Цифровой фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано при разработке широкодиапазонных цифровых измерителей фазовых сдвигов.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона частот измеряемых сигналов.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2- временные диаграммы его работы.

Цифровой фазометр содержит первый и второй усилители-ограничители 1 и 2, первый регистр 3, блок фазовой автоподстройки частоты в составе фазового детектора 4, делителя 5 частоты с переменным коэффициентом деления, усилителя-ограничителя 6, усилителя 7 постоянного тока и управляемого генератора 8, первый и второй формирователи 9 и 10 коротких импульсов, триггер 11, элемент 12 сравнения, ге нератор 13 квантующих импульсов, делитель 14 частоты с переменным коэффициентом деления, второй регистр 15, RS-триггер 16 и счетчик 17.

Выход усилителя-ограничителя 1 связан с первым входом фазового детектора 4, выход которого соединен с. входом усилителя 7 постоянного тока, а выход последнего по; ,ключен к входу управляемого генератора 8, который своим выходом через усилитель-ограничитель 6 связан с входом делителя 5 частоты с переменным коэффициентом деления. Выход делителя 5 соединен с вторым входом фазового детектора 4 и с входом формирователя 9 коротких импульсов, выход которого связан с первьм входом триггера 11. Выходы регистра 3 соединены с управляющими входами делителя 5 частоты. Выход усилителя-ограничителя 2 связан с дом формирователя 10 коротких импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера 11 и входом делителя 14 частоты с переменным коэффициентом деления. Выход триггера

11соединен с первым входом элемента

12сравнения, второй вход которого связан с выходом генератора 13 квантующих импульсов.

pa 1b соединен с третьим входом элемента 12 сравнения, выход которого связан с входом счетчика 17.

Устройство работает следующим об- Ь

разом.

На входы усилителей-ограничителей 1 и 2 поступают синусоидальные сигна10

15

20

25

лы (фиг. 2, И и Г) и U noprt, разность фаз между которыми измеряет данный фазометр. С выхода усилителя- ограничителя 1 сигнал типа меандр (фиг. 2, К), сформированньй из входного измеряемого сигнала Uj, поступает на фазоный детектор 4, на второй вход которого подается сигнал с делителя 5 типа меандр (фиг. 2,К), сформированный усилителем-ограничителем 6 из синусоидального сигнала, поступающего с управляемого генератора 8. С выхода фазового детектора 4 напряжение постоянного тока, пропорциональное величине разности фаз между сигналами на его входах, через усилитель 7 постоянного тока поступает на управляемый генератор 8.

Таким образом, сигнал, поступающий на вход формирователя 9 коротких импульсов, по фазе и по частоте совпадает с сигналом, сформированным усилителем-ограничителем 1, но с увеличенным отношением сигнал/шум.

Регистр 3, в который записан двоичный код, управляет коэффициентом деления делителя 5.

Возможность перестройки частоты генератора 8 и управления коэффициентом деления делителя 5 позволяет получать на выходе блока фазовой авто- .подстройки сигналы с частотами в щи- роком диапазоне, что значительно расширяет диапазон частот измеряемых сигналов.

С выхода усилителя-ограничителя вхо-45 2 сигнал типа меандр (фиг.2,Д),сфор30

35

40

мированный из сигнала U

опорн

посту50

пает на формирователь 10 коротких импульсов, с выхода которого импульсы (фиг. 2,Е), сформированные по переднему фронту меандра, поступают на второй вход триггера 11 и устанавливают его в 1. На первый вход триггера 11 поступают импульсы (фиг.2,Л), с формиров ателя 9, сформированные

Выходы регистра 15 соединены с уп- 55 ° передним фронтам меандра (фиг.2,К), равляющими входами делителя 14 час- и сбрасывают триггер 11 в О, тотьг с переменным коэффициентом деле-. На выходе триггера 11 формируются ния, выход которого связан с R-BXO- последовательность импульсов (фиг.2,П), дом RS-триггера 16. Выход RS-тригге- длительность которых пропорциональна

е

rj 3-05822

pa 1b соединен с третьим входом элемента 12 сравнения, выход которого связан с входом счетчика 17.

Устройство работает следующим об- Ь

разом.

На входы усилителей-ограничителей 1 и 2 поступают синусоидальные сигнамированный из сигнала U

опорн

посту0

пает на формирователь 10 коротких импульсов, с выхода которого импульсы (фиг. 2,Е), сформированные по переднему фронту меандра, поступают на второй вход триггера 11 и устанавливают его в 1. На первый вход триггера 11 поступают импульсы (фиг.2,Л), с формиров ателя 9, сформированные

разности фаз между поступающими на вход фазометра сигналами.

Импульс Обнуление,(фиг. 2,А), производит начальную установку счетчика 17, делителей 5 и 14, триггера 11.в состояние О, а RS-триггера 16 в состояние 1.

Делитель 14 частоты задает время измерения, подсчитывая заданное количество импульсов (фиг. 2,Е), поступающих с формирователя 9. По окончании заданного времени измерения с выхода делителя 14 частоты поступает импульс на R-вход RS-триггера 16 и переводит его в состояние О.

Таким образом, с выхода элемента 12 сравнения на вход счетчика 17 поступают пачки квантующих импульсов (фиг. 2,Н) в течение времени, определяемого стробом (фиг. 2,В), поступающим на третий вход элемента 12 сравнения.

По окончании измерения на счетчике 17 сохраняется двоичный код, про- порциональньй сдвигу фаз между входными синусоидальными сигналами. Регистр 15 с предвар ительно записанным в нем двоичным кодом управляет коэффициентом деления делителя 14, бла- годарл чему можно изменять время измерения фазовых задержек в зависимости от отношения сигнал/шум на входе фазометра.

Коды управления, в регистры 3 и 15 записываются с ЭВМ.- Считывание кода со счетчика 17 также осуществляется ЭВМ.

Повышение точности измерения достигается за счет применения в фазомере регистра 15 и делителя 14 частоты с переменным коэффициентом деления, /при помощи которых менять время измерения в зависимости от величины спекральной плотности шума, записывая соответствующий код управления в регистр 15, благодаря чему изменяется коэффициент деления делителя 14 частоты.

Таким образом, случайная погрешность G при увеличении спектральной плотности шума и времени измерения б в к раз увеличивается лишь в

4

„

. При отсутствии регистра и

делителя частоты с переменным коэффициентом деления случайная погрешность о увеличивается в -Ji раз.

6

1330582

Расширение диапазона частот рабо- ты фазометра достигается за счет введения регистра 3 и делителя 5 с переменным коэффициентом деления.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Снижение времени измерения сдвига фаз при уменьшении частоты измеряемого сигнала достигается за счет уменьшения коэффициента деления делителя 14 переменньм коэффициентом деления вводом в регистр 15 соответствующего кода.

Формула изобретения

1. Цифровой фазометр, содержащий первый и второй усилители-ограничители, причем вход первого соединен с первым входом фазометра, а вход второго - с вторым входом, первый и второй формирователи коротких импульсов, причем вьрсод первого соединен с первым входом триггера,, а выход второго - с вторым входом триггера, вход второго формирователя импульсов соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход триггера соединен с первым входом элемента сравнения, выход генератора квантующих импульсов соединен с вторым входом элемента сравнения, выход элемента сравне- нения соединен с входом счетчика, блок фазовой автоподстройкй частоты, отличающийся тем, что, с целью повьщ ения точности измерений и расширения диапазона часто измеряемых сигналов, в него введены два регистра, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и R-S- триггер, причем выход первого уснли- теля-ограничителя соединен с первым входом блока фазовой автоподстройки частоты, первый регистр входом соединен с первым входом управления фазометра, а выходом - с вторьм входом блока фазовой автоподстройки частоты выход которого соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, выход второго формирователя коротких импульсов соединен с входом делителя частоты с переменным коэф- фициентом деления, .выход которого соединен с R-входом RS-триггера, подключенного выходом к третьему, входу элемента сравнения, вход второго регистра соединен с вторым входом управления фазометра, выход - с управляющим входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления., а

S-вход RS-триггера и установочный вход счетчика подсоединены к шине Обнуление. .

2. Фазометр по п. 1, о тли - чающийся тем, что блок фазе вой автоподстройки частоты содержит фазовый детектор, первым входом сое диненный с первым входом блока фазо вой автоподстройки частоты, а выходом через последовательно соединен I

Г

Г

-/ V/

/-

/

УУ V -.

I

/7

П

EL-.а

фи&.2

Составитель С.Кулиш Редактор А.Лежнина Техред В.Кадар

Заказ 3579/48 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

13305826

ные усилитель постоянного тока, управляемый генератор, усилитель-ограничитель и делитель частоты с переменным коэффициентом деления соеди- 5 нен со своим вторым входом, управ- ляющий вход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с вторым входом блока фазовой автоподстройки частоты, а выход - с . 10 выходом блока автоподстройки частоты и вторым входом фазового детектора.

г

/:

/

Корректор Л.Бескид

Изобретение позволяет повысить точность измерений и расширить диапазон частот измеряемых сигналов. Фазометр содержит усилители-ограничители 1,2 и 6, блок 4 фазовой автоподстройки частоты, усилитель 7 постоянного тока, управляющий .генератор 8, формирователи 9 и 10 коротких импульсов, триггер 11, элемент 12 сравнения, генератор 13 квантующих импульсов, делитель 14 частоты с переменным коэффициентом деления и счетчик 17. Расширение диапазона частот фазометра достигается за счет введения регистра 3 и делителя 5 частоты с переменным коэффициентом деления в блок фазовой автоподстройки частоты. Снижение времени измерения сдвига фаз при уменьшении частоты измеряемого сигнала достигается за счет уменьшения коэффициента деления делителя 14 частоты с переменным коэффициентом деления вводом в регистр 15 соответствующего кода 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 3 (Л Pus.1 обнуление