СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR DETERMINING THE AMPLITUDE OF PULSES AND A METER IMPLEMENTING IT (OPTIONS)

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.
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.
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.
Недостатком прототипа является относительно низкая точность измерений при работе с реальными импульсами.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит, главным образом, в повышении точности измерений.
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.
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.
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.
Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, что моду отсчетов находят за время действия одного импульса.
Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе определения амплитуды импульсов, согласно изобретению, что моду отсчетов находят за время действия непрерывной последовательности импульсов.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.
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.
max
Временные диаграммы по фиг. 1 содержат пример трех последовательностей импульсов, отличающихся максимальным значениями U, длительностью и характером передних фронтов.
REF
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 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.
max
0
10
k
k
mod
Графики по фиг. 3 содержат в виде штриховой линии импульс с максимальным значением U, отсчеты указанного импульса, лежащие в области разбитой на дифференциальные коридоры шириной ΔU, перекрывающие диапазон напряжений от U до U, а также соответствующий представленным отсчетам график P(U) эмпирического распределения значений U с выделением моды U исследуемых отсчетов.
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.
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.
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.
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.
max
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, а именно плоскую часть импульса, положение которой по оси напряжений u(t) и должно определять его амплитуду.
mod
0
0
mod
k
mod
mod
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, 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 U. 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 U. 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, появляющегося с наибольшей вероятностью. В нижней части фиг. 3 показано эмпирическое распределение отсчетов напряжения U (k=0, 1, 2, … 10) для случая десяти дифференциальных коридоров шириной AU, на котором четко видно максимальное значение вероятности P(U), соответствующее напряжению U, характеризующему плоскую часть исследуемого импульса.
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 формуле
где ent - знак целой части.
Соответственно количество уровней анализа будет на единицу больше
k
k
mod
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), 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 при таком подходе равна ΔU и не зависит от объема выборки. Разумеется, погрешность вычисления моды U снижается с уменьшением ширины дифференциального коридора, причем, как несложно видеть, относительная погрешность
mod
REF
с увеличением значения моды U также уменьшается. Ширина дифференциального коридора при использовании АЦП задается изменением опорного напряжения U и в общем случае при известной разрядности r АЦП может быть вычислена из следующего отношения
mod
Другой составляющей общей погрешности вычисления моды U 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.
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.
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 формуле
где I - количество импульсов;
i
τ - длительность i-го импульса.
0
Причем в приведенной формуле под длительностью х/ понимается длительность импульса на уровне U.
0
0
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 U, 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 U 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 U.
k
н
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) в памяти устройства представляется сразу же после появления последнего отсчета, входящего в интервал наблюдения Т. Достигается такое быстродействие за счет совмещенного алгоритма накопления и сортировки данных, суть которого видна ниже из описания работы устройства.
н
k
k
k
k
Через буфер 7 с выхода АЦП 2 в течение интервала Т 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 дискретной функции Р(U), то есть каждому адресу A памяти ставится в соответствие свое значение U, которое является целым числом. Причем должно выполняться условие
max
где A - максимальное значение адреса ОЗУ.
н
k
н
k
k
Для запуска устройства на его разрешающий вход Е подают импульс, длительность которого равна интервалу наблюдения Т. 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, 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 в его ячейках по каждому конкретному адресу будет содержаться количество появлений значений U. При этом указанное количество - величина прямо пропорциональная вероятности Р(U).
k
mod
k
k
mod
k
После того как получены значения cP(U) (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 сводится к поиску ячейки ОЗУ 8, в которой зафиксировано наибольшее значение cP(U). Адрес ячейки, для которой выполняется условие cP(U)=max и будет соответствовать величине U. Перебор адресов A 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.
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.
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).
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.
k0
k0
k0
k0
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. Отсчеты, превышающие заданный уровень U, 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, 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. 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.
k
kвых
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 в выходной U согласно правилу:
k
kвых
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 и выходными U 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.
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.