Цифровое фазосдвигающее устройство Советский патент 1984 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к фазоиз мерительной технике и может быть использовано в приборах для измереция. параметров комплексных величин.

Известно фазосдвигающее устройство, содержащее генератор счетных импульсов, формирователи одиночных импульсов, вентиль, инвертор, элемент ИЛИ, триггеры, счетчик, группу элементов И, регистр ввода, коммутатор 1 .

Недостатком данного цифрового фазовращателя является большая погрешность задания фазовых сдвигов при уходе частоты входного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее формирователи входного и сдвинутого по фазе выходного напряжения, а также узел временной задержки, выполненный из двух реверсивных счетчиков, генератора частоты F , умножителя частоты на два, инвертора и четырех элементов И, причем одни входы первого и третьего элементов И подключены к выходу формирователя входного сигнала, соединенного с входом инвертора, выход которого связан с первыми входами второго и четвертого элементов Д., выход генератора частоты; F через первый элемент И соединен с прогрессивным входом первого реверсивного счетчика и через четвертый элемент И - с прогрессивным входом второго реверсивного счетчика, выход умножителя через второй элемент И соединен с регрессивным входом первого реверсивного счетчика и через третий элемент И соединен с регрессивным, входом первого реверсивного счетчика и через тре тий элемент И - с регрессивным входом второго реверсивного счетчика, выходы старших разрядов первого и второго счетчиков соединены с входами выходного формирователя, а их инверсные входы - с входами второго и третьего элементов И соответственно И .,

Однако данное фазосдвигающее устройство имеет ограниченную точность, причем погрешность поддержания 90 фазового сдвига определяется в основном погрешностью формирующего уст ройства, а также ограниченные функциональные возможности, так как она позволяет устанавл вать фазовый сдвиг, равный только -|-. Одним из источников погрешности поддержания известным устройством 90° фазового сдвига является отклонение на выходе формирователя скважности импульсов от двух в любую сторону.

Цель изобретения - повышение точности поддержания фазового сдвига.

а также расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее формирователь входного напряжения, генератор частоты F. , выход которого связан с входом умножителя часто-, ты на два и с первыми входами первого и четвертого элементов И, выход умножителя частоты на два

соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инвертор, подключенный своим выходом к вто-. рым входам второго и четвертого элементов И, первый и второй rt-разрядные реверсивные счетчики, прогрессивные входы которых присоединены соответственно к выходам первого и четвертого элементов И, а регрессивные входы - к выходам второго и третьего элементов И,причем выходы -старших разрядов первого и второго счетчиков соединены с первым и вторым входами формирователя выходного напряжения, выход которого

является одновременно и выходом устройства, дополнительно введены генератор частоты 2, пятый элемент И, п - разрядный вычитающий счетчик, блок управления, делитель

частоты на два и управляемый делитель частотьа, причем управляющий вход управляемого делителя частоты является управляющим входом устройства, его счетный вход подсоединен

к выходу генератора частоты , а выход - к первому входу пятого элемента И, который своим вторым входом связан с инверсным выходом старшего разряда третьего-вычи- , тающего счетчика, выход старшего

разряда которого соединен с третьим входом выходного формирователя, причем третий счетчик своим регрессивным входом подключен к выходу пятого элемента И информационными

D-входами - к соответствующим разрядным выходам реверсивных счетчиков, первым и вторым входами Запись - к соответствующим входам блока управления, который своими

первым и вторым входами связан с соответствующими входами выходного формирователя, выход которого соединен с третьими входами второго и третьего элемента.И, вход делителя

частоты на два соединен с выходом входного формирователя, выход одновременно с входом инвертора, вторыми входами первого и третьего элементов И и третьим входом блока

управления.

На фиг,1 ь иведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - вариант блока управления; на фиг. 3 - вре2 1® яя диаграмма работы устройства. Цифровое фазосдвигающее устройст do содержит формирователь 1 входного напряжения, соединенный с делите лем 2 входной частоты на два, соеди ненные между собой п-разрядные ревер сивные 3, 4 ИИ -разрядный вычитающий 5 счетчики, элементы И 6-10, инвертор 11, соединенный с элемен,тами И 7 и 10, генератор 12 часто,ты F, соединенный непосредственно .и через умножитель 13 частоты на два с вторыми входами элементов И 6, 10, генератор 14 частоты 2 соединенный через управляемый делитель 15 частоты с вторым входом эле мента И 8, формирователь 16 выходного напряжения с входами 17 - 19 и выходами 20, блок 21 управления с входами 22 - 24 и выходами 25 и 26. Формирователь ,.1 представляет соб компаратор напряжения, форм 4рователь 16 выполнен на базе RS-триггер если вход 17 подключен к 5 -входу триггера, а входы 18 и 19 через двухвходовый элемент ИЛИ - к R -вхо ду триггера, при этом выходом 20 будет прямой выход триггера. Блок 2 управления реализуется на базе дифференциатора 27 и двух элементов И 28 и 29 (фиг.2). Устройство работает следующим об разом. Формирователь 1,на вход которого подается входное синусоидальное напряжение, формирует прямоугольные импульсы любой скважности (фиг.З а) а на выходе делителя 2 входной часстоты на два, выполненного на счетном триггере, получится сигнал типа меандр, скважность которого равна двум, причем нечетным периодам входного синусоидального напряжения будут соответствовать Импульсы (Единичные состояния) , а четным отсутствие импульсов { Нулевые сост яния) {Фиг. 36). Этот сигнал в течение времени, равного периоду входного синусоидального напряжения, через первый элемент И 6 разрешает прохождение на суммирующий вход первого счетчика 3 импульсов генератора 12 частот F (фиг. 3, . Таким образом, в счетчике будет содержаться результат f . ex соответствующий частоте ig входного сигнала UBK-. В начале следующего периода сигнал с выхода 25 блока 21 управле- . ния записывает этот результат в сче чик 5, после чего на вычитающий вхо счетчика 5 через пятый элемент И 8 поступают импульсы частоты i с выхода ,управляемого делителя 15 частоты (фиг. 3,з). Емкость счетчиков 3-5 выбирается таким образом, чтобы при наименьшей частоте входного сигнала fвг.л/м самый старший разряд не был задействован, т.е. . . Поэтому появление Единичного остояния в самых старших разрядах соответствует моментам переполнений счетчиков, что используется формирователем 16 для формирования фронтов сдвинутого по фазе выходного напряжения (фиг.З, л,м,н,о). Переполнение счетчика 5 (фиг.3,з) , которое произойдет через время, рав1 Mtf F ное fi Т будет соответствовать переднему фррн.ту сдвинутого по фазе выходного нашряжения (фиг.З, н,о), т.е. фазовый сдвиг определится как , Cf.2ffВ м;омент переполнения счетчика Ь через второй элемент И 7 на вычига ющий вход первого счетчика 3, сохраняющего результат измерения частоты входного сигнала, полученный в предшествующем периоде, начинают поступать импульсь с умножителя 13 частоты (фиг. 3,ж). Переполнение сЧетчика 3 произойдет через время, равное , J TBX 22F 2 В этот момент формирователь 16 сформирует задний фронт выходного напряжения (фиг. 3,oj. Работа второго счетчика 4 происходит аналогично. В блоке 21 управления (фиг.з) сигнал разрешения записи вырабатывается дифференциатором 27 в моменты, соответствующие границам между перидами входного сигнала Uex С помоью элементов 28 и 29 определяется чередность выбора перезаписи инфорации из счетчиков 3 и 4 в счетчик 5. Значение фазового сдвига полностью пределяется значением частоты fi а выходе управляемого делителя 15 астоты и не зависит от частоты ходного сигнала i . Управляемый делитель 15 частоты ыполнен на базе счетчика с переенным коэффициентом деления. Часота на выходе делителя 15 определятся по формуле, f; -г.- 5

гдеЛ0. ха (,2,. .. ,ft)- число на управляющем входе устройства, определяющее требуемый фазовый сдвиг, причем при|||с еМ1 ; д,щ«2 осуществляемый устройством фазовый сдвиг соста приКср.«2 1Ч; ti/Z и т.д. а при Ht,, . Nt,, tf „„ .

На выходе устройства формируется импульс типа меандр с частотой, равной входной частоте :fgy , а сдвиг по фазе относительно входного сигнала определяется числом Мц, на управлящем входе устройства.

В данном устройстве погрешность от дискретности временной задержки f , определяемая по выражению 1 ,

8 -22.100%, ;

может быть сделана пренебрежимо малой пропорционального увеличения частот генераторов 12 и 14 и умножи-теля 13 по сравнению с частотой входного сигнала, ijx

Применение этого устро йства позволяет значительно уменьшить погреш-. ность поддержания разового сдвига.

Таким образом, введение новых узлов, таких как генератор частоты 2 F , элемент И, п -разрядный вычитающий счетчик, блок управления, делитель частоты на два и управляемый делитель частоты позволило повысить точности поддержания фазового сдвига, а также установить фазовые . сдвиги в диапазоне от О до i при девиации частоты входного сигнала в широких пределах.

ЦИФРОВОЕ ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее формирователь входного напряжения, генератор частоты F , выхбд которого соединен с входом умножителя частоты на два и первыми входами первого и четвертого элементов И, выходумножителя частоты соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инвертор, выход которого соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, первый и второй ttl-разрядные реверсивные счетчики, прогрессивные входы которых соединены соответственно с выходами первого и четвертого элементов И, а . регрессивные входы - с выходами второго и третьего элементов И, причем выходы старших разрядов первого и второго счетчиков присоединены к первому и второму входам Формирователя выходного напряжения, выход которого является выходом всего устройстгва, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены генератор частоты F , пятый элемент И, п -разрядный вычитающий счетчик, блок управления, делитель частоты на два и управляемый делитель частоты, причем управляющий вход управляемого делителя частоты является управляющим входом устройства, счетный вход этого делителя присоединен к выходу генератора частоты 2 Г, а выход - к первому входу пятого элемента И, которыйсвоим вторым входом соединен с инверсным выходом старшего разряда третьего вычитающего счетчика, выход старшего разряда того же счетчи(П ка соединен с третьим входом выходного формирователя, причем третий счетчик регрессивным входом подключен к выходу пятого элемента И, информационными Б -выходами - к соответствующим . разрядным выходам, реверсивных счетчиков, первыми вторым входам Запись - к соответствующим выходам блока управления, .который своими первым и вторым входами 00 соединен с соответствующими входами выходного формирователя, выход которого соединен с третьими входами ьп второго и третьего элементов И, вход делителя частоты на два соединен с выходом входного формирователя, выDO ход - с входом инвертора, вторыми входами первого и- третьего элемента ,И и третьим входом блока управления.

ИнфВК

Ипц.Вх