Устройство для контроля параметров кварцевых генераторов Советский патент 1987 года по МПК G01R29/22 

11347046

Изобретение относится-к технике, измерений и может быть использовано ДЛЯ контроля стабильности и устойчивости генерации частоты кварцевых генераторов в условиях нестабильности их питающих напряжений при одновременном воздействии окружающей температуры.

Цель изобретения - расширение фун- -щ кциональньЕС возможностей за счет ин- икатши последовательности отсчетов отклонения усредненной -нестабильности от допустимых значений.

На фиг.1 приведена структурная 15 схема предлагаемого устройства; на иг.2 - временные диаграммы, поясня- где f щие работу устройства; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая преобразование отклонения частоты от 20 номинального значения в последовательность отсчетов напряжения.

напряж виацию шающей печива грешно при из кварце щим ма ветств

f г

Устройство (фиг.1) содержит исследуемый кварцевый генератор 1, размещенный на задатчике 2 температуры, вход которого подключен к выходу преобразовательного блока 3, входом соединенного с выходом синхронизатора 4, источник 5 испытатель ного напряжения, делители 6 и 7 частоты, генератор 8 опорной частоты, формирователи 9 и 10 импульсов, выхо каждого из которых соединен с соответствующим входом измерителя 11 временных интервалов, блок 12 памяти коммутатор 13, выход которого через преобразователь 14 код - напряжение подключен к первому входу регистратора 15, первую 16 и вторую 17 клемм устройства для подключения исследуемого кварцевого генератора.

Источник 5 испытательного напряжения вьшолнен в виде источников 18 переменного и 19 постоянного напряже НИИ, при этом первьш выход источника 19 постоянного напряжения соединен с входом вторичной обмотки выходного трансформатора источника 18 перемен

ного напряжения, выход которого явля- ется выходом источника испытательного напряжения, а второй выход источника 19 соединен с общей шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

На первом этапе перед проведением испытаний определяют частоты f, и f кварцевого генератора 1 при его минимальном и максимальном рабочих

напряжениях питания и вычисляют де- - виацию частоты uf™ и величину разрешающей способности устройства, обеспечивающей достижение требуемой погрешности 8 дискретизации по частоте при изменении питающего напряжения кварцевого генератора 1, по следзто- щим математическим выражениям соответственно

хо

txc f + начальное

(1)

значение исследуемой частоты;

где f

f г

тактовая частота заполнения интервала усреднения

КО

где f

Т - период тактовой

t

хо

частоты. инИз выражения (1) определяют тервал усреднения в виде

ко i .( oTs.fTfi-f, T-f

,

p

Д

Коэффициент деления первого делителя частоты выбирают равным

V

txo

т:

-ко

где Т,

д - начальный Период частоты

кварцевого генератора. Коэффициент деления второго делителя 7 частоты выбирают равным

пх

Т.

т

1-0

(2)

Т -

период импульсов опорной частоты f., .

Закон изменения выходного напряжения источника 5 испытательного напряжения задают в виде

Uu

и« + Л и sin

23.t Т,

где Ujj - номинальное напряжение питания кварцевого генератора; допуск на отклонение от номинального значения в пределах 0,1 - 0,2 В; период отклонения напряжения питания от номинального значения.

Период Т выбирается из условий обеспечения требуемой погрешности дискретизации по частоте и определяется из математического выражения

uU Т, Т

S

хо

Скорость изменения напряжения преобразовательного блока 3 выбирается из условия, что время изменения температуры в задатчике 2 температуры на один градус tT-0 больше (2-3) периодов Т, и (2-3) - температурной постоянной времени кварцевого резонатора. Значения кодов для максимальной (верхней) и минимальной (нижней) границ допуска по частоте рассчитьгаа- ют по математическим выраженим соответственно

,

макс ip

N

.

n,T

x мин - о

т„

где Т.

и Т,

X мим

максимальный и минимальньш периоды исследуемой частоты.

Ра ссчетные значения кодов устанавливают в блоке 12 памяти, после чего переходят ко второму этапу измерений На втором этапе работы устройства в определенный момент времени синхронизатор 4 запускает регистратор 15, например развертку запоминающего осциллографа, и преобразовательный блок 3, на выходе которого начинает изменяться напряжение по предварительно установленному закону, что вызьшает изменение температуры в задатчике 2 температуры. В результате этого, а также изменения источника 5 испытательного напряжения, изменяется частота колебаний на выходе кварцевого генератора 1. Импульсы частоты с выхода кварцевого генератора 1 (фиг.2а) поступают на первый вход первого делителя 6 частоты, на выходе которого формируется последовательность импульсов усреднения с периодом следования t .

Первый формирователь 9 импульсов

по переднему фронту выходного импуль- g на котором индицируется нахождение

са первого делителя 6 частоты форми- jpyeT короткий импульс (фиг.2с, с), которым первый 6 и второй 7 делители частоты, а .также коммутатор 13 уста- навливают :я в нулевое состояние. На выходе последовательно соединенных . второго делителя 7 частоты и второго формирователя 10 импульсов из импульсов генератора 8 опорной частоты

отклонения исследуемой частоты от номинального значения относительно заданного поля допуска (фиг.2 и).

Интервал

( 1/4 tx (фиг.2 и)

55

соответствует нижнему уровню границ допуска (и „„),

Интервал t - t

1/2 tx - номинальному значению, интервал t, -. «1/4 tx - верхнему уровню границы

а

-

13470464

(фиг,26) формируется последовательность опорных импульсов с периодом следования tg (фиг.2 d). На 5 выходе измерителя 11 временных интервалов из последовательности импульсов усреднения и опорных импульсов формируется код измерительного интервала t, который может быть 10 представлен в виде математического

выражения

Hvt,

т Ф -

(3)

15

Учитывая, что период Т колебаний частоты f непостоянен и имеет вид

TX

TXO + uT, ,

где дТ - приращение периода исследуемой частоты,

вьфажеиие (З) может быть представлено в виде

N

п,Т

Хо

п„Т,

5

+ ,

Принимая во внимание выражение (2), выражение (4) имеет вид п.лТх

0

5

0

(4)

Т

Код N измерительного интервала, t поступает на первый вход коммутатора 13, а на второй вход - коды К( N Hверхней и нижней границ допуска. По сигналам генератора 8 опорной частоты и первого преобразователя 14 код - напряжение последовательно проходят коды нижней границы допуска, измерительного интервала, верхней границы допуска. Преобразователь 14 ; код напряжение преобразует код N измерительного интервала в напряжение, которое может быть представлено в виде

и

йди ,,и,

(5)

где iU - единичное приращение напряжения .

Напряжение с выхода преобразователя 14 поступает на регистратор 15,

отклонения исследуемой частоты от номинального значения относительно заданного поля допуска (фиг.2 и).

Интервал

( 1/4 tx (фиг.2 и)

соответствует нижнему уровню границы допуска (и „„),

Интервал t - t

1/2 tx - номинальному значению, интервал t, -.4 «1/4 tx - верхнему уровню границы

допуска (U«anc ) коммутации (фиг.

Выбор интервалов 2 и) t, -t. ,t,-t.

и tj-t йпе15иода следоваиия импульсов усреднения t проводится так,что по им- , пульсу усреднения на выходе коммутатора 13 происходит смена кода верхнего

уровня границы допуска на. нижний.Это поз J .. воляет по перепаду напряжения от

UM OKC ллин регистраторе 15 наглядно индицировать точную временную шкалу.

Таким образом, отклонение частоты кварцевого генератора 1 от номинального значения преобразуется в последо вательность отсчетов напряжения U в соответствии с выражением (5) следующих с периодов импульсов усреднения. По нахождению полученных отсчетов напряжения U в заданных граница допуска (фиг. 3, интервалы О - t,, tа -.ti) или вне его (фиг.3s интер- t) судят об отсутствии или

.t,)

вал t« - наличии срывов колебаний. Формула изобре

Тения

Устройство для контроля параметров кварцевых генераторов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, преобразовательный блок и задатчик температуры, два делителя частоты, два формирователя импульсов, выход первого из которых соединен с первым входом второго делителя частоты, блок памяти, коммутатор и регистратор, отличающееся тем.; что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены

10

- 5 ig

25

7046

генератор опорной частоты, измеритель временных интервалов, преобразователь код - напряжение и источник, испытательного напряжения, при этом выход источника испы.тательного напряжения соединен с первой клеммой устройства для подключения исследуемого кварцевого генератора, размещенного на задатчике температуры, вторая клемма устройства для подключения исследуемого кварцевого резонатора подключена к первому входу первого делителя частоты, второй вход которого соединен с первым входом второго де- дителя частоты, выход первого делителя частоты подключен через первый формирователь импульсов к первому зшравляющему входу первого формирователя импульсов и к первому управляющему входу компаратора, второй управляющий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и с вторым входом второго делителя частоты, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, выход измерителя временных интервалов соединен с первой сигнальной шиной- коммутатора, вторая сигнальная шина которого подключена к выходу блока памяти, выход коммутатора через преобразователь код - напряжение соединен с первым входом регистратора, второй вход которого подключен к вьгходу синхронизатора.

30

35

Изобретение может быть использовано для контроля стабильности и устойчивости генерации частоты в условиях нестабильности их питающих напряжений при одновременном воздействии окружающей среды. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Исследуемый кварцевьш генератор 1 размещен на задатчике 2 температуры. Кроме того, устройство содержит преобразовательный блок 3, делители 6 и 7 частоты, формирователи 9 и 10 импульсов, блок 12 памяти, коммутатор 13 и регистратор 15. Введение источника 5 испытательного напряжения, генератора 8 опорной частоты, измерителя 11 временных интервалов и преобразователя 14 код - напряжение позволяет отклонение частоты кварцевого генератора 1 от номинального значения преобразовать в последовательность отсчетов напряжения, следзтощих с периодом импульсов усреднения. Цо нахождению полученных отсчетов напряжения взаданных границах допуска судят об отсутствии или наличии срьшов колебаний. Кроме того, устройство позволяет осуществить индикацию последовательности отсчетов отклонения усредненной нестабильности частоты от допустимых значений. 3 ил. с € (Л И и 00 4 О 4 05 Фиг.1