Способ преобразования разности фаз гармонических сигналов в код

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазовых радиосистем различного назначения. Цель изобретения - расширение динамического диапазона амплитуд входных гармонических сигналов. Это достигается вспомогательными сигналами, которые осуществляются с помощью широко распространенных аналоговых элементов - операционных усилителей и компараторов напряжений. Основу способа составляет получение квадратурных напряжений ±COS φ,±SINφ, формирование из квадратурных напряжений постоянных напряжений ±C<SB POS="POST">M</SB> и ±S<SB POS="POST">M</SB>, выделение расцепленного двоичного кода разности фаз путем попарного сравнения сформированных напряжений, например старший разряд кода выделяют, сравнивая COSφс SINφ и COSφс минус SINφ, а последующие путем сравнения +C<SB POS="POST">М</SB>с±S<SB POS="POST">M</SB> и + S<SB POS="POST">M</SB> минус S<SB POS="POST">M</SB>. Постоянные напряжения ±C<SB POS="POST">M</SB> и ±S<SB POS="POST">M</SB> формируют в соответствии с алгоритмами ±C<SB POS="POST">M</SB>=<SB POS="POST">1</SB>+/C<SB POS="POST">M-1</SB>/-/S<SB POS="POST">M-1</SB>/

±S<SB POS="POST">M</SB>=±[/C<SB POS="POST">M-1</SB>+S<SB POS="POST">M-1</SB>/-/C<SB POS="POST">M-1</SB>-S<SB POS="POST">M-1</SB>/]. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК а .ЫИЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2i) 4318050/24-24 (22) 16.10.87 (46) 15.09.89. Бюл. 1"- 34 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.Ф.Отчалко и H.Н.Штарев (53) 681.325(088.8) (56) Шербаков B.È., Грездов Г,И.

Электронные схемы на операционных усилителях. Киев: Техника, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 65?369, кл. G 01 Р 25/00, 1974.

:(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИИ РАЗНОСТИ

ФАЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В КОД (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазовых радиосистем различного назначения. Цель изобретения — расширение динамического диапазона амнлитуд входных гармониИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазовых радиосистем различного назначения °

Целью изобретения является расширение динамического диапазона амплитуды входных сигналов.

Сущность изобретения характеризуется следующей последовательностью выполняемых операций. Формируют четыре (прямые и инверсные) квадратурные постоянные напряжения + соэ и +э п из входных периодических сигналов U

=U cosset u U =U сов((+ ), где q сдвиг фазы, путем, например, выделе„SU, 1508345 A 1 (5Н 4 H 03 M 1/64, С 01 К 25/00

2 ческих сигналов. Поставленная цель достигается вспомогательными сигналами, которые осуществляются с помощью, широко распространенных аналоговых элементов — операционных усилителей и компараторов напряжений. Основу способа составляет получение квадратурных напряжений < cosg, э п, формирование иэ квадратурных напряжений постоянных напряжений + С и + S выделение расцепленного двоичного кода разности фаз путем попарного сравнения сформированных напряжений, например старший разряд кода выделяют, сравнивая cos g c sing u .cos g с минус

sing, а последующие путем сравнения д ф

+С с +S и +С„, с минус S . Постоянные напряжения +С„„и Sm формируют в соответствии с алгоритами + С =+IGm,I—-Is„, ;+ s„=+/lc„, +s„,I -(с, — С

8,1) . 3 ил. ния квадратурных сигналов на выходах фазовых детекторов, к которым подключены входные периодические сигналы, при этом один из входных сигналов подключают к одному фазовому детектору непосредственно, а к другому через фазосдвигающий на 90 элемент.

Формируют- два значения старшего разряда кода сдвига фазы путем сравнения прямого и инверсного квадратурного сигнала, например + si>g, с другим прямым квадратурным сигналом cosp.

Затем выделяют четыре прямые и инверсные (квазитреугольные при измене нии (в диапазоне 0 — 2u и сдвинутые

3 150834 на четверть своего пространственного периода) сигналы + С „и S в соответс твин с ф ор мул ами

+ С, = +1созц1 — 1singl; 5

> S, = 41cos()+s in»f1 — (cos((+sin(f1 где sing означает инверсию сигнала

sin(g.

Здесь и далее сигналы C„(C ), ми10 нус С»(С ) и минус Б,(Б ) означает первое, второе, третье и четвертое постоянные напряжения соответственно.

Формируют второй после старшего разряд кода сдвига фазы путем сравне15 ния прямого и инверсного сигнала

+S в соответствии с выражением

+С -!С 1 1Б 13

s„=+ Pc„, +Б„,1-1с, -Б,1, где m — количество разрядов кода сдвига фазы. 25

Формируют последующие разряды кода сдвига фазы путем сравнения прямого и инверсного сигналов - S с другим прямым одноименным сигналом С, формируют полный код сдвига фазы путем 30 опроса состояний схем сравнения по методу "двойной щетки

На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — эпюры напряжений; 5 на фиг. 3 — структурные схемы формирования постоянных напряжений С„„и Б .

Устройство содержит фазовые детекторы 1 и 2, фазосдвигающий элемент

3, блоки 4 - 9 формирования (сигна- 40 лов — (» )»=С . ° е .. С >; Ь», Бg ° е е )Бщ) ) блоки 10 — 15 сравнения, сумматоры 16 и 17, устройства 18 и 19 взятие модуля, вычитатель 20, устройства 21 и 22 взятия модуля, вычитатель 23, усилители 24 и 25.

Устройство работает следующим образом.

Входные гармонические сигналы, фа- зовый сдвиг (которых необходимо пре-: образовать в код, подают на фазовый детектор 1 непосредственно, а при по. ступлении на фазовый детектор 2 один

О из сигналов проходит через 90 — фазосдвигающий блой 3. На выходах детекторов 1 и 2 с учетом легко схемотехнически обеспечиваемой инверсии получают квадратурные напряжения вида + с о sg и + s in, поступающие з атем на

5 4 входы первых в каналах блоков 4 и 5 сравниваемых квадратурных напряжениИ.

Блок 4 формирования постоянного напряжения С» выполняет операции согласно выражению

С, =К, ((easy I — (sing I) > где Ii — коэффициент передачи, требуемой для обеспечения равенства входных и выходных амплитуд в блоке.

Это дает возможность последова- > тельного соединения одинаковых блоков формирования в канале.

На фиг. 2 представлены эпюры напряжений, поясняющие процесс формирования постоянного напряжения С». На эпюре ct приведены графики соз»»>, sing, sing, (черта над символом означает инверсию»), на 3 приведены графики

1соsq1и 1sin(pl, на эпюре Ь ) представлено постоянное напряжение С», полученное как результат вычитания модулей входных квадратурных напряжений.

С,» представляет собой периодическую (относительно CI>) функцию треугольного вида, состоящую из отрезков синусоиды. При этом период этой функции в два раза меньше периода входных сигналов схемы (cosy, sing) и составляет 180

Блок 5 формирования постоянного напряжения Б» выполняет операции согласно выражению

В, = С„((сояц+в»пу(-Icostp+si A/3, где Ii — коэффициент передачи, требуемый для обеспечения равенства входных и выходных амплитуд.

Эпюры напряжений с»,z,q,å на фиг,2 поясняют работу блока. Постоянное напряжение Б, имеет точно такой же вид, что и .С,, но сдвинуто по оси(>> на величину 90 /2"=45 . Отличием блока 5 формирования от блока 4 формирования является требование смещения по (р

Напряжений, модули которых вычитаются, для чего и используется дополнительная операция суммирования входных напряжений блока 5.

Постоянные напряжения С» и S можно считать по положению на оси (p аналогами сигналов соз2»1>и sin2g, хотя вид этих функций отличается.

Получение инверсных напряжений С, и S, легко обеспечивается техническими средствами, например, использо-1508345 ванием в качестве вычитающего устройства дифференциального каскада.

Постоянные напряжения +С, и + S поступают на входы последующих блоков 6 и 7 в каналах, где аналогично создаются постоянные напряжения + С 0, . S (см. эпюры ж на фиг. 2) с периодом о

22,5 и т.д. до выходов блоков 8 и 9, где получают напряжения + С и Sg с 10 периодом 90 /2, N. — количество формирования сравниваемых сигналов в каждом канале, определяется требуемым дискретом преобразования фазового сдвига. 15

В общем случае алгоритм действия блоков 4,б и 8 формирования постоянных напряжений С „„можно записать следующим образом:

+с,= к, (Ic, I-(ц а блоков 5,7 и 9 формирования S действуют согласно выражению ь,=.к, (Ic, +s, (- с, +s,i) .

В соответствии с этими алгоритмами работы составлены примеры реализации блоков формирования сравниваемых сигналов, представленные на фиг.3.

В блоке формирования S осуществляет- 30 ся суммирование постоянных напряжений

С,, S, и С,, 8, соответственно в сумматорах 1б и 17. Выходные сигналы сумматоров поступают на устройства 18 и 19 взятия модуля, а их выходные сигналы вычитаются в вычитателе 20, Основная часть схемы формирования напряжения С, т.е. устройства 2 1 и 22 взятия модуля и вычитатель 23 идентичны блоку формирования 4р

S „. .Но с целью компенсации коэффициента влияния передачи сумматоров, которых нет в блоке формирования С„, в блок введены усилители 24 и 25 с соответствующим коэффициентом передачи.

Одновременно с преобразованием сиг. налов происходит сравнение их между собой на выходах фазовых детекторов и на выходах всех блоков формирования. сигналов в каналах с помощью блоков 10-15 сравнения. При этом в каждом случае производится сравнение двух пар сигналов, что необходимо для

55 устранения ошибки неоднозначности, возникающей при сравнении лишь одной пары сигналов и присущей двоичному коду.

В предлагаемом способе увеличение динамического диапазона входных сигналов происходит за счет изменения операций над сигналами и не приводит к увеличению погрешности преобразования по сравнению с известным способом. формул а изобретения

Способ преобразования разности фаз гармонических сигналов в код, основанный на преобразовании гармог нических сигналов в четыре квадратурных напряжения, соответствующие

+ cosy +sin(p, где г — преобразуемая разность фаз гармонических сигналов, сравнении квадратурных напряжений попарно между собой и формировании по результатам сравнения сигналов двух возможных состояний старшего

m-го разряда кода, одновременном формировании для (m-1)-ro разряда первого, второго, третьего и четвертого постоянных напряжений из четырех квадратурных напряжений, формировании для каждого последующего разряда, начиная с (m-2)-го, соответствующих первого, второго, третьего и четвертого постоянных напряжений, соответствующих предыдущему разряду, и формировании сигналов двух возможных состояний разрядов кода, начиная с (m-1)-ro, путем сравнения первого с третьим и первого -с четвертым соответствующих данному разряду четырех постоянных напряжений, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона амплитуд гармонических сигналов, для (m-1)-го разряда первое постоянное напряжение формируют как разность модулей первого и третьего квадратурных напряжений, вто" рое постоянное напряжение формируют как инверсное первому постоянному напряжению, третье постоянное напряжение формируют как разность модулей суммы первого и третьего и суммы первого-и четвертого квадратурных напряжений, четвертое постоянное напря жение формируют инверсным третьему постоянному напряжению, а для каждого последующего разряда первое, второе, третье и четвертое постоянные напряже-. ния формируют из постоянных напряжений, соответствующих предыдущему разряду, причем первое постоянное напряжение формируют как разность

1508345 модулей первого и третьего постоянных напряжений, третье постоянное напряжение формируют как разность модулей суммы первого и третьего и суммы первого и четвертого постоянных напряжений, а второе и четвертое постоянные напряжения формируют инверсными соответственно первому и третьему постоянным напряжениям данного разряда.

С

Фиг 8

Составитель В.Фатеев

Редактор Е.Копча Техред А.Кравчук Корректор Л.Бескид

Заказ 5552/57 Тираж 884 - . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101