Способ дискретного задания фазового сдвига и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R25/04 

11

Изобретение относится к способам фазовых измерений электрических сигналов и может быть использовано для аттестации и.поверки фазометров, компараторов фазы в диапазоне частот от 50 Гц до 50 МГц и фазовых сдвигов от 0,001 до 1000 и более электрических град.

Цель изобретения - повьшение точ- ности задания угла фазового сдвига и уменьшение его дискрета.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - эпюра процесса частотной манипуляции по предлагаемому способу.

Устройство для задания фазового сдвига содержит опорный генератор 1, соединенный с блоком 2 опорных частот, выходы которого соединены с дву- мя идентичными каналами 3, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока 4 синтезации частоты и аттенюатора 5„ Выходы аттенюаторов 5 являются выходами 3.1 и 3.2 каждого из каналов 3 и устройства. Коммутатор 6 двух опорных частот своим выходом соединен с вторым входом первого канала 3, а информационные входы коммутатора 6 через элементы 7.1 и 7.2 задержки соединены соответственно с выходами блока 2 опорных частот. Эти выходы через формирователи 8 переходов, -каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя-ограничителя 9 и дифференцирующей цепи 10, соединены с входами элемента 11 совпадения, выход которого соединен с входом первого триггера 12 и входом второго элемента 13 сов- падения, выход которого через последовательно включенные программируемый счетчик 14 и второй триггер 15 соединен с вторым входом первого триггера 12, выход которого соединен одновре- менно с управляющим входом коммутатора 6, вторым входом программируемого счетчика 14 и вторым входом второго элемента 13 совпадения. Второй вход второго триггера 15 соединен с источ- НИКОМ 16 сигнала Пуск, а выход первого элемента 7 задержки соединен с вторым входом второго канала 3,

Устройство для задания фазового сдвига работает следующим образом.

Сигнал опорного генератора 1 с частотой, например, МГц поступает на блок 2 опорных частот, где выделяется ряд когерентных сигналов.

5

8

5

0 0 5 0 5 0

5

182

необходимых для синхронной работы

двух блоков синтеза частот, например

,, ,1f,, 3,2f,3,,

24f, 30f, 32f ,...,39f. Сигналы F1 и F2 подаются на усилители-ограничители 9 формирователей 8 переходов и дифференцирующие цепи 10, выделяющие фронты получаемьсх меандров, подаваемые на элемент 11 совпадения, где выделяются синхроимпульсы при совпадении этих фронтов по времени. Синхроимпульсы фиксируют моменты совпадения двух сигналов только при синфазном переходе их через нуль. Период их следования равен минимальному времени задаваемого дискрета сдвига фаз t 1/ F2-F1/ 1/(iF. При отсутствии сигнала запуска от источника 16 сигнала Пуск триггер 15 находится в исходном состоянии, а на выходе D- триггера 12 наблюдается нулевой уровень; второй элемент 13 совпадения

закрыт, программируемый счетчик 14 и коммутатор 6 находятся в исходном положении. Блоки 4 синтезации частот работают в стационарном режиме. Сигнал через элемент 7.1 и 7.2 задержки подается на оба блока синтезации, поэтому на выходах 3.1 и 3.2 каналов 3 генерируются два (равные по частоте) сигнала с произвольным начальным фазовым сдвигом между ними. В режиме установки фазы от источника 16 сигнала на установочный вход RS- триггера 15 подается импульс, переводящий его в единичное положение. С приходом синхроимпульса от первого элемента 11 совпадения D-триггер 12 также примет единичное состояние и подаст напряжение управления на управляющий вход коммутатора 6, второй элемент 13 совпадения и вход управления программируемого счетчика 14. Коммутатор 6 подключает сигнд/г F2 к блоку 4 синтезации, создавая на выходе 3.1 смещенный по частоте относительно выхода 3.2 сигнал. В соответствии с линейной зависимостью изменяется фазовый сдвиг между выходными сигналами. Программируемый счетчик 14 под действием сигналаD-триггера 12 переходит в режим счета синхроимпульсов, приходящих через открытый второй элемент 13 совпадения. Из-за ограниченного быстродействия формирователя 8 нулевых переходов, первого элемента 11 совпадения, RS- и D-триггеров 15 и 12, а также комму31

татора 6 момент подключения сигнала F2 к синтезатору 4 будет отставать от нулевого уровня сигнала F1 на время задержки Т, , равное сумме задержек перечисленных узлов. Для обеспечения совпадения моментов подключени сигналов F1 и F2 с их нулевыми уровнями эти сигналы также задерживаются на время t. с помощью элементов 7.1 и 7.2 задержки. Для компенсации фазового сдвига, создаваемого элементом 7.2 задержки во втором канале, сигнал F1 задерживается элементом 7.1 на время tja . Сосчитав установ- ленное в программе счетчика 14 число N синхроимпульсов, пропорциональных требуемому углу фазового сдвига, счетчик подает сигнал на триггер 15, сбрасывая его в нулевое положение. С приходом очередного синхроимпульса на D-триггер 12 от также переводится в нулевое положение, и его управляющее напряжение возвращает коммутатор 6 в первоначальное положение, закры- вает второй элемент 13 совпадения, блокирует режим счета программируемого счетчика 14. Сигнал F1 снова подается коммутатором 6 на два блока 4 синтезации, цикл задания фазы за- канчивается.

Сущность предлагаемого способа поясняется формой колебания, получаемой в результате частотной манипуля- ции сигналам с помощью сигнала со2 при минимальном времени посылки манипуляции . В момент t, , при котором сигналы со1 и со 2 в фазе проходят через ноль, вместо сигнала О1 включается сигнал со 2 на время t „ , по истечении которого S момент t очередного совпадения синфазных переходов через ноль происходит обратное переключение. Сигнал со1, манипу- лированный в моменты t, не создает переходных процессов в избирательных LC-системах преобразователей и уменьшает время вхождения в синхронизм в системах преобразования, вклю- чающих фазовую автоподстройку частоты, так как нет перепадов напряжения, а относительный фазовый сдвиг переключаемых сигналов равен нулю. Манипу- лированный сигнал затем делят в К раз и преобразуют в частотном диапазоне для уменьщения дискрета задания фазы и переноса его на требуемую частоту. Фазовый сдвиг выражается формулой

18

ц,.шл-П где o fco2-o1/ - частотный сдвиг; t - минимальное время посылки манипуляции; п - число посылок, необходимое для получения требуемого фазового сдвига; К - общий коэффициент деления процесса преобразования частоты сигнала. Процесс манипуляции сигнала представляет собой последовательность посылок и пауз. Во время посылки задается необходимый дискретный фазовый сдвиг, во время паузы производится считьшание и обработка-, показаний контролируемых или поверяемых приборов.

Угол фазового сдвига, получаемый на вьсходе каналов 3 устройства за время фазозадания, рассчитывается по формуле

(0 00 360°. (N-1),

где п - число декадных делителей в блоках синтезации частоты; - число синхроимпульсов, прошедших через счетчик во врем задания фазового сдвига; tд,ц - время минимального дискрета

фазового сдвига.

Наиболее оптимальным для коммутируемых сигналов являются частоты F1 3 МГц и ,1 МГц, так как ширина полосы пропускания избирательных LC-цепей применяемого синтезатора (типа 46-31) позволяет пропускать эти частоты без заметного затухания. Тогда минимальный дискрет для , , t,H

.0 10,

Ц и„ 360

10

гг-(2-1)0,000036

Максимальный дискрет фазового сдвига определяется емкостью применяемого программируемого счетчика 14, например для программируемого счетчика типа Ф 5264 с емкостью 10 единиц Ч макс 359, 999 . Необходмый дискрет фазозадания определяется из расчета числа N импульсов, устанавливаемого (вручную или кодом) в программе счетчика .импульсов по формуле

-

Например, для q 10,000 имеем

+1 277777,7-t-l 277779. Пог- jqU

решность, получаемая в предлагаемом устройстве, может быть рассчитана по формуле

Jcf

где

St. 360 uF lO

St

к

временная погрешность переключения коммутатора. Эту погрешность можно уменьшить до величины 6-10 НС, тогда абсолютная погрешность фазозадания будет равна Ц 0,02.1(Г .

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет уменьшить погрешность и дискрет сдвига фазы за счет исключения переходных процессов в системах преобразования частоты благодаря проведению частотной манипуляции сигнала в моменты переходов его через нулевой уровень, а введение этой манипуляции перед преобразованием - постоянство абсолютной погрешности и независимость ее от величины задаваемого фазового сдвига,

Формула изобретения

1, Способ дискретного задания фазового сдвига, основанный на линейной зависимости текущей фазы от времени, получаемой в результате преобразования частоты сигналов, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния точности и уменьшения дискрета задания угла фазового сдвига, преобразование производят после частотной манипуляции одного из сигналов, которую осуществляют в моменты совпадения синфазных переходов через уровень манипулируемого и сдвинутого по частоте сигналов, а значение угла фазового сдвига определяют как произведение частотного сдвига на заданный ин

тервал времени, равный суммарному времени посылок манипуляций, деленному на коэффициент деления частоты.

2. Устройство для дискретного задания фазового сдвига, содержащее последовательно соединенные опорный генератор, блок опорных частот, под- ключенный к двум идентичным каналам, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных блока синтеза- ции частот и аттенюатора, и коммутатор двух опорных частот, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности и уменьшения дискрета задаваемого фазового сдвига, в него введены два элемента задержки, два элемента совпадения, два формиро-

ватеяя переходов, два триггера и программируемый счетчик, при этом два вывода блока опорных частот подключены к коммутатору через соответствующие элементы задержки и к входам первого элемента совпадения через формирователи переходов, выход первого элемента совпадения подключен к синх- ровходу первого триггера и первому входу второго элемента совпадения,

при этом выход второго элемента совпадения через последовательно соединенные программируемый счетчик, второй триггер, установочный вход которого связан с источником сигнала

Пуск, и D-вход первого триггера и соответственно его выход соединены с вторым входом второго элемента совпадения, управляющим входом программируемого счетчика и управляющим выводом коммутатора, общий контакт которого соединен с первым, а нормально замкнутый контакт - с вторыми входами блоков синтезации частот.

саг

OJf

(fJuf.Z

Изобретение относится к области фазовых измерений электрических сигналов и может быть использовано для аттестации и проверки фазометров, компараторов фазы в диапазоне частот от 50 Гц до 50 МГц и фазовых сдвигов от 0,0001-до 1000 и более электрических градусов. Способ дискретного задания фазового сдвига реализуется Т устройством, содержащим опорный генератор 1, блок 2 опорных частот, два идентичных канала 3, каждьй из которых состоит из последовательно соединенных блока 4 синтезации частоты и аттенюатора 5. Каналы 3 имеют выходы 3.1 и 3.2. Устройство также содержит коммутатор 6 двух опорных частот, элемент 7 задержки, формирователи 8 переходов, в состав каждого из которых входят усилитель-ограничитель 9 и дифференцирующая цепь 10, элементы 11 и 13 совпадения, триггеры 12 и 15, программируемый счетчик 14, источник 16 сигнала Пуск. Способ позволяет уменьшить погрешность и дискрет сдвига фазы путем исключения переходных процессов в системах преобразования частоты, получить постоянство абсолютной погрешности и независимость ее от величины задаваемого фазового сдвига. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. i (Л 00 00 00 00 (puil

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Шубин Техред И.Попович

Заказ 4126/43Тираж 730 Подписное

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

Корректор А.Тяско