Цифровой калибратор фазы Советский патент 1990 года по МПК G01R25/04 

ел & Јь ел

оэ

О5

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительной технике и электротехнике при создании образцовых источников фазового сдвига. Цель - повышение точности воспроизведения фазового сдвига при одновременном уменьшении коэффициента нелинейных искажений выходных синусоидальных сигналов - достигается введением в цифровой калибратор фазы вычитающего усилителя 9, схем 14, 15 выборки-хранения, интеграторов 16, 17, аналоговых ключей 10-13, триггера 7 и одновибратора 8. Цифровой калибратор фазы содержит также задатчик 1 кода, вычислительный блок 2, генератор 3, оперативно-запоминающий элемент 4, счетчик 5, преобразователь 6 код-напряжение. 2 ил.

фие.1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и электротехнике и может быть использо- вано при создании образцовых источников фазового сдвига.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения фазового сдвига при одновременном уменьшении коэффициента нелинейных искажений выходных синусоидальных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой калибратор фазы, содержащий задатчик кода, вычислительный блок, управляемый генератор, оперативно-запоминающий элемент, счетчик и преобразователь код - напряжение, дополнительно содержит триггер, одно- вибратор, вычитающий усилитель, четыре аналоговых ключа, две схемы выборки-хранения и два интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового калибратора фазы; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Цифровой калибратор фазы (фиг.1) содержит задатчик 1 кода, вычислительный блок 2, генератор 3, оперативно- запоминающий элемент (033) 4, счетчик 5, преобразователь код - напряжение (ПКН) 6, триггер 7, одновибратор 8, вычитающий усилитель (ВУ ) 9, первый - четвертый аналоговые ключи 10- 13, первую и вторую схемы выборки- хранения (СВХ) 14,15, первый и второй интеграторы 16, 17, -причем выход задатчика 1 кода соединен с входом вычислительного блока 2, выходы которого соединены с информационными входами 033 4, и управляющим входом генератора 3, выход которого соединен с входами счетчика 5, триггера 7 и одновибратора 8, Выходы счетчика 5 соединены с адресными входами 033 4, выход которого соединен с входом ПКН 6, выход которого соединен с инверсным входом ВУ 9, прямой вход ВУ 9 через второй и четвертый аналоговые ключи 11 и 13 подключен к выходам интеграторов 16 и 17, а его выход соединен с информационными входами СВХ 14 и 15, входы выборки которых через первый и третий аналоговые ключи 10 и 12 соединены с выходом одновибратора 8, а выходы подключены к входам интеграторов 16 и 17. Входы управления аналоговых ключей 10-13 подключены к выходу триггера 7.

5

0

5

0

5

0

5

50

5

Устройство работает следующим о разом.

Информация о разности фаз cf, частоте выходных сигналов F, режиме работы калибратора, содержащаяся в за- датчике кода 1, считывается вычислительным блоком 2.

В зависимости от выбранного режима работы вычислительный блок 2 вычисляет N значений функции (X) и, (X+if), где ср- требуемая разность фаз, а N - число значений функции, необходимых для аппроксимации одного периода колебаний с требуемым значением коэффициента нелинейных искажений. Для получения выходного сигнала синусоидальной формы вычисляются значения Y sinX, Y з1п(Х+Ц), где X 2fiFt, и записываются в ОЗЭ 4, причем значения функций Yt и Y записываются поочередно (Yf, ,Ylf ,Y (г ,Y , Y, и т.д.). Затем вычислительный блок 2 выдает код частоты на управляющий вход генератора 3, частота которого равна , и калибратор переходит в режим генерации. Тактовая частота поступает на счетчик 5, формирующий адреса ОЗЭ 4. На выходе ОЗЭ 4 поочередно будут присутствовать изменяющиеся во времени коды функций Y, и Y.J, которые поступают на вход ПКН 6. На выходе ПКН 6 формируется смесь из двух аппроксимированных .ступенчато-синусоидальных сигналов с регулируемой разностью фаз. Эта смесь двух сигналов разделяется на два отдельных сигнала с помощью СВХ 14, 15, а интеграторы 16, 17 осуществляют линейную интерполяцию ступенчатого сигнала, поступающую с выходов СВХ 14, 15. Выходные сигналы интеграторов 16, 17 являются выходными сигналами калибратора U1 и U7.

В начальный момент работы калибратора в режиме генерации сигнал с выхода триггера 7 (фиг.2а) вызывает подключение выхода первого интегратора 16 к прямому входу ВУ 9 через второй аналоговый ключ 11, а выхода одновибратора 8 - к входу выборки первой СВХ 14 через первый аналоговый ключ 10. При этом счетчик 5 выдает адрес нулевой ячейки ОЗЭ 4, в которой записан код, соответствующий нулевому напряжению на выходе ПКН 6, соответственно на выходе ПКН 6 напряжение равно нулю Затем в момент времени t, (фиг,2) появляется перепад 1/0 напряжения на выходе генератора (фиг.2вУ, вызывающий переключение счетчика 5. Счетчик 5 выдает.адрес первой ячейки ОЗЭ 4, в которой хранится код первого значения функции Yv Этот код поступает на вход ПКН 6 (фиг,26), и на его выходе (фиг.2г) к моменту времени t устанавливает- ся сигнал напряжения, пропорциональный первому значению функции Y.. Этот сигнал поступает на инверсный вход ВУ 9, а на прямой вход ВУ 9 подается текущее значение выходного сигнала первого канала калибратора, полученное с выхода первого интегратора 16 (), в начальный момент равное нулю. К моменту времени t г на выходе ВУ 9 устанавливается разность между сигналами с выхода ПКН бис выхода первого канала калибратора (фиг.2д). В этот момент одновибра- тор 8, запущенный перепадом 1/0 сигнала генератора 3, вырабатывает

10

15

20

устанавливается разность между сигналами с выхода ПКН 6 и второго канала калибратора. В этот момент одловиб- ратор 8, запущенный перепадом I/O сигнала генератора 3, вырабатывает короткий стробируюгари импульс, производящий запись разностного сигнала с выхода ВУ 9 в СВХ 15. С выхода СВХ 15 разностный сигнал поступает на вход интегратора 17 (фиг. 2н), и напряжение на его выходе начинает линейно изменяться (фиг.2ж).

Затем в момент времени t6 снова происходит подключение первого канала калибратора, и далее весь процесс повторяется для следующих значений Y1 и У,.

Таким образом, СВХ 14 и 15 реализуют, в конечном счете,, функцию разделения каналов калибратора, а кх выходные сигналы в первом приближении можно рассматривать как производные соответствующих выходных сигналов пер

короткий стробирующий импульс (фиг.2к/;25 вого и второго канапово Запись Р СВХ

производящий запись разностного сигнала с выхода ВУ 9 в СВХ 14, С выхода СВХ 14 разностный сигнал поступает на вход интегратора 16 (фиг,2з), и напряжение на выходе интегратора 16 начинает линейно изменяться0

В момент времени t3 на выходе генератора 3 появляется перепад напряжения 0/1, вызывающий переключение триггера 7, при этом сигнал с выхода триггера 7 вызывает размыкание первого и второго аналоговых ключей 10 и 1 и замыкание третьего и четвертого аналоговых ключей 12 и 13, В результате этих переключений к прямому входу ВУ 9 подключается выход второго интегратора 17 через четвертый аналоговый ключ 13, а выход одновибратор а 8 - к входу выборки второй СВХ 15 через третий аналоговый ключ 12 Затем в момент времени tу появляется перепад 1/0 сигнала генератора 3, вызывающий переключение счетчика 5, Счетчик 5 выдает адрес второй ячейки ОЗЭ 4, в которой хранится код первого значения функции Y4, Этот код поступает на ПКН 6, и на его выходе к моменту времени t s устанавливается сигнал напряжения, пропорциональный первому значению функции Y. Далее этот сигнал вычитается из сигнала с выхода второго канала калибратора (фиг,2ж) вычитающим усилителем 9, н к моменту времени tj на выходе ВУ 9

30

35

40

45

50

55

14 и 15 производится поочередно, периодически, В течение времени, пока СВХ 14 и 15 хранят мгновенные значения сигнала, напряжение на входах интеграторов 16 и 17 остается постоянным, а их выходные напряжения, в зависимости от знака, линейно убывают или линейно возрастают. Из таких линейных участков и образуется выходной сигнал.

Выходные сигналы двух каналов калибратора формируются с помощью одного ПКН, что исключает, по сравнению с прототипом, фазовые погрешности, вы званные некдентичностью параметров отдельных ПКН, кроме того, линейная интерполяция ступенчато-синусоидального сигнала, полученного с выхода ПКН, благодаря введению дополнительных элементов, соединенных указанным образом с остальными элементами схемы, позволяет получить синусоидальный сигнал с малыми нелинейными искажениями без использования фильтров низкой частоты, вносящих в прототипе фазовые погрешности. Предлагаемый калибратор позволяет получить высокую точность воспроизведения фазового сдвига благодаря его нечувствительности к разбросу параметров элементов, смещениям, дрейфам СВХ и интеграторов, достигаемой за счет того, что первый и второй каналы калибратора по -существу охвачены импульсной

0

5

устанавливается разность между сигналами с выхода ПКН 6 и второго канала калибратора. В этот момент одловиб- ратор 8, запущенный перепадом I/O сигнала генератора 3, вырабатывает короткий стробируюгари импульс, производящий запись разностного сигнала с выхода ВУ 9 в СВХ 15. С выхода СВХ 15 разностный сигнал поступает на вход интегратора 17 (фиг. 2н), и напряжение на его выходе начинает линейно изменяться (фиг.2ж).

Затем в момент времени t6 снова происходит подключение первого канала калибратора, и далее весь процесс повторяется для следующих значений Y1 и У,.

Таким образом, СВХ 14 и 15 реализуют, в конечном счете,, функцию разделения каналов калибратора, а кх выходные сигналы в первом приближении можно рассматривать как производные соответствующих выходных сигналов пер25 вого и второго канапово Запись Р СВХ

30

5

0

5

0

5

14 и 15 производится поочередно, периодически, В течение времени, пока СВХ 14 и 15 хранят мгновенные значения сигнала, напряжение на входах интеграторов 16 и 17 остается постоянным, а их выходные напряжения, в зависимости от знака, линейно убывают или линейно возрастают. Из таких линейных участков и образуется выходной сигнал.

Выходные сигналы двух каналов калибратора формируются с помощью одного ПКН, что исключает, по сравнению с прототипом, фазовые погрешности, вызванные некдентичностью параметров отдельных ПКН, кроме того, линейная интерполяция ступенчато-синусоидального сигнала, полученного с выхода ПКН, благодаря введению дополнительных элементов, соединенных указанным образом с остальными элементами схемы, позволяет получить синусоидальный сигнал с малыми нелинейными искажениями без использования фильтров низкой частоты, вносящих в прототипе фазовые погрешности. Предлагаемый калибратор позволяет получить высокую точность воспроизведения фазового сдвига благодаря его нечувствительности к разбросу параметров элементов, смещениям, дрейфам СВХ и интеграторов, достигаемой за счет того, что первый и второй каналы калибратора по -существу охвачены импульсной

71564566

глубокой отрицательной обратной связью через аналоговые ключи, вычитающий усилитель и схемы выборки-хранения.

в в

Формула изобрете ния

Цифровой калибратор фазы, содержащий задатчик кода, выходом соединенный с вычислительным блоком, выходы которого соединены с информационными входами оперативно-запоминающего элемента и входом генератора, выход которого соединен с входом счетчика, выходы которого соединены с адресными

вычитающий усилитель, две схемы выборки-хранения, два интегратора, четы ре аналоговых ключа, триггер и одно- вибратор, причем выход преобразователя код - напряжение соединен с ин версным входом вычитающего усилител прямой вход которого через второй и четвертый аналоговые клкТчи соединен пыходами первого и второго интеграт ров, выход вычитающего усилителя со динен с информационными входам пер вой и второй схем выборки-хранения, входы выборки которых через первый

входами оперативно-запоминающего эле- 15 и третий аналоговые ключи соединены

мента, выходы которого соединены с входами соответствующих разрядов преобразователя код - напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизве- 7П дения фазового сдвига при одновременном уменьшении коэффициента нелиней- ных искажений выходных синусоидальных сигналов, дополнительно введены

Af,/, tttst

LI

с выходом одновибратора, вход котор го соединен с выходом генератора, выходы первой и второй схем выборки- хранения соединены с входами первог и второго интеграторов соответственн входы управления аналоговых ключей соединены с выходом триггера, вход которого соединен с выходом генератора

ТТГТ

В

f4H

8

вычитающий усилитель, две схемы выборки-хранения, два интегратора, четыре аналоговых ключа, триггер и одно- вибратор, причем выход преобразователя код - напряжение соединен с инверсным входом вычитающего усилителя, прямой вход которого через второй и четвертый аналоговые клкТчи соединен с пыходами первого и второго интеграторов, выход вычитающего усилителя соединен с информационными входам первой и второй схем выборки-хранения, входы выборки которых через первый

и третий аналоговые ключи соединены

и третий аналоговые ключи соединены

с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом генератора, выходы первой и второй схем выборки- хранения соединены с входами первого и второго интеграторов соответственно, входы управления аналоговых ключей соединены с выходом триггера, вход которого соединен с выходом генератора