Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (п)974293 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 16.12.80 (21) 3218030/18-21 с присоединением заявки М (23) П рноритет
Опубликовано 15.11.82. Бюллетень М 42
Дата опубликования описания 15.11.82 (53)M. Кл.
Q 01 и 23/00
1ЬеудерепаивВ квинтет
СССР ео делен иве4ретехих н открытий (53 ) УД К 62 1.3 17.
° 7(088.8}
А. С. Клейман, Е. П. Тимофеев, Е. М. Бороховский и Г. В. Зозуля (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМ ЕРЕНИЯ
КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ
ЧАСТОТЫ
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при сравнении образцовых частот с метрологической точностью., Известное устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты содержит фазовый детектор, на один вход которого подан выход опорного генератора, а на второй - выход исследуемого генератора. Выход фазового детектора через усилитель связан с анализатором спектра (1 j .
Недостаток известного- устройстваниэкое быстродействие.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устрой15 ство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот (ПФВЧ) и измеритель среднеквадратического -значения (ИСКЗ). Причем, на один вход фазового детектора подан выход источника опорного сигнала
2 (опорного генератора), а на второй - выход источника исследуемого сигнала (исследуемого генератора) (2 ) .
Однако указанное устройство характе ризуется существеннымк недостатками, так как для получения ряда данных необходимо переключать ПФВЧ, что приводит к усложнению и увеличению времени изме» рений.
Бель изобретения - повышение быстродействия устройства.
Бель достигается тем, что в устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перес траиваемый фильтр верхних частот, а также измеритель среднеквадратического значения напряжения, введены последовательно соединенные гене-ратор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый управляемый усилитель, последовательно соединенные коммутируемый накопитель, квадратор н второй управляемый усилитель, а
3 974293 4 также последовательно соединенные пере- зовать коррекцию результатов измерения страиваемый фильтр низких частот и лоро- $6 ({- ) для получения точного соответст Ч говый блок, вход которого подключен так- вия их Д {(V{) - сигнала на выходе устже к выходу перестраиваемого фильтра ройс тва. верхних частот и к выходу генератора 5 Возможный вариант исполнения блока развертки, при этом выход перестраивае- управления представлен на чертеже. На . мого фильтра верхних частот подключен к входы делителя подеются сигналы со вховходу перестраиваемого фильтра низких да и выхода коммутируемого ьакопителя. частот, второй выход которого соединен с Сигнал с выхода делителя через АБП 15 входом измерителя среднеквадратического ф подается на вход электронного переключазначения напряжения, выход последнего, тели 16, который в зависимости от велисоединен с первым входом коммутируемо чины сигнала подключает к управляемым
ro накопителя, второй вход которого под- усилителям 8 и 9 тот или иной делитель ключен к выходу тактового генератора, вы- аттенюатора блока 17. Для получения на ход коммутируемого накопителя соединен{ 5 выходе устройства 4>(Y) и 5, (f) к усис вторым входом первого управляемого лителю подключается делитель 14,велиусилителя и с вторым входом блока управ- чина которого зависит от прикладываемо-. ления, третий вход которого подключен к го к нему напряжения от генератора 1О выходу измерителя среднеквадратического развертки. значения напряжения, а второй выход бло- 2п Введение перестраиваемого фильтра ка управления соединен с вторым входом низких частот позволяет получить на выl второго управляемого усилителя. ходе ИСКЗ 5 величину 4 (7 ). Это позНа чертеже представлена блок-схема воляет, сравнивая сигналы на вхоце и на ус тройс тва. выходе коммутируемого накопителя 6 опреУстройство для измерения кратковре- 25 делить характер поведения $ () и менной нестабильности частоты содержит,Э, (g), и следовательно, выставить с попоследовательно соединенные фазовый де- мошью устройства управления необходитектор 1, усилитель 2, перестраиваемый мые коэффициенты усиления, чтобы полуфильтр 3 верхних частот, перестраиваемый чить точные значения 4 (Т) и 5{ (Ц. фильтр 4 низких частот, измеритель 5 о Тактовый генератор, генератор разсреднеквадратического значения напряже- вертки и пороговое устройство обеспечиния (ИСК3) коммутируемый накопитель 6, вают получение на выходе управляемых блок 7 управления, Управляемые усилите- усилителей 8 и 9 значений Й (т)и е{(Е), ли 8 и 9, генератор 1Î. развертки, такто- меняюшихся во времени синхронно с развый генератор 11, пороговый блок 12 и верткой s заданном диапазоне, что делает квадратор 13.
35 возможным наблюдение этих характерисБлок 7 управления состоит из делите- тик на любом индикаторном устройстве. ля 14, аналого-цифрового преобразователя Устройство работает следуюшим об(АЦП) 15, электронного переключателя . разом.
l6 и блока 17 управляемых аттенюаторов.
49
Сигналы измеряемого и опорного генеПричем входы делителя 14 соединяются раторов поступают на входы фазового десо входом и выходом коммутируемого на- тектора 1, с выхода фазового детектора 1 копители 6, а выход Пепители 14 понкаю оиенап, пропориноналенын {йе{К), уоиличен ко входу аналого-цифрового преобра- вается усилителем 2, фильтруется перезователя 15, который подключен к элект страиваемым фильтром 3 верхних частот, ронному переключателю 16, а электронный затем перестраивается фильтром 4 низких
45 переключатель 16 подключен к блоку 17 частот и. пРоходит чеРез иэмеРитель 5 управляемых аттенюаторов. среднеквадратического значения, на выхоПри измерении OA(4y(V))- (дисперсия де которого полУчаем
Аллана) методом высокочастотйой диспер- О К f 2 q <) <> К
50 6ИХ 1 &Х Я сии Ь ч (), предельная погрешность при алых наилучшей характеристике фильтра Ь ч() где 0р„ - напряжение на входе измерисоставляет + 9% „(т)подчиняется в зна- теля 5. чительной степени закону " в случае, Это напряжение подается на накопитель когда флуктуации фазы представляют со- 6. Напряжение на входе и выходе коммубой белый шУм и фликкеР (б„ (Е) =Ко., тиРУемого накопителЯ 6 содеРжит инфоР55
В1,(Е) - ). Это означает невозможность мацию об изменении величины К Й ()
Е разделения этих двух видов фазовых шу- за один период работы тактового генерамов, т. е. в обшем случае нельзя исполь- тора 11, они сравниваются в блоке 7 уп5 9742 равления, он корректирует усиление управляемых усилителей 8 и 9 для получения на них выходных сигналов, пропорциональных 6g(Y) и 5 y(f), причем для получения
9q (f ) на входе управляемого усилителя
8 становится квадратор 13. Тактовый генератор 11 служит для запуска и синхронизации генератора 10 развертки, а также для управления коммутируемым накопителем 6. Скважность импульсов тактового 10
:генератора 11 равна единице. Длительность . импульсов определяет дискретизацию по Can я 6> (т) и по Е для s<(f).
Генератор 10 разверткй вырабатывает напряжения для управления перестраивае- t$ мыми фильтрами-3 и 4, блоком 7 управления и пороговым блоком 12, а также выдает напряжение развертки, необходимое для внешнего индикатора.
Пороговый блок 12 служит для возвра-щ щения генератора 10 развертки в исходное положение при достижении амплитудой выходного напряжения генератора 10 заранее установленной на пороговом блоке
12 величины. Тем самым ограничивается 2s диапазон максимальной перестройки перестраиваемых фильтров 3 и 4, т. е. диапазон изменения дли Ь Щ и Е для 5 (f)
Блок управления работает следующим образом 30
Делитель 14 находит отношение напря-. жений на входе коммутируемого накопи93 6 теля 6 и на его выходе сигнал, пропорциональный этому отношению, подается на аналого-цифровой преобразователь 15, .выход которого управляет электронным переключателем 16, который в зависимости от сигнала с аналого-цифрового преобразователя 15 подключает к управляемым усилителям 8 и 9 тот или иной управляемый аттенюатор блока 17. Аналого-цифровой преобразователь 15 совместно с выбранным максимальным числом переклю. чений электронного переключателя 16 задает шаг дискретизации по видам шума (т. е. по видам зависимости 6 (i) от (и 5д (Е) от f ).
Для получения на выкоде устройствадля
I измерения кратковременной нестабильности частоты величина 8y(in 5Ф®частоты среза высокочастотного фильтра Е и низкочастотного фильтра f выбираются из условия ) Ф„, скорость спада частотной характеристики фильтра должна быть не менее 12 дБ/октаву.
Зависимость получаемого при этом напряжения на выходе измерителя 5 среднеквадратического значения напряжения от характера действующего фазового шу1 ма при Е = a f = —, а также зна1 47 2 4Г чения коэффициентов усиления усилителей, необходимые для получения на их выходе соответственно Ьу() и 5 (Я)приведены и таблице.
1 верхняя граничная частота усилители п
Точность измерения 6 (i ) и а ()оп- . При необходимости дискретизацию по
У
55 ределяется в основном дискретностью видам шумов можно увеличить, используя смещения частот срезов перестраиваемых предварительную калибровку прибора (нафильтров и дискретизацией по видам фазо- пример, анализатором спектра и девиовых шумов. метром).
Формула изобретения
Ртбрвка
Составитель Е. Винокурова
Редактор Н. Киштулинец Техред Л.Пекарь Корректор В. Прохненко
Заказ 8689/63 Тираж 717 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
7 . 9742
Точность измерения Й:„(i) и s< (f) определяется только погрешностью уста новки коаффициентовпередачи узлов, используемых в приборе, т. е. и отличие от прототипа — полностью исключена методи» ческая погрешность, так как в процессе
I измерения получают не дискретные значе иия Д (как в прототипе), а зависимость
6 (C), то естественно, по сравнению с прототипом, где требуется длительный 10 процесс получения 4 (Ю,общий процесс измерения существенно ускоряется. Предлагаемое устройство позволяет получить одновременно величину 5, (Ф).
Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержа- 20 щее последовательно соединенные фазовый детектор; усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот, а также измери-. тель среднеквадратического значения напряжения, о тличающе еся тем, 2$ что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый управляемый усилитель, последовательно -30 соединенные коммутируемый накопитель, квадратор и второй управляемый усилитель, 93 8 а также последовательно соединенные перестраиваемый фильтр низких частот и о:роговый блок,- вход которого подключен также к выходу перестраиваемого филь| ра верхних частот и к выходу генератора развертки, при этом выход перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу перестраиваемого фильтра низких частот, второй выход которого соединен с входом измерителя среднеквадратического значения напряжения, выход последнего соединен с первым входом коммути-. руемого накопителя, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход коммутируемого накопителя соединен с вторым входом первого управляемого усилителя и с вторым входом блока управления, третий. вход которого. подключен к выходу измерителя среднеквадратического значения напряжения, а второй выход блока управления соединен с вторым входом второго управляемого усилители.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Нароков А. С., Панеев Г. П. Вопросы радиоэлектроники . Серия радиоизмерительной техники. Вып. 2, 1970, с. 72.
g. Putm n Э.Character ization of
Rreguencs stab38H . DERE Tr Jnstt.
Ме40. )974, ЗМ-23, n, 4О-48 (прототип).
