Цифровой частотомер Советский патент 1990 года по МПК G01R23/10 

(Л С

Изобретение относится к технике электрорадиоизмерений и может использоваться для измерения частоты периодических сигналов при наличии широкополосных шумов. Цифровой частотомер содержит формирующий блок 1, элемент 4 совпадения, счетчик 6 импульсов, генератор 7 импульсов, времязадающий блок 8. Введение блока 2 задержки, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 и делителя 5 частоты позволило уменьшить влияние широкополосных шумов на точность измерения частоты и повысить помехоустойчивость. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Пуск

СЛ

сл

со со

Фие.1

Изобретение относится к технике электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения частоты периодических сигналов при наличии широкополосных шумов.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового частотомера} на фиг. 2 и 3 - схемы формирующего и времязадающего блоков соответственно на фиг. 4 - временные диаграммы работы цифрового частотомера.

Цифровой частотомер содержит последовательно соединенные формирующий блок (ФБ) 1, блок 2 задержки (Б3 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, элемент 4 совпадения (ЭС), делитель 5 частоты (ДЧ) и счетчик 6 импульсов (СИ), а также последовательно соединенные генератор 7 импульсов ,(ГИ) и времязадающий блок (ВЗБ) 8, выход которого подключен к второму входу ЭС 4. Выход ГИ 7 объединен с синхронизирую- щими входами БЗ 2, третьим входом ЭС 4 и ФБ 1, выход которого соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3. Дополнительные входы ДЧ 5, СИ 6 и ВЗБ 8 объединены с входом Пуск цифрового частотомера.

Формирующий блок 1 цифрового час- ,тотомера содержит усилитель-ограничи тель 9, вход которого является входом формирующего блока 1 и D-триггер 10, D-вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя 9. Синхровход D-триггера 10 является синхронизирующим входом формирующего блока 1, а выход - выходом блока 1.

Времязадающий блок 8 содержит элемент 11 совпадения, первый вход которого является входом времязадающего блока 8, времязадающий делитель 12, вход которого подключен к выходу эле мента 11 совпадения, RS-триггер 13, R-вход которого подключен к выходу времязадающего делителя 12, S-вход является дополнительным входом время задающего блока 8, подключенным к входу Пуск частотомера, а выход содинен с вторым входом элемента совпадения 11 и является выходом время- задающего блока 8.

Цифровой частотомер работает следующим образом.

На вход формирующего блока 1 поступает гармонический сигнал, который при помощи усилителя-ограничителя 9

10

15

( 25

539144

преобразуется в прямоугольные импульсы со скважностью, приблизительно равной двум (импульсы типа меандр). Эти импульсы привязываются- при помощи D-триггера 10 по фронту и срезу к последовательности квантующих импульсов, поступающих с генератора 7 импульсов на синхровход D-триггера 10. Сформированные в ФБ 1 импульсы задерживаются блоком 2 задержки на п тактов квантующей последовательности. Блок 2 задержки может быть выполнен на D-триггерах или на регистре сдвига. Импульсы на выходах формирующего блока 1 и блока 2 задержки приведены на фиг. 4а1„ 61. Эти импульсы посту

пают на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, на выходе которого формируются импульсы, приведенные на фиг. 4 в1. Длительность f сформированных импульсов равна времени задержки

n-t

о

(1)

где п - число тактов задержки;

t0 - период следования квантующих импульсов.

Далее эти импульсы поступают на элемент 4 совпадения, на третий вход которого поступают квантующие импульсы, а на второй вход - импульс длительностью Тиэл, с выхода времязадаю- щего блока 8. Импульсы с выхода элемента 4 совпадения поступают на делитель 5 частоты. За время, равное одному периоду входного сигнала с частотой F, на выход делителя 5 частоты поступает 2п импульсов. При выборе коэффициента деления делителя 5, равном п, за время измерения Т, счетчик 6 фиксирует

иэм

N

2F-T

(2)

импульсов. Импульсы, соответствующие заданному времени измерения, формируются времязадающим блоком 8. На его выходе длительность импульса

иэм

N,

(3)

где NQ - коэффициент деления время- задающего делителя 12 частоты.

Как видно из формулы (2),число N импульсов, зафиксированных счетчиком 6 (счетчик подключен к индикатору) соответствует измеренной частоте. При

5155

работе с сигнапами, в которых отсутствуют широкополосные шумы, погрей- ность цифрового частотомера такая же, как погрешность известного частотомера. При наличии широкополосных шумов погрешность классического цифрового частотомера резко увеличивается иэ- эа появления ложных переходов измеряемого сигнала через нулевой уровень (фиг. 4а2). В предлагаемом устройстве эта погрешность существенно уменьшается, поскольку средняя длительность Ј положительных импульсов с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3

О 7-0 12 -i(,3

Эти импульсы показаны на фиг. 4в2.

Цифровой частотомер обеспечивает высокую точность измерения при наличии широкополосных шумов. В результате расширяется динамический диапазон измеряемых сигналов. Тракты (формирующий блок 1) цифровых частотомеров являются широкополосными, поэтому в трактах действуют широкополосные шумы. Ложные переходы через нулевой уровень проявляются при

m ЧГ/РШ 3 ,(5)

где Рц, - среднеквадратичная частота

шума,

q - отношение сигнал-шум.Как видно из (5), для обеспечения высокой точности измерения необходимо, чтобы отношение сигнал-шум удовлетворяло условию

Ч 3FW/F.(6)

Например, при F ш 50 МГц, F 1 кГц необходимо, чтобы q 15-Ю3 При уровне шумов, равном 10 мкВ устой чивая работа частотомера наблюдается при уровне измеряемого сигнала более 0,15В.

Таким образом, цифровой частотомер, в сравнении с известным позво- ляет повысить точность и помехоустой539

.Q )5

20 25

30

40

50146

чивость измерений частоты при наличии широкополосных шумов.

Формула изобретения

al

smil ii

IT