Устройство для измерения флуктуаций фазы импульсного сигнала Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Вха(

со

СС 01

сх

фи2.1

Изобретение относится к телевизионной техлике и может быть, в частности, использовано при построении контрольно-измерительной аппаратуры для измерения фазовой нестабильности сигнала синхронизации телевизионных приемников.

Известно устройство для измерения флуктуации фазы, содержащее последовательно соединенные основной и дополнительный фильтры, фазовый детектор, один вход которого подключен к выходу основного фильтра, а второй к широкополосному фильтру, соединенному со смесителем. Устройство снабжено плавным гетеродином для переноса фазовых соотношений входного си1- нала на промежуточную частоту 3Недостатком этого устройства является невысокая точн&сть измерения, обусловленная тем, что собственная фазовая нестабильность плавного гетеродина переносится на промежуточную частоту. В результате флуктуации фазы сигнала промежуточной частоты явля ются продуктом фазовой нестабильности двух источников - исследуемого и плавного гетеродина.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения фазовой нестабильности импульсного сигнала, содержащее фазовый дискриминатор, соединенный одним своим входом с фор.ми.рователем импульсов (ограничителем), схему формирования пилообразного напряжения, вход которой соединен с управляемым по частоте генератором синусоидальных колебаний, а выход - с вторым входом фазового дискриминатора., Выход фазового дискриминатора через фильтр нижних частот подключен к входу управления генератора синусоидальных колебаний 2. Д.Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения.

Фазовый дискриминатор формирует на своем выходе напряжение, переменная составляющая которого пропорциональна флуктуациям фазы исследуемого нала относительно фазы пилообразного напряжения, а следовательно, фазы управляемого генератора синусоидальных колебаний. Это обусловливает жесткие требования к фазовой стабильноети сигнала генератора,Последняя зависит от полосы прозрачности фильтра нижних частот. Чем уже полоса прозрачности фильтра, тем в более низкочастотной области возможны прецизионные измерения флуктуации фазы. Кроме того, полоса пропускания фильтра должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечить перестройку управляемого генератора на частоту исследуемого сигнала. При значительных колебаниях частоты исследуемого сигнала удовлетворить противоречивым требованиям,, предъявляемым к фильтру нижних частот, бывает затруднительно.Компромиссное решение в выборе полосы прозрачности фильтра приводит к снижению точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерений флуктуации фазы импульсного сигнала.

Для достижения указанной цели в устройство, содержащее фазовый дискриминатор, подключенный входами к формирователю импульсов и формирователю пилообразного напряжения, фильтр нижних частот и индикатор, введены элемент задержки, интегратор и делитель час.тоты, при этом элемент за-; держки включен между -выходом формирователя импульсов и входом аапуска формирователя пилообразного напряжения, выход фазового дискриминатора подключен к входу интегратора, выход которого соединен с индикатором и через фильтр нижних частот с входом управления формирователя пилообразного напряжения, вход делителя частоты соединен с выходом элемента задержки, а выход - с входом установки нуля интегратора.

Формирователь пилообоазного напряжения может быть выполнен в виде управляемого внешним сигналом источни..ка регулируемого напряжения, соединенного через управляемый внешним электрическим сигналом электронный ключ .с конденсатором, генератором тока и буферным каскадом, причем вторая обкладка конденсатора заземлена.

Такое построение формирователя пилообразного напряжения обеспечивает практически безинерционное управление начальным уровнем пилообразного напряжения и высокую линейность рабочего участка этого напряжения, что повышает точностные характеристики устройства в целом.

Интегратор может быть выполнен в виде операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, а к инвертирующему входу подключен ре3 lo

зистор, при этом между выходом операционного усилителя и РГО инвертирующим входом включены параллельно соединенные конденсатор и управляемый внешним электрическим сигналом электронный ключ. При таком построении интегратора обеспечивается линейная зависимость тока заряда конденсатора от входного напряжения, а также простота установки нуля интегратора си(- налом, воздействующим на вход управления электронного ключа.

Физически повышение точности измерения обусловлено тем, что в формировании выходного напряжения фазового дискриминатора участвуют задержанный и незадержанный сигналы одного ( испытуемого )источника,, .т.е. сигналы, не претерпевшие дополнительных изменений периода. Действие обратной связи в устройстве приводит к такому изменению начального уровня (но не периода ) пилообразного напряжения, при котором из входного сигнала фазового дискриминатора исключаются и постоянная и переменные составляющие сигнала, лежащие в полосе прозрачности фильтра нижних частот.

При этом в известных устройствах сигнал , несущий информацию о фазовых флуктуациях, является результатом вза имодействия двух сигналов: исследуемо го и местного генератора, имеющегособственную фазовую нестабильность.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения флуктуации фазы импульсного сигнала; нд, фиг. 2 - диаграммы напряжений в отдельных точках устройства.

Предлагаемое устройство для измерения флуктуации фазы импульсного сигнала (фиг. 1) включает в себя фазовый дискриминатор 1, соединенный одним своим входом с выходом формирователя 3 пилообразного напряжения. При этом фазовый дискриминатор может быть выполнен, например, на полевом транзисторе, на сток которого подано напряжение пилообразной формы с формирователя 3, в цепь затвора подан исследуемый импульсный сигнал с формирователя 2 импульсов, в цепи истока включен конденсатор с заземленной обкладкой.

Формирователь 2 импульсов может быть выполнен в виде одновибратора. Фазовый дискриминатор 1 соединен с входом интегратора 4, выход которого подключен к индикатору 3,например

84 ,

осциллографу, и через фильтр б нижних частот к входу управления.начальным уровнем пилообразного напряжения формироват- ля 3. При этом

фильтр 6 нижних частот может быть выполнен в виде активного фильтра на базе операционного усилителя. Выход формирователя импульсов соединен с входом элемента 7 задержки, представляющей собой эквивалент длинной линии, и входом делителя 8 частоты, например блокинг-генератора. Выход элемента 7 задержки соединен с входом запуска формирователя 3 пилообразного напряжения, а выход делителя 8 частоты подкпочен к входу установки нуля интегратора .

Предлагаемое устройство для измерений флуктуации фазы импульсного си|-

нала работает следующим образом.

Исследуемый сигнал подается на формирователь 2 импульсов, с выхода которого поступает на один из входов фазового.дискриминатора 1 и через

элемент 7 задержки на вход запуска формирователя 3 пилообразного напряжения. Время задержки сигна.па элементом 7 задержки должно удовлетворять соотношению

(XKoU l - o HVo,Kcl.

где f-j - время задержк1 сигнала;

TQ - номинальное значение периода

сигнала;

MciKc максилаэльное значение колебаний периода исследуемого сигнала.

Напряжение пилообразной формы с формирователя 3 пилообразного напряжения поступает на второй вход фазового дискриминатора 1. При этом начальный (верхний ) уровень пилообразного напряжения регулируется сигналом, поступающим на вход управления формирователя 3 по цепи обратной связи с выхода фильтра 6 нижних частот. Фазовый дискриминатор 1 формирует напряжение, пропорциональное флуктуациям периода (но не фазы) исследуемого сигнала. Интегр тор в течение фиксированного интервала времени, определяемого периодом сигнала на входе установки нуля, осуществляет операцию интегрирования по времени входного сигнала и формирует напряжение, пропорциональное флуктуациям фазы исследуемого сигнала. Это напряжение подаётся ,на индикатор 5 и в цепь обратной связи. Действие обратной связи исключает из выходного сигнала фазового дискриминатора 1 постоянную составляющую, которая привела бы к насыщению интегратора Ц, а также низкочастотные составляющие, лежащие в полосе прозрачности фильтра 6 нижних частот. Установка интегратора Ц в нуль производится сигналом поступающим на вход установки нуля с делителя 8 частоты. Коэффициент деления частоты определяется из соотношения .

где 1« - коэффициент деления частоты; i Тинт требуемое время иитегрирова- зо

ния.

Обозначения на фиг. 2: 9 и 10 диаграммы напряжений на выходах формирователя 2 импульсов и элемента 7

задержки соответственно; 11 - диаграмма напряжения на выходе формирователя 3 пилообразного напряжения ( при згтом штриховой линией условно показано изменение начального ( верхнего ) уровня пилообразного напряжения под воздействием сигнала обратной связи J; 12 - диаграмма напряжения на выходе фазового дискриминатора 1; 13 диаграмма напряжения, на входе установки нуля интегратора ; И - диаграмма выходного напряжения интегратора.

Точность измерения фазовых флуктуации предлагаемым устройством в указанном диапазоне частот составляет 5-10. Повышение точности является следствием того, что погрешность измерения предлагаемого устройства частотно независима. Поэтому в его результирующей погрешности отсутствует составляющая, обусловленная частотной зависимостью от спектра флуктуации фазы.

I

1м

L

п