Калибратор девиации частоты частотно-модулированных сигналов Советский патент 1989 года по МПК G01R23/02 

t

(21)4379690/ 24-21

(22)28.12.87

(46) 30„09.89. Бкш. № 36 (72) Н.И.Щербак

(53)621Л17(088.8-)

(56)Миронов А.В. Схема синхронного детектирования сигнала частотной модуляции ПТЭ, 1 982, N 1, с. 140.

Авторское свидетельство СССР № 1255952, кл, G О R 23/02, 1985.

(54)КАЛИБРАТОР ДЕВИАЦИИ lACTGTbl ЧАСТОТНО-МОДУ.1ШРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

(57)Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в проверочных измерительных средствах - эталонах и образцовых средствах измерения. Целью изобретения является расширение диапазона модулирующих частот и индекса модуляциио Калибратор девиации ЧМ сигналов содержит генератор 1 мо- дулируккцих сигналов, аттенюатор 2,

формирователь 3 интервалов времени, компаратор 4 нулевого уровня, устройство 5 выделения экстремального значения сигнала, генератор 6 ЧМ сигналов, формирователь 7 импульсов, блок S измерения частоты, генератор 9 образцовой частоты, элемент И 10, триггер 11 управления, триггеры 12-14 синхронизации, триггер 15 запуска, инвертор 16, триггеры 18 и 19 блокировки, временные селекторы 9-22, формирователь 23 одиночнь х импульсов, счетчики 24-27 импульсов, регистр 28 сопряхсениЯо В калибраторе производится измерение частоты модулирующего сигнала, измерение средней частоты ЧМ сигна-ра, формирование двух интервалов времени, точно равных целом числу периодов колебаний ЧМ сигнала, измерение длительности этих интервалов и подсчет числа периодов ЧМ сигнала, укладывающихся на сформированных интервалах времени. 2 ил.

(Л

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в проверочных измерительных средствах - эталонах и образцовых средствах измерения. Целью изобретения является расширение диапазона модулирующих частот и индекса модуляции. Калибратор девиации ЧМ сигналов содержит генератор 1 модулирующих сигналов, аттенюатор 2, формирователь 3 интервалов времени, компаратор 4 нулевого уровня, устройство 5 выделения экстремального значения сигнала, генератор 6 ЧМ сигналов, формирователь 7 импульсов, блок 8 измерения частоты, генератор 9 образцовой частоты, элемент И 10, триггер 11 управления, триггеры 12-14 синхронизации, триггер 15 запуска, инвертор 16, триггеры 17 и 18 блокировки, временные селекторы 19-22, формирователь 23 одиночных импульсов, счетчики 24-27 импульсов, регистр 28 сопряжения. В калибраторе производится измерение частоты модулирующего сигнала, измерение средней частоты ЧМ сигнала, формирование двух интервалов времени, точно равных целому числу периодов колебаний ЧМ сигнала, измерение длительности этих интервалов и подсчет числа периодов ЧМ сигнала, укладывающихся на сформированных интервалах времени. 2 ил.

я

31511

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в поверочных измерительных средствах, эталонах и образцовых средствах измерения.

Цель изобретения - расширение диапазона модулирующих частот и индекса модуляции.

На фигс 1 представлена блок-схема калибратора девиации чайтоты частотно-модулированных сигналов; на фиг. 2 - блок-схема блока измерения частоты.

Калибратор девиации частоты час- тотно-модулированньпс сигналов содержит генератор 1 модулирующих сигналов,, аттенюатор 2, формирователь 3 интервалов времени, компаратор 4 нулевого уровня, блок 5 выделения экст- ремального значения сигнала (экстре- матор), генератор 6 ЧМ сигналов, формирователь 7 импульсов, блок 8 измерения частоты, генератор 9 образцовой частоты, элемент 10 И, триггер II уп- равления, триггеры 12, 13, 14 синхро- |€нзации, триггер 15 запуска, инвертор 16, триггеры 17, 18 блокировки, временные селекторы 19-22, формирователь 23 одиночных импульсов, счетчики 24-27 импульсов, регистр 28 сопряже- ния.

Генератор 1 через последовательно соединенные аттенюатор 2, генератор 6, формирователь 7 и инвертор 16 :овдинен с вторым входом селектора 19 и третьим входом селектора 22. $ход инвертора 16 соединен со входа- Ми синхронизации триггеров 17 и 18, информационные входы которых соеди- йены соответственно с выходами триггеров 13 и 14. Информационные входы и входы установки в ноль триггеров 13 и 14 подключены к выходу триггера 15, к первому, второму, третьему, второму входам селекторов 19-22 со- (зтветственно,

Вход синхронизации триггера 14 соединен с первым выходом компарато эа 4, второй выход которого соединен

со входом синхронизации триггера 13, ;а вход подключен к выходу генератора 1, первому входу формирователя 3 и 35ХОДУ экстрематора 5, выход которого соединен со входом синхронизации триггера 12, информационный вход и 13ХОД установки в ноль которого соединён с инвертирующим выходом триггера 11, вход синхронизации которого

5 0

з 0 5

0

г

соединен с выходом элемента И и с первыми входами счетчиков 24-27, вторые входы которых соединены соответственно с выходами селекторов 19- 22, а выходы соединены с первой, второй, третьей и четвертой группами информационных входов регистра 28, информационные выходы которого соединены с шиной Данные, а выход уп- равлейия соединен с шиной Запрос обслуживания I. Вход регистра 28 соединен с выходом формирователя 23, - вход которого подключен к входу установки в единицу триггера 11, к первым входам селекторов 21 и 22« и инвертирующему выходу триггера 18. Второй вход селектора 21 соединен с первым входом селектора 20 и выходом генератора 9, третьи входы селектора 19 и 20 соединены с инвертирующим выходом триггера 17,

Информационньй вход триггера 15 подключен к выходу триггера 12, вход синхронизации триггера 15 соединен с выходом формирователя 7 и с третьим входом блока 8 измерения частоты. Второй вход 8 измерения частоты подключен к выходу формирователя 3, второй вход которого соединен с первым входом элемента 10 К и первым входом блока 8 измерения частоты, шестой вход которого соединен с выходом генератора 9.

Четвертый и пятый входы блока 8 измерения частоты соединены с шинами Считьшание 1 и Считывание 2 соответственно. Вход формироватсгли 7 соединен с шиной частотно-модулированного сигнала, вход генератора 1, второй вход аттенюатора 2 и третий вход формирователя 3 соединены с шиной Управление , первьй и второй входы элемента 10 И соединены с шинами Пуск 2, Пуск 1 соответственно.

Информационный вход триггера 11 соединен с шиной лог. О. Пятый, шестой, седьмой, восьмой входы регистра 28 соединены с шинами ,Считывание 3, Считьюание 4, Считы- вание 5, Считьщание 6, соответственно. Информационные выходы блока 8 измерения частоты соединены с шиной Данные, выход управления блока 8 измерения частоты соединен с шиной Запрос обслуживания 2.

Блок 8 измерения частоты состоит из инвертора 29, триггера 30, синх5 . 15

ронизации, формирователя 31 одиночных импульсов, элементов 32, 33 И, счетчиков 34, 35 импульсов, регистра 36 сопряжения. Данные на выходе регистра 36 и регистра 28 являются общей шиной.

Вход инвертора 29 соединен с третьим входом блока измерения частоты и входом синхронизации триггера 30 синхронизации, информационный вход которого соединен со входом формирователя 31 одиночных импульсов и первыми входами элементов 32 и 33 И выходы которых соединень; со входами соответственно счетчиков 34 и 35 импульсов, информационные выходы которых соединены с информационными входами регистра 36 сопряжения, а входы сброса соединены с первым входом блока 8 измерения частоты, выход инвертора 29 соединен со вторым входом элемента 32 И, второй вход элемента 33 И соединен с шестым входом блока 8 измерения частоты, выход формирователя 31 одиночных импульсов соединен с первым входом регистра 36 сопряжения, второй и третий входы которого соединены с четвертым и пятым входами соответственно блока 8 измерения частоты, информационные выходы и выходы управления регистра 36 сопряжения соединены соответственно с информационными выходами и выходом управления блока 8 измерения частоты.

Калибратор девиации частоты частотно-модулированных сигналов работает следующим образом.

В калибраторе используется принцип измерения девиации частоты, согласно которому производится измерение частоты модулирующего сигнала: измерение средней частоты частотно- модулированного (ЧМ) сигнала; формирование двух интервалов времени, точно равных целому числу периодов колебания ЧМ сигнала и расположенных на периоде сигнала модуляции таким образом, что начало обоих интервалов располагается в окрестности точки перехода модуляционной состав- л кядей фазы ЧМ сигнала через ноль (соответственно перехода сигнала модуляции через максимум), а концы интервалов располагаются в окрестности точек перехода модуляционной составляющей фазы ЧМ сигнала через максимум и минимум (соответственно пе0

5

7036

рехода снгналч модуляции через ноль в отрицательном и положительном направлении) ; измерение длительностей этих интервалов; подсчет числа периодов ЧМ г- гналоБ, укладывающихся на сформированных интервалах времени, По результатам этих измерений определяется значение 4,f по соотношениям

Af-F sin()sineo

Р 1

c,arctg| - --- g jp - --,y|;

5 где Лч)27ьт-й},Т„, UWp 2 ;Г„-иД„ .значения набега модуляционной составляющей фазы ЧМ сигнала за интервалы време- ни Т„,, Т, ;

F - частота модулирующего сигнала;

uf - значение девиации частоты; f(; - среднее значение частоты

ЧМ сигнала;

Т,, Т„ - значение сформированньгх интервалов времени

0,ЯТ„,,, Q.,;

m,n - количество периодов ЧМ сиг- напа на интервалах Т,, Т.

По шине Управление на входы управления генератора i, аттенюатора 2, формирователя 3 поступают коды установки необходимых режимов перечисленных устройств, т.е. для генератора 1 установки частоты модуля- 1Ши, для аттенюатора - затухания, для формирователя 3 - длительности

п форьдаруеного интервала времени, выраженной числом периодов.сигнала модуляции. По шинам Считывание на входы блока измерения 8 частоты и регистра 28 поступают сигналы управ хе

5 ния, по которым на щине Данные поочередно устанавливаются коды измеренных счетчиками величин. Блок 8 измерения частоть производит измерение необходимых для расчета девиации ча0 стоты средней частоты ЧМ сигнала и частоты сигнала модуляции. Регистр 28 сопряжения обеспечивает временное хранение информационных кодов, поступающих со счетчиков им-

5 пульсов, последовательную выдачу их на щину Данные типа общая шина, временную синхронизацию калибратора со счетно-решающим устройством посредством сигнала Запрос обслужи0

вание. В качестве счетно-решающего устройства может быть использована любая микро-ЭВМ (Например, Электроника ДЭ-28, Электроника-60).

Перед началом калибровки устанавливается посредством шины Управление требуемая частота модулирующего сигнала, минимальное затухание аттенюатора 2, длительность измерительного интервала, времени формирователя Зо В исходном состоянии триггеры 17, 18 блокировки установлены ;В такое состояние, что селекторы 19- 22 открыты по третьему, третьему, первому, первому входам соответственно, а триггер 15 запуска устанавливается в состояние закрывающее селекторы 19-22 по первому, второму, третьему, второму соответственно, ;11о переднему фронту импульса Пуск-1 поступающему с одноименной шины на вход элемента 10 И, производится об- ;нуление счетчиков 24-27, а также ;счетчиков блока 8. По заднему фронту :этого импульса производится запуск iформирователя 3, на выходе которого Сформируется импульс, длительность которого равна целому числу периодов сигнала модуляции, поступающего на первый вход формирователя от гене 1ратора 1. По приходу переднего фрон- та этого импульса на вход блока 8, ;последний производит измерение значений F и f. Данный процесс измерения будет рассмотрен ниже при описании работы блока 8 На третий вход блока 8 от формирователя 7 поступает нормированные по a fflлитyдe и крутизн фронта прямоугольные импульсы ЧМ сигнала, среднюю частоту следования которых необходимо измерить, а на шестой вход блока 8 поступают импульсы от генератора 9 в качестве меры. По окончании сформированного на выходе формирователя 3 импульса на выходе управления блока 8 устанавливается сигнал .Запрос обслуживания 1, которьй поступает в счетно- решающее устройство. По сигналам Считьшание Г , Считывание 2, пост пающим на входы блока 8 по одноименным шинам, блок 8 выставляет на шине Данные, полученные в результате измерения коды, которые используются в дальнейшем для расчета значений f, F. Повторное измерение этих величин осуществляется аналогично посл повторной подачи импульса Пуск-1.

По заднему фронту импульса Пуск- 1, который через элемент 10 И поступает на вход синхронизации триггера 1, последний устанавливается в состояние лог. О и. на его инверсном выходе устанавливается уровень лог, 1, которьй подготавливает к переключению триггер 12. Первьй им пульс, пришедший с экстрематора 5 на вход синхронизации триггера 12, после установления на его информационном входе уровня лог. 1 переключает его в единичное состояние, тем

самым подготавливает к переключению по переднему фронту импульса ЧМ от формирователя 7 триггер 15 запуска, Уровень лог. 1, установленный на эыкоце триггера 15, открывает селекторы 19-22 по первому, второму третьему, второму входам соответственно. Импульсы ЧМ сигнала от формирователя 7 через инвертор 16, селекторы 19, 22 поступают на входы счетчиков

24, 27 соответственно, где формируются коды га, п,

Импульсы генератора 9 через селекторы 20, 21 поступают соответственно на входы счетчиков 25, 26,

где формируются коды Т, Т, Инвертор 16 исключает возможность появления ложных срабатываний счетчиков импульсов на фронтах формируемых интервалов Т, Т.

Уровень лог, 1 поступает также с выхода триггера I5 на входы триггеров 13, 14, подготавливая последние к переключению. В момент перехода сигнала модуляции через ноль в

отрицательном направлении, т.е. при отрицательном значении его производной, на первом выходе компаратора 4 формируется перепад напряжения, который переключает триггер 13 в единичнов состояние, подготавливая тем

самым к переключению триггер 17, который переключается по переднему фронту импульса ЧМ сигнала от формирователя 7 в состояние, закрывающее селекторы 19, 20 по третьим входам.На этом заканчивается процесс измерения

га, Т.

В момент перехода сигнала модуляции через ноль в положительном на- правлении на втором выходе компаратора 4 формируется перепад напряжения; которьй переключает в единичное состояние триггер 14, подготавливая к переключению триггер IB, По переднему фронту импульса ЧМ сигнала от формирователя 7 срабатывает триггер 18 и на его инверсном выходе устанавливается уровень лог. О, закрывающий селекторы 21, 22 по первым входам. К этому моменту в счетчиках 26, 27 будут накоплены кодовые эквиваленты п, Т. По перепаду напряжения на выходе триггера 18 запускается формирователь 23, вырабатывающий короткий импульс переписи информации из счетчиков 2А-27 в регистр 28, Кроме того, этим же импульсом в регистре 28 производится установка сигнала Запрос обслуживания 2. Последова- тел1зно по сигналам Считывание 3-6, поступающим на входы регистра 28 по одноименным шинам, коды т, п, Т, Т„ поступают по шине Данные для дальнейшей обработки в счетно-решающее устройство.

Вместе с тем уровень лог. О, установившийся на выходе триггера 18, переключает по входу установки в единичное состояние триггер i 1 и в течение следующего периода сигнала модуляции после формирования на выходе компаратора 4 и экстрематора 5 очередных импульсов схема возвращается в исходное состояние, т.е. на вькоде триггера 15 устанавливается уровень лог о О, а затем на выходах триггеров 17, 18 устанавливается уровень лого О, а затем на выходах триггеров 17, 18 устанавливается уровень лог. 1. Повторный запуск измерителя Т, Т, т, п может быть осуществлен по одному из входов Пуск 1, Пуск 2. Пуск 1 используется при необходимости запуска всего устройства, а Пуск 2 только СУ1Я запуска измерителя Т,, Т,, in, п.

Таким образом, за время (1-10 с), пока блок 8 производит измерение f, F, могут быть многократно измерены значения Т, Т, т, п и тем самым обеспечивается дополнительное по вьппение точности измерения Af предлагаемым устройством за счет возможности статистической обработки резултатов наблюдений (измерений).

После измерения девиации частоты при минимальном затухании аттенюатора нужное для воспроизведения ее значение может быть получено путем введения соответствующего затухания аттенюатора по шине Управление с

П70310

поепедую 11им ирмзрением ;г:т-че-- кия /if -ту i .s Г- КОУ;ОГО,

Блок 8 измерения частоты работает г сле.цук11Ц1Ш обр 43 ом с

По приводу передкгго фронта п-луль- са измерите;1ьксго интервача вреиень С;- оормкрователя 3 черея второй вход блска 8 на ми4х1рмационньй вход триг- 10 гера 30 сик ;роЧг:2 .чи последний под- готавлизается N лергключени С- кртэр.ое

происходит по передке л фронту

пульса -IM сих нала,, по с туп шеи .ему на вход с1-п-:хяони, трттгера 30 через 15 третргй вход блока 8 от фор дарогате- ля 1, После пепеклточекия триггера 30 иа его выходе устанавливается потенциал, открываюпи- я по первым входам элементы 32, 33 li,, С: вь(хода инвертора 20 29 и шульсы снгна.па через сткоытьв элемент 32 И поступают на вход счетчика 34 импульсов, Б котором ется числовой эквивалент средней частоты ЧМ сигнала. Импульсы от генера- 25 тора 9 через а естой вход блока 8 и открытый элемент 33 И поступает на вход счетчика 35 и тульсов, б котором формируется 4HCJ70BGH L-квивалент телькости измерительного интервала зС времени. По окончании нг-тулъга изме- рителького т -гтервала врет-аени снова переключается триггер 30, тем саьым закрывая элe :eнты 32,, 33 К, Одновременно перепад на -ряжения на выходе 35 триггера 30 г .:ускает форьягрователь 31 одиночных н ятульсов, на выходе которого формирз ется короткий II iпyльcJ производягцш перезапись информации из счетчиков 34. 35 в регистр 36 40 сопряжения. Кроме того по этому иг-i- пульсу в регистре 36 сопряжения формт руется сигнал Запрос сбсп-ужи вакия,, постут1алов;зтй через выход управления блока В на вьгход устройства 45 По сигналам Считывание 1, Считывание 2, поступающим на второй н третий вход регистра 36 сопряжения через четвертый и пятьй входы соответственно блока 8, на информацион1-гых 5Q выходах регистра 36 сопряжения устанавливаются полученнь е в результата измерения коды, поступающие на шину Данные.

Значение средней части ЧМ сигнала 55 рассчитывается по соотношению

f iLll - N

где N, - код счетчика 34; Ы„ код счетчика 35.

Значение частоты сигнала модуля- -ции определяется по соотношению;

р- Р- -%

р .Л ,

где Р - числто периодов сигнала модуляции s укладывающееся на длительности измерительного интервала времени (задается оператором перед началом измерения путем 3алией в форми рователе 3)

В калибраторе девиации частоты частотно-модулированных сигналов мини- мальное значение F при одном и том же времени измерения умены дается в

(

раз.

где fq - частота

5fo

генератора 9 образцовой частоты N - число независимых измерений за время измерения Т, что приводит к расширению диапазона модулирзтощих частот. Одновременно в К„ 1 ,8 - --fN .

или к 1,8 -- - раз увеличивается 5 fc ti

индекс модуляции .

Формула изобретения

Калибратор девиац1да частоты час 7отно модулировакных сигналов содер жаций генератор модулирующих сигналов аттенюатор, генератор ЧМ сиг- HanoBj выход которого соединен с входом формирователя импульсов, четыре временных селектора три счетчика импульсов, элемент И, формирователь интервала времени, формировател одиночных импульсов, выход первого и второго временных селекторов соединен с входом первого и второго счетчиков импульсов соответственно, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона модулир то- щих частот и ивдекса модуляции, в него введены блок измерения частоты, генератор образцовой частоты, блок выделения экстремального значения сигнала, инвертор, семь триггеров, регистр сопряжения, компаратор нулевого уровня, четвертый счетчик импульсов, входы управления генератора модулирздощих сигналов, формирователя интервала времени, аттенюатора соединены с шиной Управление, выхо генератора модулирующ1-гх сигналов соединен с первым входом формирователя интервала времени, входом атте

g

0

5 0 5 Q

нюатора, входом компаратора нулевого уровня, входом блока выделения экстремальньк значений сигнала, выход которого соединен с входом синхронизации первого триггера, выход которого соединен с информационным входом второго триггера, а информационный вход и вход установки в О соединены с инвертирующим выходом третьего триггера, вход установки в которого соединен с входом фор- f-шрователя одиночных импульсов, первыми входами первого и второго временных селекторов, инвертирующим выходом четвертого триггера, информа- циокный вход третьего триггера соединен с шиной логического нуля, а вход синхронизации соединен с входами сброса первого, второго, третьего и четвертого счетчиков импульсов и выходом элемента И, первый вход которого соединен с входной шиной Пуск 2, а второй вход соединен с входной шиной Пуск i, первым входом блока измерения частоты и вторым входом формирователя интервала времени, выход которого соединен с входом блока измерения частоты, третий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, входом синхронизации второго триггера, входом инвертора-, входами синхронизации четвертого и пятого триггеров, четвертый и пятый входы блока измерения частоты соединены с шиной Считывание 1 и Считывание 2 соответственно шестой вход соединен с выходом генератора образцовой частоты, первым вхоДом третьего и вторым входом второго временных селекторов j, первый и второй выходы компаратора нулевого уровня соединены с входом синхронизации шестого и седьмого триггера соответственно, выход второго триггера соединен с первым входом четвертого, вторым входом третьего, третьим входом второго к вторым входом первого временных селекторов, с информацион- нь1ми входами и входами установки в О шестого и седьмого триггеров, выход которых соединен с информационным входом четвертого и пятого триг- геров соответственно, третий вход первого и четвертого временного селектора соединен с выходом инвертора, инвертирующий выход пятого триггера соединен с третьим входом четвертого и третьим входом третьего временных

селекторов, выход аттенюатора соединен с входом генератора частотно модулированных сигналов, выход которого соединен с шиной частотно-модулированного сигнала, выход третьего и четвертого временных селекторов соединен с входом третьего и четвертого счетчиков импульсов соответственно, информационные выходы первого, второго, третьего, четвертого счетчиков импульсов соединены с первой, второй, третьей и четвертой группами информационных входов регистра сопряжения, пятый, шестой, седьмой и

восьмой входы которого соединены с гаина;м1-1 Считьгзание 3, Считьгоание 4, Считывание 5, Считывание 6 соответственно, а девятый вход соединен с выходом формирователя одиночных И гпульсов, информационные выходы регистра сопряжен гя соадинены с шиной Данные , сЧ выход управления

соединен с шиной Запрос обслуживания , информационные выходы блока измерения частоты соединены с Данные, а выход управления блока измерения частоты соединен с шиной

Запрос обслуживания 2,