Частотометр Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

(54) ЧАСТОТОМЕР

1

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в измерительных радиотехнических устройствах особенно при измерении частоты коротких (широкополосных) сигналов.

Известны счетчики частоты, содержащие формирователь, опорный генератор, делитель частоты, триггер, ключ и десятичный (или двоичный) счетчик. С помощью делителя частоты и триггера из стабильного напряжения опорного генератора вырабаты,Баются мерные импульсы, длительност которых строго калибрована. Эти импульсы открывгиот ключ, в результате чего исследуемый сигнал поступает на десятичный (или двоичный) счет-, чик в течение калиброванного интервала времени 1Ь

Показания счетчика пропорционалны или равны частоте измеряемого сигнала. Однако высокая точность измерения в таких счетчиках не може быть получена в случае исследования краткрвреМенных процессов.

Известно также устройство измерения частоты сигналов, которое содержит счетчик частоты, состоящий

из опорного генератора, делителя частоты, триггера, ключа, формирователя и грубого счетчика, делителя частоты с переменным коэффициентом деления, дополнительного ключа, прецизионного счетчика и дополнительного триггера, которого подк.лючен к выходу ключа счетчика, другой вход - к выходу триггера счетчика, а выход - к одному из входов делителя частоты, причем один из входов прецизионного счет- . чика соединен с выходом формирователя, а второй - с выходом дополнительного ключа 2.

Устройство позволяет синхронизировать начало мерного интервала с первым сигнальным импульсом таким образом, что в мерный интервал попадает целое число периодов и неполная часть периода сигнала, причем эта часть благодаря синхронизации оказывается в конце мерного интерВсша.

Целое число периодов измеряется с помощью счетчика частоты, а часть периода с помощью опорного генератора, делителя с переменным коэффициентом деления, дополнительного

ключа и прецизионного счетчика.

Коэффициент деления делителя с еременным коэффициентом деЛейня ыбирается таким образом, чтобы частота опорного напряжения на входе прецизионного счетчика в IDS раз (при десятичном счете) превьлааьлачастоту сигнала.

Число 103 характеризует степень повышения точности отсчета ( 5 - число декад в прецизионном счетчике).

Недостатком известного устройства является ограниченное быстродействие, определяемое быстродействием рецизионного счетчика, частота счета которого в IDS раз должна быть ыше частоты сигнала. Вследствие этого невозможно получить требуемую настоящее время точность измерения астоты за время порядка 0,1-10 мкс и проводить измерения на высоких частотах.

Другим недостатком является налиие зависимости погрешности измерения от частоты сигнала. Измерения производятся без ошибки лишь при условии, что частота опорного напряжения на входе прецизионного счетчика в 10 S раз больше частоты сигнала. Если это соотношение не выполняется, измерение выполняется с ошибкой.

Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение погрешности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения частоты сигналов, содержащее делитель астоты, опорный генератор, триггер, формирователь, ключ и счетчик целого числа периодов о введены блок квадатурной обработки, N компарато-. ов, 2 N аттенюаторов и сумматор, причем вход сумматора соединен с выходом счетчика целого числа периодов сигнала, вход формирователя соединен со входом квадратурной обработки, первый выход котО рого соединен со входами К первых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены с первыми входами компараторов, выходы которых соединены с сумматором, а второй выход блока квадратурной обработки соединен с выходами N вторых аттенюаторов , выходы которых соответственно соединены со вторыми входами компараторов, третьи входы которых соединены с выходом делителя частоты..

Сущность предлага:емого изобретения сострит в квантований набега фазы входного сигнала с разными дискретами, одной - равной периоду сигнала 2JC, и другой - равной части периода в диапазоне 0-f2«, и последующем подсчете полного набега фазы в заданном интервале времени.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 изображены эпюры, поясняющие его работу. .

Частотомер, содержит шину входного сигнала 1, опорный генератор 2, делитель частоты 3, триггер 4, ключ 5, формирователь 6 импульсов, счетчик 7 целого числа периодов сигна,лов, сумматор 8, блок квадратурной обработки 9, N компараторов 10,N первых аттенюаторов 11,N вторых аттенюаторов 12. ,

Коэффициенты передали К первых аттенюаторов 11 равныKjj co«.n , а.

N вторых аттенюаторов 12 равны . гог

.

где п - номер компаратора, с которым соединены данные аттенюаторы, п 1, 2, . . . ,N .

Устройство работает следующим образом.

С помощью опорного генератора 2 и делителя частоты 3 формируются короткие импульсы начала в мо- мент 1ц и конца в момент t,, мерного интервала времени Т, на котором производится измерение (фиг.2)

Счетчик частоты 7 производит подсчет целого числа периодов входного сигнала на интервале Т, а неполные части периодов входного сигнала в начале и в конце мерно-го интервала Т определяются в моменты 1ц и t с помощью блока квадратурной обработки 9,. 2N аттенюаторов и N компараторов. Затем в сумматоре 8 производится суммирование неполных частей периода начала и конца м(ерного интервала Т с целым числом периодов 2 входного сигнала на интервале Т. Величина суммы пропорциональна частоте сигнала на этом интервале.

Подсчет целого числа периодов е осуществляется следующим образом. В формирователе 6 входной сигнал преобразуется в последовательность коротких импульсов. Эти импульсы в открытом состоянии ключа 5 подаются на вход-счетчика 7 и регистрируются им. Ключ 5 открывается на мерный интервал времени Т, формируемый с помощью триггера 4 из коротких импульсов 1ц и t,, , поступающих с делителя частоты 3,

Определение неполной части пери ода в начале и конце мерного интервала осутдествляется.следующим образом. Входной сигнал, преобразуемый в блоке квадратурной обработки в два сигналаи(1)-и-ы-п{()(Ои u4{t)U-coft p(t) где tf - ги плитуда входного сигна-г

ла, а tpft) - фаза входного сигнала поступает на входы аттенюаторов.

Учитывая коэффициенты передачи аттенюаторов, сигналы на входах компараторов равны

vlaiU fO- к;() )

П / П rf

)«lAt)-K|,( cos«p(t) . n

в момент поступления коротких импульсов все компараторы одновременно производят сравнение сигналов, поступающих на их входы. Номер компаратора Пв , сигналы на входах которого наиболее близки друг другу, с учетом знака сигнала однозначно определяет неполную часть периода в пределах . Пусть в момент 1„ сигналы на входах компаратора п„(1„} равны друг другу, то есть

U;Sin4(t). ) :

, и.собЧ)(г„).,(1„)- ,

откудаб1п с(г„)-га:п„а„)о

и

осчЗ- г.оа).

или с учетом дискретности о,пределения неполной части периода

f(t,)r,,(l)tf

Аналогично определяется неполная часть периода f(i) в конце мерного интервала: .

fft,b-fn(t,)if

и частота сигнгша, определяемая в сумматоре, пропорциональна

23(г-ч(1„)-asce + H-ftK)

суммарному набегу фазы на интервале Т.

Ж

4(N-1)

В области

или 4Чк4 «-)

погрешность определения частоты постоянна и не зависит от фазы.

В области ) ; (N-1)4..

7 fi

или ( (N-i)q)

возможен пропуск счетчиком цело1х периода измеряемой частоты. Вероятность Р появления этого пропуска определяется величиной трчиой дискреты определения фазы и разняется, при условии равномерного распределения фазы,

.

К Средняя квадратичная погрешность

определения частоты дГ(,р на интервале Т вызванная пропусками равняется

2бГ

4f..

ер NT

Эта погрешность не превышает погрешности определения частоты, вызванной величиной точной дискреoты. Необходимо отметить, что TO Iность измерения частоты не зависит от амплитуды входного сигнала; Данный частотомер позволяет проводить измерения в широком частотном

5 диапазоне и на высоких частотах. Частотомер особенно эффективен при измерении частоты коротки х (широкополосных) импульсных сигналов, а также при измерении законов изменения частоты.

Формула изобретения

Частотомер, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты, тригг;ер и ключ, вход которого через формирователь импульсов соединен с шиной входного сигнала, а выход ключа соединен со входом счетчика целого

0 числа периодов сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения погрешности измерений, введены блок квадратурной обработки , tf компара5 topoB, первых и вторых аттенюаторов и сумматор, причём первый вход сумматора соедийен с выходомсчетчика целого числа периодов сигнала,, вход формирователя импульсов соединен

со входом блока квадратурной обработки, первый выход которого соединен со входами К первых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены с первыми входами компараторов,

f выходы которых соединены с сумматором, а второй выход блока квадратурной обработки соединен со входами N вторых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены со вторыми

входами компараторюв, третьи входы торых соединены с выходом делителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. А.П.Горшков. Аппаратура для частотных и временных измерений, изд-во Советское радио , М., 1971.

0