Измеритель параметров фазочастотной характеристики четырехполюсников Советский патент 1985 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к технике измерений, может быть использовано для измерения нелинейности и наклона фазочастотньк характеристик (ФЧХ) четырехполюсника и каналов 5 линии связи и является усовершенствованием авт.св. № 1002983.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структур- О ная схема измерителя; на фиг. 2 структурная схема блока линейной аппроксимации; на фиг. 3 - временная диаграмма работы блока линейной аппроксимации.15

Измеритель фиг. 1) содержит последовательно соединенные задапщй генератор 1, зондирующий генератор 2 дискретного множества частот, устройство 3 взаимного фази- 20 рования многочастотных сигналов, первый опорньй генератор 4 дисретного множества частот, блок 5 измерения времени распространеия сигнала, второй вход которого 25 соединен с выходом второго опорного генератора 6 дискретного множества частот и с одним из входов селективного фазометра 7, блок 8 линейной аппроксимации, интегра- JQ тор 9, сумматоры 10-12, первую 13 и вторую 14 клеммы измерителя для подключения исследуемого четырехполюсника 15.

Чри этом блок 8 линейной аппрок- 35 симации выполнен в виде триггера 16 с раздельными входами, делителя 17 частоты с коэффициентом деления, равным N, делителя 18 частоты с коэффициентом деления, равным от- 40 ношению А/64, элемента 19 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с прямым и инверсным выходами элементов 20 и 21 совпадения, реверсивного счетчика 22 с двумя счетными входами и предварительной 45 установкой кода, делителей 23 и 24 с переменными коэффициентами деления, реверсивного счетчика 25 с одним счетным и одним управляющими входами, реверсивного счетчика 50 26 с двумя счетными входами, цифрового умножителя 27 на константу В и алгебраического сумматора 28.

Измеритель работает следуюищм образом.55

Гармоническим сигналом задающего генератора 1 запускается зондирующий генератор 2 дискретного множества частот. Многочастотный сигнал генератора 2 поступает на вход исследуемого четырехполюсника 15. Измерительньй сигнал с выхода четырехполюсника 15 представляет собой дискретное множество гармоник сигнала задающего генератора 1, ограниченное полосой пропускания исследуемого четырехполюсника 15. Все компоненты этого множества получили фазовые приращения, соответствующие полной ФЧХ четырехполюсника 15.

Измерительный сигнал поступает на один из входов селективного фазометра 7 и одновременно на вход опорного генератора 6. Генератор 6 формирует сигнал, идентичный сигналу на выходе генератора 2, и подается На второй вход селективного фазометра 7. Сигнал генератора 6 отстоит от сигнала генератора 2 на время t задержки зондирующего сигнала в четырехполюснике 15 и поэтому селективный фазометр 7, в котором сравниваются фазы одноименных компонентов дискретных множеств гармоник на его входах, зарегистрирует только нелинейную часть U Су (ы ФЧХ четырехполюсника 15.

Сигнал генератора 2 подается также на вход устройства 3 взаимно.го фазирования многочастотных сигналов, которое осуществляет запуск опорного генератора 4, а также контроль и поддержание синфазности одноименных частотных компонентов сигналов на выходах генераторов 2 и 4. Вследствие этого выходные сигналы генераторов 2 и 4 одинаковы по форме и совпадают во времени, т.е. синфазны. Каждый иг этих сигналов опережает выходной сигнал генератора 6 на времяi . Время t измеряется с помощью блока 5, в качестве которого можно использовать либо измеритель интервалов времени, либо измеритель наклона линейной чгсти ФЧХ.

Для исключения погрешности, обусловленной нестабильностью момента запуска генератора 6, к выходу селективного фазометра 7 подключен блок 8 линейной аппроксимации, в котором осуществляется определение поправок АХ и й% , служащих для уточнения величин, измеренных селективным фазометром 7 и блоком 5. Поправки &{ и fltp,, явля3

ются параметрами Л1шейной фракции ftQ +Л1и, с помощью которой осуществляется аппроксимация нелинейной части ФЧХ, измеренной селективным фазометром 7. Способ определения параметров йЧд и Д зависит от выбора критерия приближения. При выборе среднеквадратичного критерия, наиболее часто используемого на практике, параметры utfg и bi находятся путем минимизации суммы

л ..2

п

L. u4((OKb(bq o+&tkii) .

Z

где тип- номера нижней и верхней гармоник зондирующего сигнала в полосе пропускания исследуемого четырехполюсника 15, /2|| - частота задающего генератора i .

Дифферен1Ц1руя последнюю сумму Ha&lfo иЛГи приравнивая полученные выражения к нулю, получаем систему уравнений, решение которой имеет вид:

п

U-kU4K/si5I

k M y

ЬЦ1о (уЧк/N-iink , iCrw

где N m-n+l - количество гармоник

зогщирующего сигнала - в полосе пропускания

четырехполюсника 15J lc(m+n)/2 - среднее арифметическое

значение номеров этих

гармоник.

Следовательно, определение поправок it и сводится к выполнению арифметических операций над числамиАЧк{1 п1,т+1 ,.. . ,п), что не вызывает принципиальных затруднений

Блок 8 линейной аппроксимации (фиг. 2) работает следующим образом

На вход блока 8 с выхода селективного фазометра 7 поступают информационные сигналы и Знак, а также синхросигналы Сброс и Номер. Сигнал uqi представляет собой последовательность коротких импульсов , количество которых в k-ой выборке равно или прямо пропорционально utf . Сигнал Знак равен ло030Ь4

гической единице, если Atfj, 0, и логическому нулю, если A(. Сигнал Сброс представляет собой короткий импульс, который вырабатывается в

5 селективном фазометре перед началом каждого цикла из N измерений, а сигнал Номер - короткий импульс, который формируется перед каждым из N измерений в цикле. Данные сигJO налы присутствуют в селективном фазометре, принцип работы которого основан на последовательном гетеродинном преобразовании частоты и прямом квантовании временных интервалов,

15 прямо пропорциональных ЛР) .

Сигнал Сброс устанавливает-в О триггер 16. Этот же сигнал записьшает число k-m+1 в реверсивный счетчик 22 и сбрасьгоает в О

20 все остальные счетчики и делители блока 8 цепи предварительной установки Делителей и счетчиков блока 8 на фиг. 1 не показаны).

Прямой выход триггера 16 подключен к одному из входов элемента 20 совпадения, а инверсный выход - к одному из входов элемента 21 совпадения. Поэтому после установки триггера 16 в О элемент 20 закрывается, а элемент 21 .открьшается. Так как выход элемента 21 связан с вычитающим входом счетчика 22, то в последнем устанавливается режим Вычитание. При поступлении первого

импульса Номер -из счетчика 22 вычитается единица и устанавливается в нем код Е -(л. Этот код подается на входы предварительной установки делителей 23 и 24, вьтолненных,

например, на микросхемах К155ИЕ8. Таким образом, в делителях 23 и 24 устанавливаются коэффициенты деления, равные отношению 64/(k-m). Входы Выбор кристалла делителей

23 и 24 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам элемента 19 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Поэтому в любой момент времени один из этих делителей открыт, а другой закрыт.

в течение первого измерения сигнал Знак равен логической единице (фиг. 3. Поэтому на прямом выходе элемента 19 будет также сигнал логической единицы, а на инверсном выходе этого же элемента - сигнал логического нуля.

При этих условиях открытым окажется делитель 24, подключенный своим выходом к вычитающему входу реверсивного счетчика 2.6. Следователь но, в течение первого измерения через делители 18 и 24 на вычитающий вход счетчика 26 поступит (k-m)&( импульсов, т.е. в счетчике 26 запишется отрицательное число (m-k) При поступлении второго импульса Номер в счетчике 22 устанавливает ся код k-rt)-l. В течение второго измерения сигнал Знак равен логическому нулю, поэтому открытым буде делитель 23 и закрытым делитель 24, т.е. на суммирующий вход счетчика 26 поступит (k-m-l ) u(f,/A импульсо и в счетчике 26 с учетом первого измерения зарегистрируется число (ra-k)u(pn,/A-{m-H-k)u4m,/A и т.д. При поступлении k-го импульса Номер в счетчике 22 устанавливается нуль. При этом на его выходе регистрации нуля появляется короткий импульс, который поступает на вход установки в 1 триггера 16. Триггер 16 перебрасывается и подает разрешающий потенциал на элемент 20 совпадения, одновременно запирая элемент 21 совпадения. После этого счетчик 22 переводится в режим Сум мирование. В течение k-ro измерени на входах предварительной установки делителей 23 и 24 действует код числа О, оба делителя заперты и на входы счетчика 26 импульсы не поступают. Таким образом, осуществляется умножение Ha(k -k 0. При поступлении +1 импульса Номер в счетчике 22 устанавливается код числа 1, поэтому на суммирующий или вычитающий (в зависимости от потенциала сигнала Знак) входы счетчика 26 поступит импульсов. Далее в течение +2 измерения на один из входов счетчика 26 поступит 24(( импульсов и т.д Таким образом, после М измерений в счетчике 26 зарегистрируется числоh (. в это же время на выходе счетчика 25 запирается число 2Г , поскольку на его счетный вход через делитель 17 поступают пачки импульсов с количеством импульсов на k-ой пачке, равном ДСрц . Счетчик 25 является реверсивным и поэтому осуществляет алгебраическое сложение чисел ЛСрх . Управление режимом счетчика 25 осуществляется сигналом знак. Цифровой умножитель 27 служит для определения величиныДсВ и может быть вьтолнен на интегральных микросхемах К53ШК1П. Величина bCfo определяется с помощью алгебраического сумматора 28, который легко реализуется на интегральных микросхемах К155ИМЗ или К155ИПЗ. Коэффициент деления делителя 18 выбран равным отношению А/64 в связи с тем, что частота импульсов на выходах делителей 23 и 24 (микросхемы К155ИЕ8) равна f . вЬ1Х У где М - кодовая комбинация наВ-входах микросхем К155ИЕ8. В нашем случаем If-1. Благодаря этому и реализуется операция умножения чисел &i)j на весовые множители k-k с одновременным делением этих чисел на константу А. Блок 8 имеет два выхода. С первого выхода сигнал, пропорциональный ui;, поступает на вход сумматора iO, где используется для уточнения времени t , измеренного с помопц ю блока 5, в соответствии с выражением. Этот же сигнал поступает на вход интегратора 9, в котором осуществляется интегрирование по частоте. С выхода интегратора 9 сигнал, пропорциональный )(,, подается на один из входов сумматора I1. На втором входе сумматора 11 действует сигнал, пропорциональный Л tf д. Этот сигнал поступает из второго выхода блока 8. Сигнал, пропорциональный сумме itfo +iT.y,(, с выхода сумматора 11 подается на один из входов сумматора 12, где используется для уточнения нелинейности ФЧХ, измеренной селективным фазометром 7, в соответствии с выражением ИДи,) йС (w,) Ц). Таким образом, нелинейность ФЧХ, зарегистрированная на выходе сумматора 12, не содержит линейной Л to. и постоянной йЦ|ц составлянхцих, обусловленных нестабильностью момента запуска генератора 6 и нестабильностью параметров исследуемого четырехполюсника 15. Кроме того, время распространения сигнала, измеренное с учетом поправки л1 , также не зависит от этих факторов.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ФАЗОЧАСТОТНОГ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ по авт.св. № 1002983, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, в него введены три сумматора, блок линейной аппроксимации и интегратор, при этом выход селективного фазометра через блок линейной аппроксимации соединен с входами интегратора и первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока измерения времени распространения сигнала, а выход первого сумматора является выходом измерителя, выход интегратора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторьм выходом блока линейной аппроксимации, а выход второго сумматора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход § которого соединен с выходом селективного фазометра, а выход третьего сумматора является вторым выходом измерителя. СО о со о Эд

а

/«г

Знак

ЛГв

28

27

AT

J