Цифровой калибратор девиации частоты Советский патент 1986 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты (ИДЧ) и аттестации образцовых поверочных установок .

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калиброванных значений девиации частоты за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущаю- пщх воздействий на значение выход- .ной девиации частоты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 зависимость выходного напряжения с выхода анализатора спектра при настройке на несущ то частоту и изменении индекса модуляции ЧМ сигнала и,- на фиг. 3 - осциллограммы сигналов в характерных точках схемы; на фиг. 4 - иллюстрация алгоритма подстрюйки.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 модулирующего напряжения, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, задатчик 3 индексов, первый кодоуправляемый аттенюатор 4, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, генератор 10 частотно-модулированного сигнала, корректирующий фильтр 11, первый элемент И 12, фазовый модулятор 13, фазовый манипулятор 14, генератор 15 тактовых импульсов, умножитель 16 частоты, детектор 17 пересечения нулевого уровня, второй элемент И 18, анализатор 19 спектра разделительная цепь 20, компара- , тор 21.

В устройстве первый выход генератора t модулирующего напряжения подключен к входу первого кодоуправ- ляемого аттенюатора 4, второй выход ж делителю 2 частоты модулирующего сигнала, управляющий вход кодоуправ .гшемого аттенюатора 4 соединен с выходом кода электронно-счетного частотомера 5, первый вход которого подключен к выходу делителя 2 частоты модулирующего сигнала, а второй аход соединен с выходом делителя 6 частоты. Вход делителя частоты 6 содинен с выходом опорной частоты элетронно-счетного частотомера 5, а его управляющие входы - с задатчи- ком 3 индексов. Выход первого кодо- управляемого аттенюатора 4 подклю- чен к второму кодоуправляемому аттенюатору 7 и корректирующему фильтру 11, выход второго кодоуправляемо- го аттенюатора 7 подключен к генератору 10 частотно-модулированного

сигнала, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом фазового модулятора 13, последовательно соединенным с умножителем 16 частоты ЧМ сигнала и анализатором 19 спектра. Выход последнего соединен с детектором 17 пересечения нулевого уровня через разделительную цепь 20, а с компаратором 21 непосредственно. Выход детектора 17 пересечения нулевого уровня присоединен к первым входам первого 12 и второго 18 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами

генератора 15 тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор 9 подключены к входам реверсивного счетчика 8, управлякш нй вход которого присоединен к выходу компаратора 21, третий выход генератора 15 тактовых импульсов подключен к управляющему входу фазового манипулятора 14, сигнальный вход которого соединен с выходом корректирующего шьтра П, а выход - с вто- ръал входом фазового модулятора 13.

Устройство работает следующим образом.

доходной сигнал генератора 1 модулирующего напряжения поступает на вход первого кодоуправляемого аттенюатора 4, коэффициент передачи которого определяется кодом на выходе электронно-счетного частотомера 5,

С выхода первого кодоуправляемого аттенюатора модулирующий сигнал поступает на второй кодоуправляекйлй аттенюатор 7 и с его выхода на вход ЧМ генератора.

Сигнах со второго выхода генератора 1 модулирующих напряжений поступает через делитель 2 частоты модулирующего сигнала с коэффициентом деления п на первый вход (А) электронно-счетного частотомера 5. На второй вход (В) электроннс-счетного частотомера 5, включенного в режим измерения отношения частот А/В, подаются импульсы с выхода делителя 6 частоты, коэффициент деления которого задается переключением задат- чика 3 индексов в соответствии с номером корня функции Бесйеля г и равен kfij (k - численная опорная частота кварцевого генератора ЭСЧ, к которому подключен.вход делителя частоты).

Показание электронно-счетного частотомера

F/л

fo/k

af

n

соответствует девиации частоты на выходе ЧМ генератора при обращении в нуль п-й гармоники несущей ЧМ сигнала, полученной с помощью умножи

теля 16 частоты ЧМ сигнала. Код на выходе электронно-счетного частотомера 5 определяет коэффициент передачи первого кодоуправляемого аттенюатора и величину индекса модуляции вызсодного сигнала.

Работа описанных блоков совпадае с работой устройства-прототипа и служит для вхождения системы в зону действия точного автоматического регулирования вблизи заданного индек- са р, , а также для индикации калиброванных значений ftf.

Автоматическая подстройка девиации частоты обеспечивается экстре- мальной цифровой автоматической системой с принудительным поиском, регулирующей коэффициент передачи второго кодоуправляемого аттенюатора 7. Поиск осуществляется путем дополни- тельной модуляции выходного ЧМ сигнала по параметру /i . Модулящ я производится в фазовом модуляторе 13, благодаря чему сохраняется спектральная частота выходного ЧМ сигна- ла калибратора и исключаются рыскания вокруг . Для дополнительной модуляции используется фазомани- пулированный сигнал модулирующей частоты с частотой |Ч tnin « опреде- ляемой генератором 15 тактовых импульсов . Фаза сигнала На входе фазового модулятора 13 определяется фазовым манипулятором 14, который имеет коэффициент передачи +1 в завися- мости от логического уровня на третьем выходе генератора тактовых импульсов (фиг. За,5 ).

5

5

0

5

0

При коэффициенте передачи фазового манипулятора ЧМ сигнал на выходе фазового модулятора имеет положительное приращение индекса модуляции Ар

(Wjt p sinjjt + sinj; :),

где QO - несущая частота (); РО- индекс модуляции на выходе

ЧМ генератора 10. Амплитуда спектральной составляющей несущей частоты пропорциональна функции Бесселя от индекса модуляции / г-е- 1о()При коэффициенте передачи фазового манипулятора k,, -1 ЧН сигнал на выходе фазового модулятора имеет отрицательное приращение индекса и амплитуда спектральной составляющей несущей частоты пропорциональна 1о(р-ар).

Таким образом, за счет фазовой манипуляции модулирующего сигнала фазового модулятора (. 4) вЪиод- ной сигнал анализатора спектра содержит прямоугольные импульсы с частотой генератора тактовых импульсов, фаза которых различна пркрд К; и /( Выходной сигнал детектора анализатора спектра содержит также постоянную составлякнчзгн} фиг. 2),

Для получения устойчивого выходного сигнала анализатора спектра используется ЧМ генератора со стабильной средней частотой.

Импульсы с выхода детектора анализатора 19 спектра поступают через разделительную цепь 20 на вход детектора 17 пересечения нулевого уровня, который формирует импульсы ;и приводит их к логическим уровням применяемых Вд1фровых элементов.

Приращение индекса модуляции Ар вблизи i-ro нуля функции Бесселя |}; вызывает различную фазу выходных импульсов на выходе детектора пересечения нулевого уровня. Если выходной сигнал анализатора спектра имеет отрицательную полярность, то фазовые соотношения между модуляционными импульсами на выходе детектора нулевых пересечений иллюстрируются фиг. 4: прирд ; положительным приращением л И соответствует появление логической единиицл (45), при /5 логического нуля (4 S), при ро Pi 3 выходе детектора пересечения нулевого уровня

S1

появляются короткие импульсы логической единищл с частотой 2|к(4а)

Величина модуляционного шага и и согласована на абсолютной величине с рабочим шагом регулирования, рав- ным приращению индекса модуляции на выходе ЧМ генератора при изменении управляющего кода второго кодоуправляемого аттенюатора на единицу. Корректирующий 4мльтр 11 слу- жит для сохранения соответствия между рабочим и модуляционным шагом при изменении модулирующей частоты F,поскольку для получения одинаковы приращений индекса в частотном и фа зовом модуляторах необходимо на входе последнего включить цепь с коэф- циентом передачи, обратно пропорциональным частоте.

Подстройка происходит следующим образом.

После предварительной установки индекса модуляции р, -2,405 на лй- бой из модулирующих частот F регу

лировкой уровня модулирующего напря- 25 янной составляющей больше этого знаясения система блоков -6 устанавливает заданный индекс модуля 1Ц1И, близкий к заданному |5; . При импульс логической единицы с выхода детектора пересечений открывает первый элемент И 12. С первого выхода генератора 15 тактовых импульсов (представляющего собой мультивибратор, счетчик и распределитель импульсов, собранные по стандартной схеме) через открытый элемент И 12 1пульс поступает на вход селектора 9 и далее - на суммирушций .. реверсивного счетчика 8. Благодаря

разновременности импульсов на первом 40 ментов И 12 и 18 поступают на вход

и втором выходах генератора тактовых импульсов, следующих по времени внутри импульса на третьем выходе, через второй элемент И 18 ни- пульсы не проходят. Код реверсивно- го счетчика 8 увеличивается на единицу, коэффициент передачи второго кодоуправляемого аттенюатора 7 и индекс модуляции 0 на выходе ЧМ генератора увеличивается на один шаг. При следующем совпадении выходного импульса детектора пересечения нулевого уровня с импульсом с первого выхода генератора тактовых импульсов (фиг. 3$ и 4 К) схема приблизится к еще на оДин рабочий шаг и Т.д. Если , t то при модуляционном приращении ер детектор пересечения

нулевого уровня вьщает импульс, совпадающий с импульсом с второго выхода генератора тактовых импульсов (фиг. 3 Ь и 46 ) и поступающий через селектор на вычитающий вход реверсивного счетчика. При достижении минимума амплитуды спектральной составляющей несущей частоты на выходе детектора пересечения нулевого уровня следуют короткие импульсы (фиг. 4 а ), не соепадаюяре с импульсами с второго и третьего выхода генератора тактовых импульсов. На входы реверсивного счет(шка 8 импульсы не поступают и схема устанавливается в состояние равновесия р /3; .

Для повышения быстродействия обработки у ; в устройства используется компаратор 21, уровень срабатывания которого устанавливают равным постоянной составлякедей на выходе анализатора спектра при отличии f)g ОТ , соответствукячего 10 - 16 ед. младшего разряда. При посточения на выходе Компаратора 21 имеется уровень логического нуля и селектор 9 подает выходные импульсы элементов И 12 и 18 на входы старшей

тетрады двоичного реверсивного счетчика 8, благодаря чему регулирование происходит ступенями старших разрядов, т.е. с повьигенным быстродействием. После уменьшения постолнной составлнкякей ниже порога срабатывания компаратора 21 на его выходе появляется уровень логической едииицы % которьй переключает се- лектор 9, и выходные импульсы злемладшей тетрады, т.е. окончательный процесс подстройки осуществляется ступеням младшего разряда. Селектор соде1якит также управляемые цепи переноса между младшей и старшей тетрадой, благодаря чему не предъявляется высоких требований к уровню срабатывания компаратора 21.

G целью исключения промахов, т.е. перестройки к соседним нулям i±1, саьме старвие разряды второго кодоуправляемого аттенюатора 7 постоянно включены и его коэффициент передачи изменяется с малой дискретностью в пределах 0,73-1. При увеличении жщулирующего напряжения до 133% от номинального значения сиетема поддерживает заданное значение девиации частоты.

Калибровка индексов модуляции ,405 производится настройкой анализатора спектра на п-ю гармонику несущей и установкой делителя 2 частоты модулирующего сигнала аналогично устройству-прототипу. Соотношение между рабочим и модуляционным шагом при этом сохраняется, поскольку при умножении частоты приращения индекса модуляции одинаково преобразуются в п раз.

Быстродействие системы возрастает в 6-8 раз, поскольку в каждой из проверенных точек калиброванные значения &f устанавливаются за время 2,5-3,5 с, тогда как в устройстве- прототипе после автоматической установки за время 2-3 с приходилось производить ручную подстройку шни- мума спектральной составляющей в течение 15-25 с.

Точность установки (Ьд р; по сравнению с устройством-прототипом повышается за счет устранения влияния изменений уровня модулирующего напряжения, крутизны ЧМ генератора, погрешности, возникающей из-за нелинейности модуляционной характеристики ЧМ генератора, неравномерности АЧХ тракта. Точность автоматической настройки на /i; близка к наилучшей достижимой в ручном режиме (0,1%), но превосходит ее в том отношении, что позволяет отрабатывать кратковременные случайные изменения индекса модуляции, уследить за которыми оператор не в состоянии.

Формула изобретения

{фровой калибратор девиации частоты, содержащий генератор частотно- модулированного сигнала, последовательно соединенные умножитель частоты и анализатор спектра, а также генератор модулирующего напряжения, первый выход которого подключен к входу кодоуправляемого аттенюатора, второй выход - к делителю частоты модулирующего сигнала, управляющий

вход кодоуправляемого аттенюатора соединен с выходом кода электронно- счетного частотомера, первый вход 1которого подключен к выходу делите- ля частоты модулирующего сигнала, а второй вход соединен с вьпсодом делителя частоты, зкод делителя частоты соединен с выходом опорной частоты электронно-счетного частотомера, а

его управляющие входы - с задатчи- ком индексов, отличающий- с я тем, что, с Целью повьшшния быстродействия и точности калибровки, введены второй кодоуправляемый

аттенюатор, реверсивный счетчик, селектор, корректирующий фильтр, фазовый манипулятор, фазовый модулятор, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, детектор пересечения нулевого уровня, второй элемент И, разделительная цепь и компаратор, причем вьпсод первого кодоуправляемого аттенюатора подключен к второму кодо- управляемому аттенюатору и корректирующему фильтру, выход второго кодоуправляемого аттенюатора подключен к модуляционному входу генератора частотно-модулированного сигнала, выход которого является выходом уст-

ройства и соединен с первым входом фазового модулятора, выход которого соединен с входом умножителя часто- ты, выход анализатора спектра соединен с входом компаратора через разделительную цепь со входом детектора пересечения нулевого уровня, выход которого присоединен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первыми и вторыми выходами генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход селектора присоединен к выходу компаратора, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу фазового манипулятора, сигнальный вход которого соединен с

выходом корректирующего фильтра, а выход - с вторым входом фазового моулятора.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты и аттестации образцовых поверочных установок. Цель изобретения - повьвпение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калибровочных значений девиации частоты. Для этого в устройство, содержащее генератор 1 модулирующего напряжения, умножитель 16 частоты, анализатор 19 спектра, генератор 10 частотно-модулированного сигнала, кодоуправляем й аттенюатор 4, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, за- датчик 3 индексов, введены второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, корректирующий фильтр 11, фазовый манипулятор 14, фазовый модулятор 13j генератор 15 тактовых импульсов, элементы И 12 и 18, детектор 17 пересечения нулевого уровня, разделительная цепь 20, компаратор 21. Цель достигается за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущающих воздействий на значение выходной девиации частоты. 4 ил. g (Л