Фазометр с масштабно-временным преобразованием Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

.f

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при измерении фазового сдвига вы- скочастотного заполнения коротких радиоимпульсных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерений фазового сдвига между несущими колебаниями радиоимпульс ных сигналов.

На фиг. 1 прив едена структурная схема предлагаемого фазометра , на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие масштабно-временное преобразование несущего колебания измеряемого радиоимпульсного сигнала в одном из каналов фазометра.

Фазометр содержит два амплитудных детектора 1 и 2, входы которых соединены с входными клеммами фазометра, выходы - соответственно с входами элемента 3 совпадения с прямым и ин-

BecpHbiM выходами.

I .

Прямой выход элемента 3 совпадения соединен с управляющим вхо- дом генератора 4 высокой частоты, а инверсный выход - с управляющим входом генератора 5 низкой частоты. Выходы генераторов 4 и 5 соединены соответственно с вхо- дами элемента 6 совпадения, выход которого соединен с формирователем 7. Выход последнего соединен с входом генератора 8 тактовых импульсов, выходами соединенного с уп- равляющими входами дискретных линий 9 и 10 задержки (ДЛЗ).,Выходы последних через фильтры 11 и 12 соединены соответственно с входами фазового индикатора 13.

Фаз.ометр работает следующим образом.

Измеряемые радиоимпульсные сигналы (фиг. 2а) поступают на входы амплитудных детекторов 1 и 2 и на ин- формационные входы ДЛЗ 9 и 10. Б зависимости от сигналов на выходах амплитудных детекторов 1 и 2 элемент 3 совпадения вырабатывает на выходе

напряжения с логическими уровнями: О на прямом выходе и 1 на инверсном выходе при отсутствии одного или двух входных измеряемых сигналов, либо 1 на прямом выходе и О на инверсном при одновременном Присутствии обоих сигналов на входах фазометра .Управляющими напряжениями прямого и инверсного выходов элемента 3 совпадения выключается гене

-Ю

J5

а 20 :

25 30 - з5 , 40

453

си50

55

80 2

ратор 5 низкой частоты и включается генератор, 4 высокой частоты, по импульсному сигналу которого в формирователе 7 вырабатываются синхроим-- пульсы постоянной длительности (фиг. 2б), а в генераторе 8 формируется последовательность управляющих сигналов импульсной формы, обеспечивающих продвижение информации в ДПЗ 9 и 10 от входной ячейки к выходной.

Генератором 8 обеспечивается формиг- рование перекрывающихся тактовых импульсных последовательностей. Время перекрытия равно длительности синхроимпульсов. Количество импульсов последовательностей две, три или четыре. Соответственно двух-, трех- или четырехтактную структуру имеют ДПЗ 9 и 10 задержки. Последние представляют регулярную Последовательность элементарных МДП-конденсаторов, выполненных на общей полупроводниковой подложке в едином технологическом цикле.

Принцип действия дискретной линии задержки, выполненной на ПЗС-структу- ре, состоит в следующем.

Если к металлическому электроду МДП-конденсатора в некоторый момент времени приложить напряжение, знак которого совпадает с типом проводимости подложки, основные носители в слое полупроводника, прилегающем к границе с окислом, отталкиваются от электрода и образуют под ним обедненную основными носителями область (потенциальную яму), в которую затем стекаются неосновные носители, образованные, вследствие инжекции электрическим путем. Инжекцией осуществляется выборка мгновенного значения сигнала, прилагаемого к первому из МДП-чонденсаторов. Управляя процессом образования потенциальных ям в тактовой последовательности рядом расположенных единичных МДП-конденсаторов, путем подачи тактовых импульсов можно осуществлять перенос заряда неосновных носителей вдоль поверхности структуры. За время каждого тактового импульса заряд последовательно перемещается от одной ячейки к другой. Для управления продвижением информации в ДЛЗ 9 и 10, определяемой дискретными значениями переносимой величины заряда неосиовных Носителей, необходимо новую потенциальную яму создавать еще в момент

31Л221

существования старой. Для этого тактовые импульсные последовательности, сформированные генератором 8, должны перекрываться. Время ,перекрытия рав- но длительности сиш роимпульсов,сфор- мированных формирователем 7 (десятки наносекунд), и определяется техническими данными применяемой ДЛЗ 9 или 10. В первой ячейке ДЛЗ 9 и 10 по дому тактовому импульсу происходит выборка дискретных значений амплитуд измеряемых сигналов, соответствующая величине инжектированного заряда неосновных носителей. Затем за- f5 фиксированные заряды продвигаются к выходу ДЛЗ 9 и 10 от ячейки к ячейке. Время продвижения информации в ДПЗ 9 и 10, равное времени задержки Г, , пропорционально количеству их 20 ячеек и частоте управляющих тактовых импульсов. Через время Т на выходе ДЛЗ 9 и 10 появляется задержанный входной сигнал, аппроксимированный ступенчатым напряжением (фиг. 2в). 25 Данный сигнал не проходит через фильт- -ры II и 12, так как его спектральные составляющие расположены в ВЧ области, т.е. за пределами полосы пропускания фильтров.30

С окончанием измеряемого радиоимпульса выходные напряжения элемзнта . 3 совпадения выключают генератор 4 и включают генератор 5.

Дискретные значения амплитуд из 35 меряемых сигналов, выборки которых производятся с высокой частотой Fg2 тактовых сигналов генератора 8, оставшиеся после окончания радиоимпульса в дискретных ячейках ДЛЗ 9 или 10, 40 начинают продвигаться к ее выходу с низкой тактовой частотой F .На фиг. 2г изображены синхроимпульсы с низкой чах:тотой следования.

На выходе ДЛЗ формируется сигнал, J5 аппроксимированный ступенчатьи напряжением (фиг. 2д). Таким образом, изменение тактовой частоты приводит к масштабно-временному преобразова- кию измеряемых сигналов, а на вы- 50 ходе ДПЗ формируется одиночное пре- рывистое колебание, лериод которого больше исходного в К раз: F.

К

55

Ht.

Для вьщеления основной гармоники из ступенчатого напряжения используются фильтры 11 и 12. Отфильтро

f5 20 25 - , 30

35 40

J5 50

55

80.

ванные напряжения (фиг. 2е) поступают для измерений на входы низкочастотного фазового индикатора 3.

Предлагаемый фазометр позволяет измерять фазовый сдвиг высокочастотного заполнения коротких (едини- №1, десятки периодов) радиоимпульсов с высокой точностью за счет введенного масштабно-временного преобразования.

Проводят экспериментальную оценку предлагаемого фазометра.

В качестве ДПЗ используют линии задержки на ПЗС, выполненные в интегральном исполнении. Несущая частота радиоимпульсов изменяется в диапазоне 200-50 кГц, количество периодов несущих колебаний в радиои тульсе равно 10.

Частота заполнения выходного преобразованного сигнала находится в диапазоне 200-50 Гц. Количество периодов несущего колебания преобразованного радиоимпульса остается неизменным, так как увеличивается длительность радиоимпульсов ввиду уменьшения частоты заполнения. Таким образом, осуществляется изменение масштаба радиоимпульсов до 1000 раз. Это позволяет существенно повысить точность измерения сдвига фаз между короткими радиоимпульсами с помощью радиоимпульсного фазометра с постоянным измерительным временем. Постоянное совершенствование дискретных линий задержки позволяет расширить частотный диапазон до сотен мегагерц, так как проектируются ДЛЗ с тактовой частотй 1 ГГц.

Формула изобретения

Фазометр с масштабно-временным преобразованием, содержащий фазовый индикатор, входы которого соединены с выходами первого и второго фильтров, отличающийся тем, что, с целью повьшзения точности измерений, в него введены два амплитудных детектора, два элемента совпадения, две дискретных линии задержки, три генератора и формирователь, причем вход первого амплитудного де- тектора соединен с первым входом первой дискретной линии задержки и первой входной клеммой фазометра, вход второго амплитудного детектора соединен с первым йходом второй дискретной линии -задержки и второй вход-т ной клеммой фазометра,выходы амплитуд514221

«njx детекторов соединены соответст- етвенно с входами первого элемента (Совпадения, первый выход которого соединен с входом первого генератора, а второй - с входом второго генератора, при этом выходы первого и второго генераторов соединены с входом второго Элемента совпадения, выход которого

80 6

соединен и входом формирователя, выход котород о соединен с входом третьего генератора, выходы которого соединены с управляющими входами первой и второй дискретных линий задержки, а выходы последних соединены соответственно с входами первого и второго фильтров.

Изобретение может быть использовано для измерения фазового сдвигА высокочастотного заполнения коротких импульсных сигналов. Цель - повьпае- ние точности измерений. Фазометр обеспечивает масштабно-временное преобразование. Дискретные значения амплитуд измеряемых сигналов, выборки которых производятся с частотой Fg генератора 4 высокой -:астоты, запоминаются в дискретных линиях задержки (ДЛЗ) . 9, 10. Считывание информации из ДЛЗ 9, 10 вьтолняется с частотой F.j. генератора 5 низкой частоты. Это позволяет умножить период высокочастотного заполнения. Управление переключением генераторов 4 и 5 высокой и низкой частоты соответственно выполняется амплитудными детекторами 1 и 2 и элементом 3 совпадения. Формирование управляющих импульсов выполняется элементом 6 совпадения, фор-g мирователем 7 и генератором 8 такто- вых импульсов. Фазометр содержит также фильтры II и 12 и фазовый индикатор 13. 2 ил.

}

а)

Я)

П Г:

Т

г

I I I 11 I III I I I

el

ue.2

t

. t