Цифровой фазометр мгновенных значений Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к цифровой Измерительной технике и может быть Использовано в информационно измери тельных системах для измерения разности фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретения - повышение на Дежности работы за счет устранения Ложных сбросов информации о максималь Йом и минимальном значениях сдвига

ф|аз.

На фиг. 1 показана структурная х электрическая схема цифрового фазо- етра мгновенных значений; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Фазометр содержит формирователь 1, входы которого подключены к входным шинам устройства, а выход - к входу бпока 2 управления и первому входу первого элемента И 3. Выход последне- по подключен к счетному входу первого счетчика 4 импульсов и первому вхо ду второго элемента И 5, второй вход Которого в свою очередь подключен к выходу первого блока 6 сравнения ко- дрв, а выход - к счетному входу второго счетчика 7 импульсов, первый в(ыход которого подключен к регистра- jTopy 8. Вторые выходы счетчика 7 им- п ульсов подключены к первым входам п|ервого блока 6 сравнения кодов, в|торые входы которого подключены к выходам первого счетчика 4 импуль- , вход Сброс которого объединен с первым входом третьего элемента 9i И, а также с первым выходом блока 2 управления. Второй выход блока 2 п одключен к первому входу триггера 10, второй вход которого подключен к выходу второго блока 11 сравнения кодов. Первые входы блока 11 сравне- кодов соединяются с соответствую- выходами первого счетчика 4 импульсов и входами Перезапись регистра 12. Второй вход Перенос ре- гйстра 12 подключен к выходу третьего элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом триггера 10. Фазометр содержит инвертор 13, четвертый элемент И 14, выход которого под™ кПючен к входам Сброс второго счетчика 7 импульсов и регистра 12, а также последовательно соединенные фа зовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот и перестраиваемый генератор 17 импульсов, выход которого соединен „с входом третьего счетчика 18, вторым вкодом первого элемента ИЗ, первым вкодом четвертого элемента И 14„ С

0 п 0 5 д

5

5

входом первого динамического D-тригге- ра 19 и через инвертор 13 с С-входом второго динамического D-триггера 20. D-входы первого и второго динамических D-триггеров 19 и 20 объединены и подключены к выходу третьего счетчика

18импульсов. Прямой выход первого D-триггера 19 подключен к второму входу фазового детектора 15, первый вход которого подключен к входной шине устройства и к второму входу четвертого элемента И 14, третий вход которого подключен к выходу пятого элемента И 21, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам первого и второго D-триггеров

19и 20.

Формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напряжения U (фиг. 2а) и U5 (фиг. 2б) формирует прямоугольные импульсы с длитель ностью и (фиг. 2в), пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу. Эти импульсы открывают на время элемент ИЗ, при этом тактовые импульсы перестраиваемого генератора 17 поступают на вход счетчика 4, и при условии наличия на управляющем входе элемента И 5 разрешающего потенциала с выхода первого блока 6 сравнения на счетный вход счетчика 7.

Входной сигнал U, поступает также на первый вход фазового детектора 15, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с прямого выхода первого динамического D-триггера 19 (фиг. 2е). Импульсы управляемого генератора 17 (фиг. 2г), поступая на вход третьего счетчика 18, формируют на его К-м выходе меандровое напряжение частоты F0, определяемой соотношением F0 Ј0/2, где К - разрядность счетчика 18, f0 - частота следования импульсов управляемого генератора 17. Сигнал с К-го выхода счетчика 18 поступает на информационный D-вход первого динамического D-триггера 19, на тактовый С-вход которого поступают импульсы с перестраиваемого генератора 17. В случае, если на информационном D-входе динамического D-триггера 19 присутствует сигнал логического нуля (фиг. 2а) до момента t1 , то импульсы, поступающие на С- вход динамического D-триггера 19 с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г), своим передним фронтом устанавливают нулевое состояние это51553920

го триггера, т.е. на выходе последнего имеет место сигнал нулевого уровня (фиг. 2е, до момента t,).

Если на информационном входе динаг мического D-триггера 19 сигнал логической единицы сменит сигнал логического нуля (фиг. 2а, момент tt), то первый же импульс с выхода перстраива- емого генератора 17 (фиг. 2г), посту- д пая на тактовый С-вход D-триггера 19, своим передним фронтом изменит его состояние (фиг. 2е, Ц) и на второй вход фазового детектора 15 поступит сигнал логической единицы.

Состояние D-триггера 19 вновь изменится на нулевое (фиг. 2е, момент t) после установления на информационном D-входе этого D-триггера сигнала логического нуля (фиг. 2а, мо- мент t), когда на тактовый С-вход D-триггера 19 поступит очередной импульс с выхода перестраиваемого генератора 17 импульсов (фиг. 2г, момент

Ц).

Сигнал с К-го выхода счетчика 18 поступает также на информационный D-вход второго динамического D-триггера 20, на тактовый С-вход которого подаются проинвертированные инвертором 13 импульсы с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг.Зз).В этом случае на выходе этого D-триггера 20 также будет сформирован меандр

частоты F0 (фиг. 2и). Однако поскольку второй динамический D-триггер 20 по С-входу управляется инверсными импульсами перестраиваемого генератора 18, то его выходной меандр частоты F0 (фиг. 2и - сигнал инверсного выхода D-триггера 20) будет смещен относительно выходных сигналов первого, динамического D-триггера 19 на длительность Сгимпульса, перестраиваемого генератора 17. .

Меандр частоты FO, сформированный на выходе первого динамического D-триггера 19, поступает на второй вход фазового детектора 15. При несовпадении частот сигналов, поступающих на входы фазового детектора 15, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 16 нижних частот регулирует частоту перестраиваемого генератора 17 до равенства частот сигналов на прямом выходе динамического D-триггера 19 (фиг. 2е) и входного ,, (фиг. 2а).

Ф с с с п

р з р мы л р ре

р р сд ни пр на на

25 Dчаво 2и па

30 вх ют ед Эт че вх

15

20

35

40

45

50

55

пу мо ло вт (ф И ют пр пу ге да вт им на ре

.ло и 15 е, ми на (ф хр

д

В процессе подстройки системы ФАПЧ информация о текущем сдвиге в соответствии с логикой работы устройства в течение импульса длительностью Ј с выхода формирователя 1 заносится в первый 4 и второй 7 счетчики импульсов, а также в регистр 12.

Однако хранения информации о экстремальных значениях фазового сдвига за интервал времениs в течение рого осуществляется подстройка системы ФАПЧ, не производится из-за обнуления второго счетчика 4 импульсов и регистра 12 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз.

Обнуление второго счетчика 4 и регистра 12 перед каждым новым измерением текущего значения фазового сдвига до наступления условия синхронизма в системе ФАПЧ рассмотрим на примере рассогласования входного сигнала U, (на фиг. 2а, пунктир) и сигнала на выходе первого динамического

5 Dтриггера 19 (фиг. 2е). В этом случае сигналы с инверсных выходов первого 19 (фиг. 2ж) и второго 20 (фиг. 2и) динамических D-триггеров, поступая соответственно на первый и второй

0 входы пятого элемента И 21, формируют на его выходе уровень логической единицы (фиг. 2к, до момента t). Этот уровень подается на третий вход четвертого элемента И 14, на втором входе которого сигналом U, (фиг. 2а,

5

0

5

0

5

0

5

пунктир) с входной шины устройства с момента t« также формируется уровень логической единицы. Таким образом на втором (фиг. 2&f пунктир) и третьем (фиг. 2к) входах четвертого элемента И 14 в интервале времени t3-t создаются логические уровни, разрешающие прохождение через-этот элемент импульсов с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2 л). Поступая далее на входы Сброс регистра 12 и второго счетчика 4 импульсов, эти импульсы обнуляют их, предотвращая накопление ложной информации об экстг ремальных значениях фазового сдвига.

Однако сразу после наступления ус- .ловия синхронизма сигналы на первом и втором входах фазового детектора- 15 оказываются, синфазными (фиг. 2а, е, момент tt). При этом первый дина- . мический D-триггер 19, формирующий на своем выходе меандр частоты F0 (фиг. 2е), оказывается жестко засин- хронизированным импульсами перестраи10

йаемого генератора 1/ (фиг. 2г, момент- Ц). Одновременно уровни логи- веского нуля, сфоргшрованные на инверс- ijtoM выкоде первого динамического D- триггера 19 в момент времени t, (фиг „ 2ж), а на инверсном выходе второго 1}-триггера 20 в момент времени t,,+ В Јфиг. 2и), поступая соответственно на первый и второй входы пятого элемента V. 21, создают на его выходе уровень люгического нуля в момент t7(фиг„2к). Таким образом, момент установления уровня логического нуля на выходе пятого элемента И 21 засинхронизировар 5 я:о переднему фронту импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2е,к кюмент t1 ) .

Переход уровня логического нуля в единицу На выходе пятого элемента И 21 (фиг. 2к, момент t) осуществляется одновременно с установлением по заднему фронту импульса перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t.,)

уровня логической единицы на инверсном выходе второго динамического D- триггера 20 (фиг а 2и„ момент tf). Таким образом, момент установления уров ня логической единицы на выходе пято-

1S539208

поступлинии с выхода формирователя 1 импульса с длительностью Јм(фиг. 2в), пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу, управляющего первым элементом ИЗ, на входы счетчиков 4 и 7 с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) поступает такое число импульсов, которое соответствует истинной величине текущего значения фазового сдвига (фиг. 2д).

В момент времени, соответствующий заднему фронту выходного импульса формирователя 1, импульсный сигнал с первого выхода блока 2 управления сбрасывает счетчик 4 в нуль по входу Сброс. В счетчике 7 при этом остается код, пропорциональный временному интервалу fw , который передается в регистратор 8„ Разрешающий потенциал с управляющего входа второго элемента И 5, снимается, так как условие равенства кодов на входах блока 6 нарушается.

25 Дальнейшая работа устройства точно соответствует работе прототипа. Так, например, если последующее значение измеренного фазового сдвига окажется больше хранящегося в счетчи20

го элемента 21 И засинхронизирован по зо ке TO содержимое этого счетчика

заднему фронту импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг, 2е,к, момент t 2).

Соответствующим образом засинхро- н зированный импульсами перестраиваемого генератора 17 уровень логическо- гэ нуля поступает на третий вход четвертого элемента И 14, запрещая прохождение в интервале времени (фиг. 2к) импульсов с выхода генера- т эра 17 через этот элемент на входы Сброс второго счетчика 7 и регист- ра 12.

35

40

дополнится пропорциональным приращением кода, в противном случае содержимое остается без изменений. Если же последующее значение меньше значения измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдвиге будет перенесена со счетчика 4 в регистр 12. Таким образом, фазометр измеряет текущее значение фазового сдвига,а также фиксирует его экстремальные значения за интервал времени измерений. При этом ложных сбросов полученной за интервал вре50

мени полезной информации о экстре- После установления условия синхро- ., мальных значениях текущего фазового нйзма в системе ФАПЧ устройство пере- сдвига из-за случайного от периода ходит к режиму измерений текущего фазового сдвига. Поскольку к моменту вхождения системы ФАПЧ а синхронизм содержимое счетчиков 4 и 7 одинаково, так как первый обнуляется импульсами с первого выхода блока 2 управления перед каждым измерением, а второй был обнулен импульсами с перестраиваемого генератора 17 до соблюдения условия синхронизма, то первый блок 6 сравнения кодов выдает разрешающий , уровень логической единтри на второй ;вКод элемента 5 И. В этом случае при

55

к периоду разброса моментов времени формирования фронтов входного сигнала Ц , являющегося опорным для системы ФАПЧ, не происходит. Это обусловлено тем, что начало и конец формирования запрещающего уровня логического нуля на выходе элемента И 14 (фиг. 2к, моменты t, и t2) синхронизированы соответственно по переднему и заднему фронту соответствующих.импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t1,t,). В этом случае разброс моментов времени формирова5

0

дополнится пропорциональным приращением кода, в противном случае содержимое остается без изменений. Если же последующее значение меньше значения измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдвиге будет перенесена со счетчика 4 в регистр 12. Таким образом, фазометр измеряет текущее значение фазового сдвига,а также фиксирует его экстремальные значения за интервал времени измерений. При этом ложных сбросов полученной за интервал вре0

мени полезной информации о экстре- ., мальных значениях текущего фазового сдвига из-за случайного от периода

5

к периоду разброса моментов времени формирования фронтов входного сигнала Ц , являющегося опорным для системы ФАПЧ, не происходит. Это обусловлено тем, что начало и конец формирования запрещающего уровня логического нуля на выходе элемента И 14 (фиг. 2к, моменты t, и t2) синхронизированы соответственно по переднему и заднему фронту соответствующих.импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t1,t,). В этом случае разброс моментов времени формирования фронтов опорного для системы ФАПЧ входного сигнала Ut не создает на выходе элемента И 14 ложных (по- меховых) импульсов обнуления счетчика 7 и регистра 12 из-эг отсутствия в интервале времени 2Тр- tr импульсов с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2а,г, интервал 2Tf-Cr).

Если происходит изменение частоты F входных сигналов,.то нарушаются условия синхронизма между входным сигналом Ц, и сигналом на прямом выходе первого динамического D- триггера 19.

В этом случае требуется подстройка частоты fg перестраиваемого генератора 17 для восстановления условия синхронизма в системе ФАПЧ устройства. В процессе подстройки системы ФАПЧ, на входах четвертого элемента И 14 создаются условия для формирования на выходах этого элемента импульсов обнуления счетчика 7 и регистра 12. Так на фиг. 2а пунктирной линией показан пример рассогласования входного сигнала U., относительно сигнала на выходе первого динамического D-триггера 19 (фиг. 2е). В этом

. в а

1553920Ю

тов входного сигнала, являющегося опорным для системы ФАПЧ.

Формула изобретения Цифровой фазометр мгновенных значений, содержащий формирователь, входы которого подключены к входным шинам фазометра, а выход - к входу блока управления и первому входу первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и первому входу второго элемента И, второй вход которого

, подключен к выходу первого блока сравнения кодов, а выход - к счетному входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистратору, а вторые выходы - к первым входам первого блока сравнения кодов, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход Сброс которого объединен с первым входом третьего эле5 мента И и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого подключен к S-входу триггера, R-вход которого подключен к выходу второго блока сравнения кодов, первые

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разности фаз. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. Фазометр содержит формирователь 1, блок 2 управления, элемент И 3, счетчик 4, элемент И 5, блок 6 сравнения кодов, счетчик 7, регистратор 8, элемент И 9, триггер 10, блок 11 сравнения кодов, регистр 12, инвертор 13, элемент И 14, фазовый детектор 15, ФНЧ 16, перестраиваемый генератор 17, счетчик 18, D-триггеры 19 и 20 и элемент И 21. Поставленная цель достигается устранением ложных сбросов информации о минимальном и максимальном значениях фазового сдвига путем устранения появления сигнала сброса при нестабильности временных параметров входного сигнала. 2 ил.

случае на третьем (фиг. 2к) и втором 30 ВХ°ДЫ которого подключены к выходам

(фиг. 2а) входах четвертого элемента И в интервале времени tj-tt создаются условия для прохождения через первый вход этого элемента импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) на входы Сброс счетчика 7 и регистра 12 (фиг. Лл) .

После установления синхронизма в системе ФАПЧ в счетчике 4 формируется достоверная информация о текущем фазовом сдвиге между входными сигналами, а в регистре 12 и счетчике 7 будет обеспечиваться фиксация соответственно его минимального и максимального значений, полученных за интервал времени.

Технико-экономический эффект данного технического решения по сравнению с прототипом заключается в том, что путем введения двух динамических D-триггеров, элемента И и дополнительных св язей, повышена надежность работы цифрового фазометра мгновенных значений за счет устранения лож- 55 триггеры, D-входы которых объединены

1ных сбросов информации о экстремальных значениях фазового сдвига, возникающих из-за случайных разбросов моментов времени формирования фрони подключены к К-му выходу третьего счетчика импульсов, а также пятый элемент И, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам

5

0

первого счетчика импульсов и входам Перезапись регистра, а вторые входы - к первым выходам регистра, второй вход Перенос которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних.частот и перестраиваемый генератор, выход которого соединен с входом третьего счетчика, вторым входом первого - элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому входу фазового

с детектора и входной шине фазометра, а выход подключен к входам Сброс второго счетчика импульсов и регистра, а также инвертор, отличающийся тем, что, с целью повышеQ ния надежности в работе за счет устранения ложных сбросов информации о максимальном и минимальном значениях сдвига фаз, в него дополнительно введены первый и второй динамические D-

триггеры, D-входы которых объединены

и подключены к К-му выходу третьего счетчика импульсов, а также пятый элемент И, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам

первого и второго динамических D-триг- ческого D-тригтера, а через инвертор герое соответственно, а выход - к третьему входу четвертого элемента И,, выход перестраиваемого генератора соединен с С-входом первого динами3U$

±S

гтг-ь

Фиг. 2

с С-входом второго динамического D- триггера, прямой выход первого динамического D-триггера подключен к второму входу фазового детектора.

jUTf-fr