Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной технике для широкодиапазонных измерений сдвига фаз. Цель - повышение точности и быстродействия измерений , расширение частотного диапазона . Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, преобразователь 3 фазы в интервал времени, генератор 4 импульсов , делители 5 и 21 частоты, блок 6 управления, элементы 7 и 8, 14-18 совпадения , управляемый делитель 9, счетно-регистрирующие блоки 10 и 23, реверсивные счетчики 11 и 12, регистр 13, элементы ИЛИ 19 и 20, триггер 22, формирователь 24 коротких импульсов. Блок 6 управления содержит дешифратор 25, R-S-триггер 26 и D-триггер 27. Цель достигается за счет подстройки времени измерения под значение, кратное числу периодов входного сигнала, регулирования веса счетных импульсов на выходе счетно-регистрирующего блока 10, подсчета остаточного кода управляемого делителя 9 с последующей коррекцией результата измерений . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 R 25/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4456255/21 (22) 07.07.88 (46) 23,03.91. Бюл. М 11 (71) Красноярский политехнический институт (72) С.B.×åïóðíûõ и М.К.Чмых (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 660077116644, кл. G 01 R 25/08, 1974, Авторское свидетельство СССР

М 607163, кл. G 01 R 25/08, 1974, (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной технике для широкодиапаэонных измерений сдвига фаз. Цель— повышение точности и быстродействия измерений, расширение частотного диапазона. Цифровой фаэометр содержит

„„. Ж„„1636791 А1 формирователи 1 и 2, преобразователь 3 фазы в интервал времени, генератор 4 импульсов, делители 5 и 21 частоты, блок 6 управления, элементы 7 и 8, 14 — 18 совпадения, управляемый делитель 9, счетно-регистрирующие блоки 10 и 23, реверсивные счетчики 11 и 12, регистр 13, элементы ИЛИ

19 и 20, триггер 22, формирователь 24 коротких импульсов. Блок 6 управления содержит дешифратор 25, R-S-триггер 26 и D-триггер

27. Цель достигается за счет подстройки времени измерения под значение, кратное числу периодов входного сигнала, регулирования веса счетных импульсов на выходе счетно-регистрирующего блока 10, подсчета остаточного кода управляемого делителя 9 с последующей коррекцией результата измерений. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.

1636791

20

30

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для повышения точности и быстродействия измерений, а также для расширения частотного диапазона цифровых фазометров.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений, расширение частотного диапазона, На фиг,1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 — эпюры, поясняющие принцип работы.

Цифровой фазометр (фиг.1) содержит формирователи 1 и 2, преобразователь 3 фазы в интервалы времени, соединенный входами с выходами формирователей 1 и 2, генератор 4 импульсов, делитель 5 частоты, блок 6 управления, два элемента 7 и 8 совпадения, управляемый делитель 9 и счетнорегистрирующий блок 10, причем выход генератора 4 импульсов соединен с тактовым входом делителя 5 частоты и первым входом первого элемента 7 совпадения, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 3 фазы в интервалы времени, а выход — с первым входом второго элемента 8 совпадения, вход синхронизации блока

6 управления соединен с выходом формирователя 1, а также два реверсивных счетчика

11 и 12, регистр 13, пять дополнительных элементов 14 — 18 совпадения, два элемента

ИЛИ 19 и 20, дополнительный делитель 21 частоты, триггер 22, дополнительный счетно-регистрирующий блок 23 и формирователь 24 коротких импульсов, первый дополнительный элемент 14 совпадения соединен входами с первым и вторым выходами блока 6 управления, а выходом — с входом установки делителя 5 частоты, второй дополнительный элемент 15 совпадения соединен входами с первым и третьим выходами блока 6 управления, а выходом— с вторым входом второго элемента 8 совпадения и входом формирователя 24 коротких импульсов, первым входом триггера 22 и первым входом третьего дополнительного элемента 16 совпадения, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя 9 и первым входом пятого дополнительного элемента 18 совпадения, а выход — с тактовым входом счетно-регистрирующего блока 10 и с входом установки второго реверсивного счетчика 12, выход которого соединен с вторым входом триггера 22, выход которого соединен с входом режима счета второго реверсивного счетчика 12, вторым входом пятого дополнительного элемента 18 совпадения и первым входом четвертого дополнительного элемента 17 совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 импульсов, а выход — с тактовым входом дополнительного делителя 21 частоты и первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с выходом второго элемента 8 совпадения и первым входом второго элемента ИЛИ 20, а выход — с тактовым входом управляемого делителя 9, выход до- полнительного делителя 21 частоты соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ

20, выход которого соединен с тактовым входом второго реверсивного счетчика 12, выход формирователя 24 коротких импульсов соединен с входами установки счетнорегивтрирующего блока 10, дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 и управляемого делителя 9, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных регистра 13, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных первого реверсивного счетчика 11 и кодовыми входами блока 6 управления, первый выход которого соединен с входом записи регистра 13 и входом режима счета первого реверсивного счетчика 11, тактовый вход которого соединен с выходом делителя 5 частоты, тактовый вход дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 соединен с выходом пятого дополнительного элемента 18 совпадения, Блок 6 управления содержит дешифратор 25, управляемый триггер 26 и D-триггер 27, выход которого является первым выходом блока 6 управления, а тактовый вход — входом синхронизации блока 6 управления, D-вход 0триггера 27, соединенный с прямым выходом управляемого триггера 26, является третьим выходом блока 6 управления, а инверсный выход управляемого триггера 26 является вторым выходом блока 6 управления, входы управляемого триггера 26 соединены с выходами дешифратора 25, входы которого являются кодовыми входами блока

6 управления, Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы поступают на входы формирователей 1 и 2, на выходе которых формируются прямоугольные импульсы, фронты и срезы которых привязаны к переходам входных сигналов через нулевой уровень. Прямоугольные импульсы с выходов формирователей 1 и 2 поступают на преобразователь 3 фазы в интервалы времени, осуществляющий преобразование разности фаз входных сигналов в эквивалентные интервалы времени. В первом элементе 7 совпадения эти временные интервалы заполняются высокочастотными импульсами от генератора 4 импульсов. Через второй элемент 8 совпадения, осуществляющий or1636791

10; 1; 0,1; 0,01 и т.д. Перед проведением измерения разности фаз осуществляется операция выбора времяизмерительного ин- 25 тервала и его запоминание. Величина времяизмерительного интервала с „,„ р должна быть с достаточной степенью точности кратна периоду Тс сигнала и удовлетворять соотношениюt дзяф fo/Kg 36 10", где

fo — частота генератора 4 импульсов; Kg— коэффициент деления управляемого делителя 9, Операция выбора времени измерения осуществляется в следующей последовательности. Состояние первого реверсивного счетчика 11 перед началом указанной операции соответствует нулевому коду, определяемому его состоянием после пре- 4 дыдущего времяизмерительного цикла, При этом срабатывает один из выходов дешифратора 25 блока 6 управления. Под действием сигнала дешифратора 25 переключается в нулевое состояние управляемый триггер 45

26 (фиг,2б). С появлением фронта сигнала формирователя 1 (фиг.2а) переключается Dтриггер 27 (фиг.2в), устанавливая режим счета первого реверсивного счетчика 11 суммирующим и снимая с входа установки 50 делителя 5 частоты импульс сброса (фиг.2д), 55 раничение пачек счетных импульсов времяизмерительным стробом, через первый элемент ИЛИ 19, уравляемый делитель 9 и третий дополнительный элемент 16 совпадения они поступают на счетно-регистрирующий блок 10, где происходит подсчет и регистрация старших разрядов результата измерения, Формирование времяизмерительного строба осуществляется делителем

5 частоты, первым реверсивным счетчиком

11, блоком 6 управления и дополнительными элементами 14 и 15 совпадения. Размерность отсчета фазового сдвига и цена младшего разряда счетно-регистрирующего блока 10 задаются величиной коэффициента деления делителя 5 частоты, Так, при необходимости измерения разности фаз в угловых градусах коэффициент деления К делителя 5 частоты может принимать значения 36 ° 10", где и = О, 1, 2, 3, „„При этом цена младшего разряда счетно-регистрирующего блока 10 соответственно составит формируемый первым дополнительным элементом 14 совпадения. С этого момента времени на первый реверсивный счетчик 11 начинают поступать импульсы с выхода делителя 5 частоты. По достижении кодом этого счетчика значения, соответствующего некоторому базовому времени ь, срабатывает другой выход дешифратора

Г

25 и управляемый триггер 26

20 устанавливается в единичное состояние. С приходом фронта синхронизирующего сигнала переключается 0-триггер 27 в единичное состояние, завершая измерение времени измерения t<<»i и устанавливая режим счета первого реверсивного счетчика

11 — вычитающий. Под действием перепада

"0-1" на выходе D-триггера 27 код первого реверсивного счетчика 11 переписывается в регистр 13, определяя коэффициент деления управляемого делителя 9. Для обеспечения соответствия коэффициента деления коду регистра 13 управляемый делитель 9 целесообразно выполнить на реверсивном счетчике. При этом режим счета указанного счетчика нужно установить вычитающим, шинуданных регистра 13 нужно подключить к входам предварительной установки счетчика, а вход управления записью счетчика подключить к выходу его переноса, Перед началом времени измерения разности фаз запускается формирователь 24 коротких импульсов и осуществляет начальную установку счетно-регистрирующего блока 10, дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 и управляемого делителя 9. Пачки счетных импульсов с выхода второго элемента 8 совпадения в течение времени измерения t „,„p дополнительно поступают через второй элемент ИЛИ 20 на тактовый вход второго реверсивного счетчика 12.

Режим счета этого счетчика в течение времени измерения сдвига фаз — суммирующий, что определяется нулевым потенциалом на выходе триггера 22, определяемым его состоянием по завершении ! предыдущего цикла измерения, На вход установки второго реверсивного счетчика 12 в течение времени измерения сдвига фаз через третий дополнительный элемент 16 совпадения поступают импульсы переполнения управляемого делителя 9, Это приводит к тому, что код второго реверсивного счетчика по завершении времени измерения t „,„р соответствует остаточному количеству счетных импульсов, зарегистрированному управляемым делителем 9, Импульс времени измерения t,» р (фиг.2г), формируемый вторым дополнительным элементом 15 совпадения, завершится после считывания из первого реверсивного счетчика 11 того же количества импульсов, что были накоплены в режиме измерения времени измерения. По достижении первым реверсивным счетчиком 11 нулевого кода, срабатывают дешифратор 25 и подключенный к нему управляемый триггер 26, Второй элемент 8 совпадения и тре1636791 тий дополнительный элемент 16 совпадения закроются. В тот же момент времени по перепаду "1-0" на динамическом входе установки триггер 22 переключится в единичное состояние (фиг.2е), открывая четвертый и пятый дополнительные элементы 17 и 18 совпадения и меняя режим счета второго реверсивного счетчика 12 на вычитающий.

Динамический вход установки триггера 22 может быть реализован, например, при построении триггера 22 на базе 0-триггера с

D-входом, подключенным к потенциалу логической единицы. В этом случае тактовый вход этого триггера играет роль динамического входа установки. Обратное переключение триггера 22 в нулевое состояние происходит после считывания остаточного кода второго реверсивного счетчика 12 до нуля. Поскольку в такте счета второго реверсивного счетчика 12 установлен дополнительный делитель 21 частоты, то за время считывания остаточного кода второго реверсивного счетчика 12 на входуправляемого делителя 9 поступит количество импульсов в К2 раз большее (Кг — коэффициент деления дополнительного делителя

21 частоты), чем число импульсов, соответствующее остаточному коду, Коэффициент деления дополнительного делителя 21 частоты выбирается, исходя из соотношения

К = 10, где К = 1, 2...„и совместно с коэффициентом деления делителя 5 частоты определяет цену младшего разряда дополнительного счетно-регистрирующего блока

23, Результирующий отсчет фазового сдвига складывается из показаний счетно-регистрирующего блока 10, где располагаются старшие разряды результата измерения, и корректирующих показаний дополнительного счетно-регистрирующего блока 23, где имеют место младшие разряды общего результата измерения, Дальнейшая работа устройства повторяет описанный процесс.

Произведем оценку погрешности измерения устройства, обусловленную некратностью времени измерения и периода входного сигнала.

Максимальное отклонение At „,„, времяизмерительного строба т дзцф от значения, соответствующего кратному соотношению t p /Тс, составляет период входной частоты первого реверсивного счетчика 11 или At,„, = Кв 1 /fo. Максимальное значение погрешности измерения разности фаз Ар м с можно выразить следующим соотношением; где fo —; К вЂ” коэффициент деления делителя 5, Так, например, при необходимости отсчета разности фаз с ценой младшего разряда 0,01 можно задаться Ks = 360, K21 =

=100, базовым временем te = 1 с и частотой

f = 10 МГц. При этом получим Л Р цацке =

=0,01, т.е. соответствующей дискрету отсчета. Начиная с частоты 1 Гц и ниже, предложенный фазометр будет осуществлять измерение за два периода сигнала (с учетом паузы между измерениями). Для достижения указанной точности в известном устройстве требуется не менее двадцати пяти периодов сигнала, т,е. в данном случае имеет место выигрыш по быстродействию измерений в 12 раз. За счет повышения быстродействия измерений может быть расширен частотный диапазон работы фазоизмерителя при достаточно высокой точности измерений, 5

Формула изобретения

1, Цифровый фазометр, содержаший формирователи, преобразователь фазы в интервалы времени, соединенный входами с выходами формирователей, генератор импульсов, делитель частоты, блок управления, два элемента совпадения, управляемый делитель и счетно-регистрирующий блок, причем выход генератора импульсов соединен с тактовым входом

35 делителя частоты и первым входом первого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом преобразователя фазы в интервалы времени, а выход — с первым входом второго элемента совпадения, вход

40 синхронизации блока управления соединен с выходом одного из формирователей, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, расширения частотного диапазона, он снаб45 жен двумя реверсивными счетчиками, регистром, пятью дополнительными элементами совпадения, двумя элементами ИЛИ, дополнительным делителем частоты, триггером, дополнительным счетно-регистрирующим блоком и формирователем коротких импульсов, первый дополнительный элемент совпадения соединен входами с первым и вторым выходами блока управления, а выходом — с входом установки делителя частоты, второй дополнительный элемент совпадения соединен входами с первым и третьим выходами блока управления, а выходом — с вторым входом второго элемента совпадения, входом формирователя коротких им1636791

10 а

О

4ор

gus. 2

Составитель М. Катанова

Редактор Л. Гратилло Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И, Муска

Заказ 814 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбин "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пульсов, первым входом триггера и первым входом третьего дополнительного элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя и первым входом пятого дополнительного элемента совпадения, а выход — с тактовым входом счетно-регистрирующего блока и с входом установки второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с входом режима счета второго реверсивного счетчика, вторым входом пятого дополнительного элемента совпадения и первым входом четвертого дополнительного элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — с тактовым входом дополнительного делителя частоты и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения и первым входом второго элемента ИЛИ, а выход — с тактовым входом управляемого делителя, выход дополнительного делителя частоты соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом второго реверсивного счетчика, выход формирователя коротких импульсов соединен с входами установки счетно-регистрирующего блока, дополнительного счетно-регистрирующего блока и управляемого делителя, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных регистра, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных пер5 вого реверсивного счетчика и кодовыми входами блока управления, первый выход которого соединен с входом аписи регистра и входом режима счета первого реверсивного счетчика, тактовый вход которого

10 соединен с выходом делителя частоты, тактовый вход дополнительного счетно-регистрирующего блока соединен с выходом пятого дополнительно элемента совпадения.

2. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит дешифратор, управляемый триггер и D-триггер, выход которого является первым

20 выходом блока управления, а тактовый вход — входом синхронизации блока управления, D-вход 0-триггера, соединенный с прямым выходом управляемого триггера, является третьим выходом блока управле25 ния, а инверсный выход управляемого триггера является вторым выходом блока управления, входы управляемого триггера соединены с выходами дешифратора, входы . которого являются кодовыми входами блока

30 управления.