Реферат: Измеритель отношения сигнал/шум ТВ канала
где к=1....n.
С выхода квадратора
число-импульсный код подается на вход буферного счетчика 17 блока дешифраторов.
Счетчик 17 выполняет две операции: суммирование за цикл измерения (накопление)
кода квадратов разностей N и деление накопленного числа импульсов на n, т.е. на
выходе счетчика образуются импульсы, число которых за весь цикл измерения N
определяется в соответствии с выражением
.
Логарифмирование
числа N в соответствии с алгоритмом производится блоком дешифраторов, а затем
дешифрированный код выводится на индикатор. Не пригодность прибора ИСШ-4
заключается в его недостаточной точности, неэкономичности и сложности
схемотехники, что затрудняет техническое обслуживание и ремонт.
5. Обоснование выбора
структурной схемы модуля измерения ОСШ.
Так как метод
измерения в разрабатываемом приборе будет такой же как в приборе ИСШ-4, то
принципиально схема не изменяется. Структурная схема модуля измерения ОСШ
изображена на рисунке 5.1.
Для обеспечения
точости обработки сигнала и требований предъявляемых в ТЗ к входным параметрам
разрабатываемого прибора входной сигнал подается на элемент структурной схемы -
входной усилитель. Задачей которую должен решить этот блок является усиление
входного сигнала и его отбор для дальнейшей обработки по выделению
синхросигналов, а также обеспечение соответствия входного сопротивления и
емкости данным указанным в ТЗ.
Для обеспечения
работы всей схемы обработки алгоритма 3.5 вводится блок выделения
синхросигналов. Блок выполняет задачу синхронизации всего процесса измерения
либо с внешним источником синхронизации либо внутренне от импульсов
синхронизации кадров и строчных синхроимпульсов входящих в состав полного
видеосигнала. В функции этого блока входит также вывод на внешнее
видеоконтрольное устройство (ВКУ) яркостной метки, указывающей место растра,
где происходит измерение величины ОСШ. Выходными сигналами блока является
синхроимпульс строки в которой производится измерение величины ОСШ и
синхроимпульс по которому производится стробирование сигнала.
После блока входного
усилителя полный видеосигнал попадает на первый коммутатор, задачей которого
является выделение из полного видеосигнала сигнала строки в которой
производится измерение.
Затем сигнал
выделенной строки подается на устройство линейного сравнения и компенсации
(УЛСК) которое производит нормировку в соответствии с формулой 3.2 и
компенсацию величины Во в составе сигнала выделенной строки.
После этого сигнал
подается на второй коммутатор, который должен произвести стробирование при
поступлении синхронизирующего импульса от блока выделения синхро-сигналов.
Выходной величиной блока является Uk.
Для обеспечения
дальнейшей обработки выборок шума, которая является уже чисто
математически-статистической, производится преобразование аналог-код. Для этого
вводится блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) результатом работы
которого является код соответствующий Uk - Nk .
В дальнейшем Nk
подается на блок цифровой обработки и управления (БЦОиУ). Функциями блока
является накопление массива Nk, вычисление ОСШ по формуле 3.5 по
совокупности выборок Nk, управление УЛСК , выдача результата
измерения на отображающее устройство.
И последним блоком
структурной схемы является устройство отображения результата измерения (УОРИ).
6. Предварительный
анализ погрешностей.
Упрощенная
структурная схема модуля измерения ОСШ для предварительного анализа
погрешностей имеет вид:
где, |
1 - |
входной
усилитель |
|
2 - |
коммутатор
1 |
|
3 - |
УЛСК |
|
4 - |
коммутатор
2 |
|
5 - |
АЦП |
|
6 - |
цифровой
блок и блок индикации |
|
|
аддитивные
приведенные погрешности i - го блока. |
Структурная схема
является разомкнутой.
Уравнение
преобразования для приведенной выше схемы имеет вид:
где К1 - К6
коэффициенты преобразования соответствующих блоков.
Таким образом суммарная мультипликативная
погрешность прибора равна:
где коэффициенты
влияния соответствующего блока на погрешность в целом.
Определим
коэффициенты влияния первого блока на
мультипликативную погрешность
Аналогично .
Для мультипликативных
погрешностей
Суммарная
систематическая погрешность
Суммарная случайная
погрешность (предварительно предположив нормальный закон распределения
погрешностей блоков):
, где
- среднеквадратическое
отклонение случайной состав-ляющей мультипликативной погрешности i - блока.
- коэффициент,
учитывающий вид закона распределения и доверительную вероятность (Р=0,997;
k=3).
По требованию ТЗ
предел относительной допускаемой основной погрешности
%
где, |
- нормирующее
значение ОСШ
|
|
- результат
измерения ОСШ.
|
Общая допустимая
мультипликативная погрешность
Распределим
мультипликативную составляющую погрешности таким образом:
Тогда
мультипликативная составляющая систематической погрешности между блоками схемы
распределена следующим образом:
Для аддитивной
погрешности: (Uвх=0)
где - аддитивная
погрешность, действующая на вход i - го блока.
Приведенная ко входу
устройства аддитивная погрешность:
Относительная
приведенная ко входу аддитивная погрешность:
Номинальные
коэффициенты предачи блоков 2,4,5,6 равны 1.
Тогда уравнение для
аддитивной погрешности упрощается:
Основное влияние на
общую аддитивную погрешность вносят так как в первом блоке происходит
умножение на К1. Следовательно, основное внимание необходимо уделить
уменьшению этой погрешности.
При номинальном
значении Uвх (т.е. при К3=1 )
где аддитивная погрешность i
- го блока.
Случайную
составляющюю аддитивной погрешности, предположив ее нормальный закон
распределения можно найти как:
.
Суммарная
относительная аддитивная погрешность по ТЗ не должна превышать 1%.
Распределим эту
погрешность следующим образом:
(определяется шумами и квантования)
(определяется
напряжением смещения операцион-ных усилителей и т.п.).
Оцениваю вносимую
индикатором результата измерения. По требованиям ТЗ индикатор должен быть
трехразрядным и цена разряда равняется 0,1 dB. Следовательно индикатор будет
вно-сить погрешность квантования индикации результата измерения равную 0,25%.
На основании
предположений о законе распределения погрешности оцениваю необходимую
разрядность АЦП
Деление на 1,5
необходимо для того, чтобы остался запас по погрешности для остальных блоков и
других составляющих.
Разрядность АЦП равна
Итак, необходимая
разрядность АЦП - 10 разрядов.
На остальные
случайные составляющие аддитивной погрешности приходиться
То есть необходимо,
чтобы выполнялось условие
Оценим допустимый
уровень паразитных шумов (максимальное значение)на входе коммутаторов:
при Uвх ном
=12В
.
Исходя из этих
данных, можно выбрать элементарную базу (коммутаторы и операционные
усилители).
Для систематической
составляющей аддитивной погрешности:
Так как первый блок
работает с малым входным сигналом, то
Оценим требования к
напряжению смещения нуля опера-ционных усилителей (при Uвх ном =12
В)
во всем температурном
диапазоне.
Аналогично
определяется максимально допустимое остаточное напряжение на электронных ключах
коммутатора:
7. Разработка
функциональной схемы модуля измерения ОСШ.
Функциональная схема
разрабатываемого модуля измерения ОСШ будет содержать многие общие с прибором
ИСШ-4 детали, но ввиду изменения принципа обработки сигнала есть необходимость
полностью пересмотреть функциональную схему измерительной части.
До какой-либо
обработки видеосигнала предусматривается усиление его величины. Это необходимо
для того, чтобы дальнейшая обработка производилась с сигналом достаточно
большого уровня, что обеспечит большую точность при преобразовании сигнала
другими блоками. Для этого на входе схемы установлен предварительный усилитель
с фиксированным коэффициентом усиления. Затем сигнал поступает на блок
выделения синхросигналов и на устройство линейного сравнения и компенсации
(УДСК). Блок УЛСК состоит из дифференциального усилителя, компаратора
напряжения (КН), меры, генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН),
устройства выборки и хранения (УВХ). Все эти элементы предназначены выполнить
задачу приравнивания величины видеосигнала к постоянной величине Во.
На этом этапе ведется обработка уже не полного видео сигнала, а только сигнала
строки в которой производится измерение ОСШ. Поэтому перед входом
дифференциального усилителя включается ключ, управляемый от блока выделения
синхросигналов и открытый только на время прохождения сигнала строки в которой
измеряется ОСШ. Автоматическое регулирование уровня сигнала строки происходит
таким образом: в начальном состоянии ГЛИН сброшен в ноль и на один вход
дифференциального усилителя приходит ноль. Выход усилителя подключен ко входу
компаратора напряжения, который сравнивает полученный сигнал с постоянной
величиной Во. Cигнал несущий информацию сравнения управляет ГЛИНом.
В тот момент когда сигнал строки станет равным Во, сигнал управления
с компаратора пропадет и величина напряжения на выходе ГЛИНа будет храниться в
УВХ до конца цикла измерения. Таким образом пронормированный сигнал поступает в
измерительный блок. Измерительный блок состоит из аналого-цифрового
преобразователя (АЦП), генератора опорного напряжения и генератора тактовых
импульсов. Также для реализации стробоскопического метода перед АЦП стоит ключ
управляемый от схемы перемещения по строке блока выделения синхросигналов.
После преобразования аналог-код информация о сигнале поступает в блок цифровой
обработки сигнала состоящий из регистра хранения данных, арифметико-логического
устройства (АЛУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного
запоминающего устройства (ОЗУ). В этом блоке происходит реализация алгоритма
(3.5) и вычисление результата измерения, который в дальнейшем выводиться на
отображающее устройство.
Функциональная схема
модуля измерения ОСШ изображена на рисунке 7.1.
8.Разработка
принципиальной схемы измерительного блока модуля измерения ОСШ.
Входной усилитель
состоит из усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, который необходим
для предва-рительного усиления полного видеосигнала. Такая необходимость
обусловлена точностными требованиями, которые в дальнейшем будут предъявлены
системе АРУ.
Этот усилитель
состоит из прецезионного усилителя, собранного на операционном усилителе (ОУ).
Для построения выбрана интегральная микросхема (ИМС) КР140УД1101, которая
отвечает требованиям, предъявляемым к этому усилителю в связи с необходимостью
работы в частотном диапазоне видеосигнала. ИМС КР140УД1101 представляет собой
быстро-действующий операционный усилитель, имеющий повышенную скорость
нарастания выходного напряжения (50В/мксек.) и малое время установления.
Коэффициент усиления выбран равным 15. Это связано с необходимостью достичь на
выходе усилителя амплитуды сигнала близко 12В. Так как стандартный уровень
белого в видеосигнале равен 0,7В, коэффициент усиления равен .Принципиальная
схема входного усилителя изображена на рисунке 8.1.
Рисунок 8.1.
Схема включения ОУ
представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным
отношению
.
Исходя из R1=15Ком.
Ком.
Сопротивление R3
выбрано исходя из требования ТЗ о входном сопротивлении прибора.
Усиленный до
необходимой величины сигнал подается на коммутатор, функция которого
заключается в выделении из сигнала только части, которая несет в себе
информацию строки в которой производится измерение ОСШ. В качестве такого ключа
используется ключ на МДП-транзисторах с индуцированным затвором р-типа, который
входит в состав микросхемы К547КП1А. Ключ управляется блоком выделения строки.
После коммутатора
сигнал выделенной строки подается на схему устройства линейного сравнения и
компенсации (УЛСК).
Принципиальная
схема УЛСК изображена на рисунке 8.2.
УЛСК состоит из
дифференциального усилителя на ОУ DA2, в качестве которой также используется ИМС
КР140УД1101, компаратора напряжения, источника напряжения Во,
интегратора и устройства выборки и хранения.
Сигнал выделенной
строки пройдя через дифференциальный усилитель подается на компаратор
напряжения, в качестве которого используется ИМС К521СА4 (DA3). Компаратор
срав-нивает значение сигнала с опорным напряжением, которое соответствует Во.
В данном случае величина опорного напряжения выбрана равной 12В. Наличие
опорного напряжения обеспечивает ИМС КР140УД17Б (DA4) на которой собран
высоко-стабильный источник опорного напряжения.
В случае если
величина сигнала выделенной строки меньше Во компаратор вырабатывает
сигнал, который запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)
который собран на ИМС КР140УД22 (DA5). Величину выходного напряжения ГЛИНа
хранит устройство выборки и хранения на ИМС КР140УД1208 (DA6). Это напряжение
поступает на один из дифференциальных входов ИМС DA2. Величина выходного
напряжения на выходе DA2 равна
|
(8.1) |
где, |
- напряжение
поступаемое с ГЛИНа;
|
|
- напряжение на
входе блока УЛСК.
|
Так как напряжение Uару
возрастает, возрастает и выходное напряжение и наступит момент, когда
напряжения на входах уравняются и тогда устройство выборки и хранения
зафиксирует величину напряжения до конца цикла измерения.
Для того чтобы во
время когда сигнал выделенной строки отсутствует ГЛИН не работал,
предусмотрена блокировка выходов компаратора сигналом с блока выделения строки.
Величина резисторов
R5,R6,R7,R8, которые влияют на коэф-фициент усиления дифференциального
усилителя выбраны таковыми, что при величине Uвх=12В коэффициент усиления
диф-ференциального усилителя равен 1.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
|