation of the meter shown in the previous diagram, with the difference that the functions of the amplitude discriminator are performed by a non-linear code converter 25, which establishes a functional relationship between the input U _k and output U _kout samples. And under the output samples refers to the samples received at the input of block 26 for determining the mode. The delay element 28 in the present device is necessary to delay the clock pulses that synchronize the operation of block 26. In this case, these are data tracking pulses that are applied to the WR1/RD1 input of the mode determination block, if implemented according to the circuit shown in FIG. 4. The delay introduced by element 28 should be sufficient to complete the processes associated with changing codes in ADC 24 and converter 25.

Этапы выделения импульсов или сортировки отсчетов можно исключить из алгоритмов работы измерителей, если не требуется принятия мер по защите от помех сопровождающих исследуемые импульсы или если не устанавливаются ограничения на объем выборки, направляемой на обработку в блок определения моды. В этих случаях измеритель может быть реализован по упрощенной функциональной схеме, представленной на фиг. 7, в которой АЦП 29 и блок 30 выполняют те же функции, что и аналогичные блоки в вышеприведенных схемах. Элемент 32 задержки должен вносить задержку, несколько превышающую время преобразования АЦП 29. Касаясь упрощенной схемы, следует отметить, что в принципе операцию сортировки отсчетов можно возложить на блок определения моды, который в этом случае будет иметь расширенные функции. Такой блок может быть выполнен на основе универсального микропроцессора с реализацией сугубо программным путем возложенных на него функций по вычислению моды и сортировки (отбраковки, фильтрации) накопленных отсчетов. Решение о том, каким образом должен быть построен блок определения моды, а равно как и измеритель в целом, должно приниматься, прежде всего, на основе тех требований, которые к нему предъявляются с учетом возможностей современной элементной базы.The stages of extracting pulses or sorting samples can be excluded from the algorithms of the meters, if no measures are required to protect against interference accompanying the studied pulses or if there are no restrictions on the size of the sample sent for processing to the mode determination unit. In these cases, the meter can be implemented according to the simplified functional diagram shown in Fig. 7, in which the ADC 29 and block 30 perform the same functions as similar blocks in the above diagrams. The delay element 32 should introduce a delay somewhat greater than the conversion time of the ADC 29. Regarding the simplified scheme, it should be noted that, in principle, the operation of sorting samples can be assigned to the mode determination unit, which in this case will have extended functions. Such a block can be made on the basis of a universal microprocessor with the implementation of purely programmatically assigned functions for calculating the mode and sorting (rejection, filtering) of the accumulated samples. The decision on how the mode determination unit should be built, as well as the meter as a whole, should be made, first of all, on the basis of the requirements that are imposed on it, taking into account the capabilities of the modern element base.

Claims

1. A method for determining the amplitude of pulses, including converting an analog input voltage into digital form, characterized in that pulses are extracted from the incoming input voltage, which are converted into digital form by sampling and quantization, digital voltage readings are stored, and then the mode obtained by the above is found by sampling, the value of which is an estimate of the amplitude of the pulses.

2. The method according to claim 1, characterized in that when the mode is found, differential voltage corridors are formed and the voltage readings falling into each of these corridors are assigned one level, which is determined by the number of the differential corridor.

3. The method according to claim 1, characterized in that when converting the input voltage to digital form, the number of quantization levels is determined based on the specified number of differential corridors used to find the mode.

4. The method according to p. 1, characterized in that the mode of readings is found during the action of one pulse.

5. The method according to p. 1, characterized in that the mode of readings is found during the action of a continuous sequence of pulses.

6. A pulse amplitude meter implementing the method according to claim 1, containing an analog-to-digital converter, characterized in that it includes a pulse extraction unit and a mode determination unit, the output of which is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the clock input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the pulse extraction unit, the input of which is combined with the signal input of the analog-to-digital converter.

7. The meter according to claim 6, characterized in that the pulse extraction unit consists of an analog comparator, a clock generator and a 2I logic element, the output of which is the output of the block, the input of which is the signal input of the comparator, the reference input of which serves as the input for setting the pulse detection level , the output of the comparator is connected to the first input of the 2I element, the second input of which is connected to the output of the clock pulse generator.

8. A method for determining the amplitude of the pulses, which includes converting the analog input voltage into digital form, characterized in that a threshold level is set that determines the lower limit of the measured pulse amplitudes, the samples obtained as a result of the conversion are sorted by level, the digital samples exceeding the specified threshold level are stored , after which the mode obtained by the above way of readings is found, the value of which is an estimate of the amplitude of the pulses.

9. The method according to claim 8, characterized in that when the mode is found, differential voltage corridors are formed and the voltage readings falling into each of these corridors are assigned one level, which is determined by the number of the differential corridor.

10. The method according to claim 8, characterized in that when converting the input voltage to digital form, the number of quantization levels is determined based on a given number of differential corridors used to find the mode.

11. The method according to p. 8, characterized in that the mode of readings is found during the action of one pulse.

12. The method according to p. 8, characterized in that the mode of readings is found during the action of a continuous sequence of pulses.

13. A pulse amplitude meter implementing the method according to claim 8, containing an analog-to-digital converter and a clock pulse generator, characterized in that an amplitude discriminator and a mode determination unit are introduced into it, the output of the mode determination unit is the output of the meter, the input of which is the signal input analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the amplitude discriminator, the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the clock input of the amplitude discriminator is combined with the clock input of the analog-to-digital converter and is connected to the output of the clock pulse generator.

14. The meter according to claim 13, characterized in that the amplitude discriminator consists of a digital comparator, a register, an output key, a delay element and a 2I element, the input of the discriminator is the first input of the digital comparator, the second input of which is connected to the output of the first register, the information input of the key connected to the input of the discriminator, the output of which is the output of the key, the enabling input of which is connected to the output of the 2I element, the first input of which is connected to the output of the digital comparator, and the second input is connected to the output of the delay element, the input of which is the clock input of the discriminator.

15. A pulse amplitude meter implementing the method according to claim 8, containing an analog-to-digital converter and a clock pulse generator, characterized in that a nonlinear code converter, a mode determination unit, a clock pulse generator and a delay element are introduced into it, the output of the mode determination unit is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the non-linear code converter, the output of which is connected to the input of the mode determination unit, the control input of which is connected through the delay element to the output of the clock pulse generator, to which the analog clock input is connected -digital converter.

16. The meter according to claim 15, characterized in that the non-linear code converter is made in the form of a read-only memory device, the address input of which performs the functions of the information input of the converter, the output of which is the output of the read-only memory device.

17. A pulse amplitude meter containing an analog-to-digital converter and a clock pulse generator, characterized in that a mode determination unit and a delay element are introduced into it, the output of the mode determination unit is the output of the meter, the input of which is the signal input of the analog-to-digital converter, the output of which connected to the input of the mode determination unit, the control input of which is connected through the delay element to the output of the clock pulse generator, to which the clock input of the analog-to-digital converter is connected.