Цифровой фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 G01R25/08 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов. Известен цифровой фазометр с привязкой к экстремальным значениям сигнала, содержащий в каждом канале взаимосвязанные счетчик, регистр памяти и блок сравнения кодов, триггер и формирующее устройство, выход которого подключен к входу счетчика и первому входу триггера, связанному вторым входом блока сравнения кодов, а выходом - с входом Запись регистра памяти, общие для обоих каналов генератор счетных импульсов и подключенный к нему время-импульсный преобразователь, включающий в себя последовательно соединенные времязадающий делитель, связанный с входами начальной установки триггера и регистра памяти, электронный ключ, соединенный входами с выходами блоком сравнения кодов и регистрирующий счетчик. Недостатком данного фазометра яв ляется ограничение быстродействия и точности измерения за счет уменьшения числа усредняемых за время изме рения фазовых интервалов. Известен также цифровой фазометр содержащий в каждом канале формирователи импульсов в моменты переходо исследуемых напряжений через нулевы значения (в дальнейшем - формирующи устройства) и устройства выделения моментов переходов исследуемых напряжений (сигналов) через максималь ные значения, которые связаны с общими для обоих каналов цепью пуска, генератором эталонной частоты и под ключенным к нему времяимпульсным преобразователем, включающим в себя умножитель частоты, связанный с электронным ключом, соединенным с р гистрирующим устройством. Недостатком такого фазометра яв ляется то, что при отсутствии ложны нулей импульсы привязки к максималь ным значениям сигнала формируются через период сигнала, что снижает быстродействие фазометра, а также то, что при наличии ложных нуль пе реходов имеют место сбои триггеров управления и потеря работоспособно 312 ти и быстродействия цифрового фазоетра. Цель изобретения - повышение быстодействия и помехоустойчивости. Эта цель достигается тем, что в ифровой фазометр, содержащий времямпульсный преобразователь с подклюенным к нему генератором счетных мпульсов,- счетный триггер и два дентичных канала, включающих в себя ормирующее устройство, четыре элеента совпадений и реверсивньш счетик , введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй еверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с выходами последовательно включенных генератора счетных импульсов и счетного триггера, а первым выходом - с входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных, вторыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами - к входам соответствующих стан дартизаторов импульсов, которые соединены вторыми входами с вторым выходом формирователя импульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входам второго и четвертого элементов совпадений, связанных .вторыми входами соответственно с инверсным и прямым выходами формирующего устройства, а выходами - с входами соответствующих стандартизаторов импульсов, соединенных вторыми входами с четвертым выходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами - с вторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, соединенных первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами - с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадения и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю. При этом стандартизатор импульсов вьшолнен в виде последовательно включенных D-триггера и элемента И, выход которого является выходом стандартизатора импульсов, а второй вход, соединенный с С-входом D-триггера, - вторым входом стандартизатоpa импульсов, первым входом которого является S-вход D-триггера, D-вх которого подключен к уровню логичес кого нуля. На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового фазометра; на фиг. 2 блок-схема стандартизатора импульсо на фиг. 3, 4 и 5 - временные диагра мы сигналов. Фазометр содержит два идентичных канала 1, 2, каждый из которых вклю чает в себя последовательно соедине ные формирующее устройство 3, первы и второй блоки 4, 5 привязки к экст ремальным значениям с сигнала, сост ящим из элементов 6, 7 и 8, 9 совпа дений, стандартизаторов 10, 11 и -12 13импульсов, реверсивных счетчиков 14и 15 и дешифраторов 16 и 17, сое диненных с триггером 18, общие для обоих каналов и связанные с ними и друг с другом генератор 19 счетных импульсов, счетный триггер 20, формирователь 21 импульсных последовательностей и блок 22 времяимпульсного преобразования. Стандартизатор импульсов включает в себя последовательно соединенные D-триггер 23 и элемент И 24. Фазометр работает следующим образом. Исследуемые сигналы поступают на формирующие устройства 3 первого и второго каналов 1, 2 фазометра, кото рые преобразуют их в последовательность прямоугольных импульсов, фронты которых соответствуют переходам сигналов через нулевой уровень. На фиг. 3 показаны временные диаграммы сигналов для случая достаточно больщих отношений сигнал-шум, когда отсутствуют ложные нуль-переходы за счет широкополосных шумов, В блоках 4, 5 привязки к экстремальным значениям сигнала обоих каналов формируются импульсы (фиг. 3 в, е), привязанные отрицательными фронтами к серединам положительных (в блоке 5) и отрицательных (в блоке 4) полуволн сигнала, что соответствует по времени (без учета запаздывания в формирующих устройствах) экстремальным значениям гармонического сигнала. Привязка осуществляется путем цифрового интегрирования полувол сформированного сигнала с различно постоянной времени, определяемой частотой счетных импульсов (фиг. 36, 8314 д) . При этом во время действия положительной полуволны сигнала реверсивный счетчик 14 работает в режиме суммирования, а реверсивный счетчик 15 - в режиме вычитания, во время действия отрицательной полуволны сигнала режимы работы реверсивных счетчиков меняются на обратные. В режиме суммирования на входы реверсивных счетчиков 14, 15 через элементы 6, 8 совпадений и стандартизаторы 10, 12 поступают импульсы с формирователя 21 импульсных последовательностей с частотой следования /2, в режиме вычитания через элементы 7, 9 совпадений и стандартизаторы 11, 13 импульсов поступают и fflyльcы вдвое большей частоты следования (фиг. 5). Момент привязки регистрируется по отрицательному фронту импульса на выходе дешифратора (фиг. 3 в, е), когда текущий код реверсивного счетчика (фиг. 3 б, д) в режиме вычитания принимает нулевое значение, которое поддерживается до окончания действия отрицательной полуволны сигнала путем запирания второго и четвертого элементов 7, 9 сов падений выходным напряжением соответствующего дешифратора 16, 17. Импульсы привязки поступают на входы триггера 18, формирующего прямоугольные импульсы (фиг. 3 ж) длительностью, равной половине периода сигнала, и сдвинутые относительно его на 90 в обоих каналах (при строгой симметрии выходных сигналов формирующего устройства 3, при наличии ассимметрии момент привязки имеет систематическое смещение, компенсируемое путем двухполупериодной обработки в блоке 22 времяимпульсного преобразования. Сигналы с выходов триггеров обоих каналов, а также последовательность счетных импульсов с выхода генератора 19 поступает на входы блока 23 времяимпульсного преобразования, где осуществляется формирование временных интервалов, пропорциональных измеряемой разности фаз сигналов, их кодирование и регистрация. Использование информации об обоих экстремальных значениях сигнала в каждом периоде повьш1ает быстродейстие, а также точность измерения за счет увеличения в 4 раза числа усредяемых интервалов за то же время из1ерения (в фазометрах с усреднение). На фиг. 4 показаны временные диаг раммы работы фазометра с учетом широкополосных шумов, приводящих к мно гократным пересечениям нулевого уров ня (фиг. 4 а, г). Блоки привязки к экстремальным значениям сигнала в этом случае осуществляют интегрирова ние по длительности выбросов и пауз сформированной смеси сигнала и шума (фиг. 4 б. д). При этом в области нуль-переходов чисто.го сигнала, где выбросы и паузы соизмеримы по длительности, во время действия пауз также оказываются возможными считывания кодов реверсивных сметчиков 14, 15 до нулевого значения (в области, положительных нуль-первходов для реверсивного счетчика 14 и в области отрицательных нуль-переходов для реверсивного счетчика 15), что соответствует формированию на выходах дешифраторов 16, 17 ложных импульсов привязки (фиг. 4 в, е). Однако в дальнейшем по мере интегрирования длительности выбросов текущий код реверсивных счетчиков (фиг. 4 б. д) возрастает , достигая некоторого максимального значения в области отрицательных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 14) и положительных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 15). Далее преобладающими становятся длительности пауз, вызывающие уменьшение кода ре версивных счетчиков со скоростью, примерно в 2 раза большей, чем при его нарастании (во время действия положительной полуволны сигнала на соответствующем выходе формирующего устройства). В момент достижения ко дом нулевого значения на выходе дешифратора формируется импульс привязки, совпадакиций по отрицательному фронту с точностью, определяемой шумами, с соответо-твующим экстремал ным значением сигнала. Сформированные таким образом импульсы привязки (4 в, е) определяют состояние триггера 18, в то время как ложные импульсь привязки, отстающие относительно их по времени, лишь подтверж дают эти состояния, не оказывая вли яния на работу устройства. В резуль тате на выходе триггера 18 и каяздом канале так же, как и в случае чистого сигнала, формируются прямоугол ные импульсы длительностью,, равной половине периода сигнала без ложных нулей (фиг, 4 ж). Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется интегральная оценка временного положения экстремумов сигнала путем анализа соотношения усредненных значений времени пребывания смеси сигнала и шума выше и ниже нулевого.уровня в каждом периоде сигнала, что и предопределя- , ет его повьш1енную помехоустойчивость. Она определяется такими соотношениями сигнал-шум, при которых возможны ложные срабатывания и пропуски сигнала . При квантовании полуволн сигнала на выходах элементов совпадений 6-9 возможно появление не стандартных по длительности счетных импульсов , (при совпадении с фронтами квантуемых полуволн сигнала) и воздействующих без какой-оибо паузы на входы суммирования и вычитания реверсивных счетчиков. Кроме того, при наличии шумов возможно дробление счетных импульсов . Все это приводит к сбоям реверсивных счетчиков и снижению точности и помехоустойч{ вости фазометра. Дпя исключения этого явления используются формирователь 21 импульсных последовательностей и стандартизаторы 1013 импульсов, реализуемые, например, в соответствии с блок-схемой по фиг. 2. Формирователь 21 импульсных последовательностей формирует две пары задержанных относительно друг друга последовательностей импульсов с частотой tg и /2 квантующую и синхронизирующую. Импульсы квантующей последовательности поступают на входы элементов 6-9 совпадений, соединенных выходами с S-входами D-триггеров 23, а импульсы синхронизирующей последовательности - на С-входы Dтриггеров 23 и вторые входы элементов И 24, соединенных первыми входами с выходами D-триггеров. В результате на выходах элементов И 24 присутствуют стандартные по длительности счетные импульсы, соответствующие каждому срабатыванию D-триггеров 23, причем импульсы на входах суммирования и вычитания реверсивных счетчиков всегда разнесены во времени, что исключает потери информации и возможности сбоя реверсивных счетчиков, g ом числе и за счет дробления импульсов при квантовании. Таким образом, введение указанных элементов и связей позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость цифровых фазометров к внутренним и внешним широкополосным шумам и, еледователЬно, расширить динамический и частотный диапазон исследуемых сигна лов. Формула изобретения 1. Цифровой фазометр, содержащий времяимпульсный преобразователь с подключенным к нему генератором счеТ ных импульсов, счетный триггер и два идентичных канала, включающих в себя формирующее устройство, четъфе элемента совпадений и реверсивный счетчик, отличающийся тем что, с целью повьпиения быстродействия и помехоустойчивости, в него вве дены в каждом канале четьфе стандарт затора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с выходами последовательно включенных генератора счетных импульсов и счетного триггера, а первым выходом - с входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных вторыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами к входам соответствующих стандартизаторов импуль.сов, которые соединены вторыми вхо8318дами с вторым выходом формирователя импульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входам второго и четвертого элементов совпадений, связанных вторыми входами соответственно с инверсным и прямым выходами формирующего устройства, а выходами - с входами соответствующих стандартизаторов импульсов сЬединенных вторыми входами с четвертым выходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами - с вторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, соединённых первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами - с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадений и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю , 2. Фазометр по п. 1,отличаю щ и и с я тем, что стандартизатор импульсов вьтолнен в виде последовательно включенных D-триггера и элемента И, при этом S-вход D-триггера и соединенные друг с другом С-вход и .второй вход элемента И являются соответственно первым и вторым входами стандартизатора импульсов, выходом которого является выход элемента И, D-вход D-триггера соединен с уровнем логического нуля.

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости цифрового фазометра. Ьод ttai Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей. На чертеже показаны: идентичные каналы 1 и 2, формирующее устройство 3, блоки 4 и 5,привязки к экстремальным значениям сигнала, состоящие из элементов 6, 7 и 8, 9 совпадения, стан-:дартизаторы 10, 11 и 12, 13, реверсивные счетчики 14 и 15, дешифратооы 16 и 17, триггер 18, генератор 19 счетных импульсов, счетный триг(Л гер 20, формирователь 21 импульсных последовательностей, блок 22 времяI импульсного преобразования. Каждый стандартизатор включает в себя Dтриггер 23 и элемент И 24. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. ISD со 00 со

6 в

.t

г -t

г g е t

t

JL ./ ./

cfyue.3

I I И I I I I I

фиг.

cpue.5