Цифровой фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/08 

входом третьей группы входов .указан ного блока формирования, а выход через П-и элемент И соединен с выходом этого блока формирования, кроме того, единичный вход п-го триг-, гера соединен с выходом (п +li -го

элемента И,, второй вход которого подключен к второму входу блока формирования конца первого временного интервала, первый вход которого сое динен с единичными входами .первого и последнего триггеров.

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий генератор счетных импульсов, два счетчика, блок управления, три элемента И, триггер и входные формирователи, входами соединенные с входами фазометра, а выходами подключенные к входам триггера, выход которого соединеь с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход третьего элеглента И подключен к входу сброса первого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, в него введены дешифратор кода, дополнительные триггеры и формирователь, регистр сдвига, группа выходов которого подключена к блоку индикации, блок вентилей и блок формирования конца первого измерительного интервала, первый вход которого совместно с первым входом блока управления подключен к шине Запуск, второй вход соединен с выходом третьего элемента И, а выхси - с вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выхсдом триггера через дополнительный формирователь и с первым вхсдом третьего элемента И, второй вход которого объединен с первым входом вто рого элемента И, соединенного другиг. входом с выходом генератора счетных импульсов, с третьим входом первого элемента И и выходом дополнительного триггера, единичный и нулевой входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, четвертый вход которгчго через дешифратор кода соединен с выходами разрядов всех декад второго счетчика, выходами декгод подключенного к третьей группе входов блока формирования конца первого измерительного интервала, а группой входов через блок вентилей соединенного с выходами разрядов декад перзйго счетчика, счетный вход которого совместно со счетньи : входом второго счетчика соединен с выходом второго элемента И, кроме того, вход управления блока вентилей соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого подключен (Л к входу Сдвиг регистра сдвига, счетным входом подключенного к выходу первого элемента И, а вторым выходом соедикенного с пятым входом блока управления. 2. Фазометр по п. 1, от л., аю щ и и с я тем, что блок формирования конца первого временного интервала содержит триггеры и элементы И, число ( п+П которых i;a единицу больг ше числа h -„-гетных декад второго счетчика, а также элемент ИЛИ, приNH чем первые входы всех элементов И соединены с единичными выходами соответствующих триггеров, вторые входы (л-1) элементов И являются оо третьими входами блока,формирования конца первого измерительного интервала, выходы всех элементов И соединены с нулевыми входами соответствующих триггеров, одноври 1енно выходы первых (п-2) элементов И объединены с единичными входами следующих триггеров и соответствутадими входами элемента ИЛИ, (-1)-и вход которого соединен только с выходом

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к, области .фазовых измерений, и может быть использовано для повышения быстродействия цифровых фазометров с постоянным измерит ьным временем

Известен цифровой фазометр с постояиным измерительным интервалом, содержащий источник счетных импульсов, счетчик, два формирователя, выходы которых соединены с соответствующими входами триггера, выход которого соединен с одним из входов первого элемента И, выходом соединенного с вторым элементом И П .

Для получения информации о значении фазового сдвига в единицах фазовог о угла (градусах; необходимо выбирать слишком большую длительность измерительного интервала, равного Tf, с (при „ Ю Гц), где п - любое цел-че число, р - положительное целое число. При измерении фазового угла с точностью до десятых, сотых и- т.д. долей градуса общее время измерения возрастет в десять, сто и т.д. раз.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения фазового сдвига, содержащее генератор счетных импульсов, счетчики, блок управления, элементы И, триггер и входные формирователи, входами соединенные с входами устройства, а выходам подключенные к входам триггера, выход которого соединен с входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход третьего элемента И подключен к входу сброса первого счетчика С21 .

Однако известное устройство имее недостаточно высокое быстродействие особенно при измерении фазового сдвига проивольно меняющейся частот входного сигнала.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий . генератор счетных импульсов.

два счетчика, блок управления, три элемента И, триггер и входные формирователи, входами соединенные с входами фазометра, а выходами подключенные к входам триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход третьего элемента И подключен к входу сброса перO вого счетчика, введены дешифратор кода, дополнительные триггер и формирователь, регистр сдвига,, группа выходов которого подключена к блоку индикации, блок вентилей и блок фор5 мирования конца первого измерительного интервала,первый вход которого совместно с первым входом блока управления подключен к шине Запуск, второй вход соединен с выходом треQ тьего элемента И,а выход с вторьил входом блока управления,третий вход которого соединен с выходом триггера через дополнительный Фор ирователь и с первым входом третьего элемента

5 И,второй вход которого-объединен с первым входом второго элемента И, соединенного другим входом с выходом генератора счетных импульсов, с третьим входом первого элемента И

д и выходом дополнительного триггера,

единичный и нулевой входы которого

подключены соответственно в первому

и второму выходам блока управления,

четвертый вход которого через деши;- фратор кода соединен с выходами

разрядов всех декад второго счетчика, выходами декад подключенного к третьей группе входов блока формирования конца первого измерительного интервала, а группой ЁХОДОВ че0 рез блок вентилей соединенного с выходами разрядов декад первого счетчика, счетный вход которого совместно со счетным входом второго счетчика соединен с выходом второго эле5 мента И, кроме того, вход управления блока вентилей соединен с треть.им выходом блока управления, четвертый выход которого подключен к входу Сдвиг регистра сдвига, счетным

0 входом подключенного к выходу первого элемента И, а вторым выходом сое диненного с пятым входом блока упр ления . Кроме того, блок формировании конца первого временного интервала содержит триггеры и элементы И, чи ло (п+1) которых на единицу больше числа п счетных декад второго счет .чика, а также элемент ИЛИ, причегл первые входы всех элементов И соединены с единичными выходами соответствующих триггеров, вторые входы ( г -1) элементов И являются третьими входами блока формирования конца первого измерительного интервала, выходы всех элементов И соединены с нулевыми входами соответствующих триггеров, одновременно выходы первых (п-2) элементов И объединены с единичными входами следующих триг геров и соответствующими входами , элемента ИЛИ, (п -1) -и вход котор го соединен только с выходом (п-1) :го элемента И, п-й вход элемента или является и-м входом третьей группы входов указанного блока фор мирования, а выход через п-й элемент И соединен с выходом этого блока формирования, кроме того, единичный вход п -го триггера соеди нен с выходом (п +1) -го элемента И второй вход которого подключен к второму входу блока формирования конца первого временного интервала, первый вход которого соединен с еди ничными входами первого и последнего триггеров. Предлагаемое введение элементов и новых связей между ними позволяет получить положительный эффект - сократить время измерения, а следовательно, повысить быстродействие. На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазометра, на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования конца первого измерительного интервала; на фиг. 3 функциональная схема блока управления. Цифровой фазометр содержит форми рователи 1-3 импульсов, триггеры 4 и 5, элементы И 6-8, генератор 9 счетных импульсов, блок 10 управления, счетчики 11 и 12, блок 13 форм рования конца первого измерительног интервала, регистр 14 сдвига, блок индикации 1.5, блок 16 вентилей и дешифратор кода 17. Цифрами 18, 19 и 20 обозначены соответственно первый и второй входы фазометра и шина Запуск его. Измерительные входы фазометра .через входные формирователи 1 и 2 соединены с триггером 4, выход которого с одной стороны через дополнительный формирователь 3 соединен с элементом И 6, а с другой стороны соединен с элементом И 7. Через элемент И 8 с генератора 9 поступают импульсы на второй вход элемента И 7 и счетные входы счетчиков 11 и 12. Счетчик 11 состоит из последовательного соединения счетных декад 11-1 - 11- П- , причем выходы декад подключены к входам блока 13, вход запуска которого сойместно с первым входом блока 10 соединен с шиной Запуск 20, а выход соединен с вторым входом блока 10, первый и второй выходы которого подключены к входам дополнительного триггера 5 Выход триггера 5 объединен с другими входами элементов И 6, 8 и 7, а через последний соединен с счетным входом регистра 14 сдвига группой выходов соединенного с блоком 15, другим выходом и входом сдвига подключенного соответственно к пятому входу и четвертому выходу блока 10. Выходы разрядов счетчика 12 остаточных временных интервалов соединены с входами разрядов счетных декад счетчика 11 через блок 16, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока 10 управления, четвертый вход которого подключен к выходу дешифратора 17, входами соединенного с выходами разрядов всех декад счетчика 11. Блок 13 формирования предназначен для выработки сигнала конца первого измерительного интервала длительностью 10 TO секунд, где Ту - длительность п(1лного измерительного интервала, кратногр числу 36, умноженному на 10 в целочисленной степени; к - такое целое число, чтобы в формируемом первом временном интервале поместилось не менее одной, но и не более девяти целых пачек, импульсов, пропорциональных фазовому сдвигу и следукяцих с периодом Т входного измерительного сигнала. Если заранее известен порядок частоты f , на кот-орой производится измерение фазового сдвига, и имеется время для ручной установки длительности этого интервала, блок 13 формирования может представлять собой обыкновенный переключатель, коммутируквдий на выход блока сигнал с выхода соответствующей декады 11-1 Т li-n . Для автоматизированного выбора дпительности первого временного интервала при неизвестном заранее порядке исследуемой частоты { блок 13 формирования включает в себя элеенты К 21 и триггеры 22, числом П +1 на единицу больше числа счетных декад в счетчике 11 и элемент ИЛИ 23,при этом первые входы элеентов И 21 соединены с единичныгди ыходами соответствующих триггеров 22, а выходы элементов И 21 подключены к нулевым входам тех же триггеров 22. Кроме того, выходы элементов И 21 -1, 21 -2, .., 21 ( h -1) совместно с выходом декады 11 -П подключены к входам элемен та ИЛИ 23, выходом соединенного с ST opfcJM входом элемента: И (2-1, ,-п). Выход элемента И 21(+1 подключен к единичному входу триггера (22 -И) нулевой вход которого связан также с выходом блока 13 формирования. Выходом (п +1) -е элементы И 21 соединены такле с единичными входами следуклдих триггеров 21, кроме того, вторые входы (п-1) -х элементов И 21 являются третьими входами блока 13 формирования и соединены с выходс1ми соответствующих декад счет чика 11, второй вход элемента К 21. (VT +11 подключен к выходу элемента И 6 и является вторым входом блока формирования 13, первый, вход которого подключен к шине Запуск и соединен с ещиничгными входами триггеров 22-1 и 22- Г« +1).. Блок 10 управления (фиг. 3) вклю чает в себя элементы задержки 24 и 25, элементы ИЛИ 26 и 27, тригрег 28 и элемент И 29. Входы элемен та ИЛИ 26 являются вторым, четвертым и пятым входами блока, а.выход соединенный с нулевым входом триггера 28 и входом элемента задержки 24, является вторым выходом блока. Первый вход блока через элемент ИЛИ 27, триггер 28 и элемент И 29 выводится на первый выход блока. Вт рой вход элемента И 29 является третьим входом блока. Выход элемент задержки 24 является третьим выходом блока, соединен через второй элемент задержки 25 с вторым входом элемента ИЛИ 27 и является четвертым выходом блока. .Цифровой фазометр работает следу ющим образом. В исходном состояний на входы 18 и 19 поступает и измеритель ный сигналы частотой х, фазовый сдвиг между которыми измеряется. В формирователях 1 и 2 этот периодический сигнал преобразуется в после довательность импульсов, управляющих работой триггера 4. На выходе триггера 4 формируются импульсы дли тельностью t - Т , поступающие на элемент И 7 и на формирователь 3 вырабатывающий короткие импульсы в момент спада импульса на выходе триггера 4, которые поступают на вход И 6 и на третий вход .блока 10. Генератор 9 вырабатывает сигналы образцового высокостабильного периода с (где m -целое число), поступающие на элемент И 8. Счетчики 11 и 12 и регистр 14 сдвига находятся в обнуленном состоянии все триггеры 5, 22-1, 22-2,..., 22-(h +1) и 28 находятся в нулевом состоянии, при котором на подключенные к ним элементы И подается низкий потенциал и все элементы И заперты. Цепи установки счетчиков, триггеров и регистров и регистра сдвига в исходное состояние для упрощения не показаны. Для начала работы цифрового фазометра на шину Запуск 20 поступает сигнал, который переводит в единичное состояние триггеры 22-1, 22- (п+1) и 28, в результате чего открываются элементы И 21-1, 21-(1+1) и 29. Первый же короткий импульс формирователя 3, прошедошй через элемент 29 блока 10, поступает на единичный вход триггера 5, переводит его в единичное состояние, при котором на входах элементов И 6-8 появляется разрешающее напряжение. Через элемент И 8 с генератора 9 на счетчики 11 и 12 начинают поступать импульсы с периодом Т . Через элемент И 7 на счетный вход регистра 14 сдвига через время начнут поступать импульсы т, . Время заполнения регистра .сдвига первой пачкой импульсов равно с. По мере подсчета импульсов Т счетчиком 11 на выходах его декад появляются сигналы. Так на выходе декады 11-1 сигнал появляется после того, как на счетчик 11 поступят десять импульсов TO , на выходе декады 11-2 сигнал появляется после поступления на счетчик 11 ста импульсов Tj, , на выходе декады 11-3 сигнал появляется после поступления на счетчик 11 тысячи импульсов и т.д Сигнал с выхода первой декады 11-1 проходит через открытый разрешающим напряжением триггера 22-1 элемент И 21-1, поступает на нулевой вход триггера 22-1, переводя его в нулевое состояние и снимая разрешение с элемента И 21-1, поступает на единичный вход триггера 22-2, переводя его в единичное состояние и обеспечивая разрешающее напряжение на элементе И 21-2, и на вход элемента ИЛИ 23. Аналогично следуют импульсы с других декад счетчика 11. Таким образсм, на выходе злемента ИЛИ 23 имеется последовательность импульсов, которые появляются через 10, 100, 1000, ... периодов TO., после начала заполнения счетчика 11. Второй импульс измеряемой последовательности с выхода формирователя 3, прошедший через открытый элемент И 6, поступает на открытый элемент И 21 -((л), откуда, во-первых, следует на нулевой вход триггера

22 -(n+1), переводя его в нулевое состояние и снимая разрешение с элемента И 21 - (и +1) , и, во-вторых, поступает на единичный вход тригге. ра 22-, переводя его в единичное состояние и обеспечивая разрешение на элемент И 21-и . Кроме того, импульс с выходаэлемента И 6 поступает на вход установки в счетчика 12.

Поступление импульсов с выхода элемента И б на счетчик 12 продолжается до тех пор, пока через открытый элемент И 21-п не пройдет один из импульсов последовательности с . выхода элемента ИЛИ 23, который с выхода элемента И 21-v поступает на нулевой вход триггера 22-п, переводя его в нулевое состояние .и запирая элемент И 21-п, и через элемент ИЛИ 26 блока 10 поступает на нуле-, вой вход триггера 28, прекаращая подачу импульсов формирователя 3 через элемент И 29, и на нулевой вход триггера 5, перебрасывая его в нулевое состояние и запирая элементы И 6-8. На этом оканчивается . измерение числа импульсов, сгруппированных в пачки за первый измеригтельный временной интервал.

К этому моменту в регистре 14 сдвига записано число импульсов, соответствующее значению самого старшего десятичного разряда величины измеряемого фазового сдвига, а в более младших разрядах записаны числа, из которых после следующих циклов измерения будут формироваться значения других разрядов результата. В счетчике 12 к этому времени записано число периодов TQ, содержащихся в интервале между последним коротким импульсом конца временного интервала на выходе триггера 4 и концом первого измерительного временного интервала.

Кроме поступления на триггеры 28 и 5 сигнал с выхода элемента ИЛИ 26 поступает в блок 10 на элемент задержки 24, где после небольшой задержки, необходимой для установления показаний в счетчике 12, поступает на элемент задержки 25 и на управляющий вход блока 16. Блок 16 соединяет выходы разрядов декад счетчика 12 с входами разрядов декад счетчика 11 так, что в декаду ;11-1 вводится код нуля, в декаду, 11-2 вводится в дополнительней коде код из первой (самой младшей) декады счетчика 12 и вообще в 11- декаду счетчика 11 вводится в дополнительном коде число, записанное в 12(1-1) декаде счетчика 12. Таким образ., приподаче на управляющий вход блока 16 сигнала в счетчик 11 ввоцится дополнительный код числа, записанного в счетчике 12 и умноженного на 10.

Сигнал с выхода элемента 24 задержки, будучи задержанным элементом 25 задержки на время, необходи5 мое для установления кода нового временного интервала в счетчике 11, поступает на вход сдвига регистра 14 сдвига, где под его действием . код результата подсчета числа им10 пульсов, сгруппированных в пачки, сдвигается на один разряд. Кроме того, сигнал с выхода элемента 25 задержки через элемент ИЛИ 27 поступает на единичный вход триггера

5 28, переводя его в единичное состояние и открывая элемент 29 для прохождения сигнала с формировате.ля 3. Первый после этого сигнал с ,выхода формирователя J поступает чеj4, рез элемент И 29 на единичный вход iтриггера 5, переводит его в единичное состояние и открывает элементы И 6-8. Начинается очередной цикл формирования временного измерительf iHpro интервала и подсчета числа импульсов, сгруппированных в пачки, следующих с периодом исследуемого сигнала за этот интервал.

Поскольку триггеры 22-1 т 22-1п+1) находятся в нулевом состоянии, при

котором соответствующие элет ленты И 21-1 т 21 ( п +1)закрыты, блок 13 в дальнейием из работы исключается, а формирование очередных временных интервалов производится заполнением

5 счетчика 11 до его переполнения сигналами от генератора 9.

Таким образом, импульсы То на счетчики 11 и 12 и регистр 14 сдвига, импульсы на сброс счетчика 12 0 поступают до тех пор, пока не переполнится счетчик 11 и не сработает при этом данифрг1тор 17 кода, сигнал которого поступает на блок 10 и там через элемент ИЛИ 26 на нулевой 5 вход триггера 28, на элемент 24 задержки и через второй выход блока 10 на нулевой вход триггера 5.

Как и после появления импульса на выходе блока 13 триггер 28 запирает элемент 29, а триггер 5 запирает элементы 6,7 и 8, прекращая подачу импульсов Т, с генератора 9 на счетчики 11 и 12 и регистр 14 сдвига -импульсов f на сброс счетчика 12.

Дальнейшая работа измерителя осуществляется в той же последовательности, как и после оканчания первого временного интервала: после задержки в элементе 24 импульс поступает на блок 16, который осуществляет запись в дополнительном коде в счетчик 11 умноженного на 10 кода остатка из счетчика 12, азатем после задержки в элементе 25 импульс поступает на сдвиговый вход регистра 14

под действием которого код результата подсчета числа импульсов, сгруппированных в пачки, сдвигается на разряд, а также через элемент ИЛИ 27 поступает на единичный вход триггера 28, который открывает элемент И 29 для пропускания очерещного импульса с формирователя 3 на единичный вход триггера 5.

Таким образом, отработка третьего и всех последующих временных измерительных интервалов проходит аналогично отработке второго временного интервала. Работа блока 10 между двумя очередными интервалами аналогична работе его между вторым и третьим интервалами. Единственное отличие заключается в том, что с каждым .интервалом из fepeния код результата в регистре сдвига сдвигается на разряд. Для выбранного примера код измерения за сдвинулся на два разряда, за Тц на один разряд.

После того, в регистре 14 заполняются все разряды, сигнал с четвертого выхода блока 10, не сдвитая информации, поступит на выход регистра 14, откуда проследует на пятый вход блока 10 и через элемент ИЛИ 26 на нулевые входы триггера 28 и 5. Измерение закончено. Блок 15 высвечивает значение измеряемого фазового сдвига. При необходимости повторить процесс измерения в цепи установки триггеров и счетчиков в исходное положение подается сигнал. Сигналом на шине Запуск 20 можно начать очередное измерение. Описанный цифровой фазометр позволяет существенно уменьшить длительность процесса измерения.

Основным узлом, позволившим достичь поставленной цели, является блок формирования первого измерительного интервала, так как в последу ощие измерительные интервалы схема будет анализировать число периодов от 1 до 9 включительно. В известнсм устройстве первый измерительный интервал не определен, при неизвестной частоте, что дает все основания предположить, что в нег может пройти число импульсов ft, и больше 9, т.е. число импульсов f заданных д вухзначным, трехзначным и т.д. числом. Простой анализ для суммы однозначных цифр, например, цифр 9 показывает, что с точностью до порядка сумма равна , где п - число цифр

Таким числом и оценивается длительность измерения фазового сдвига изобретением, в то время как аналогичная длительность определения фазового угла известным устройством при неоптимальном выборе длительности первого измерительного интервала составляет .

Тогда временной выигрыш будет

В

Тогда при п 5 выигрыш составляет величину около 200 и будет тем выше, чем больше временных интервалов используется при подсчете фазового угла (другими словами чем точнее необходимо определить фазу, тем больше временной выигрьош ).

«J