Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к аналого-цифровой технике и может быть использовано в устройствах преобразования сдвига фаз двух электрических сигналов в цифровой код.

Известно устройство, содержащее счетчик и два формирователя управляющих импульсов, входы которых соединены с входными клеммами, выходы их подключены ко входам устройства выбора режима, два ключа периода Т и временного интервала т, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, а управляющие входы последних соединены с выходами устройства выбора режима. В этом устройстве предварительно измеряют период исследуемого напряжения путем заполнения его импульсами постоянной частоты, а затем, изменяя коэффициент счета в соответствии с полученным значением, подсчитывают число импульсов постоянной частоты за интервал времени, пропорциональный преобразуемому сдвигу фаз .

Однако такое устройство обладает динамической погрещностью при измерении сдвига фаз изменяющихся во времени исследуемого и опорного сигналов за счет измерения

периода TX и временного интервала Т в разные периоды исследуемого сигнала.

Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности преобразования за счет уменьшения времени преобразования 5 до одного периода исследуемого сигнала.

Цель достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два

10 формирователя, выходы которых подключены к входам блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым ходами блока выбора режима, а выходы - соответственно с входами первого и второго счетчиков, введены элементы И, включенные между выходами первого и входами второго счетчиков и управляющие входы которых

2Q соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика. На фиг. 1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя сдвига фаз; на фиг. 2 - графики зависимости fX f(Tx) при различных значенияхТ ; на фиг. 3 - временные диаграммы работы преобразователя. Преобразователь содержит генератор 1 стабильной частоты, ключ 2 временного сдвига, ключ 3 периода, формирователи 4 и 5 импульсов исследуемого и опорного сигналов, блок 6 выбора режима, двоичный делитель 7 частоты, состоящий из счетчика 8 импульсов интервала, элементов И 9, счетчика 10, а также блок 11 функционального преобразования частотного сигнала, состоящий из двоичного умножителя 12 частоты, счетчика 13 результата и блока 14 задания начальных точек аппроксимации. Работа предлагаемого преобразователя основана на цифровом измерении интервала времени f;j, пропорционального сдвигу фаз , считая интервалах известным в функции его величины, производят аппроксимацию гиперболической зависимости р,экспоненциальными участками. Например, (см. фиг. 2) вначале определяется Tjf., и, считая его известным в функции его величины, аппроксимируют гиперболическую зависимость -. В момент окончания периода Тд снимается код сдвига фаз f. В исходном состоянии ключи 2 и 3 закрыты (см. фиг. 3), счетчики 8 и 10 находятся в нулевом состоянии, в управляющий счетчик двоичного умножителя 12 записано некоторое число М„, определяемое диапазоном и точностью аппроксимации, в счетчик 13 результата занесено число N,Q, соответствующее максимальному значению измеряемого сдвига фаз р. Работа преобразователя осуществляется следующим образом. На входы формирователей 4 и 5 поступают напряжения исследуемого и опорного сигналов (см. фиг. За.). На выходе этих формирователей вырабатываются управляющие импульсы напряжения, время появления которых синфазно с моментами переходов этих напряжений через нуль. В первом цикле работы преобразователя при поступлении на вход блока 6 импульсов с выходов формирователей 4 и 5 на выходе этого устройства появляется импульс, который открывает ключ 2 на интервал времени t, пропорциональный измеряемому сдвигу фаз f За время открытого состояния ключа 2 на вход счетчика 8 поступает число импульсов N (см. фиг. 3 б), пропорциональное интервалу времениТ. . (1) где to - период сигнала генератора 1 образцовой частоты. Одновременно с закрытием ключа 2 блок 6 вырабатывает сигнал на открытие ключа 3 периода исследуемого сигнала и сигнал на элемент И 9, по которому число N из счетчика 8 переписывается в обратном коде в счетчик 10. С появлением следующего импульса Ux на выходе формирователя 4 ключ 3 закрывается, а ключ 2 открывается и цикл прег бразования повторится. За время открытого состояния ключа 3, равного ( (см. фиг. Зв), на вход счетчика 10 двоичного делителя 7 будут поступать импульсы с генератора 1 с периодом to- При поступлении в счетчик 10 числа импульсов с периодом to, равного Hf, на его выходе формируется импульс частоты fi, который поступает на двоичный умножитель 12 частоты. Одновременно по этому импульсу через элементы И 9 число N из счетчика 8 в обратном коде переписывается в счетчик 10, т.е. в счетчик 10 заносится число No-N, где NO - числовая емкость каждого изг счетчиков 8 и 10. Таким образом, на выходе двоичного делителя 7 формируются импульсы с частос учетом выражения (1) частота ) Импульсы частоты fi поступают на вход блока 11 функционального преобразования частотного сигнала. В качестве узла, воспроизводящего экспоненциальную зависимость частоты в функции времени t, используется двоичный умножитель 12 частоты, охваченный отрицательной обратной связью. Как известно, двоичный умножитель частоты включает в себя управляющий счетчик, пересчетную схему, набор импульсно-потенциальных ключей по числу разрядов счетчика и элемент ИЛИ. Если в данном разряде управляющего счетчика записана «1, то управляемый им ключ 2 открыт и на элемент ИЛИ проходит соответствующая серия импульсов с пересчетной схемы. Таким образом, частота f(t) импульсов на выходе схемы ИЛИ в каждый момент времени определяется кодом управляющего счетчика. Закон изменения частоты на выходе двоичного умножителя 12, охваченного отрицательной обратной связью, представляется следующим образом: Nrti 4. i(t),e-NEit, где Nt4 - числовая емкость управляющего счетчика двоичного умножителя; t- текущее время. В данном случае принимаем значение fi в течение времени (Тх-Tj цостоянной. Импульсы частоты f(t) поступают (см. фиг. 3 г) на вычитающие входы управляющего счетчика двоичного умножителя 12 и счетчика 13 результата в течение интервала (Тц-TX). исло импульсов, зафиксированное счетчиком 13 результата к концу измерения определяется как ,a«c-/fa)dLt Подставив в это выражение значение частоты f(t) из (3), получим Nbb,x NMaKc+ NH C-«;%« - l (4) При накоплении в счетчике 13 результата заранее заданного числа импульсов, соответствующего одной из начальных точек аппроксимации, блок 14 задания начальных точек аппроксимации переводит управляющий счетчик двоичного умножителя 12 в новое состояние N, соответствующее началу аппроксимирования нового участка гиперболической функции tr.L Из соотношения (4) видно, что выбирая соответствующим образом значения и Ny можно получать код сдвига фаз непосредственно в градусах или радианах. Предлагаемое устройство может использоваться в качестве лабораторного измерительного прибора, а также в качестве блока в цифровых системах обработки информации и автоматического контроля. При использовании предлагаемого преобразователя уменьщается динамическая погрещность за счет сокращения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два формирователя, выходы которых подключены к входам- блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока выбора режима, а выходы - соответственно с входами первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что с целью уменьщения динамической погрещности преобразования за счет уменьщения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала, в него введены элементы И, включенные между выходами первого и входами второго счетчиков и управляющие входы которых соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 223474, кл. Н 03 К 13/20, 1968 (прототип) .

т.