Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

СП 4

О1

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть использовано для измерения разности фаз двух сигналов в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение точности измерения разности фаз.

На фиг.1 представлена структурная схема устройстваJ на фиг.2 - схема блока управления.

Цифровой фазометр содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов, входные формирователи опорного 3 и измеряемого 4 сигналов, блок 5 уп- равления, реверсивный счетчик 6, суммирующие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата, групповые элементы ИгИЖ 10 и 11, импульсный вычитатель 12, генератор 13 импульсов и элементы И 14 и 15.

В цифровом фазометре входы опорного 1 и измеряемого 2 сигналов подключены соответственно к входным формирователям 3 и 4, выходы которых подключены соответственно к первому 16 и второму 17 входам блока 5 управления, первый 18 и второй 19 выходы которого подключены соответственно к суммирующему и -вычитающему входам реверсив юго счетчика 6, выход обнуления которого подключен к третьему входу 20 блока 5 управления, третий 21 и четвертый 22 выходы которого подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И 14 и 15, к первым входам которых подключен выход генератора 13 импульсов, выход второго элемента И 15 подключен к входу первого суммирующего счетчика 7, выход переполнения которого подключен к четвертому входу 23 блока 5 управления, к выходам разрядов первого суммирующего счетчика 7 подключены первые входы группового элемента И-ИЛИ-10, выход которого подключен к входу 24 вычитания импульсного вычитателя 12, к второму входу 25 которого подключен выход первого элемента И 14, выход импульсного вычитателя 12 подключен к вхо- ду суммирующего счетчика 8, выходы разрядов которого подключены к вторьм входам первого первым входам второго групповых элементов И-ИЛИ 10 и 11. При этом вторые входы второго группо вого элемента И-ИЛИ 11 подключены к шине 26 установки коэффициента, а выход - к входу счетчика 9 результата.

0

5 о 0

0

5

пятый выход 27 блок 5 управления подключен к входам сброса в ноль реверсивного счетчика 6 и суммирующих счетчиков 7 и 8, шестой выход 28 блока 5 управления подключен к входу сброса в ноль счетчика 9 результата.

На фиг.2 представлен один из возможных вариантов реализации блока 5 управления устройства.

Блок 5 управления содержит первый 29 и второй 30 RS-триггеры, первьй 31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 D-триггеры, инвертор 35, первый 36, второй 37 и третий 38 элементы И-НЕ и элемент И 39.

В блоке 5 управления первый и второй входы 16 и 17 подключены соответственно к S- и R-входам первого RS-триггера 29, выход которого подключен к первому входу элемента И 39, выход которого подключен к третьему выходу 21 блока 5 управления, первый вход. 16 блока 5 управления подключен к С-входам D-триггеров 32-34 и инвертору 35, выход которого подключен к первым входам элементов И-НЕ 36 и 37, выходы которых подключены соответственно к выходам 18 и 19 блока 5 управления, прямой выход третьего D-триггера 33 подключен к второму входу элемента И-НЕ 36 и второму входу элемента И 39, инверсный выход р-триггера 33 подключен к R-входу D-триггера 34, прямой выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ 37, четвертому выходу 22 блока 5 управления и первому входу элемента И-НЕ 38, выход которого подключен к шестому выходу 28 блока 5 управления, четвертьй вход 23 блока 5 управления подключен к входу RS-триггера 30, прямой выход которого подключен к D-входу третьего D- триггера 33 и второму входу элемента И-НЕ 38, на D-входы D-триггеров 31 и 32 подается уровень 1, прямой выход D-триггера 32 подключен к D-входу D-триггера 34 и R-входу D-триггера 31, С-вход которого подключен к третьему входу 20 блока 5 управления, инверсный вы- ход D-триггера 31 подключен к R-входам RS-триггера 30, D-триггеров 32 и 33 и пятому выходу 27 блока 5 управления .

Цифровой фазометр работает следующим образоМ .

В исходном состоянии реверсивный счетчик 6 и суммирующие счетчики.7 и

8 обнулены, а в счетчике 9 результата находится результат предьщущего измерения. На выходах 21 и 22 блока 5 управления находятся уровни О, на выходах 27 и 28 блока 5 управления - уровни 1.

Устройство работает в два такта.

В первом такте работы в момент появления на входе 16 блока 5 управления фронта onofiHoro сигнала на выходе 22 блока 5 управления появляется уровень 1. Импульсы с генератора 13 импульсов через элемент И 15 начинают поступать на вход суммирующего счетчика 7, а импульсы с первого выхода 18 блока 5 управления, следующие с частотой опорного сигнала, начинают поступать на суммирующий вход ре- версивного счетчика 6.

При поступлении на вход первого суммирующего счетчика 7 N, импульсов (N. - коэффициент пересчета счетчиков 7 и 8) последний переполняется: и импульс с его выхода поступает на вход 29 блока 5 управления. На выходе 28 блока 5 управления появляется уровень О. Счетчик 9 результата, в котором находился, результат предьщущего измерения, обнуляется, Поступле- ние импульсов .на вход первого суммирующего счетчика 7 продолжается. При поступлении на вход 16 блока 5 управения очередного фронта опорного сигнала прекращается поступление импуль- сов с выхода 18 блока 5 управления на суммирукщий вход реверсивного счетчика 6, на выходе 22 блока 5 управления появляется уровень О, на выхода 28 - уровень 1, разрешающий работу счетчика 9 результата. Подсчет импульсов суммирующим счетчиком 7 прекращается. Начинается второй такт работы устройства.

К концу первого такта в реверсивном счетчике 6 находится число п, равное числу периодов опорного сигца- ла, прошедших на вход устройства.

Длительность первого такта

Т, пТ,, (1) где Т - период опорного сигнала.

За этб ;время на вход суммирующего счетчика 7 поступает N, импульсов;

N.

nTxfo,

(2)

где fg - частота повторения импульсов

генератора 13 импульсов. С началом второго такта работы устройства на третьем выходе 21 блока 5 управления начинают появляться

0

положительные импульсы длительностью t, соответствующей временному сдвигу между фронтами сигналов на опорном и измерительном входах устройства, В течение этих импульсов длительностью S импульсы с генератора 13 импульсов через элемент И 14 поступают на вход 25 импульсного вычита- теля 12. На выходе устройства формируется результат измерения.

Импульсы со второго выхода 19 блока 5 управления, следующие с частотой опорного сигнала, поступают на вы- 5 читающий вход реверсивного счетчика 6

При поступлении на реверсивный счетчик 6 п импульсов, на его выходе обнуления появляется импульс, поступающий на третий вход 20 блока 5 управления.

На третьем выходе 21 блока 5 управления появляется уровень О, прохождение импульсов через элемент И 14 i на вход 25 импульсного вычитате- 5 ля 12 прекращается. Формирование результата измерения заканчива-ется,

На выходе 27 блока 5 управления появляется фовень О, обнуляющий реверсивный счетчик б и сумг-шрующие счетчики 7 и 8 и подготавливающий устройство к следующем измерению

Длительность второго такта Т,, рав-

0

0

5

на длительности первого такта:

Тг Т, пТ. (3) За время пТ второго такта работы устройства на вход 25 импульсного вычитателя 12 поступает N,

N.

импульсов: (4)

40

45

50

Число импульсов NJ на выходе импульсного вычитателя 12 можно определить из соотношения:

N, N - N, (5)

где Not число ньшульсов на входе 24 импульсного вычитателя 12.

Суммирующие счетчики 7 и 8 групповой элемент И-ИЛИ 10 представляют собой двоичньй умножитель, причем значение коэффициента умножения определяется числом, находящимся в рующем счетчике 7

Количество импульсов на выходе двоичного умножителя, а значит и на входе 24 импульсного вычитателя 12

N.e ЧИСЛО

.(6)

ш

зафиксированное в

ь jriv.,jnj,

первом суммирующем счетчике 7;

коэффициент пересчета счетVHKOB 7 и 8,

Так как за время поступления на вход первого суммирующего счетчика 7 N, импульсов происходит одно его переполнение, то:

откуда

N,

N,

Nm +

N,,

Ч

N, - N.

(7) (8)

Из уравнений (2)-(8)

N N - (9)

Ы„ + ,

Суммирующий счетчик 8 и групповой,- элемент И-ИЛИ 11 представляют собой второй двоичный умножитель, коэффициент умножения которого задается с помощью шины 26 установки коэффициента.

Количество импульсов N на выходе второго двоичного умножителя, поступающих на вход счетчика 9 результата, может быть определено из соотношения:

N,

N-N N/3

где N - код на шине

26

коэффициента, Из уравнений (9) и (10)

(10) установки

„ N ft JT. jr, N Т, AT/

(11)

Результат измерения зависит от значения кода N. и от значения отношения --, х

которое определяет сдвиг

фаз между сигналами на входах устройства и «не зависит от частоты исследуемого сигнала.

При поступлении на вход 16 блока 5 управления фронта очередного импульса D-триггер 33 переходит в единичное состояние. Уровень О, появляющийся при этом на его инверсном выходеJ сбрасьтает в ноль D-триггер 34. Элемент И-НЕ 37 закрывается. На выходе 22 блока 5 управления устанавливается уровень О, а на выходе 28 - уровень- 1. Уровень 1 с выхода D-триггера 33 разрешает прохождение через элемент И 39 на выход 21 блока 5 управления импульсов длительностью , формируемых RS-триггером 29, Этот же уровень раз решает прохождение через элемент И-НЕ 36 на выход

40

При выборе кода Нд равным, например, 360000 единица младшего разряда счетчика 9 результата соответствует 0,001 разности фаз сигналов на входе устройства,

Блок 5 управления работает следую- .g 19 блока 5 управления проинвертиро- щим образом. ванных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5 управления.

При поступлении на вход 20 блокА 5 управления сигнала обнуления с реверсивного счетчика 6 на инверсном выходе D-триггера 31 устанавливается ,

В исходном состоянии D-триггеры 31-34 и RS-триггер 30 находятся в ну- девом состоянии.

Первый RS-триггер 29 переключается поступающими на входы 16 и 17 блока 5 управления импульсами от входных формирователей 3 и 4, формируя таким образом импульсы длительностью , соответствующей временному сдвигу между фронтами сигналов на входах устройства. Эти импульсы поступают на первый вход элемента И 39. В мо- мгнт поступления на вход 16 блока 5

50

уровень О. Этот уровень появляется на выходе 27 блока 5 управления и используется для сброса в ноль ревер- сивного 6, суммирующих 7 и 8 счетчиков. Этим же уровнем сбрасываются в ноль D-триггеры 32 и 33 и RS-триггер 30. При этом на прямом выходе D-триггера 32 появляется уровень О, ко-

управления первого фронта сигнала D-триггер 32 переводится в единичное состояние. На R-входе первого D-триггер а 31 и D-входе D-триггера 34 устанавливаются единичные уровни. В момент поступления на вход 16 блока 5 управления следующего фронта сигнала D-триггер 34 устанавливается в единичное состояние. На выходе 22 блока 5 управления и на первом входе элемента И-НЕ 38 устанавливается уровень 1. Этим же уровнем разрешается прохождение через элемент И-НЕ 37 н:а

5 выход 18 проинвертированных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5 управления.

При поступлении на вход 23 блока 5 управления импульса с выхода переполQ нения суммирующего счетчика 7 RSтриггер 30 переходит в единичное состояние, Единичньй уровень на втором входе элемента И-НЕ 38 вызывает появление на его выходе и на выходе 28

5 блока 5 управления О, обнуляющего счетчик 9 результата, Единичньй уровень появляется и на D-входе D-триг- гера 33,

При поступлении на вход 16 блока 5 управления фронта очередного импульса D-триггер 33 переходит в единичное состояние. Уровень О, появляющийся при этом на его инверсном выходеJ сбрасьтает в ноль D-триггер 34. Элемент И-НЕ 37 закрывается. На выходе 22 блока 5 управления устанавливается уровень О, а на выходе 28 - уровень- 1. Уровень 1 с выхода D-триггера 33 разрешает прохождение через элемент И 39 на выход 21 блока 5 управления импульсов длительностью , формируемых RS-триггером 29, Этот же уровень раз решает прохождение через элемент И-НЕ 36 на выход

0

5

0

уровень О. Этот уровень появляется на выходе 27 блока 5 управления и используется для сброса в ноль ревер- сивного 6, суммирующих 7 и 8 счетчиков. Этим же уровнем сбрасываются в ноль D-триггеры 32 и 33 и RS-триггер 30. При этом на прямом выходе D-триггера 32 появляется уровень О, ко-

торый сбрасывает D-триггер 31 в нулевое состояние и на выходе 27 блока 5 управления появляется уровень 1, Цикл работы устройства заканчивается. Принцип, положенный в основу работы фазометра, предполагает не более одного переполнения первого суммирующего счетчика 7. Следовательно, при п 1 должно вьтолняться неравенство: IQ

МОКС

1 . ---В фазометре с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемое первым переполнением счетчика 7, что позволяет обеспечивать повышение точности измерения.

Формула изобретения

1. Цифровой фазометр, содержащий первьй, второй, третий и четвертый счетчики, первые и вторые групповые элементы И-ИЛИ, первьй и второй фор- мирователи, генератор импульсов, первый и второй элементы И и блок управления, при этом выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с первыми входами первого группового элемента И-ИЛИ, вторые входы которого соединены с разрядными выходами третьего счетчика и первыми входами второго группового элемента И-ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен импульсный вычитатель, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй - с выходом первого группового элемен- та И-ИЛИ, а выход - с входом третьего счетчика, при этом первый счетчик вьшолнен реверсивным, а входы сложения и вычитания первого счетчика соединены соответственно с первым и вто рым выходами блока управления, первьй и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей, третий - с выходом первого счетчика, а четвер- тый - с выходом второго счетчика, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с вторыми входами .первого и второго элементов И, пятый - с установочными входами первого, второго и третьего счетчиков, а шестой - с установочным входом четвертого счетчика, при этом вторые входы второго группового элемента И-ИЛИ соединены с шиной установки коэффициента,

2, Цифровой фазометр по п,1, о т- личающийся тем, что блок управления содержит первый и второй RS-триггеры, первый, второй, третий и четвертый D-триггеры, первый, второй и третий элементы И-НЕ, инвертор и элемент И, причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с S- и R-входами первог RS-триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый вход блока управления соединен с С-входами второго, третьего и четвертого D-тригге ров и с инвертором, выход которого соединен с пepвы fи входами первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выxoдa п блока управления, прямой выход третьего D-тркгге- ра соединен с вторыьш входами элементов И и первого элемента И-НЕ, инверсный выход третьего D-триггера соединен с R-входом четвертого В триг- гера, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ четвертым, выходом блока управления и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с шестым выходом блока управления, при этом, четвертый вход блока управления соединен с S-входом второго RS- триггера, прямой выход которого соединен с D-Бходом третьего D-триггера и вторым входом третьего элемента И-НЕ, D-вход первого и второго D- триггеров соединены с 1, прямой выход второго D-триггера соединен с D-входом четвертого D-триггера и R-входом первого D-триггера, С-вход которого соединен с третьим входом блока управления, а инверсный выход первого D-триггера соединен с Р-вхо- дами второго RS-триггера, второго и третьего D-триггеров и с пятым выходом блока управления.

16

21

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз двух сегментов в широком диапазоне частот. Цель изобретения - повышение точности измерения разности фаз. Устройство содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов (С), формирователи 3 и 4 опорного и измерительного С, блок 5 управления, ревер- сивньм счетчик 6, суммир тощие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата, групповые элементы К-ИЛИ 10 и 11, генератор 13 импульсов, двухвходовые злементы И 14 и 15. Введение импульсного вычитателя 12 и образование новых функциональных связей повышает точность измерения, т.к. с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемое первым переполнением суммирующего счетчика 7. В описании приведен пример реализации блока 5 уп,- равления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фие, Я