Преобразователь сдвига фаз в цифровой код Советский патент 1980 года по МПК G01R25/08 H03K13/20 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ В ЦИФРОВОЙ КОД

1

.Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных контрольно-испытательных системах для измерения сдвига фаз в цепях радиоэлектронных устройств и систем автоматики.

Известен цифровой фазометр, содержащий формирующие устройства, логические элементы, счетчики, генератор квантукндих импульсов, делители час тоты и блок управления. Фазометр обеспечивает одновременное измерение периода и временного сдвига исследуемых колебаний с последующим автоматическим преобразованием этих двух измерений в непосредственный отсчет измеряемого фазового сдвига. Ё Градусах с помощью двоичных умножителей частоты 1.

Недостатками устройства являются сложность схемной реализации и дополнительная погрешность измерений, обусловленная погрешностью работы двоичных умножителей частоты, реальное время измерения существенно превы шает период исследуемых колебаний.

Известно также цифровое устройство для измерения сдвига фаз, содержат щее формирователи импульсов опорного

и фазоманипулированного. сигналов, два счетчика, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, генератор образцовой частоты, схему задержки,

5 блок управления, делитель частоты, два управляемых делителя частоты и две вентильные группы, причем генератор образцовой частоты через первый и второй логические элементы И соеди 0 нен с двумя управляемыми делителями частоты я одновременно через делитель частоты и первый счетчик - с первыми . входами вентильных групп, выход каждой из которых соединен с управляемым

tS делителем частоты, выходы делителей подключены через последовательно соединенные логический элемент ИЛИ и третий логический элемент И, второй вход которого через схему задержки

20 подключен к выходам формирователей импульсов, ко второму счетчику, а блок управления соединен с формирова- телем импульсов опорного сигнала, со вторыми входами вентильных групп,

25 входами управляеюлх делителей частоты, с первым и вторым логическими элементами И и с двумя счетчиками 12.

Недостаткс1МИ устройства являются сравнительно большое реальное время

30 измерения, составляющее до двух периодов исследуемого напряжения, и сложность схемной реализации, обусловленная двухтактным режимом работы устройства и необходимостью применения широкополосной схемы задержки. Кроме того, устройство имеет дополнительную погрешность преобразования, зависящую от параметров схемы задержки, частоты исследуемого напряжения и величины сдвига фаз.

11ель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия.

Цель достигается тем, что в преобразователь сдвига фаз в цифровой

код, содержащий два формирователя

импульсов, первый из которых соединен с первым входом блока управления, три логических элемента И, генератор образцовой частоты, выход которого через делитель частоты и первый счетчик соединен с первым входом вентильной группы, соединенной по входу с управляемым делителем частоты, и второй счётчик, вход которого подключен к выходу одного из логических элементов И, связанного по входу с выходом блока управления, введены реверсивный счетчик и выходной регистр, причем первый выход первого формирователя импульсов подключен к управляющим входам первого счетчика и реверсивного счетчика, второй выход первого формирователя импульсов подключен ко второму входу вентильнойгруппы и к упра зляю1дему входу второго счетчика, первый и второй выходы второго формирователя импульсов соединены соот BeTCfBeHHO с третьим и четвертым входами блока управления, первый и второй выходы которого подключены к первым вход ciM второго и третьего ло1сических элементов И, соединенных вто1 ь1Ми своими входами с выходом делителя частоты, а выходами - со входами прямого и обратного счёта рёверсивнОго счетчика, выход которого подключен ко второму входу первого логического элемента И, третий вход которого соединен через управляемый делитель частоты с выходом генератора образцовой частоты, четвертый и- пяты вьпсбда блдка управления ПОйКЛйчёны ко входам вьисодногО регистра, соединённого с выходом второго счетчика.

На чертеже приведена функционгшьная рхема преобразователя.

Преобразователь сдвига фаз в цифрово;й код содержит первый формирователь 1 1 импульсов, второй формирователь 12 импульсов, блок 3 управления, логическ ие элементы 4-6 И, генератор 7 образцовой частоты, делитель 8 частоты, первый счетчик 9, вентильную группу 10, управляемый делитель 11 частоты, второй счетчик 12, реверсивный счетчик 13 и выходной рёгистр 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Опорное напряжение и подается на вход формирователя 1, на первом выходе которого формируется последовательность А коротких импульсов, соответствующих моментам положительных , переходов напряжения Ug через ноль, на втором выходе - последовательность В коротких импульсов, соответствую1цих моментам отрицательных переходов напряжения Ug через ноль. Исследуемое напряжение U, фазовый сдвиг Vj,

которого измеряется, подается на вход формирователя 2, на первом и втором выходах которого формируются соответственно- последовательности С и D коротких импульсов, аналогичные последовательностям А и в.

Каждый импульс последовательности А сбрасывает в ноль счетчик 9,. который подсчитывает число импульсов частоты счета f за интервал времени,

0 равный периоду Т опорного напряжения. Одновременно импульс последовательности А сбрасывает в ноль реверсивный счетчик 13, который подсчитывает число импульсов частоты счета f

5 за интервал времени t, пропорциональный фазовому сдвигу Ч . Частота счета f в п раз Меньше образцовой частоты fp генератора 7 (п - коэффициент деления делителя 8 частоты) . В ин тервале между очередными импульсами

последовательностей А и .В на первом выходе блока 3 управления формируется управляющий импульс, длительность которого равна t. Этот импульс разрешает прохождение через логический

5 элемент И импульсов частоты счёта f на вход прямого счета реверсивного счетчика 13, при нулевом содержании которого на первый вход логического элемента И 6 поступает сигнал запрета.

Таким образом, в течение положительного полупериода U счетчик 9 подсчитывает число импульсов N частоты f , а реверсивный счетчик 13 -

5 число импульсов N той же частоты, пропорциональное Ч . С приходом оче7 рёдного импульса последовательности В содержимое второго счетчика 12 переносится в выходной регистр 14.

Q Одновременно через вентильную группу 10 в управляемом делителе 11 устанавливается коэффициент деления равный N , а со второго и третьего выходов блока 3 на логические элементы 5 и 6 И поступают разрешающие сигналы. При этом на вход второго счетчика 12 проходят импульсы частоты счета fj fp/N, а на вход обратного счета реверсивного счетчика 13 проходят импульсы частоты счета f .

0 Логический элемент б И закрывается при достижении реверсивным счетчиком 13 нулевого состояния, т.е. когда на вход обратного счета этого счетчика поступает число импульсов

5 частоты счета f равное N,j. Поскольку обратный счет осуществляется в реверсивном счетчике 13 с той же час тотой f , что и прямой счет, то состояние, счетчика от N,j до нуля изменяется за время t. Поэтому число им пульсов, подсчитанное счетчиком 12, пропорционально фазовому сдвигу Чх и не зависит от частоты исследуемых напряжений. vt-t; При коэффициенте деления делителя 8 число импульсов N, подсчитанное счетчиком 12, соответствует фазовому сдвигу исследуемых напряжений в градусах. Информация о знаке фазового сдвиг поступает в выходной регистр с четвертого и пятого выходов блока 3. Реальное время преобразования сдв га фаз в цифровой код не превышает одного опорного напряжения, а дополнительная погрешность преобра зования, обусловленная задержкой импульса, длительность которого пропор циональна сдвигу фаз, отсутствует. Схемная реализация преобразователя существенно упрощается благодаря ис,ключению сложной схемы задержки и уп равляемого делителя с вентильной гру пой, содержащих около половины общег числа элементов. Введение новых элементов - реверсивного счетчика и выходного регистра, и новыхсвязей выгодно отличает предлагаемый преобразователь сдвига фаз в цифровой код от известного уст ройства, так как позволяет вдвое уве личить быстродействие преобразовател уменьшить погрешность измерения и, примерно в два раза, снизить стоимость преобразователя, благодаря упрощению его схемной реализации. Кроме того, в предлагаемом преобразователе код фазового сдвига при Кс1ждом измерении хранится в выходном регист ре в течение периода опорного напряжения, что позволяет существенно улучшить процесс вывода информации. Предлагаемый преобразователь используется как при создании высокоточных цифровых фазометров, так и в составе автоматизированных испытательных сие тем для контроля и исследования фазо вых характеристик сложных радиоэлектронных устройств и систем автоматики при существенном непостоянстве периода исследуемых напряжений. Формула изобретения Преобразователь сдвига фаз в цифровой код, содержащий два формирователя импульсов, первый из которых соединен с первым входом блока управления/три логических элемента И, генератор образцовой частоты, выход которого через делитель частоты и первый счетчик соединен с первщл входом-вентильной группы, соединенной по входу с управляемым делителем частоты, и второй счетчик, вход которого подключен к выходу одного из логических элементов И, связанного по входу с выходом блока управления, отличающийся тем, JTO, с целью повышения точности измерения и быстродействия, в него введены реверсивный счетчик и выходной регистр, причем первый выход первого формирователя импульсов подключен к управляющим входам первого счетчика и реверсивного счетчика, второй выход первого формирователя импульсов подключен ко второму входу вентильной группы и к управляющему входу второго счетчика, первый и второй выходы второго формирователя импульсов соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления, первый и второй выходы которого подключены к первым входам второго и третьего логических элементов И, соединенных вторыми своими входами с выходом делителя частоты, а выходами - со входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика, выход которого подключен ко второму входу первого логического элемента И, третий вход которого соединен через управляемый делитель частоты с выходом генератора образцовой частоты, четвертый и пятый выходы блока управления подключены ко входам выходного регистра, соединенного с выходом второго счетчика. Источники информации, принятые 9О внимание при экспертизе 1. Метальников В.В. и др. Быстроействующий цифровой фазометр. - Автоетрия, 1971, № 4 с. 116-121. 2. Авторское свидетельство СССР 532059 кл. G 01 R 25/08, 1974.