Калибратор фазы Советский патент 1988 года по МПК G01R25/04 

113

Изобретение относится к электро- радиоизмерениям и может быть использовано для поверки измерителей фазовых флуктуации (ФФ) и измерителей фазовой модуляции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем формирования калиброванных по дисперсии фазовых флуктуации с заданным законом распределения и широким спектром на любой частоте рабочего диапазона.

На чертеже приведена схема калибратора фазы.

Калибратор фазы содержит последовательно соединенные опорный генератор 1 и дискретный фазовращатель 2, цифровой фазометр 3, буферное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 4, блок 5 вычисления дис

персии, индикатор 6, а также генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 9, мультиплексор 10 и блок 11 управления, причем вход и выход фазовращателя 2 соединены с входами фазометра 3, выход которого соединен с информационным входом буферного ОЗУ 4, а выход последнего - с ХОДОМ блока 5, выход которого соединен с индикатором 6, выход генератора 7 соединен с входами счетчика 8 и блока 11 управления, выход счетчика 8 соединен с одним из входов мультиплексора 10 и адресным входом ПЗУ 9, выход ПЗУ 9 соединен с другим входом мультиплексора 10, выход которого соединен с управляющим входом фазовращателя 2 и адресным входом буферного ОЗУ 4. Выходом калибратора является выход фазовращателя 2, соединенный с измерительным входом поверяемого измерителя 12 ФФ.

Калибратор имеет также второй выход, которым является выход генератора 7, соединяющийся с входом опорного сигнала поверяемого измерителя 1 2 ФФ .

Кроме того, блок 5 вычисления дисперсии содержит блок 13 усреднения, вычитающий блок 14 и вычислитель 15 среднего квадрата, причем их управляющие входы соединены с управляющим входом блока 5, один из входов вычитающего блока 14 и вход блока 13 усреднения соединены с входом блока 5, а выход вычислителя 15 соединен с в.ыходом блока 5, выход

блока 13 усреднения соединен с вторым входом вычитающего блока 14, выход которого соединен с входом вычислителя 15.

Блок 1 1 управления содержит два инвертора 16 и 17, два ключевых каскада 18 и 19, элемент 20 задержки, коммутатор 21 и кнопку 22, причем вход инвеотора 16 заземлен, вход и выход подсоединены к входным контактам комнутатора 21 и кнопки 22, выход которой является выходом Пуск блока 11 управления, выход коммута- тора 21, являющийся вторым управляющим выходом блока 11 управления, подсоединен к управляющему входу ключевого каскада 18 непосредственно, а ключевого каскада 19 - через

инвертор 17, сигнальные входы обоих ключевых каскадов подсоединены к выходу элемента 20 задержки, вход которого является входом блока 11 управления, выходы ключевых каскадов

18 и 19 являются соответственно третьим и четвертым выходами блока 11 управления.

Устройство имеет два режима работы и работает в них следующим образом,

В режиме 1 производится аттестация фазовращателя 2 на выбранной рабочей частоте, которая задается высокостабильным генератором 1. Для этого блок 11 управления сбрасывает счетчик 8 в О и разрешает счет до останова, а мультиплексор 10 переключается в режим прямой передачи кода со счетчика 8 на управляющий вход дискретного фазовращателя 2 и адресный вход буферного ОЗУ 4, Считая поступающие тактовые импульсы от генератора 7, счетчик В последовательно перебирает всевозможные состояния фазовращателя 2, после чего останавливается. Информация о вносимых фазовращателем 2 фазовых сдвигов замеряется фазометром 3, запускаемым в каждом такте по сигналу от блока 11 управления, и заносится в ячейки памяти буферного ОЗУ 4, адресом для которых является код счетчи- ка 8, В режиме I блок 11 управления

устанавливает буферное ОЗУ 4 в режим записи. Генератор 7 тактовых импульсов переключают на низкую частоту повторения импульсов, достаточную для срабатывания фазометра 3,

В режиме II производится формирование калиброванных ФФ, для чего блок 11 управления переключает счетчик 8 в режим непрерывного счета импульсов генератора 7, а мультиплексор 10 - в режим передачи содержимого ячейки памяти ПЗУ 9 на управляющий вход дискретного фазовращателя 2 и адресный вход буферного ОЗУ 4 При этом в ПЗУ находится массив случайных чисел, сформированный в соответствии с требуемым законом распределения вероятности ФФ. Адресом для последовательно перебираемых ячеек памяти ПЗУ является выходной код счетчика 3. Таким образом, на выходе фазовращателя 2 формируется гармонический сигнал со случайно меняющейся фазой, который подается на измерительный вход поверяемого измерителя 12 ФФ.

При наличии в измерителе 12 устройств выборки и хранения на его опорный вход подается сигнал от генератора 7 тактовых импульсов для синхронизации работы измерителя 12 ФФ и калибратора дисперсии ФФ, Частота повторения импульсов генератора 7 выбирается из требований к щирине спектра формируемых фазовых флуктуации и требований к опорному сигналу измерителя 12 ФФ.

Фазометр 3 в режиме II не используется. Буферное ОЗУ 4 переключается блоком 11 управления в режим чтения, и информация о реально вводимых фазовых сдвигах после каждого тактового импульса поступает на вход блока 5 вычисления дисперсии. Изменение закона распределения вероятности ФФ проводится механической сменой микросхемы ПЗУ.

Блок 5 вычисления дисперсии рассчитывает несмещенную оценку дисперсии единичного отклонения по известной формуле

N

(i ) у

D

1

N-1

(1)

де D

N

f

оценка дисперсии; число обрабатываемых фазовых сдвиговJ

фазовый сдвиг для i-ro тактового импульса усредненное значение фазового сдвига.

N

.

(2)

Для непрерывной работы в реальном времени блок 13 в каждом такте выполняет операцию усреднения для группы последних фазовых сдигов, причем для удобства технической реализации i N фиксированно и равно N 2 , где m - целое, и формула (2) преобразуется к виду

15

Ч

-. (.,-N-Cfi.,-fCf;).

(3)

При этом операции деления и умножения на N реализуются добавлением или отбрасыванием младших разрядов.

Отклонения фазового сдвига от его среднего значения () вычисленные в вычитающем блоке 14, поступают на вычислитель 15 среднего квадрата, который для упрощения технической реализации перечисляет дисперсию на каждый тактовый импульс при приближенной формуле, полученной на основе формулы (1),

30

D.

D;., N-D;., +(tf;-Cp;) (4)

35

40

45

50

55

И содержит всего один умножитель. Несмотря на приближенный характер формулы (4) при достаточно больших

N, i и стационарном процессе отклонений фазы практически получаемая точность вычисления оценки дисперсии оказывается достаточно высокой (до 1%). Текущая оценка дисперсии формируемых фазовых сдвигов постоянно индуцируется на цифровом индикаторе 6.

Переключение режимов работы калибратора дисперсии ФФ осуществляется коммутатором 21 блока 11 управления, который вьфабатывает управляющий сигнал в виде О или 1. Этим сигналом переключаются мультиплексор 10, буферное ОЗУ 4 в режим чтения или записи, счетчик 8 в режим непрерывного счета или счета с остановом. Сигнал Пуск блока 11 управления, вырабатываемый кнопкой 22, сбрасывает счетчик 8 перед проведением калибровки фазовращателя 2, Импульсы генератора 7, задержанные элементом 20 задержки блока 1 1 управления для компенсации инерционности фазовращателя 2, в режиме аттестации последнего через ключевой каскад 18 поступают на запуск фазометра 3, а в режиме формирования ФФ через ключевой каскад 19 запускают в работу блок 5 вычисления дисперсии. Переключение ключевых каскадов осуществляется сигналом с коммутатора 21 .

Из известных устройств наиболее подходящим для оперативной поверки измерителей ФФ является устройство, содержащее высокостабильный генератор, частотный модулятор и генератор низкой частоты. Требования по точности воспроизведения ФФ с калиброванной дисперсией приводят к существенному усложнению и удорожанию такого устройства. Введение в состав известного устройства, содержащего опорный генератор и дискретный фазовращатель, генератора тактовых импульсов, ПЗУ, мультиплексора, цифрового фазометра, буферного ОЗУ, блока вычисления дисперсии, индикатора и блока управления позволяет применять его для получения калиброванных по дисперсии ФФ с заданным законом распределения и широким спектром на любой частоте рабочего диапазона, что повышает достоверность и точность поверки измерителей ФФ. В то же время стоимость его

достигается экономический зффект. Кроме того, примененный в схеме калибратора дисперсии ФФ цифровой фазометр используется только в режиме аттестации дискретного фазовращателя-, а в рабочем режиме формирования калиброванных ФФ не используется, поэтому становится возможным эксплуатация одного цифрового фазометра для группы из нескольких калибраторов.

Формула изобретения

1. Калибратор фазы, содержащий опорный генератор и соединенный последовательно с ним дискретный фазовращатель, управляющий вход которого соединен с выходом мультиплексора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем формирования

3688046

калиброванных по дисперсии фазовых флуктуации с заданным законом распределения и широким спектром на любой частоте рабочего диапазона, в него введены цифровой фазометр, буферное оперативное запоминающее устройство, блок вычисления дисперсии, индикатор, генератор тактовьж им10 пульсов, счетчик, постоянное запоминающее устройство и блок управления, причем вход и выход фазовращателя соединены с соответствующими входами фазометра, выход которого соеди15 нен с информационным входом буферного оперативного запоминающего устройства, выход последнего соединен с входом блока вычисления дисперсии, выход которого соединен с индикато20 ром, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами счетчика, блока управления и клеммой для подключения поверяемого измерителя, выход счетчика соединен с одним из

25 входов мультиплексора и адресным входом постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен с другим входом мультиплексора, выход мультиплексора соединен с адресным

30 входом буферного оперативного запоминающего устройства, выход фазовращателя Соединен с второй клеммой для подключения поверяемого измерите5

0

5

0

5

ля, при этом первый выход блока управления соединен с первым управляющим входом счетчика, второй выход - с вторым управляющим входом счетчика и управляющими входами мультиплексора и буферного оперативного запоминающего устройства, третий выход - с управляющим входом фазометра, а четвертый - с управляющим входом блока вычисления дисперсии.

2. Калибратор по п. 1, отличающийся тем, что блок вычисления дисперсии содержит блок усреднения, вычитающий блок и вычислитель среднего квадрата, управляющие входы которьк соединены с управляющим входом блока вычисления дисперсии, один из входов вычитающего блока и вход блока усреднения соединены с входом блока вычисления дисперсии, а выход вычислителя среднего квадрата - с его выходом, выход блока усреднения соединен с вторым входом вычитающего блока, выход которого соединен с входом вычислителя среднего квадрата.

713688048

3, Калибратор по п. 1, о т л и-мутатора соединен с вторым выходом

чающийся тем, что блок управ-блока управления и управляющим вхоления содержит два инвертора, двадом первого ключевого каскада непоключевых каскада, элемент задержки,средственно, а второго - через втокоммутатор и кнопку, причем входрой инвертор, сигнальные входы клюпервого инвертора заземлен, вход ичевых каскадов подсоединены к выховыход его подсоединены к входнымду элемента задержки, вход которого

контактам коммутатора и кнопки, вы-соединен с входом блока управления, ход которой является выходом Пуск IQ выходы первого и второго ключевых

блока управления и соединен с первымкаскадов соединены соответственно

выходом блока управления, выход ком-с третьим и четвертым выходами блока

управления.

Изобретение относится к электро- радиоизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Калибi.ратор фазы содержит опорный генератор 1, дискретный фазовращатель 2, индикатор 6 и мультиплексор 10. Введение цифрового фазометра 3, буферного оперативного запоминающего устройства 4, блока 5 вычисления дисперсии, а также генератора 7 тактовых импульсов, постоянного запоминающего устройства 9 и блока 11 управления позволяет формировать калиброванные по дисперсии фазовые флуктуации с заданным законом распределения и широким спектром на любой частоте рабочего диапазона. В описании приведены примеры реализации блока 5 вычисления дисперсии и блока 11 управления. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. ю (Л J СО а 00 00