Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/08 

XJ

Г 1н/5 М

„J43

СЛ С

О) СП

СЛ

Фиг. f

Чзобр€1тение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих цифровых фазометров повьшенной точности, а также высокочастотных преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных систем. .

Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начального значения сдвига фаз.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого фазометра; на фиг,2 - вре- менные диаграммы его работы.

Цифровой фазометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 син- хройизации, первый 3 и второй 4 счетчики, первый 5, второй 6, третий 7, четвертый- 8, пятый 9 элементы И, первый 10, второй 11, третий 12 триггеры, первый 13, второй 34, третий J5, четвертый 16, пятый 17, шестой 18 формирователи импульсов, первый элемент ИЛИ 19, четвертый 20, пятый 23, шестой 22, седьмой 23, восьмой 24, девятый 25, десятый 26 триггеры, второй 27, третий 28, четвертый 29 элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ 30, шестой элемент И 31, генератор 32 импульсов, седьмой формирователь 33 импульсов, одиннадцатый триггер 34, распредеди - тель 35 импульсов, первый усилитель- ограничитель 36, первый компаратор 37, второй усилитель-ограничитель 38, второй компаратор 39, причем первый выход генератора J тактовых импульсов соединен с вторым входом четвертого элемента И 8 и с первым входом третьего элемента ИЛИ 28, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И 5 и вторым выходом генератора 3 тактовых импульсов, первый выход блока 2 синхронизации при- соединен к информационным входам hep- вого, пятого и шестого триггеров 30, 23 и 22, второй выход блока синхронизации соединен с входом установки-

в О второго счетчика 4, третий вы

ход блока 2 синхронизации подключен к входам установки 0 седьмого триггера 23 и первого счетчика 3, четвертый выход блока 2 синхронизации соединен с входом установки 0 девятого триггера 25. Пятый выход блока 2 синхронизации соединен с входами установки 0 четвертого, пятого и десятого триггеров 20,23 и 26, вход син

Q

0 5 0 5 0 5

0

5

хронизации одиннадцатого триггера 34 является входом блока синхронизации и третьим входом цифрового фазометра, инверсный выход одиннадцатого триггера 34 является первым выходом блока 2 синхронизации и соединен с вторым входом распределителя 35 импульсов, первый, второй, третий, четвертый выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 2 cинxpoнизa ции, пятый выход распределителя 35 .импульсов соединен с входом установки 0 одиннадцатого триггера 34,информационный вход которого подключен к шине с уровнем логической 1, первый вход распределителя 35 импульсов соединен с выходом третьего элемента ИЛИ 28 и входом синхронизации второго счетчика 4, выход первого элемента ИЛИ 39 Соединен с входом синхронизации первого счетчика 3, вход установки 0 которого подключен к прямому выходу восьмого триггера 24 и первому входу элемента ИЛИ-НЕ 30, вход установки 0 второго счетчика 3 соединен с прямым выходом седьмого триггера 23, входом синхронизации восьмого триггера 24, вторим входом элемента ИЛИ-НЕ 30, выходы первого 3 и второго 4 счетчиков являются соответственно выходами 2if и 47 цифрового фазометра, прямой выход первого триггера: 10 соединен с nepBbw входом первого элемента И 5, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЖ 39, первый вход второго элемента И 6 соединен с выходом третьего формирователя 15, входом синхронизации пятого триггера 23,первым входом третьего элемента И 7, информационный Iвход второго триггера 1I соединен со своим инверсным выходом и с вторым входом второго элемента И 6, выход которого соединяется с вторым входом четвертого элемента ИДИ 29, выход пятого триггера 23 соединен с вторым входом третьего элемента И 7, выход которого подключен к входу синхронизации второго триггера 1, прямой выход третьего триггера I2 подключен к первому входу четвертого элемента И 8, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход пятого элемента И 9 соединен с прямым выходом второго триггера 13, выход четвертого формирователя 16 импульсов подключен к первому входу пятого элемента И 9, выход которого соединен с вто рым входом второго элемента ИЛИ 27, Выход шестого формирователя 18 импуль сов соединен с вторым входом шестого элемента И 31 и входами синхронизации первого 10 и шестого 22 триггеров, выход второго элемента ШШ 27 соединен с входом установки в 0 nepвого триггера 10, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации четвертого триггера 20, прямой выход шестого триггера 22 подключен к первому входу шестого элемента И 3 и информационному входу третьего триггера 12, вход установки 0 которого соединен с входом установки 0 восьмого триггера 24 и выходом -четвертого элемента ШШ 29 выход пятого формирователя 17 импульсов соединен с входом синхронизации третьего триггера 12, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации десятого триггера 26, первый усилитель-ог- ра ичитель 36 соединен с входом первого компаратор й 37, выход которого соединен с входами третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульсов, выход второго усилителя-ограничите ля 38 соединен с входом второго компаратора 39, выход которого, в свою очередь, подключен к уходам пятого 17 и шестого 18 формирователей импульсов входы первого 36 и второго 38 усили- телей-ограничителей являются входами первого 13 и второго 14 формирователей импульсов и соответственно первым и вторым входом цифрового фазометра, прямые выходы четвертого 20 и десято - го 26 триггеров соответственно подключены к первым входам второго 27 и четвертого 29 элементов ИЛИ, прямой выход девятого триггера 25 соединен с входом установки шестого тригге- ра 22, информационный вход седьмого триггера 23 подключен к своему инверсному выходу, генератор 32 импульсов соединен с входом седьмого формирователя 33, первый и второй выходы кото- рого являются соответственно первым и вторым выходом генератора тактовых импульсов. К информационным входам четвертого 20, восьмого 24, девятого 25, десятого 26 триггеров подклю- чена шина с уровнем логической 1.

,

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Синусоидальные или прямоугольные .нап зяжения XI (фиг.2д) и Х2 () подаются на первую и вторую входные шины,причем XI является информационным сигналом,а Х2 - опорным сигналом.Входные сигналы,пройдя череэ первый 36 и второй 38 усилители-ограничит ели, усиливаются и симметрично ограничиваются по амплитуде. С помощью первого 37 и второго компараторов 39 происходит преобразование входных сигналов в напряжение прямоугольной формы с уровнями, совместимыми с уровнями используемой серии микросхем (фиг.2,б,е). Формирователи 17 и 18 импульсов выра- батьтают импульсы,-привязанные соответственно к заднему (фиг.2г) и переднему (фиг.2в) фронтам опорного сигнала. В начальный период работы схемы происходит запуск одиннадцатого триггера 34 импульсов с входа ХЗ (фиг.2м) Одиннадцатый триггер 34 вырабатывает интервал (фиг.2н) с уровнем логического нуля, который снимает запрет с второго входа распределителя 35 импульсов. В результате чего на выходах по следнего вырабатывается последовательность импульсов. Причем тактовые импульсы с выхода третьего элемента ИЛИ 28 поступают на первьй вход распределителя 35 импульсов, на-выходах которого начинает вырабатываться последовательность импульсов. Импульсом с первого выхода обнуляется второй счетчик 4, а импульсом с второго выхода - седьмой триггер 23 и первый счетчик 3. Импульс с Третьего выхода обнуляет девятьш триггер 25, импульс с четвертого выхода обнуляет десятый 26, четвертый 20 и пятый 2J триггеры. Импульсом с пятого выхода распределителя 35 импульсов на выходе .одиннадцатого триггера 34 устанавливается уровень логической единицы, срывающий работу распределителя 35 импульсов и поступающий на. информационные входы пятого 21, первого 10 и шестого 22 триггеров.

Далее следует режим измерения фазы.

Третий и четвертый формироватег ли 15 и 16 импульсов вырабатывают импульсы, привяз анны е соответственно к переднему (фиг.2ж) и заднему (фиг.2з) фронтам входного сигнала. Импульс с третьего формирователя 15 импульсов (фиг,2ж) поступает на первый вход второго элемента И 6, а импульс с четвертого формирователя 16 импульсов поступает на первый вход пятого элемента И 9. Первый импульс с выхода третьего формирователя J5 импульсов, поступающий на вход синхронизации пятого триггера 2, уста навливает на выходе уровень логической единицы, который разрешает прохождение импульса с выхода третьего формирователя 15 импульсов и через третий элемент И 7 на вход синхрони- :зации второго триггера 11 и устанав- 1ливает на первом выходе второго триг- гера 11 уровень логической единицы, I который разрешает прохождение импуль- Iса с выхода четвертого формировате- |ля 16 импульсов, через .пятый элемент И 9 и элемент ИЛИ 27 на вход установзаполняет интервал, сформированный третьим триггером.2 и поступающий на первый вход четвертого элемента ИЛИ 29 (фиг,2и). С второго выхода генератора 1 тактовых импульсов последовательность импульсов, сдвинутая на полпериода относительно последоваг тельности на первом выходе генератора 1 тактовых импульсов, поступает на второй вход первого элемента И 5 и заполняет интервал, сформированный триггером 10 (фиг,2у). Интервалы, заполненные импульсами с выходов чет-.

вертого 8 и первого 5 элементов И,поступают на первый и второй входы первого элемента ИЛИ 19. Так как импульсы, заполняющие интервалы, разнесены на полпериода, то область перекрытия

Изобретение может быть использовано при создании быстродействующих цифровых фазометров (ЦФ) повышенной точности, а также высокочастотных Преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных систем. ЦФ содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхронизации, счетчики 3,4, элементы. И 5-9, 31, формирователи 10-18,33 импульсов,элементы ИЛИ 19, 27-29, триггеры 20-26, 34, элемент ИЛИ-НЕ 30, генератор 32 импульсов, распределитель 35 импульсов, усилители-ограничители 36, 38, компараторы 37, 39. ЦФ имеет повышенное быстродействие за счет исключения цик ла усреднения начального значения сдвига фаз. 1 з,п.ф-лы, 2 нл.

1ки ё О первого триггера 10 и срыва- 20 интервалов отмечается удвоением часто

|ет его работу, формируя тем самым ко- :нец интервала, поступающего на пер- |вый вход первого элемента И 5 I (фиг.2с). Второй импульс с выхода |Третьего формирователя 15, поступаю- |щий через третий элемент И 7 на вход |синхронизации второго триггера J, устанавливает на втором выходе (НЕ) JBTOporo триггера I 1 уровень логичес- рсой единицы, позволяющий импульсу с выхода третьего формирователя 15 им- |пульсов проходить через второй эле- Цент И 6, четвертый элемент ИЛИ 29 на рход установки в О третьего триг- jrepa 12 и запрещает его работу. Этим формируется конец интервала (фиг,2р), юступающий на четвертый элемент И 8. Десятый 26 и четвертый 20 триггеры |зазрешают третьему 12 и первому JO Триггерам вырабатывать свои интервалы Только по одному разу в процессе од- Його измерения фазы. Это достигается Тем, что по окончании интервалов, вы- )абатываемых третьим 12 и первым JO tpHrrepaMH, на вторых выходах (НЕ) Этих триггеров появляется положительный перепад, поступающий на входы синхронизации десятого 26 и четвертог Го 20 триггеров, который на выходах этих триггеров устанавливает уровни л|Огической единицы, который через чет- в ертый 29 и второй 27 элементы ИЛИ Запрещает, дальнейшее переключение Третьего 12 и первого JO триггеров До начала следующего этапа измерения фа,з|ы, с первого выхода генератора J трактовых импульсов на второй вход Четвертого элемента И 8 поступает последовательность импульсов, которая

интервалов отмечается удвоением часто

ты следования импульсов (фиг.2ф).Последовательность импульсов (фиг,2ф) с выхода первого элемента ИЖ 19 поступает на вход синхронизации счетчика 3, на выходе которого получен код, соответствующий двойному сдвигу фаз (2i), На втором счетчике 4 из-за того j что частота счетных импульсов в два раза вьше, чем при счете фазы, формируется цифровой код, равный не периоду, а двум периодам (2р). Цифровые коды двойной фазы и двойного периода поступают в устройство, которое проводит с ним дальнейшую обработку по формуле 2if

N

0 Q

где

if - сдвиг фаз МЕЖДУ опорным и

входным сигналом; Р| - период опорного сигнала (измеренный) ;

период опорного сигнала (номинальный) .

Временные диаграммы работы цифрово- 5 го фазометра (фиг.2) содержат:

а)второй вход цифрового фазометра Х2;

б)выход второго компаратора 39;

в)выход шестого формирователя 18 импульсов ;

г)выход пятого формирователя 37 импульсов;

д)первый вход цифрового фазометра XI ;

е)выход первого компаратора .}/;

ж)выход третьего формирователя 15 импульсов;

з)выход, четвертого формирователя 16 импульсов;

5

и) первый выход генератора 1 тактовых импульсов;

к) второй выход генератора тактовых импульсов;

л) выход третьего элемента ИЛИ 28;

м) уретий вход цифрового фазометра ХЗ;

н) выход (НЕ) одиннадцатого триггера 34;

о) выход второго элемента И 6;

п) в ыход элемента И 9;

р) первый выход третьего триггера 12;

с) первый выход первого триггера 10;

т) выход четвертого элемента И 8;

у) выход первого элемента И 5;

ф) выход первого элемента ИЛИ 19; . х) выход шестого триггера 22;

ц) выход седьмого триггера 23;

ч) выход восьмого триггера 24,

Формула изобретения

30

40

. счетчика, ; д gg

65158

йервый выход которого соединен с .вто- .рым входом пятого элемента И., о т - л ичающийс тем, что, с целЬю повьппения быстродействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начального значения сдвига фаз, в него введены четвертый, пятый, шестой, седьмой, воеь 0 мой, девятый и десятый триггеры, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и шестой элемент И,выход шестого триггера соединен с первым входом шестого элемента И и ин15 Формационным входом третьего триггера, выход шестого формирователя импульсов подключен к входу синхронизации шестого триггера и второму входу шестого элемента И, выход которого

20 соединен с входом синхронизации седьмого триггера, у которого информационный вход и второй выход (НЕ) соединены, вход установки седьмого.триггера соединен с третьим выходом блока

25 синхронизации, установки шесто- го триггера подключен к выходу девятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, а вход установки подключен к четвертому выходу блока синхронизации, первый выход седьмого триггера подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ, входу синхронизации восьмого триггера и входу разрешения второго

выход восьмого триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ-и входом разрешения первого счетчика, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом установки восьмого триггера и входом установки третьего триггера, второй выход (НЕ) которого соединен с входом синхронизации десятого триггера, пятьй выход блока с{1нхронизации соединен с входами установки четвертого, пятого и десятого триггеров, первый выход блока синхронизации соединен с информационными . входами первого, пятого и шестого триггеров, второй вход блока, синхронизации соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и входом синхронизации второго счетчика, выход третьего формирователя импульсов соеди- йен с входом синхронизации пятого триггера и с первыми входами третьего и второго, элементов И, выход второго элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход пятого элемента И соединен с вторым вхо45

дом второго элемента ИЛИ, выход пятого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, второй вход второго элемента И соединен с информационным входом и выходом (НЕ) вторго триггера, второй выход блока синхронизации подключен к входу установки второго счетчика, выход первого формирователя импульсов подключен к входам третьего и четвертого формирователей импульсов, выход десятого триггера соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй выход (НЕ) первого триггера соединено входом синхронизации четвертого триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в

.. лЦм-

О первого триггера,, выход четвертого формирователя импульсов подключен к первому входу пятого элемента И, первьй вход блока синхр ониза- ции является третьим входом цифрового фазометра, высокий потенциал под- ключен к информационньш входам чет- |вертого, восьмого, девятого, десятого триггеров, выходы первого и второ

п

lллллJШXшллJтaплллJгплллnлллJгллДпл/mллJгrг.

-.., ,„ ,,„ „ .. „ ,..... ,: „,. . f

: ,

п

.

.ji rmn/xaru n rL ri.

Риа.2

Редактор Ю.Середа

Составитель С.Сафрохин

Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 3188/41

Тираж 772

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

0

6515

JO

го счетчиков являются соответственно первым и вторым выходами цифрового фазометра, первый Ti второй выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ.

15

0

.

Риа.2

Подписное