FR2670016A1 - Noise measuring device - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a noise-measuring device. It comprises a ramp voltage generator (22), a circuit (20) for superimposing a ramp voltage (R) on the noisy signal (S+B), an analogue-to-digital converter (32, 42) for converting successive samples of the sum of the noisy signal (S+B) and the ramp (R) into corresponding numerical values (Mn), and processing circuits (48, 50, 52) for calculating the noise (Bn) corresponding to each numerical value (Mn) from the said numerical value, from the value of the said signal (S) and from the value of the said ramp (R) and from the said value (Mn).

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE BRUIT
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure du bruit dans un signal électrique.
NOISE MEASURING DEVICE
The present invention relates to a device for measuring noise in an electrical signal.

De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de mesure de bruit dans un signal bruité dans le cas où l'amplitude du bruit est très réduite par rapport à celle du signal de base. More specifically, the invention relates to a device for measuring noise in a noisy signal in the case where the amplitude of the noise is very reduced compared to that of the basic signal.

De telles mesures se rencontrent notamment dans le cadre de la mesure et du contrôle des paramètres de transmission de supports de transmission de signaux vidéo tels que des câbles. En effet, pour de telles installations, un des tests de qualité consiste à mesure le rapport signal/bruit, le signal "pur" étant fourni par une ligne spécifique de tests et son amplitude est, au départ, parfaitement définie et constante. Such measurements are encountered in particular within the framework of the measurement and control of the transmission parameters of video signal transmission media such as cables. Indeed, for such installations, one of the quality tests consists in measuring the signal / noise ratio, the "pure" signal being supplied by a specific line of tests and its amplitude is, at the start, perfectly defined and constant.

Le dispositif de mesure fait bien entendu intervenir un convertisseur analogique numérique dont le pas de mesure est supérieur à un bruit correspondant à -75 dB. Or, pour effectuer le test de transmission du signal vidéo, il est nécessaire de pouvoir mesurer des bruits qui sont compris entre -30 et -75 dB. Il est donc impossible de faire une mesure directe du bruit à l'aide de tels convertisseurs analogiques numériques. The measurement device naturally involves an analog-to-digital converter whose measurement pitch is greater than a noise corresponding to -75 dB. However, to carry out the video signal transmission test, it is necessary to be able to measure noises which are between -30 and -75 dB. It is therefore impossible to make a direct measurement of noise using such analog digital converters.

Pour résoudre ce problème, une solution consisterait à amplifier le signal bruité avant de l'appliquer au convertisseur. To solve this problem, a solution would consist in amplifying the noisy signal before applying it to the converter.

Une telle solution n'est pas possible car l'amplitude du signal de test pur est trop importante par rapport à liamplitude du bruit à mesurer, ce qui fait qu'en utilisant un coefficient d'amplification correct pour le bruit, le signal global sortirait de la plage de mesure du convertisseur. Une autre solution consisterait, avant d'effectuer l'amplification, à réduire au préalable l'amplitude du signal pur constant. Cette opération est délicate car d'une installation à l'autre la valeur du signal continu de test peut varier.Such a solution is not possible because the amplitude of the pure test signal is too large compared to the amplitude of the noise to be measured, so that by using a correct amplification coefficient for the noise, the overall signal would come out of the measuring range of the converter. Another solution would consist, before carrying out the amplification, of reducing beforehand the amplitude of the constant pure signal. This operation is delicate because from one installation to another the value of the continuous test signal can vary.

Pour remédier à ces inconvénients, un objet de l'invention est de fournir un dispositif de mesure de bruit utilisant un convertisseur analogique numérique du type décrit ci-dessus mais qui permette d'obtenir une mesure du bruit d'amplitude réduite sans nécessiter une amplification préalable du signal ou une réduction de la tension continue du signal. To overcome these drawbacks, an object of the invention is to provide a noise measurement device using an analog-to-digital converter of the type described above but which makes it possible to obtain a noise measurement of reduced amplitude without requiring amplification. signal or a reduction in the DC signal voltage.

Pour atteindre ce but, le dispositif de mesure de bruit d'un signal bruité se caractérise en ce qu'il comprend
- des moyens pour élaborer une rampe de tension pendant une durée T
- des moyens pour superposer au signal bruité ladite rampe de tension
- des moyens de conversion analogiques numériques pour convertir des échantillons successifs de la somme du signal bruité et de ladite rampe de tension en des valeurs numériques correspondantes Mn; et
- des moyens de traitement pour calculer le bruit B n correspondant à chaque valeur numérique M n à partir de ladite valeur numérique M n de la valeur du signal S et de la valeur de ladite rampe R.
To achieve this goal, the device for measuring the noise of a noisy signal is characterized in that it comprises
- means for developing a voltage ramp for a duration T
means for superimposing said voltage ramp on the noisy signal
- digital analog conversion means for converting successive samples of the sum of the noisy signal and of said voltage ramp into corresponding digital values Mn; and
processing means for calculating the noise B n corresponding to each digital value M n from said digital value M n from the value of the signal S and the value of said ramp R.

De préférence, le dispositif de mesure selon l'invention permet de mesurer le rapport signal/bruit dudit signal bruité et pour ce faire il se caractérise en ce que les moyens de traitement comprennent en outre des moyens pour calculer la valeur quadratique du bruit B à partir des valeurs de bruit B n correspondant à chaque échantillon et des moyens pour effectuer le quotient par la valeur quadratique moyenne du bruit B de la valeur du signal S. Preferably, the measuring device according to the invention makes it possible to measure the signal / noise ratio of said noisy signal and to do this it is characterized in that the processing means further comprise means for calculating the quadratic value of the noise B to starting from the noise values B n corresponding to each sample and from the means for carrying out the quotient by the mean square value of the noise B of the value of the signal S.

De préférence, la valeur de la pente de la rampe R est calculée à partir des valeurs numériques M n correspondant aux échantillons et on calcule à partir de cette pente les valeurs d'amplitude de la rampe R n correspondant à chacun des échantillons. Preferably, the value of the slope of the ramp R is calculated from the digital values M n corresponding to the samples and the amplitude values of the ramp R n corresponding to each of the samples are calculated from this slope.

Selon ce mode particulier de mise en oeuvre, on comprend que l'on s'affranchit ainsi des erreurs de mesure qui pourraient naître de la différence entre une valeur de pente de rampe théorique et la valeur de la pente de la rampe effectivement fournie par le générateur de tampe de tension. According to this particular mode of implementation, it is understood that one thus overcomes measurement errors which could arise from the difference between a theoretical slope slope value and the value of the slope of the ramp actually provided by the voltage buffer generator.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est un schéma montrant l'ensemble du dispositif de mesure du rapport signal/bruit ; et
- les figures 2a, 2b et 2c sont des diagrammes des temps de tension apparaissant respectivement aux points A, B et C du circuit de la figure 1.
Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of several embodiments of the invention given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a diagram showing the entire device for measuring the signal / noise ratio; and
- Figures 2a, 2b and 2c are diagrams of the voltage times appearing respectively at points A, B and C of the circuit of Figure 1.

En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire le dispositif de mesure du rapport signal/bruit selon l'invention. Referring first to Figure 1, we will describe the device for measuring the signal / noise ratio according to the invention.

Le dispositif comprend une borne d'entrée 10 qui reçoit le signal bruité de la ligne de test dont on veut mesurer le rapport signal/bruit. La borne 10 est reliée à une borne d'entrée 12 d'un commutateur 14 dont le point milieu 16 est relié à l'entrée 18 d'un circuit sommateur 20. En d'autres termes, lorsque le commutateur 14 est dans la position représentée en traits pleins sur la figure 1, l'entrée 18 du sommateur 20 revoit le signal bruité S+B. Le dispositif de mesure comprend également un générateur 22 de rampe de tension R dont la sortie 24 est reliée à la deuxième borne d'entrée 26 du circuit sommateur 20. Le générateur de rampe 22 délivre des rampes de tension R de durée T et d'amplitude maximale
A. Ces rampes de tension sont représentées sur la figure 2a.
The device comprises an input terminal 10 which receives the noisy signal from the test line whose signal / noise ratio is to be measured. Terminal 10 is connected to an input terminal 12 of a switch 14 whose midpoint 16 is connected to the input 18 of a summing circuit 20. In other words, when the switch 14 is in the position shown in solid lines in FIG. 1, the input 18 of the adder 20 reviews the noisy signal S + B. The measuring device also includes a generator 22 of voltage ramp R whose output 24 is connected to the second input terminal 26 of the summing circuit 20. The ramp generator 22 delivers voltage ramps R of duration T and d maximum amplitude
A. These voltage ramps are shown in Figure 2a.

La sortie 28 du sommateur 20 délivre un signal N qui est égal à la somme du signal bruité S+B et des rampes successives de tension R. La sortie 28 du circuit sommateur 20 est reliée à l'entrée d'un circuit échantillonneur 32. L'entrée de commande 34 du circuit échantillonneur 32 est reliée à la sortie 36 d'un circuit séquenceur 38. La sortie 36 du circuit séquenceur 38 délivre des impulsions de période t définissant les instants d'échantillonnage t. appliqués à son entrée 30. Les échantillons N n du signal N sont appliqués à l'entrée 40 d'un convertisseur analogique numérique 42 dont l'entrée de commande 44 est reliée à la sortie 30 du circuit séquenceur 38.Les sorties numériques 46j du convertisseur analogique numérique 42 sont reliées aux entrées d'un dispositif de traitement essentiellement constitué par un microprocesseur de type connu 48 associé à une mémoire vive de données 50 et à une mémoire de programme 52. Une sortie du microprocesseur 48 est reliée à un périphérique d'affichage 54 qui permet de faire apparaître la valeur du signal rapport/bruit du signal bruité transitant sur la ligne à tester. The output 28 of the summator 20 delivers a signal N which is equal to the sum of the noisy signal S + B and of the successive voltage ramps R. The output 28 of the summing circuit 20 is connected to the input of a sampler circuit 32. The control input 34 of the sampler circuit 32 is connected to the output 36 of a sequencer circuit 38. The output 36 of the sequencer circuit 38 delivers pulses of period t defining the sampling instants t. applied to its input 30. The samples N n of the signal N are applied to the input 40 of an analog-digital converter 42, the control input 44 of which is connected to the output 30 of the sequencing circuit 38. The digital outputs 46j of the analog-to-digital converter 42 are connected to the inputs of a processing device essentially constituted by a microprocessor of known type 48 associated with a random access memory 50 and a program memory 52. An output of the microprocessor 48 is connected to a peripheral d display 54 which makes it possible to show the value of the signal / noise signal of the noisy signal passing over the line to be tested.

Le convertisseur analogique numérique 42 reçoit sur son entrée 40 des échantillons successifs N n du signal N échantillonné aux instants t. séparés par des intervalles de temps t. Ces échantillons sont convertis en une valeur numérique correspondante par le convertisseur 42. Ces valeurs numériques successives seront appelées Mn
La mémoire de programme 52 du microprocesseur 48 comporte des sous-programmes pour faire exécuter au microprocesseur 48 une suite de calculs permettant d'obtenir le rapport S/B. Dans un premier temps, par une technique de régression linéaire en soi connue, on détermine par le calcul la pente des rampes R appliquées à l'entrée du sommateur 20 qui est égale au coefficient de régression ainsi calculé. Il serait également possible d'utiliser la pente théorique de la rampe de tension délivrée par le générateur.Cependant le calcul par régression linéaire permet de s'affranchir de l'terreur entre la pente théorique et la pente effective de la rampe de tension délivrée par le générateur 22.
The analog-digital converter 42 receives on its input 40 successive samples N n of the signal N sampled at times t. separated by time intervals t. These samples are converted into a corresponding digital value by the converter 42. These successive digital values will be called Mn
The program memory 52 of the microprocessor 48 includes subroutines for making the microprocessor 48 execute a series of calculations making it possible to obtain the S / N ratio. Firstly, by a linear regression technique known per se, the slope of the ramps R applied to the input of the summer 20 is determined by calculation, which is equal to the regression coefficient thus calculated. It would also be possible to use the theoretical slope of the voltage ramp delivered by the generator. However, the calculation by linear regression eliminates the error between the theoretical slope and the effective slope of the voltage ramp delivered by the generator 22.

A partir de cette valeur de la pente de la rampe R, le microprocesseur 48 détermine par le calcul des valeurs R n d'amplitude de rampe correspondant aux différents instants d'échantillonnage t.. A partir de la valeur de l'amplitude du signal pur S qui est stocké dans la mémoire 50 et des valeurs d'amplitude de rampe Rn, il est possible de calculer à partir des valeurs numériques d'échantillons M n des valeurs échantillonnées de bruit B . Dans une étape suivante, un sous-programme permet de mettre en oeuvre à l'aide du microprocesseur 48 une étape de calcul permettant de déterminer la valeur quadratique moyenne du bruit B à partir des valeurs d'échantillons de bruit Bn Il suffit alors de calculer le quotient S/B. Cette valeur numérique apparaît sur le dispositif d'affichage 54. On obtient ainsi une valeur du rapport signal/bruit pour chaque période T correspondant à la durée d'une rampe de tension R.  From this value of the slope of the ramp R, the microprocessor 48 determines by calculating the values R n of ramp amplitude corresponding to the different sampling instants t. From the value of the amplitude of the signal pure S which is stored in the memory 50 and of the ramp amplitude values Rn, it is possible to calculate, from the digital values of samples M n, sampled noise values B. In a following step, a subroutine makes it possible to implement using the microprocessor 48 a computation step making it possible to determine the mean square value of the noise B from the values of the noise samples Bn It then suffices to calculate the S / B quotient. This digital value appears on the display device 54. A value of the signal / noise ratio is thus obtained for each period T corresponding to the duration of a voltage ramp R.

Dans l'exemple décrit ci-dessus la durée T de chaque rampe de tension est égale à îOOOxt, clest-à-dire à mille fois la période d'échantillonnage du circuit d'échantillonnage 32. In the example described above, the duration T of each voltage ramp is equal to 100,000, ie 1000 times the sampling period of the sampling circuit 32.

L'amplitude maximale A de la rampe est égale à 100p, si p est le pas de conversion du convertisseur analogique numérique 42. La pente de la rampe de tension R est donc égale à P/lOxt.The maximum amplitude A of the ramp is equal to 100p, if p is the conversion step of the analog-digital converter 42. The slope of the voltage ramp R is therefore equal to P / lOxt.

L'ensemble échantillonneur-convertisseur analogique numérique (32, 60) peut être réalisé à partir du convertisseur analogique numérique de type FLASH, par exemple le convertisseur
TDC 1020 de la société TRW. Une mémoire RAM rapide pourra si nécessaire permettre une fréquence de conversion supérieure à la cadence maximale de lecture du microprocesseur 48, cette mémoire étant intercalé entre le convertisseur et le microprocesseur.
The analog-digital sampler-converter assembly (32, 60) can be produced from the analog digital converter of the FLASH type, for example the converter
TDC 1020 from TRW. A fast RAM memory may if necessary allow a conversion frequency greater than the maximum reading rate of the microprocessor 48, this memory being interposed between the converter and the microprocessor.

Si l'on revient à la figure 1, on voit que la deuxième entrée 13 du commutateur 14 est reliée à la masse électrique du dispositif. En plaçant le commutateur 44 de telle manière que la borne 13 soit reliée au point fixe 16 de celui-ci le convertisseur analogique numérique se voit appliquer à son entrée des échantillons d'un signal constitué par la rampe R à laquelle se superpose le bruit propre du convertisseur analogique numérique. Returning to FIG. 1, it can be seen that the second input 13 of the switch 14 is connected to the electrical ground of the device. By placing the switch 44 in such a way that the terminal 13 is connected to the fixed point 16 of the latter, the analog-to-digital converter is applied to its input of samples of a signal constituted by the ramp R to which the own noise is superimposed of the analog-to-digital converter.

Par la technique déjà décrite précédemment, le microprocesseur 48 calcule ainsi la valeur quadratique moyenne du bruit propre Bo du convertisseur analogique numérique. Cette phase initiale est déclenchée par le séquenceur 38 qui émet sur sa sortie 56 le signal INIT qui commande le commutateur 14 pour que celui-ci relie sa borne 13 à son point fixe 16. Après que le générateur de rampe 22 ait émis un nombre convenable de rampes de tension pour l'acquisition de la valeur Bg, le signal INIT repasse au niveau zéro, ce qui commande le retour du commutateur 14 à sa position normale dans laquelle la borne 12 est reliée au point milieu 16.By the technique already described above, the microprocessor 48 thus calculates the mean square value of the natural noise Bo of the analog to digital converter. This initial phase is triggered by the sequencer 38 which transmits on its output 56 the signal INIT which controls the switch 14 so that the latter connects its terminal 13 to its fixed point 16. After the ramp generator 22 has emitted a suitable number of voltage ramps for the acquisition of the value Bg, the signal INIT returns to the zero level, which controls the return of the switch 14 to its normal position in which the terminal 12 is connected to the midpoint 16.

Dans ce mode de réalisation perfectionné, le bruit propre du convertisseur analogique numérique Bo est d'abord retranché de la valeur quadratique moyenne du bruit B avant d'effectuer la détermination du rapport signal/bruit. Selon un mode préféré de réalisation, la rampe R a une durée T qui correspond à mille périodes d'échantillonnage t du circuit échantillonneur 32. In this improved embodiment, the natural noise of the analog-digital converter Bo is first subtracted from the mean square value of the noise B before determining the signal / noise ratio. According to a preferred embodiment, the ramp R has a duration T which corresponds to a thousand sampling periods t of the sampler circuit 32.

L'amplitude maximale A de la rampe R correspond à 100 pas p de conversion du convertisseur analogique numérique 42. The maximum amplitude A of the ramp R corresponds to 100 steps p of conversion of the analog-digital converter 42.

Il est important de souligner que, outre le fait que le dispositif de mesure qui vient d'être décrit permet de mesurer effectivement les différents échantillons du bruit, elle permet d'effectuer cette mesure avec une précision supérieure au pas de conversion du convertisseur 42 du fait de la pente de la rampe de tension R.  It is important to emphasize that, in addition to the fact that the measuring device which has just been described makes it possible to effectively measure the various samples of the noise, it makes it possible to carry out this measurement with a precision greater than the conversion pitch of the converter 42 of the made of the slope of the voltage ramp R.

Dans la description précédente, on a considéré un dispositif de mesure du rapport signal/bruit. Il va de soi que le même dispositif peut être utilisé pour calculer seulement la valeur quadratique du bruit, seuls les sous-programmes de calcul dans la mémoire 52 étant modifiés.  In the preceding description, a device for measuring the signal / noise ratio has been considered. It goes without saying that the same device can be used to calculate only the quadratic value of the noise, only the calculation subroutines in the memory 52 being modified.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du bruit dans un signal bruité, caractérisé en ce qu'il comprend 1. Device for measuring noise in a noisy signal, characterized in that it comprises - des moyens (22) pour élaborer une rampe de tension - means (22) for developing a voltage ramp - des moyens (20) pour superposer au signal bruité (S+B) une rampe de tension (R) - means (20) for superimposing on the noisy signal (S + B) a voltage ramp (R) - des moyens de conversion analogique numérique (32, 42) pour convertir des échantillons successifs de la somme du signal bruité (S+B) et de ladite rampe (R) en des valeurs numériques correspondantes (Mn) ; et - analog-to-digital conversion means (32, 42) for converting successive samples of the sum of the noisy signal (S + B) and of said ramp (R) into corresponding digital values (Mn); and - des moyens de traitement (48, 50, 52) pour calculer le bruit (Bn) correspondant à chaque valeur numérique (Mn) à partir de ladite valeur numérique, de la valeur dudit signal (S), et de la valeur de ladite rampe (R) et de ladite valeur (Mn).  - processing means (48, 50, 52) for calculating the noise (Bn) corresponding to each digital value (Mn) from said digital value, from the value of said signal (S), and from the value of said ramp (R) and said value (Mn). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, pour mesurer le rapport signal/bruit dudit signal bruité, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent en outre 2. Measuring device according to claim 1, for measuring the signal / noise ratio of said noisy signal, characterized in that the processing means further comprise - des moyens pour calculer la valeur quadratique du bruit (B) à partir des valeurs de bruit (Bn) ; et - means for calculating the quadratic value of the noise (B) from the noise values (Bn); and - des moyens pour effectuer le quotient par la valeur quadratique moyenne du bruit (B) de la valeur du signal (S). means for carrying out the quotient by the mean square value of the noise (B) of the value of the signal (S). 3. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent en outre des moyens pour calculer la valeur de la rampe (R) à partir des valeurs numériques (Mn) correspondant auxdits échantillons ; et des moyens pour calculer à partir de ladite rampe (R) les valeurs d'amplitude de la rampe (Rn) correspondant auxdits échantillons. 3. Measuring device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said processing means further comprises means for calculating the value of the ramp (R) from the digital values (Mn) corresponding to said samples ; and means for calculating from said ramp (R) the amplitude values of the ramp (Rn) corresponding to said samples. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement calculent les valeurs de bruit (Bn) en retranchant auxdites valeurs numériques (Mn) correspondant à chaque échantillon la valeur du signal (S) et la valeur correspondante d'amplitude de rampe (Rn).  4. Device according to claim 3, characterized in that said processing means calculate the noise values (Bn) by subtracting from said digital values (Mn) corresponding to each sample the signal value (S) and the corresponding amplitude value ramp (Rn). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion présentent un pas de conversion p et une période d'échantillonnage t, et en ce que la pente dudit signal de rampe (R) est de l'ordre de P/lOt.  5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said conversion means have a conversion pitch p and a sampling period t, and in that the slope of said ramp signal (R) is of the order of P / lOt.
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