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:

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

%

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

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