Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 

113358912

Изобретение относится к технике Рассмотрим процесс определения

гщфрового измерения кратковременнойкратковременной нестабильности, пронестабильности частоты генераторов.текакщий следующим образом.

Цель изобретения - повьшение том- Вначале вьщеляется разностная

ности и расширение функциональныхчастота исследуемого и управляемого

возможностей.генераторов

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - временная функция кратковременной нестабильности частоты.

Устройство состоит из исследуемого генератора 1, управляемого генератора 2, смесителя 3, фазового детектора .4, . компаратора 5, эталонного генератора 6, умножителя 7 частоты, первого 8 и второго 9 делителей частоты, триггера 10, временного селектора 11, двоичного счетчика 12, преобразователя 13 код - напряжение и регистратора 14.

.Выход управляемого генератора 2 соединен с вторым входом смесителя 3 первьй вход которого подключен к выходу исследуемого генератора 1, первьй вход и выход фазового детектора 4 соединены с выходом смесителя 3 и входом управляемого генератора 2 соответственно, выход смесителя 3 соединен с первым входом компаратора 5, второй вход которого соединен с вторым входом фазового детектора 4, выходом эталонного генератора 6 и входом умножителя 7 частоты, информационный вход первого делителя 8 частоты соединен с выходом компаратора 5, выход первого делителя 8 частоты подключен к управляющим входам первого 8 и второго 9 делителей частоты, информационньш вход последнего подключен к выходу умножителя 7 частоты, первьй и второй входы триггера 10 соединены с выходами соответственно первого 8 и второго 9 делителей частоты, первьй и второй входы временного селектора 11 подключены к выходам соответственно триггера 10 и умножителя 7 частоты, первьй и второй входы двоичного счетчика 12 соединены с выходами соответственно временного селектора 11 и второго делителя 9 частоты, причем двоичньй счетчик 12, преобразователь 13 код - напряжение и регистратор 14 соединены последовательно.

fxcM

(1)

хслч текущее значение исследуемой частоты на выходе смесителя;

fxo ,uf - номинальное значение исследуемой частоты на

выходе смесителя и ее ,отклонение.

Затем осуществляется умножение изменения частоты от номинального значения

хо tkif.

(2)

где f - текущее значение исследу- 25емой частоты на выходе

компаратора;

-хо

следуемой частоты на выходе компаратора; 30 k - коэффициент умножения.

Выражение (2) запишем через номинальное значение периода исследуемой частоты на выходе компаратора Т и его отклонение и Т

35

TX ± йТ,

(3)

где Т - текущее значение периода

исследуемой частоты на вы- 40 ходе компаратора.

Изменение периода исследуемой тоты определяется из соотношения

,

1сд -,- т : ,

45

т;о .

и равно

50

л т - - f IlO f;:±ktf

(4)

55

При этом из п, импульсов исследуемой частоты на выходе компаратора, период которой равен Т (фиг.2а), формируется последовательность импульсов усреднения, следующих с периодом, равным

Т,-а,

(5)

а из Hj импульсов эталонного генератора, частота которого умножена в m раз (период равен , где Т - период следования импульсов частоты эталонного генератора, фиг.2,с), формируется последовательность опорных импульсов, которая задержана относительно импульсов усреднения на опорный интервал t (фиг.2,d), равный

г.

п.- -

m

(6)

Измерительный интервал формируется как разность периода следования импульсов усреднения и опорного интервала (фиг.2,е)

ty - t о

(7)

которьй коммутирует импульсы частоты эталонного генератора, умноженной в m раз (фиг.2,).

Количество коммутируемых импульсов

VI и

N. т(8)

преобразуется в двоичный код (фиг.2,и) с последующим преобразованием в напряжение (фиг.2,и)

вы. N,,uU,

(9)

где uU - шаг квантования.

Выражение (9) с учетом (3) и (5)- (8) запишем в виде

и

п.тТко t п,тлТ - п jTq

вых

uU. (10) 40

Максимальное число шагов квантования определим из соотношения

BiSlipZ-Hils. XnajbETO . 2

(11)

где максимальное число шагов

квантования устройства. Соотношение. (10) с учетом (11) и (4) преобразуется к виду

п Х 1Щ5с+ tiu.L5llSl 2.1u. п с 12)

вь,. 2 - f ,o±kbf t n, --номинальное значение интервала усреднения ;

Гд - частота эталонного

генератора.

Разрешающая способность устройства ufp, т.е. девиация частоты, вызывающая изменение выходного напряжения на шаг квантования, определяется из условия

ли и

выи

&f о-и

SblK

bf Л.

и равна

,,

) fxo

)

(13)

На экране регистратора 14 индицируется форма кратковременной нестабильности (фиг.З), где ось и отградуирована в ступенях квантования N, а ось t - в интервалах усреднения от О до п. При этом результирующая кратковременная нестабильность частоты оценивается по формуле

S

л XT

111 П г

0

5

0

где f

иг

uf

р

5

0

5

частота исследуемого геке- ратора;

изменение частоты, соответствующее шагу квантования по оси N;

i - номер интервала усреднения ; N - число ступеней квантования

на интервале усреднения. Устройство работает следующим образом.

Перед началом определения измерений устанавливаются коэффициенты деления первого 8 и второго 9 делителей частоты, которые рассчитываются -по формулам (5) и (11) соответственно. Значение частоты управляемого генератора 2 устанавливают таким об- .разом, чтобы выходная частота смесителя 3 попадала в полосу пропускания компаратора 5. Коэффициенты умножения компаратора 5 и умножителя 7 частоты выбирают с учетом соотношения (13).

Импульсы частот с выходов исследуемого 1 и управляемого 2 генераторов поступают на смеситель 3, на выходе которого формируется разностная частота, определяемая по формуле (1). Фазовый детектор 4, у которого tф.)t,

S1335891

t, постоянная времени фазового

о с т ж н к

детектора сравнивает сигнал эталонного генератора 6 с сигналом иа выходе смесителя 3. Сигнал с напряжением, пропорциональным разности частот генератора 6 и смесителя .3 с выхода фаз ового детектора 4,, перестраивает частоту генератора 2 таким образом, чтобы поддерживалось равенство частот с выходов эталонного генератора 6 и смесителя 3. С выхода смесителя 3 импульсы исследуемой частоты поступают на первый вход компаратора 5, который увеличивает девиа1дию частоты в k раз определяемую по формуле (2) , На выходе первого делите-- ля 8 частоты из импульсов исследуемо частоты, поступакяцей на его информационный вход (фиг,,о25а)5 формируется последовательность импульсов усреднения (фиг.25Ь)д следующих с периодом усреднения t, определяемым по формуле (5). Импульсы усреднения, поступая на управляющие входы первого и второго 9 делителей частоты, осуществляют синхронизацию их работы« Импульсы частоты эталонного генератора 6 через умножитель 7 частоты поступают на информационный вход второго делителя 9 частоты (фиг„2,с) на выходе которого формируется последовательность опорных импульсов (фиг.2,d)5 задержанных относительно импульсов усреднения на опорный интервал t 5 определяемый по формуле (б) Опорные импульсы, устанавливают триггер 10 в единичное состояние, а импульсы усреднения - в нулевое (фиГо25е). При этом длительность измерительного интервал:а на выходе триггера 10 определяется соотношением (7 и пропорциональна среднему изменению периода на интервале усреднения. Из- . меритвльньй интервал, поступающий на первьм вход временного селектора 11, коммутирует на первый вход двоичного .счетчика 12 импульсы с выхода умножителя 7 частоты (фиг,25). Количество

импульсов определяется выражением

Опорные импульсы, поступающие на второй вход двоичного- счетчика 12, устанавливают последний в нулевое состояние по выходам перед- приходом

которого соединен с вторым входом двоичного счетчика и выходом второго делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом умножите- очередной пачки коммутируемых импуль- gg ля стоты и вторым входом временного сов (фиг,2,и). Двоичньм код измери- селектора, первый вход которого сое- тельного интервала поступает на ре- динен с выходом триггера, а выход гистратор 14 через преобразователь 13 временного селектора соединен с пер- код - напряжение (фиг о 2,k),вым входом двоичного счетчика.

в

Таким образом отклонение частоты от номинального значения преобразуется в непрерывную функцию последовательности дискретных отсчётов напряжения, следующих с интервалом усреднения (), т.е. устройство осуществляет визуализацию временной функции кратковременной нестабильности

частоты, что обеспечивает повышение точности за счет исключения в результирующих оценках случайных выбросов частоты, а также возможность восстановления закона изменения временной

функ1щи кратковременной нестабильности частоты (фиг.З, штриховая линия) .

20

Формула изобретени Я

Устройство для измерений кратковременной нестабильности частоты, содержащее управляемый генератор, смеситель, фазовый детектор, компаратор, 25 эталонный генератор, умножитель частоты, триггер, временной селектор и исследуемьм генератор, выход которого соединен с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к вы30 ходу управляемого Генератора, выход смесителя подключен к первым входам компаратора и фазового детектора, к . вторым входам которых подключен выход эталонного генератора, о т л и25 чающее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функ- циона,г1ьных возможностей, в него введены первый и второй делители частоты и последовательно соединенные дво40 ичный счетчик, преобразователь код - напряжение и регистратор, причем выходы фазового детектора и эталонного генератора соединены с входами соответственно управляемого генератора и

45 умножителя частоты, вьгход компаратора соединен с информационным входом первого делителя частоты, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго делителей частоты и

(81

50 первым входом триггера, второй вход

Фи.г,2

/

.

LРедактор С.Пекарь

Составитель Е.Минкин Техред В.Кадар

Заказ 4043/38 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

Фаг.З

Корректор Л.Пи ипенко

Изобретение относится к технике цифрового измерения кратковременной нестабильности частоты генераторов. Целью изобретения является повышение точности измерений и распгарение функциональных возможностей. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены делители 8 и 9 частоты, двоичньш счетчик 12, преобразователь 13 код - напряжение и регистратор 14. Устройство также содержит исследуемый генератор 1, управляемый генератор 2, смеситель 3, фазовый детектор 4, компаратор 5, эталонный генератор 6, умножитель 7 частоты, триггер 10 и временной селектор 11. Устройство осуществляет визуальную индикацию временной функ, дии кратковременной нестабильности час™ тоты, что обеспечивает повышение точности за счет исключения в результирующих оценках случайньк выбросов частоты. Обеспечивается также возмок- ность восстановления закона изменения временной функции кратковременной нестабильности частоты. 3 ил. (Л с: САЗ СО Л эо