Цифровой фазометр Советский патент 1992 года по МПК G01R25/08 

ч| Ю

сл

СП

сл

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах и системах различного назначения.

Известны фазометры, содержащие генератор импульсов, делитель частоты, реверсивный счетчик, два фазовых детектора.

Известен также цифровой фазометр, содержащий два фазовых детектора, выходы которых через соответствующие последовательно соединенные первые и вторые фильтры и преобразователи напряжения в частоту связаны с входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, генератор импульсов, выход которого через делитель частоты присоединен к первому входу первого цифрового сумматора, к второму входу которого подключен первый выход первого реверсивного счетчика, первый выход первого реверсивного счетчика, первый выход первого цифрового сумматора соединен с первым входом первого фазового детектора, а второй выход подключен к первому входу второго цифрового сумматора, первый выход которого соединен с первым входом, второго фазового детектора, а выход второго реверсивного счетчика является выходом фазометра.

Известный фазометр имеет повышенную точность, которая однако резко снижается при увеличении частоты сигналов в результате недостаточной разрешающей способности.

Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона цифрового фазометра.

На чертеже представлена блок-схема фазометра.

Цифровой фазометр содержит суммирующие усилители 1 и 2, к одним входам которых присоединены входы 3 и 4 фазометра. Фазовые детекторы 5 и 6 (с косинусоидаль- ной характеристикой преобразования), фильтры 7 и 8, преобразователи 9 и 10 напряжения в частоту, (п + )-разрядные реверсивные счетчики 11 и 12, п-разрядные цифровые сумматоры 13 и 14, (п + )-разряд- ный цифровой сумматор 15, генератор 16 импульсов, n-разрядный делитель 17 частоты, 1-разрядные цифро-аналоговые преобразователи 18 и 19, выход счетчика 12 является выходом 20 фазометра.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Сигналы Don, UH, разность фаз которых необходимо измерить, подаются на входы 3 и 4 фазометра и через усилители 1 и 2, где к ним добавляются вспомогательные сигналы AUi8, AUig, формируемые преобразователями 18 и 19, передаются на первые входы фазовых детекторов 5 и 6. Фазы сформированных в усилителях 1 и 2 сигналов Uno и ии сравниваются в детекторах 1 и 2 с фаза5 ми сигналов обратной связи Uon , uj, поступающих с выходов старших разрядов сумматоров 13 и 14. Фазовые детекторы 5 и 6 преобразуют разность фаз поступающих на их входы сигналов в напряжения, которы10 ми через фильтры 7 и 8 управляются преобразователи 9 и 10. Импульсы, вырабатываемые преобразователями 9 и 10, изменяют коды счетчиков 11 и 12 и, следовательно, фазы сигналов обратной связи

15 Uon1, Un1, формируемых в сумматорах 13 и 14. Сигнал и оп формируется на выходе старшего разряда сумматора 13 путем сложения кода старших п разрядов счетчика 11 с кодом, формируемым в делителе 17 при

0 подсчете импульсов генератора 16. Сигнал IV формируется на выходе старшего разряда сумматора 14 путем сложения п-разряд- ного кода сумматора 13 с кодом старших п разрядов счетчика 12, поступающим на вход

5 сумматора 14 через сумматор 15. Коды младших I разрядов счетчика 11 и сумматора 20 подаются соответственно на цифроа- налоговые преобразователи 18 и 19, управляя амплитудами вспомогательных

0 сигналов A Die, A Uig путем изменения коэффициентов передачи сигналов обратной связи Don1 1)и

Блоки 1,5,7,9,11,13 и 16- 18образуют систему фазовой автоподстройки опорного

5 сигнала; блоки 2, 6, 8, 10, 12, 14, 15 и 19 - систему фазовой автоподстройки информационного сигнала.

При частоте F сигнала Don, равной f/2n, где f - частота импульсов генератора 16,

0 после подачи сигнала Uon на вход 3 фазометра происходит переходной процесс, т.е. выработка преобразователем 9 некоторого количества импульсов, которые при подсчете в счетчике 11 формируют в нем п-разряд5 ный код N, соответствующий с точностью до единицы qi младшего из разрядов (qi 2

тг/2п 2 п j) фазовому сдвигу сигнала Uon

относительно кода делителя 17 (или сигнала 0 на выходе его старшего разряда). В установившемся после этого состоянии в результате дискретного характера осуществляемого в сумматоре 13 преобразования код - фаза сигнал обратной связи Uon1 либо отстает 5 (при коде N), либо опережает (при коде N + 1) положение, квадратурное к сигналу Uon, при этом напряжение на выходе фазового детектора 5 либо меньше (при коде N), либо больше (при коде N +1) нуля. Под действием этого напряжения преобразователь 9 вырабатывает импульсы, изменяющие код младших I разрядов и, следовательно, амплитуду вспомогательного сигнала A Uis, квадратурного к сигналу Don, так, что при добавлении сигнала AUia к сигналу Uon суммарный сигнал Don на выходе усилителя 1 становится квадратурным по отношению к сигналу обратной связи Don . При этом напряжение на выходе фазового детектора 5 становится равным нулю, а (п + (разрядный код счетчика 11 соответствует с точностью до единицы младшего из (п + I) разрядов фазовому сдвигу сигнала Uon относительно кода делителя 17 (или сигнала на выходе его старшего разряда).

В общем случае частота F сигнала Uon отличается от частоты f/2n. Сигнал Uon с частотой F

Uon UM.sin(2 Л Ft+ p0 )

воспринимается системой фазовой автоподстройки как сигнал

Uon UM. (4 )t + 9 (t) с частотой f/2n и изменяющейся во времени фазой р (t) + ро .где (fty -2n(F-- )t.

Система фазовой автоподстройки отслеживает изменение фазы сигнала Uon, вырабатывая в преобразователе 9 импульсы с частотой

9 добавляются в сумматоре 13 к импульсам генератора 16, в результате чего частота сигнала U0n на выходе старшего разряда сумматора 13 равна частоте сигнала U0n, a код счетчика 11 соответствует р (t) + .

). Импульсы преобразователя

. На входы сумматоров 14 и 15 поступают непосредственно и через сумматор 13 коды делителя 17 и счетчика 11, соответствующие величинам f/2n и p(i) + , т.е. в систему фазовой автоподстройки информационного сигнала вводится код полной фазы опорного сигнала U0n. Информационный сигнал UH UM.sin(2;7r Ft.+Др , ) передается через усилитель 2 и сравнивается по фазе в детекторе 6 с сигналом обратной связи UK , фаза которого соответствует сумме кодов счетчиков 11, 12 и делителя 17, т.е. сумме полной фазы опорного сигнала и фазового сдвига А.р , фиксируемого в счетчике 12. Система фазовой автоподстройки информационного сигнала работает аналогично сис

0

5

0

5

0

5

0 5 0

теме автоподстройки опорного сигнала и непрерывно отслеживает изменение . Точное согласование системы осуществляется путем фазового сдвига сигнала ии в усилителе 2 при добавлении к нему вспомогательного сигнала Аи19,амплитуда которого в результате взвешивания в преобразователе 19 соответствует состоянию I младших разрядов кода сумматора 15. Вывод кода из счетчика 12 на выход 20 фазометра допускается в любой момент, кроме времени изменения состояния счетчика после прихода импульса из преобразователя 10.

Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий два фазовых детектора, выходы которых через соответствующие последовательно соединенные фильтры и преобразователи напряжения в частоту соединены соответственно с входами первого и второго реверсивных счетчиков, генератор импульсов, выход которого через делитель частоты присоединен к первому входу первого цифрового сумматора, к второму входу которого подключен первый выход первого реверсивного счетчика, первые выходы первого и второго цифровых сумматоров соединены соответственно с первыми входами первого и второго фазовых детекторов, а второй выход первого цифрового сумматора соединен с первым входом второго цифрового сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него введены третий цифровой сумматор, два суммирующих усилителя и два цифроаналоговых преобразователя, первые входы которых соединены соответственно с первыми выходами первого и второго цифровых сумматоров, а вторые входы - соответственно с вторым выходом первого реверсивного счетчика и первым выходом третьего цифрового сумматора, а . выходы через соответствующие суммирующие усилители, вторые входы которых соединены с соответствующими входами фазометра, подключены соответственно к вторым входам первого и второго фазовых детекторов, первый и второй входы третьего цифрового сумматора соединены соответственно с выходом второго и вторым выходом первого реверсивных счетчиков, а его второй выход подключен к второму входу второго цифрового сумматора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения. Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона цифрового фазометра за счет вспомогательного преобразования младших разрядов кода в фазовый сдвиг путем суммирования взвешенных квадратурных напряжений. Цифровой фазометр содержит системы фазовой автоподстройки опорного и информационного сигналов, включающие замкнутые в кольцо суммирующие усилители 1, 2, фазовые детекторы 5, 6, фильтры 7. 8, преобразователи 9, 10 напряжения в частоту, реверсивные счетчики 11, 12, цифровые сумматоры 13 - 15, генератор 16 импульсов, делитель 17 частоты и цифроа- налоговые преобразователи 18, 19. 1 ил. Ё