Формирующее устройство фазометра Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис пользовано для построения фазометро инфранизкочастотного диапазона. Целью изобретения является повышение фазовой стабильности устройст ва за счет привязки моментов перехо да входных,сигналов через нуль к по следовательности прямоугольных импульсов высокой частоты, модулируе мых по амплитуде входным сигналом с последующей синхронной демодуляцией усиленного и сформированного сиг нала. При этом временное положение выходного сигнала относительно вход ного остается неизменным в заданном диапазоне изменения задержки, обусловленной влиянием дестабилизирующих факторов. Абсолютное значение переменной составляющей задержки в тракте уменьшается за счет его реал зации на основе усилителя постоянного тока (УПТ с автоматической ци ровой коррекцией дрейфа нуля, исклю чающей реактивные элементы межкаска ной связи. На фиг, I приведена структурная схема устройства на фиг, 2 - струк турная схема элемента выборки-хране ния и ключевого модулятораi на фиг, 3 - структурная схема блока цифровой коррекции дрейфа нуля; на фиг, 4 - временные диаграммы. Устройство (фиг, 1} содержит последовательно соединенные элемент 1 выборки-хранения, ключевой модуля тор 2, усилитель 3 постоянного тока и демодулятор 4, последовательно соединенные компаратор 5 и блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 3 постоянного тока, соединенного выходом со входом компаратора 5, а также последовательно соединенные высокочастотный генератор 7 и формирователь 8 импульсов, соединенный с элементом 1 выборки-хранения, ключевым модулятором 2 и через первый и второй элементы 9, 10 задержки - демодулятором 4 и блоком 6 цифровой коррекции дрейфа нуля, I При этом блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля (фиг, З) содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик П, регистр 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и фильтр 14 нижних частот, выход ко5торого соединен с выходом блока, а также элемент 15 задержки, соединенный входом со счетным входом реверсивного счетчика 1.1 , а выходом - со входом записи регистра 12, счетный вход реверсивного счетчика соединен с тактовым входом блока, а его информационньш вход - с информационным входом блока. Устройство работает следующим образом. Входное гармоническое колебание (фиг, 4а) поступает на информационный вход элемента 1 выборки-хранения, на управляющий вход которого подается последовательность прямоугольных импульсов частоты fс первого выхода формирователя 8 импульсов (фиг, 4б), которая также поступает на основной управляющий вход ключевого модулятора 2, на дополнительньй управляющий вход ключевого модулятора 2 со второго выхода формирователя 8 импульсов поступает вторая последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутая по фазе относительно первой на 180 (фиг, 4в), Элемент 1 выборки-хранения (фиг. 2 содержит электронный ключ 16 и конденсатор 17. Электронный ключ 16 элемента 1 замыкается на время tp l/2fg действия прямоугольного импульса первой последовательности, в течение которого происходит запоминание на .конденсаторе 17 элемента 1 значения входного сигнала , Во время паузы между импульсами этот ключ разомкнут и напряжение с конденсатора 17 элемента 1 поступает на ключевой модулятор 2, который (фиг. 2) выполнен по последовательно-параллельной схеме и содержит ключи 18 и 19, Во время запоминания входного сигнала электронный ключ 18 модулятора 2 разомкнут, а ключ 19 замкнут. При этом вход усилителя 3 постоянного тока закорочен и его выходное напряжение соответствует усиленному напряжению смещения нуля, обусловленному дрейфом и фликкер-шумами. В следующем полупериоде, во время действия импульса второй последовательности формирователя 8 импульсов, электронный ключ 19 моду3лятора 2 разомкнут, а ключ 18 замкнут и напряжение с конденсатора 17 элемента 1, соответствующее значению сигнала в момент переключения электронного ключа 16 и элемента 1 и электронного луча 18 модулятора 2поступает на вход усилителя 3 постоянного тока. Временная диаграмма выходного сигнала ключевого моду лятора 2 показана на фиг. 4г. Этот сигнал усиливается и ограничивается по нулевому уровню усилителем 3 постоянного тока (фиг. 4д) и далее поступает на демодулятор 4. Последний наиболее просто реализуется в виде 3D-триггера, соединенного В-входом с выходом усилителя 3постоянного тока, а С-входом - че рез второй элемент 10 задержки с вторым выходом формирователя- 8 им пульсов. Время задержки элемента 10 задержки выбирается равным среднему времени задержки усилителя 3 п стоянного тока плюс четверть периода () выходной последовательнос формирователя 8 импульсов. При этом напряжение на выходе демодулятора 4 устанавливается в соответствии со значением сигнала на его информационном входе в моменты времени, соответствующие фронту импульса на управляющем входе(фиг. 4е). Если при этом в тракте усиления и формирования сигнала (в усилителе 3 постоянного тока) возникает переменная составляющая задержки, обусловленная изменением частоты или амплитуды сигнала, а также изменением температуры, которая не превышает по модулю четверти периода управляющих импульсов tg/2, то это не приведет к смещению выходного сигнала демодулятора 4. В результате обеспечивается высокая фазовая стабильность формирующего устройства при работе в заданном диапазоне температур и изменении частоты и амплитуды сигнала. Реализация тракта усиления и формирования сигнала-На основе УПТ прямого усиления исключает разделительные КС-цепи и вносимые ими задержки, что облегчает выполнение указанного условия на величину переменной составляющей, задержки сигнала в тракте. Однако при этом имеет место значительный дрейф нуля и фликкер-шу54мы, ограничивающие снизу динамический диапазон устройства. Для их уменьщения используется блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов усилителя 3 постоянного тока (фиг. З). В момент действия импульса первой последовательности формирователя 8 импульсов, когда информационный вход усилителя 3 постоянного тока закорочен, действующее на его выходе усиленное напряжение смещения нуля сравнивается в компараторе 5 с напряжением сравнения и (в данном случае - с нулевым напряжением). 3 зависимости от знака отклонения этих напряжений на выходе компаратора 5 формируется уровень логического нуля или логической единицы, который управляет направлением счета реверсивного счетчика 1 1 С-четные импульсы на реверсивный счетчик 11 поступают через первьй элемент 9 задержки с первого выхода формирователя 8 импульсов. Время задержки элемента 9 задержки выбирается из тех же соображений, что и элемента 10 задержки. Этой же последовательностью с выхода элемента 15 задержки на время, равное времени задержки реверсивного счетчика 11, его выходной код записывается в регистр 12. Код регистра 12 с помощью цифроаналогового преобразователя I3 преобразуется в пропорциональное напряжение, которое через фильтр 14 нижних частот поступает на управляющий вход усилителя 3 постоянного тока. Если напряжение U на выходе фильтра 14 окажется меньше напряжения, смещения нуля усилителя 3 постоянного тока (фиг. 4ж), то напряжение на выходе компаратора 5 в следующем цикле коррекции будет, иметь уровень логической единицы и выходной код реверсивного счетчика 11 увеличится на единицу, что приводит к увеличению компенсирующего напряжения на выходе фильтра 14 нижних частот на величину ьи,и,., где uU- напряжение, соответствующее единице младшего разряда цифроаналогового преобразователя 13, - коэффициент передачи i f- I) фильтра 14 нижних частот. 5 Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на управляющем входе усилителя 3 постоянно го тока не превысит напряжение сме щения нуля. Это приводит к изменен логического уровня выходного напря жения компаратора 5 и уменьшению на единицу, кода реверсивного счетчика II и регистра 12, В результате компенсирующее напряжение уменьшается на величину ли и становится меньше напряжения смещения нуля Далее в установившемся режиме напряжение на выхо цифроаналогового преобразователя 1 циклически изменяется на величину +ли с частотой коррекции f|,f „. Э напряжение сглаживается и ослабляется в раз фильтром 14 нижних частот, и компенсирующее напряжени на его выходе изменяется относител но напряжения смещения нуля так, что разность их не превьш1ает, по модулю величину лПц, определяющую максимальную погрешность компенсации напряжения смещения нуля в установившемся режиме. Величина &U| определяет соответственно тре бования к параметрам цифроаналогового преобразователя 13 (его разрядности и опорному напряжению)и фильтра 14 нижних частот (коэффи циенту передачи) , Полоса пропуска56ния фильтра 14 нижних частот определяется верхней частотой спектра напряжения дрейфа нуля и фликкер-шумов и реально составляет единицы килогерц. Частота дискретизации f, входного сигнала выбирается, исходя из да-пустимой погрешности измерения сдвига фаз, обусловленной дискретизацией входного сигнала. Ее среднеквадратическое значение равно ЗЬО F -9 Р - частота входного сигналаi где п - число периодов сигнала, по которому усредняется результат измерения сдвига фаз (при измерении за период сигнала 1д 1 ).. Верхнее значение fg ограничивается быстродействием ключей и составялет сотникилогерц-единицы мегагерц. Возможны и другие варианты построения блока 6 цифровой коррекции дрейфа нуля. В частности, можно производить цифровую фильтрацию выходного сигнала компаратора 5 и оценку усредненного значения знака отклонения напряжения смещения нуля усилителя 3 постоянного тока за некоторое время TK, определяющее период коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов.

1. ФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОМЕТРА, содержащее высокочастотный генератор, ключевой модулятор и демодулятор, отличающееся тем, что, с целью повышения фазовой стабильности, в него введены элемент выборки-хранения, формирователь импульсов, два элемента задержки, усилитель постоянного тока, компаратор и блок цифровой коррекции дрейфа нуля, соединенный выходом с управляющим входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к информационным входам демодулятора и компаратора, а информационный вход через ключевой модулятор соединен с выходом элемента выборки-хранения, которьй информационным входом соединен с входом устройства, а управляющим входом - с первым выхо75 . %J ... lv..дом формирователя импульсов, к которому также подключены первый элемент задержки и основной управляющий вход ключевого модулятора, соединенного дополнительным управляющим входом с вторым выходом формирователя импульсов, который через второй элемент задержки соединен с управляющим входом демодулятора, вход формирователя импульсов соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход первого элемента задержки соединен с тактовым входом блока цифровой коррекции дрейфа нуля, информационный I вход которого соединен с выходом компаратора. (Л 2. Устройство по п. I, о т л ичающееся тем, что блок цифровой коррекции дрейфа нуля содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом блока, а также элемент задержки, соединенный выходом с входом записи регистра, а входом - со счетным входом реверсивного счетчика, соединенным в свою очередь с тактовым входом блока, информационный вход реверсивного счетчика соединен с информационным входом блока.

в

fff

Ж

иг.2.

иг.5