Устройство синхронизации фаз сигналов двух генераторов Советский патент 1980 года по МПК H03L7/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для синхронизации одного генератора по фазе другого.

Известно устройство синхронизации 5 фаз сигналов двух генераторов, содержащее последовательно соединенные местный генератор, управляемую линию задержки и преобразователь частоты, последовательно соединенные опорный ге-10 нератор и фазовый дискриминатор, последовательно соединенные реверсивный счетчик и дешифратор, элемент И и три ключа, при этом управляющий вход первого ключа соединен с выходом мента И СЦ

Однако известное устройство имеет невысокую точность синхронизации фа- . зы выходного сигнала.

Цель изобретения - повьнаение точ- 20 ности синхронизации фаз.

Для этого в устройстве синхронизации фаз сигналов двух генераторов, содержсцдем последовательно соединенные местный генератор, управляемую 25 линию задержки и преобразователь частоты, последовательно соединенные опорный генератор и фазовый дискриминатор, последовательно соединенные .реверсивный счетчик и дешифратор, 30

элемент И и три ключа, при этом управляющий вход первого ключа соединен с выходом элемента И, согласно изобретению между выходом реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты, и входом элемента И включены последовательно преобразователь код-напряжение и амплитудный компаратор, между выходом опорного генератора и другим входом элемента И включен блок анализа, между выходом фазового дискриминатора и входом второго ключа включена коммутируемая зарядно-разрядная цепь, между выходом дешифратора и управляющим входом управляемой линии задержки включены последовательно коммутируемые источники постоянного напряжения и коммутируемые запоминающие элементы, управляющий вход которых через третий ключ подсоединен к другому выходу дешифратора, при этом выход второго ключа подсоединен к управляющему входу управляемой линии задержки и к другому входу амплитудного компаратора, управляющие входы второго и третьего ключей подсоединены к выходу блока анализа, вход первого ключа подсоединен к выходу преобразователя код-напряжение, а выход - к управляющему входу управляемой линии задержки, вход запуска реверсивного счетчика подключен к выходу амплитудного компаратора, а другсэй вход фазового дискриминатора подключен к выходу управляемой линии Задержки, являющейся выходом устройства.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства синхронизации фаз сигналов двух генераторов; на фиг. 2 (а-д}эпюры, поясняюй1ие работу устройства.

Устройство синхронизации фаз сигналов двух генераторов содержит местный генератор 1, управляемую линию задержки 2, преобразователь частоты 3, опорный генератор 4, фазовый дискриминатор 5, реверсивный счетчик б, дешифратор 7, элемент И 8, ключи: первый 9, второй 10, третий, преобразователь 2 код-напряжение (ПКН) амплитудный компаратор 13, блок анализа 4, коммутируему5о зарядно-разрядную цепь 5, блок б коммутируемых источников постоянного напряжения и блок 17 коммутируек1ых запоминающих элементов.

Блок б ко1 лутируе1«ых источников постоянного напряжения включает в себя источники 8, 9 и коммутатор 20. Блок коммутируемых запоминающих элементов 17 содержит конденсаторы 2 и 22, кнопку 23 и коммутатор 24.- Коммутируемая нарядно-разрядная цепь 5 состоит из резисторов 25 и 26, источника 27 постоянного напряжения и коммутатора 28.

Устройство может работать в двух режимах: режиме слежения за фазой выходного сигнала относительно фазы опорного сигнала и в режиме памяти фазы опорного сигнала.

С выхода местного генератора 1 синал подается на вход управляемой линии задержки 2, выполненной, например, на варикапах. Задержка и, следо. вательно, фаза выходного сигнала зависят от приложенного к ее управляющему входу постоянного напряжения, источником которого служит один из конденсаторов 2 или 22. Пусть в исходном состоянии конденсатор 22 подключен при помощи коммутаторов 24 и 20 к источнику 18 с напряжением Ej, которое выше напряжения источника 19 равного Е , а конденсатор 21 - к управляющему входу линии задержки 2, второму входу амплитудного компаратора 13 и выходам ключей 9 и 10.

Таким образом, конденсатор 2 на данный момент времени является рабочим, а конденсатор 22 - вспомогательным. Рабочий конденсатор всегда подключен к управляющему входу линии задержки 2, а вспомогательный конденсатор, в зависимости от уровня напряжения на рабочем конденсаторе - к одNOMy из источников 8 и 19.

Работа устройства в режиме слежения начинается по команде Пуск нажатием кнопки 23. При этом конденсатор 21 подключается параллельно конденсатору 22 и на них устанавливается напряжение

Ч с 27

с max

Величина напряжения Е выбирается такой, чтобы при воздействии его на управляющий вход линии задержки 2 10 задержка фазы входного сигншха равнялась

(п + l)2it +Ро ,

Д9

где п - целое число;

- произвольный фазовый сдвиг. Значение п рассчитывается для каждого конкретного случая реализации линии задержки на варикапах.

На амплитудном компараторе 13 в данный момент сравниваются напряжение Up Ucnvax напряжение , снимаемое с выхода преобразователя 12 код-напряжение,величина которого зависит от состояния реверсивного счетчика б.

Пусть в исходном состоянии выполняется неравенство:

VH Ur

-11

где U-f - напряжение на выходе ПКН 12, соответствующее единице младшего разряда, при этом амплитудный компаратор 13, управляющий работой реверсивного счетчика б, обеспечивает его работу в режиме сложения импульсов с выхода преобразователя частоты 3. Работа счетчика б на сложение продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе ПКН 12 с точностью дои1/2 не станет равным напряжению на конденсаторе 21. После этого сложение импульсов прекращается, а на реверсивном счетчике б фиксируется кодовая комбинация, соответствующая напряжению на конденсаторе в данный момент.

На фиг. 2а изображен график изменения разности фаз входного и опорного сигналов во времени. В зависимости от соотношения фаз выходного и опорного сигналов на выходе фазового дискриминатора 5 будет сигнал положительной или отрицательной полярности. После того,как на конденсаторе 21 установилось напряжение ч (после нажатия кнопки 23), соотношение фаз стало такое, что фаза сигнала местного генератора отстает на величину от фазы опорного сигнала (см. фиг. 2а). Тогда отрицательное напряжение на выходе фазового дискриминатора 5, действующее в интервале О, . (фиг. 26), воздействуя на коммутатор 28, подключает через нормально замкнутый второй ключ 0 к конденсатору 2 разрядный резистор 25, и конденсатор 2 начинает разряжят ся (кривая фиг. Зв). В соответствии с этим изменяется и величина задержки, компенсируя начальное рассогласование фаз выходного и опорного сигналов. Разряд конденсатора 21 продолжает ся до тех пор, пока на выходе фазового дискриминатора 5 не появится напряжение ифд противоположной поляр ности, которое отключает резистор 25 и подключает зарядную цепь, состоящую из резистора 26 и источника 27 постоянного напряжения величиной Ej на промежуток времени t(фиг, 26 до следующего изменения .полярности напряжения на выходе фазового дискри минатора 5. Таким образом, разность фаз выход ного и опорного сигналов поддерживается близкой к нулю, а напряжение на рабочем конденсаторе изменяется, пул сируя с определенной частотой относи тельно истинного закона изменения напряжения (кривая 2 .фиг. 2в). Точность слежения и амплитуда пульсирую щего напряжения (фиг. 2в) определяют ся величиной постоянных разряда и заряда, чувствительностью фазового дискриминатора 5, коммутатора 28 и управляемой линии задержки 2. Одновременно появляющаяся с изменением разность: будет отрабатываться при помощи дополнительной следящей системы, которую образуют амплитудный компаратор 13, реверсивный счетчик 6., ПКН 12. Непрерывная работа фазовращателя, роль которого выполняет управляемая линия задержки 2, обеспечивается за счет переключения конденсаторов 21 и 22 с помощью коммутатора 24, управление которым осуществляется по командам с дешифратора 7. Начиная с момента времени t, (фиг. 2в), напряжение на конденсаторе 21 растет. При достижении в момент времени tij, напряжением на конденсаторе 21 некоторого уровня с дешифратора 7 на коммутатор 20 вы дается перепад напряжения отрицател ной полярности в интервале времени . ч ( 2г), с появлением ко торого происходит переключение вспо могательного конденсатора 22 от источника 18 к источнику 19, величина напряжения на котором выбирается ра ной ЕП сшт При достижении напряжением на ра чем конденсатора 21 уровня, равного и (см. фиг. 2в), разность фаз между входным и выходным сигналами линии задержки 2 составит величину: ( п + 1) 211 РО I При этом рабочий конденсатор 21 отключается от управляющего входа линии задержки 2 и на его место подключается вспомогательный конденсатор 22, который с момента времени t становится рабочим и напряжение на котором в момент переключения равно , а разность фаз между входным и опорным сигналами при этом становится равной Л-Р 0271 +Фд. Переключение конденсаторов осуществляется сигналом с выхода дешифратора 7 (момент времени t4 на фиг. 2д) коммутатором 24 при замкнутом третьем ключе 11. После коммутации имеет место неравенство 1% - . Поэтому дополнительная следящая система (6, 12, 13) отработает появившееся рассогласование до выполнения неравенства: U - 1% г Кроме того, учитывая, что напряжение на конденсаторе 22 U . UcnoO интервале времени t , , конденсатор 21, ставший вспомогательным, в момент времени ц подключается к источнику 19. Характер изменения напряжения на конденсаторе 22 в интервале t , t (фиг. 2в) аналогичен изменению напряжения на конденсаторе 21 в интервале ц - А Таким образом, всякий раз при достижении на рабочем конденсаторе напряжения Uc,rnm стал управляющему входу линии задержки 2 подключар-гя вспомогательный конденсатор, напряжение на котором равно Ucrnax г или Ucm.n Е-, , соответственно, а рабочий конденсатор становится вспомогательным и подключается к соответствующему источнику постоянного напряжения с напряжением Е или Следовательно в данном устройстве синхронизации фаз в режиме слежения одновременно работают две следящие . системы. Первая основная система слежения за фазой выходного сигнала, состоящая из линии задержки 2, фазового дискриминатора 5, коммутатора 28, резисторов 25 и 26 с источником 27 постоянного напряжения, нормально замкнутого второго ключа 10, коммутатора 24 с конденсаторами 21 и 22; Вторая дополнительная система слежения за напряжением на -рабочем конденсаторе, состоящая из амплитудного компаратора 13, реверсивного счетчика 6, ПКН 12, дешифратора 7, нормально замкнутого третьего ключа 11, коммутатора 20, источников .постоянных напряжений 18 и 19 и коммутатора 24. Дополнительная следящая система в режиме слежения обеспечивает непреривную работу основной следящей системьл при превышении разностью фаз между сигналами опорного и местного генераторов величины 2 (диапазона перестройки управляемой линии задержки). Кроме того, дополнительная следящая система обеспечивает длительное хранение фазы опорного генератора с высокой точностью.

При аварии опорного генератора блоком анализа 14 вьщается команда Память, в результате чего с помощью второго ключа 10 размыкается основная система слежения за фазой, второй выход дешифратора 7 отключается от управляющего входа коммутатора 24 с помощью третьего ключа 11 и при наличии на выходе амплитудного компаратора 13 напряжения, равного нулю, выход ПКН 12 через первый ключ 9 подключается к управляющему входу линии задержки 2 и рабочему конденсатору, так как при одновременном воздействии нулевого напряжения и напряжения команды Память на вход элемента Л 8 первый ключ 9 замыкается и напряжение, действующее на выходе ПКН 12,,будет являться источником постоянного напряжения на рабочем конденсаторе. В случае сбоя реверсивного счетчика 6 в режиме Память нарушается выполнение неравенства

U

Ur

nicHi T (1) в результате напряжение с выхода компаратора 13 будет отлично от нуля, элемент И 8 разомкнет первый ключ 9 и рабочий конденсатор отключится от выхода ПКН 12; в то же время в зависимости от знака разности напряжений на выходе компаратора 13 реверсивный счетчик 6 изменит свое состояние таким образом, чтобы исключить появившееся рассогласование (неравенство 1) и восстановить равенство входных напряжений ПКН 12. При этом фиксируется состояние реверсивного счетчика 6 и замыкается первый КЛЮЧ 9. Учитывая, что время пересчета счетчика б, определяемое по формуле

где m - число разрядов счетчика б;

f - частота на выходе преобразователя частоты 3, мало по сравнению с постоянной времени разряда рабочего конденсатора, практически напряжение на рабочем конденсаторе за интервал времени восстановления показаний счетчика б после сбоя счетчика при разомкнутом первом ключе 9 не изменится,

. Таким образом, при наличии команды Память и равенстве напряжений на рабочем конденсаторе и вькоде ПКН 12 на выходе линии задержки 2 будет

фиксироваться последнее значение фазы выходного сигнала, равное фазе опорного генератора 4, т. е. устройство будет постоянно помнить фазу опорного генератора, вышедшего из строя.

Данное устройство, по сравнению с известным, обеспечивает более высокую точность синхронизации местного генератора относительно фазы опорного генератора и хранения фазы опорного генератора.

Формула изобретения

Устройство синхронизации фаз сигналов двух генераторов, содержащее последовательно соединенные местный генератор, управляемую линию задержки и преобразователь частоты, последовательно соединенные опорный генератор

0 и фазовый дискриминатор, последовательно соединенные реверсивный счетчик и дешифратор, элемент И и три ключа, при этом управляющий вход первого ключа соединен с выходом элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности синхронизации фаз, между выходом реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты, и входом элемента И включены последовательно преобразователь коднапряжение и амплитудный компаратор, между выходом опорного генератора и другим входом элемента И включен блок анализа, между выходом фазового

5 дискриминатора и входом второго ключа включена коммутируемая зарядно-разрядная цепь, между выходом дешифратора и управляющим входом управляемой линии задержки включены последовательно коммутируемые источники постоянного напряжения и коммутируемые запоминающие элементы, управляющий вход которых через третий ключ подсоединен к другому выходу дешифратора, при этом выход второго ключа подсоединен к управляющему входу управляемой линии задержки и к другому входу амплитудного компаратора, управляквдие входы второго и третьего ключей подсоединены к выходу блока анализа, вход первого ключа подсоединен к выходу преобразователя код-напряжение, а выход - к управляющему входу управляемой линии задержки, вход запуска реверсивного счетчика подключен к выходу амплитудного компаратора, а другой вход фазового дискриминатора подключен к выходу управляемой линии задержки, являющемуся выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ 2301315, кл. И 03 К 1/17, опублик, 1975 (прототип) .

- - I 1

Htf