Цифровой фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя нериодическими электрическими сигналами.

Цель изобретения - новышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения в наиболее характерных точках схемы.

Цифровой фазометр содержит первый формирователь 1, состоящий из формирователя 2 меандров опорного сигнала и формирователей 3 импульсов положительных и формирователей 4 отрицательных нуль- переходов опорного сигнала, формирователь 5 импульсов положительных нуль- переходов исследуемого сигнала, счетчик 6 тактовых импульсов, триггер 7 выделения знака, первый 8 и второй 9 элементы И, к входам первого из которых подключен генератор 10 когерентных квантующих импульсов и управлящий триггер 11, а выход соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 12, коммутатор 13 опорного и исследуемого сигналов, дешифратор 14, сумматор 15, третий 16 и четвертый 17 дополнительные элементы И, первый 18 и второй 19 регистры, триггер-формирователь 20 пьедесталов задержки и два элемента 21 и 22 задержки. Входы формирователей 1 и 5 подключены через коммутатор 13 к источникам опорного и исследуемого сигналов, выход формирователя 4 отрицательных нуль-переходов опорного сигнала подключен к входу «Сброс триггера 11 управления, к одному из входов второго элемента 9 И и к сбросовому входу триггера-формирователя 20 ггьедесталов задержки и через элемент 21 задержки - к входу «Занесение реверсивного счетчика 12 и к счетному входу счетчика 6 тактовых импульсов, выходы которого через дешифратор 14 подключены к входам первого слагаемого сумматора 15 и к второму входу второго элемента 9 И. Входы «Сброс первого регистра 18 и счетчика 6 тактовых импульсов соединены с п-|-1 с выходом дешифратора 14, установочные входы первого регистра 18 соединены с выходами сумматора 15, соединенными также с установочными входами реверсивного счетчика 12, выходы первого регистра 18 соединены с установочными входами второго регистра 19 и входами второго слагаемого сумматора 15, импульсный выход реверсивного счетчика 12 подключен к стартовому входу триггера-форми- .рователя 20 пьедесталов задержки, выход которого подключен к одному из входов третьего элемента 16 И, выход которого подключен к. входу «Занесение первого регистра 18, а второй вход соединен с выходом формирователя 5 положительных нуль-переходов исследуемого сигнала и одним из выхо5

.аов четвертого элемента 17 И, второй вход которого подключен к инверсному выходу фО))мирователя 2 меандров опорного сигнала и к входу формирователя 4 отрицательных нуль-нереходов опорного сигнала, а выход подключен к стартовому входу триггера 7 выделения знака, прямой выход формирователя 2 меандров опорного сигнала через формирователь 3 положительных нуль-переходов подключен к стартовому вхОду унравляю- 0 щего триггера М и непосредственно - к управляющему входу генератора 10 когерентных квантующих импульсов. Выход второго элемента 9 И через элемент 22 задержки подключен к сбросовому входу триггера 7 выделения знака и непосредственно - к входу «Занесение второго регистра 19, выход триггера 7 выделения знака подключен к уп- равляющму входу коммутатора 13 и к уста- н овочному входу BTOpoi o регистра 19, выходы которого являются выходом устрой- 0 ства.

Устройство работает следующим образом.

Опорный периодический элект рический сигнал выбранной промежуточной (постояп- ной) частоты (фиг. 2а) поступает через коммутатор 13 (фиг. 1) на вход формировате- 5 ,я 2. на прямом и инверсном выходах которого вырабатываются противофазные меандры опорного сигнала (фиг. 20,г), поступающие затем на входы формирователей 3 и 4, импульсов нуль-переходов onopnoi o сигнала, на выходах корых вырабатываются короткие импульсы с крутыми фронтами (фиг. 2е,ж).

Перед нача;1()Л1 первого периода измерительного цикла, вк:1ючающего п периодов опорного сигна.ча, опережающий на 180 импульс отрицательного нуль-перехода, играющий роль тактового (фиг. 2ж), с отвода эле.мента 21 задержки поступает на счетный вход счетчика 6, на выходе старшего разряда которого вырабатывается потенциал «I. Этот потенциал, поступая на вход де- 0 шифратора 14, вследствие программной прошивки шин дешифратора не приводит к появлению потенциала «1 на выходе старшего разряда реверсивного счетчика 12, поскольку первый период измерительного цикла предназначен для выявле 1ия знака фазового сдвига между опорным и исследуемым сигналами.

Меандр (фиг. 20), с прямого выхода формирователя 2 запускает генератор 10 когерентных квантующих импульсов, который начинает генерировать квантующие импульсы, фропт первого из которых привязан к фронту меандра (фиг. 20). Генерация происходит только в течение положительного полупериода меандра (фиг. 20).

Тактовый импульс (фиг. 2,ж) с выхода

5 формирователя 4, пройдя через элемент 21

задержки заносит информацию о задержке

первого периода измерительного цикла на

выход реверсивного счетчика 12.

0

5

5

0

15

25

Импульс положительного нуль-перехода опорного сигнала (фиг. 2е) с выхода формирователя 3 запускает триггер II управления, который открывает первый элемент 8 И и квантующие импульсы (фиг. 2а) поступа- , ют на списывание выставленной на выходе счетчика 12 информации.

Поскольку в первом периоде измерительного цикла на выходе старшего разряда реверсивного счетчика 12 имеет место «О (знаковый разряд) и списывать нечего, то Ю на управляющем (импульсном) выходе реверсивного счетчика 12 импульс (фиш. 2к) не выделяется и триггер-формирователь 20 пьедестала задержки не запускается.

Затем приходит следующий импульс (фиг. 2ж), сбрасывает триггер 11, прекращая прохождение квантующих импульсов на реверсивный счетчик 12.

Меандр с инверсивного выхода формирователя 2 поступает на один из входов четвертого элемента 17 И, на другой вход 20 которого поступает импульс (фиг. 2с) положительного нуль-перехода исследуе.мого сигнала относительно опорного, на выходе четвертого элемента 17 И выделяется импульс, который запускает триггер 7 выделения знака, на выходе второго регистра 19 устанавливается потенциал «1 (что означает знак +), а коммутатор 13 переключает каналы, т.е. опорный и исследуемый сигналы меняются местами.

Перед началом второго периода измерительного цикла тактовый импульс (фиг. 2ж) с отвода элемента 21 задержки снова поступает на счетный вход счетчика 6, на выходе следующего (более младщего) разряда этого счетчика выставляется потенциал «1, который поступает на соответствующий вход дешифратора 14 и после сумматора 15 на входе следующего (более младщего) разряда реверсивного счетчика 12 устанавливается потенциал «I.

Импульс (фиг. 2ж) после элемента 21 задержки заносит «1« на соответствующий 40 выход реверсивного счетчика 12.

Меандр с прямого выхода формирова- теля 2 запускает генератор 10 квантующих импульсов, а импульс положительного нуль-перехода опорного сигнала (фиг. 2е) вводит триггер II управления (фиг. 2з), и квантующие импульсы (фиг. 2«) начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 12, списывая выставленное на его выходе число, характеризующее задержку во втором периоде цикла.

По окончании списывания на управляющем выходе реверивного счетчика 12 выделяется импульс (фиг. 2к), который за пу- скает триггер-формирователь 20 пьедесталов задержки, и этот пьедестал (фиг. 2л) поступает с выхода триггера 20 на управляющий 55 вход третьего элемента 16 И. В случае совпадения во времени выходного импульса формирователя 5 с пьедесталом задержки на

30

35

5

5

,

0

0

Q

5

0

5

выходе третьего элемента 16 И выде.1ястся импульс, который заносит на выход iicjiHoro регистра 18 ту выходную информацию сум- .матора 15, которая имела место в момент вре.менного совпадения импульса (фпг. 26) с пьедесталом задержки. RaK только это произойдет, на входах BTOpoi O сла1 аемого сум.матора 15 и на установочных входах второго регистра 19 появится информация, характеризующая задержку, при которой произощло указанное совпадение. Начиная с этого .момента выходная информация сумматора 15 представляет собой сумму двоичного числа, соответствующего носледую- ще.му разряду и того числа, при котором произощло совпадение во времени импульса (фиг. 2д) с пьедесталом задержки.

Затем импульс (фиг. 2ж) сбрасывает триггеры 11 и 20.

Таким образом, в следующем периоде цикла передний фронт пьедестала задержки сдвигается в сторону временной позиции импульса (фиг. 2д) на величину временного интервала, соответствующего с,педующему (более младшему) разряду счетчика 6 тактовых импульсов.

Этот процесс приб,тижения переднегч) фронта пьедестала задержки к временной позиции и.мпульса (фиг. 2д) происходит в течение всего измерите;:ьного ци к.:1а, и с увеличением числа разрядов точность этого приближения растет.

В последнем периоде цикла импу.мьс (фиг. 2ж) отрицательного нуль-перехода опорного сигнала,поступив на один из входов второго элемента 9 И, на другой в.ход которого подается потенциал шины младшего разряда дешифратора 14, совпадает во времени с этим потенциалом, на выходе второго эле.мента 9 И выделяется имп)пьс, который заносит информацию о фазовом сдвиге и его знаке на выход второго регистра 19 и после задержки на эле.менте 22 возвращает триггер 7 в исходное состояние.

В конце каждого цикла выходной сигнал дешифратора 14 производит сброс счетчика 6 тактовых импульсов и первого регистра 18.

При использовании предлагаемого цифрового фазо.метра повышается точность измерения угла сдвига фаз между опорным и исследуемым сигналоми за счет когерентности квантующего и .модулирующего сигналов, расширяются функциональные возможности фазометра за счет его программной работы, сокращается число логических и управляющих эле.ментов, что повышает надежность работы стройства.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий .чиа формирователя опорного п исследуемого сигналов, счетчик тактовых импульсов, триг

;cj) иыде.лопия ллака, оператор кпг сропт- ;ii)i. киан сующих. ii.inyji.c on, управляющий ; )Игге), реверсивный сче гчик и TDH 4;ie.Mei;- та И. к входам первого из которых под- к.тючень выходы геиерато)а ко1-ерентн1 1х квантующих импу-тьеов и уирав.чяюнтего три1 1 е 1а, а выход с оедиис с вычитающим входом реверсивного счетчика, отличаю- 1Ц1111С.Ч тем, что, с це;1ы) 11ОВ15ииения точис;- СТ11 и расширения функциопадьпых ностей. формирователь опорного сигна.та состоят из формиро ате. ;И меаидрор. опорного сипкита и двух формирователей импу.ть- сов положитед1)НЫх и отрииа е;1ьных ну.т)- иереходов oiiopi;oro сигнала, в него введены до11о,1ните. коммутатор оио)ного и исс.те- дуемого .TOB, де1пи(|)ратор, суммат О), четвертый э;1емент И, регистра, тршм е р- (рор,мiipoisaTCJu. 1п едеста, 1пв задержки и ;1,ва ;|.:1емента з.чдержки, ири утом входв (|)()|)ми- рователей |4-1дключеиы через коммутато) к иcтoчникa i ;)iopnoi 0 и исс;1едуемо|-о сиги;ь лов, выхол. формирова ге.тя отри11,ательных нул1 -нереходов онорногч) сигнала 110дк, 1ЮЧ( Ч1 к «Сброс три1тера унрав. кми-гл, к од HOMV из входов второго з,1емента И и к сбросовому 15ХОДУ триггера-(рорМ11ровате.1Я сталов ; ,адержки и :;-,-1емент заде)жки i. входу «. Занесение реве|Н . счет чнка : ; счегному входу счетчика тактовьгч : льеор,, выходы KOi Ofioro че)ез дс1ни)ра- 1 ор нодкмючсн) К 15хода.м iiepiiorC c;ii ; ae- ii o cvMMaTOiia и IN второму иходч втогюго

--

улс мента И, .ы ie)Boro решстра и счетчика тактовых импу.и.сог; ссх-динеш:. с гг-н выходом деи1И()ратора, устаисм очиыс

ВХОД.

,;ами

ИОВОЧ 11мЗЛ-1 ,i, Н, )

К)воч 1ь:л:И вход да ми второго (

: -;единеиы е выхо- , .::ен11;;-; -:и также с уста- ам1- ,ei;epcnHiioro счетчика, perHCT|ja соединены е уета- ...ми з юрого регистра и вхо- дтагаемого сумматора, им

ну.тьеиыи libixoj:, peBej;enBiioi O счетчика под- к/почен к старт овому входо/ Tpiirrepa-фор- мировате.тя гп.ед.есталС В заде)жки, выход которого нодключеи к одному из входов третьего э,: 1емента И, выход ксгго|К)го подключен к входу - Занесеиие первого регистра, а второй вход соединен е вьгходом формирователя полжите,г|ьн1 |х нуль-переходов иесле- д,уоемого сигна.ча и одним из входов четвертого элемента И, ворой ход которого подключен к инверспом} выходу формирователя меаид.ров опорного сигнала и к вход.у формирователя отрицательных нуль-переходов онорпо1Ч) сигпа,та, а выход подк, 1К)чен к стартовому вхо;1у т)иг1 ера выделения з.пака, прямой выход ((зормирователя меа11дров опорного сигнала через формирователь no:io- жительпых нульд1ереходов подключен к стар- TOiiOMy входу унра1 ЛЯ1О1иего триггера и не- носредетвенпо - к управляющему входу 1 енерагора когерентных квантующих им- ну.чьеов, выход второго э.чемента И через э.лемепт задер/кки подк.чючеп к сбросовом 15ходу )а выделения зпака и непоеред- ственпо - к входу «Занесение второго регистра, выхол, трп1Л ера в 1|деления зпака но;1.к. 1ючеп к управ.тяюптему коммх- ()ia и к установочном} 1,ходу второго pei ncTpa, ВЫХОД151 кото; : )1 о яв. 1яклся дом устройс тва.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения утла сдвига фаз межД :/ ду двумя периодическими э.чектрическими сигналами. Введение в цифровой фазометр (ЦФ) коммутатора 13 опорного п исследуемого сигналов, деншфратора 14, сумматора 15, элемента И 17, регистров 18, 19, триггер- формироватстеля 20 пьедесталов задержки, элементов 21, 22 задержки, а 1акже выполнение формирователя опорного «г-ишала из формирователя 2 меандров ()иорн( го сигпа, 1а и формирователей 3 и 4 имнульсов ноложи- тельных п отрицательных пуль переходов опорного сигнала пов1 пнает точность и расширяет функциона. 1ьные возможности ЦФ I ил. сл со ю оо со Г cpuz.l