Синтезатор дискретных фаз Советский патент 1987 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для задания прецизионных фазовых и временных сдвигов электрических сигналов в измерительной аппаратуре различного назначения.

Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности путем устранения аналогового дрейфа фазы каналов.

На чертеже приведена блок-схема синтезатора дискретных фаз.

Синтезатор содержит первое кольцо 1 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), второе кольцо 2 ФАПЧ, фазовые детекторы 3 и 4, смесители 5 и 6, управляемые генераторы 7 и 8, эталонный генератор 9, блок 10 управления,

фазометр 11, коммутаторы.12 - 14, ре- 20 использовать ее для формирования анаверсивный счетчик 15, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17 (ЦАП), сумматор 18, генератор 19 импульсов и дискретный фазорегулятор 20.

Первое кольцо 1 ФАПЧ включает соединенные в петлю фазовый детектор 3, смеситель 5 и управляемый генератор 7, второе кольцо 2 ФАПЧ включает соединенные в петлю фазовый детектор 4, смеситель 6, управляемый генератор 8 и сумматор 18. Вторые входы смесителей 5 и 6 соединены с выходом эталонного генератора 9, а вторые входы фазовых детекторов 3 и 4 соединены с выходами дискретного фазорегулятора 20 и входами коммутатора 12. Второй вход сумматора 1 через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 17 (ЦАП), регистр 16, реверсивный счетчик 15 и коммутатор 14 соединен с выходом фазометра 11, входы которого соединены с выходами коммутаторов 12 и 13, при этом входы последнего соединены с выходами смесителей 5 и 6.

Генератор 19 импульсов соединен с входами дискретного фазорегулятора 20 и блока 10 управления, при этом первый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом дискретного фазорегулятора 20, а второй - с управляющими входами коммутаторов 12 - 14, фазометра 11 и реверсивного счетчика 15.

Принцип автокоррекции дрейфа состоит в следующем.

Известно, что в двухканальной системе ФАПЧ по вторичным биениям в стационарном режиме работы колец ФАПЧ на входах фазовых детекторов устанавливаются стационарные значения фаз сравниваемых сигналов. Эти значения определяют стационарное значение разности фаз Ц) const, которое соответствует начальной расстройке частот опорных и управляемых генераторов . Если в процессе работы изменяется начальная расстройка частот, то зто приводит к дрейфу стационарной разности ACf Ч о 02 ле

сро, и срд - последовательные отсчеты cpj, . Периодическое измерение ср в каналах позволяет извлечь информацию о наличии и величине дрейфа и

5

5

логового сигнала фазовой ошибки, который вводится затем в один из каналов по цепи отрицательной обратной связи.

Синтезатор работает следующим образом..

Система, состоящая из блока 10 управления, генератора 19 и фазорегулятора 20, создает на входах фазо0 вых детекторов 3 и 4 два сигнала низкой частоты, межд,у которыми производится задание фазового сдвига с дискретом 2 ii /N, где N - коэффициент деления частоты в фазорегуляторе 20. Заданный сдвиг фазы переносится на высокую частоту управляемых генераторов 7 и 8 двумя кольцами 1 и 2 . , ФАПЧ. При этом достигается очень высокая кратковременная точность, коQ торая обеспечивается постоянством установившейся фазы ( на входах фазовых детекторов и независимостью ц) от фазы .выходных сигналов фазорегулятора 20. В исходном состоянии Ч,, Ч о4 гдеСроГ стационарные фазы фазовых детекторов 3,4..

Дрейф начальной расстройки частот, генераторов 7 и 8 относительно частоты эталонного генератора 9 преобразуется в изменение, сро С помощью фазометра 11, подключаемого поочередно к входам детекторов 3 и 4 посредством коммутаторов 12 и 13, произво-- дится периодическое измерение ср„ пуg тем преобразования фазовьй сдвиг - число импульсов. Измеренные значения cfo в каналах в В1здё пачек импульсов подаются через коммутатор 14 на входы сложения и вычитания реверсивного

5

0

3

счетчика 15, при этом на кодовом выходе его образуется код разности й(, 04 каналах, который затем перёписьшается в регистр 16 и преобразуется в ЦАП 17 в аналоговое напряжение коррекции , , которое через сз мматор 18 подается в. цепь управления частотой генератора 8. Результатом автокоррекции является поддержание строгого постоянства оъ о означает исключение фазового дрейфа нуля каналов за счет нестабильности параметров колец ФАПЧ.

Управление работой системы автокоррекции производится блоком 10, который должен обеспечить коммутацию фазометра 11 и реверсирование счетчика 15 в соответствии с программой: 1 - измерение tp, , запись в счетчик 15 в режиме суммирования; 2 - измерение if , запись в счетчик 15 в режиме вычитания; О - запись разности бсуд в регистр 16, сброс реверсивного счетчика 15.

На практике длительность цикла одноразовой коррекции выбирается исходя из величины дрейфа фазы, требуемой точности по фазе и длительности переходньЬс процессов в системе ФАПЧ. Подбирая постоянную интегрирования ЦАП, можно добиться плавной компенсации дрейфа фазы. Наиболее сложным узлом из вновь введенных является фазометр 11. Он может быть реализован, например, в виде цифрового дискретного преобразователя фазовый сдвиг - временной интервал - число импульсов. При работе на низкой фиксированной промежуточной частоте с постоянной амплитудой входных сигналов и с большим коэффициентом усреднения, т.е. при измерении среднего значения if за много периодов входных сигналов, точность подобных фазометров при измерении почти равных и практически неизменных углов Cfg равна их разрешающей способности. Разрешающая способность низкочастотных цифровых фазометров в настоящее время достигает тысячных и даже десятитысячных долей градуса. Это обуславливает возможность практически полного устранения дрейфа синтезатора, --причем собственный дрейф фазометра не влияет на точность автокоррекции, так как в реверсивном счетчике 15 происходит его компенсация:

354144

.5 ()-(fo4iu(,,)

Ч о. .

где ,- выделенное значение дрейфа взаимного сдвига каналов на выходе счетчика 15; п - собственньш дрейф фазометра 1 .

,

Остальные вновь введенные узлы представляют собой устройства, функции которых легко реализуются на стандартных логических и аналоговых

элементах. Сумматор 18 может быть выполнен на операционном усилителе ли- .бо, в простейшем случае, можно использовать пассивное суммирование на резисторах.

Введение новых элементов в известное устройство позволяет повысить долговременную точность синтеза дискретных фазовых сдвигов по меньшей мере на 1-2 порядка, а в пределе - до

уровня разрешающей способности используемого фазометра 11.

I

Повьш1ение точности за счет исключения дрейфа позволяет увеличить разрешающую способность синтеза фазовых сдвигов на высокой частоте до уровня разрешения низкочастотного фазометра 11.

Исключение дрейфа приводит к практически мгновенной готовности синтезатора к работе при включении в сеть. Это повьщ1ает оперативность и коэффициент использования рабочего вре- мени синтезатора.

40

Формула изобретения

Синтезатор дискретных фаз, содержащий последовательно соеднненнь1е генератор импульсов и блок управления, двухканальный дискретный фазорегулятор, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы - с низкочастотными входами двух колец фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящих из фазового детектора, смесителя и управляемого генератора, при этом фазовьй детектор, смеситель и управляемый генератор первого кольца ФМ1Ч соединены в петлю, а управляемый генератор, смеситель и фазовый детектор второго кольца ФАПЧ соединены последовательно, вторые

б1

входы смесителей обоих колец ФАПЧ соединены с выходом эталонного генератора, а вторые входы фазовых детекторов являются низкочастотными

.входами колец ФАПЧ, выходами которых являются выходы управляемых генераторов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и разрешающей способности путем

. устранения аналогового дрейфа каналов, в него введены фазометр, три коммутатора, реверсивный счетчик, выход которого соединен с последовательно соединенными регистром, циф- роаналоговым преобразователем и сумматором, включенным между фазовым детектором и управляемым генератором

0

15

446

второго кольца ФАПЧ, при этом входы первого коммутатора соединены с выходами дискретного фазорегулятора, входы второго коммутатора соединены с выходами смесителей овоих колец ФАПЧ, выходы первого и второго коммутаторов соединены с входами фазометра, выход которого через третий коммутатор соединен с входами суммирования и вычитания реверсивного счетчика, второй выход блока управления соединен с управляющими входами фазометра, трех коммутаторов и реверсивного счетчика, а тактовый вход дискретного фазорегулятора coet динен с Выходом генератора импульсов .

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для задания прецизионных фазовых и временных сдвигов электрических сигналов в измерительной аппаратуре различного назначения. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности синтезатора достигается путем устранения аналогового дрейфа фазы каналов. Для этого в синтезатор дополнительно введены фазометр II, коммутаторы 12, 13 и 14 и реверсивньй счетчик 15. Кроме того, синтезатор содержит первое и второе кольца I и 2 фазовой автоподстройки частоты, фазовые детекторы 3 и 4, смесители 5 и 6, управляемые генераторы 7 и 8, эталонный генератор 9, блок 10 управления, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17, сумматор 18, генератор 19 импульсов и дискретный фазорегулятор 20. Введение указанных элементов позволяет повысить долговременную точность синтеза дискретных фазовых сдвигов на 1-2 порядка, а в пределе - до уровня разрешающей способности используемого фазометра 11. Исключение дрейфа обеспечивает практически мгновенную готовность синте- затора к работе при включении в сеть. 1 ил. i (Л со. СП . j::