Преобразователь фаза-код Советский патент 1981 года по МПК H03K13/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения фазы в различных радиоэлектронных устройствах.

Известны устройства для преобразования фазы радиосигнала в цифровой код, используемые в радиоэлектронной аппаратуре для контроля и измерения фазового сдвига двух радиосигналов Ц .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее задающий генератора, фазовый модулятор, генератор тактовых импульсов, модулятор, генератор накачки и п-разрядных ячеек, каждая из которых включает в себя измерительный параметрический генераторц смесители(удвоители фазы) и корректирующей фазовращатель 2.

Недостатками известного устройства являются малая чувствительность и малая точность при преобразовании фазы широкополосных сигналов. Малая чувствительность преобразовате,ля обусловлена наличией фазового модулятора, умножителя, смесителя и корректирующего фазовращателя, которые ухудшают отношение сигнад /шум

на входе измерительного параме трического генератора. В данном преобразователе при прохождении преобразуемого сигнала последовательно по ,

цепочке смесителей (удвоителей фазы) происходит расширение спектра этого сигнала в 2 раз, где п - число разрядных ячеек. Так как смесители являются узкополосными устройства0 ми, то происходит ограничение спектра преобразуемого сигнала, оробенно в младших разрядах преобразователя, что влечет за собой возникновение больших динамических ошибок.

Цель изобретения - повы1иение чувствительности и точности преобразования фазы широкополосных сигналов. Поставленная цель достигается тем,

20 что преобразователь фаза-код, содержащий генератор накачки и п - разрядных ячеек,каждая., из которых включает в себя первый измерительный параметрический генератор и смеситель, введены в первую разрядную

ячейку дополнительно измерительный и два опорных параметрических генератора, два ключа, два фазовых детектора и два триггера, а в остальные

30 разрядные ячейки - по одному опорному параметрическому генератору, одному фазовому детектору, одному три геру и по два ключа, В первой разрядной ячейке первый выход генератора накачки одновременно подключен ко входу первого измерительного параметрического генератора и через первый опорный параметрический генератор к первому входу первого фазвого детектора, а второй выход генератора накачки. - ко входу второго измерительного параметрического генератора и через второй опорный параметрический генератор к первому входу фазового детектора. Прямой и инверсный выходы первого и второго измерительных параметрических генераторов подсоединены ко входам первого и второго ключей соответствно а прямой выход первого измерительного параметрического генератора соединен -со вторым входом первого фазового детектора, а инверсный выход второго измерительного параметрического генератора со вторым входом второго фазового детектора . Выходы первого и второго фазовых детекторов подключены ко входам первого и второго триггеров соответственно, инверсные выходы которых подсоединены ко входам управления первого и второго ключей соответственно. Выходы ключей соединены со входами смесителя, выход которого соединен со входами измерительного и опорного параметрических генераторов последующей разрядной ячейки, В остальных разрядных ячейках, выполненных идентично, прямой и интенсивный выходы измерительного параметрического генератора подключены к первым входам первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены ко входам смесителя, а выход опорного параметрического генератора соединен с первым входом фазового детектора, ко второму входу которого подключен прямой выход измерительного параметрического генератора. Выход фазового детектора в свою очередь подключен ко входу триггера,инверсный выход которого соединен со входами управления ключей. В каждой последующей разрядной ячейке вторые входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго ключей предыдущей разрядной ячейки. Входы измерительных параметрических генераторов всех разрядных ячеек объединены и подключены ко входной шине, причем выходы триггеров соединены с выходными шинами .

На фиг.1 представлена блок-схем преобразователя фаза-код; на фиг,2 фазовая плоскость измерительных параметрических генераторов,

Преобразователь фаза-код включает в себя генератор накачки 3 и празрядных ячеек. Первая разрядная ячейка содержит первый 2 и второй . 3 измерительные параметрические электроды, первый 4 и второй 5 опорные параметрические генераторы, первый фазовый детектор б и второй фазовый детектор /, первый 8 и второй 9 триггеры, 10 и второй 11 ключи и смеситель 12, Разрядные ячейки, начиная со второй и до п-й, построены идентично и каждая из них например вторая ячейка, содержит измерительный 13-1 и опорный 14-1 параметрические генераторы, фазовый детектор 15-1, триггер 16-1 первый 17-1 и второй 18-1 ключи и смеситель 19-1.

Известно,что фазовая плоскость параметрического генератора делится сепаратрисой на две области притяжения соответствующие двум значениям фазЧ 12и Ч+ 180° стационарных колебаний субгармоники. Здесъ ц фаза напряжения накачки.

В соответствии с этим принцип работы каждого разряда преобразователя заключается в определении полуплоскости, которой принадлежит вектор преобразуемого сигнала, выработке выходного кода признака этой полуплоскости и формирование напряжения накачки для следуклцего разряда с такой фазой, чтобы сепаратриса измерительного параметрического генератора последующего разряда делила сектор фазовой плоскости, определенный в данном и предыдущих разрядах пополам.

Преобразуемый сигнал подается на измерительные параметрические генераторы всех разрядных ячеек параллельно, В начальный момент времени напряжение накачки с первого выхода генератора накачки 1 подается на входы первого измерительного 2 и первого опорного 4 параметрических генераторов, причем первый опорный параметрический генератор всегда возбуждается одной и той же фазой колебаний субгармоники, жестко связанной с фазой генератора накачки, фаза субгармоники первого измерительного параметрического генератораfn/S илиф)2+ 180 зависит от фазы преобразуемого сигнала, т,е. от положения вектора преобразуемого сигнала на фазовой плоскости измерительного параметрического генератора. Первый фазовый детектор 6 осуществляет сравнение фаз колебаний субгармоники первого опорного 4 и первого измерительного 2 параметрических генераторов,первый триггер 8 формирует выход:ной сигнал первого разрядаЧвь|у высо кий потенциал на выходе которого соответсвтует,например фазе субгармо ники %|а , а низкий - %|2 + 180°. Поскольку на второй измерительны и второй опорнмй параметрические генераторы 3 и 5 (второй разряд) по . дается от генератора накачки 1 противофазное напряжение накачки, то и сегаратриса на фазовой плоскости этих параметрических генераторов оказывается повернутой по отношению к сепаратрисе первых измерительного и опорного параметрических генерато ров 2 и 4 на угол 90. Таким образо первый и второй разряды преобразова теля дают возможность определить положение вектора преобразуемого си ала, с точностью до квадрата, каждому из которых соответствует опред /ленный код на выходных шинахивщ.иир и код,соответствующий определенному квадранту,поступает с триггером и 9 на входы управления ключей 10 и 1 Яоторые осуществляют выбор необходимых фаз напряжений субгармоники, снимаемых с прямых и инверсных изме рительных первых параметрических генераторов 2 и 3. С выходов ключей 10 и 11 напряжения субгармоники с выбранньми фазами подаются на смеситель 12, на выходе которого выде, ляется суммарный сигнал. Этот сигнал с частотой накачки и фазой 90 или 270 (в зависимости от фазы преобразуемого сигнала) поступает на параметрические генераторы 13-1 (измерительный) и 14-1 (опорный) трет его разряда преобразователя. Сепарат риса этих параметрических генераторов оказывается повернутой по отношению к сепаратрисе параметрического генератора первого разряда на угол 135 или 45. Фазовый детектор 15-1 осуществляет сравнение фаз колебаний субгармоники с прямых выходов параметрических генераторов 13-1 и 14-1, а триггер 16-1 вырабатывает выходной сигнал третьего разряда(и.... Первый второй и третий разряды дают возможность определить поло ение вектора преобразуемого сигнала с точностью до октанта, каждому из которых соответствует определенный код на выходных шинах преобразователя Овш. вь ььп(г-К°Д соответствую щий выбранней полуплоскости измерительного параметрического генератора 13-1 подается на вход управления ключей 17-1 и 18-1. На выходах ключа 17-1 возможно наличие напряжения суб гармоники с фазами О или 180 с ключа 10 .и с одной из Фаз 45° 225°, 135, прямого выхода измерительного параметрического генератора 13-1,а на входах ключа 18-1 выхода ключа 10 и одной 225, 45, 315°, 135 с йнвер сного выхода измерительного параметрического генератора 13-1. С выходов ключей 17-1 и 18-1 напряжение субгармоники с выбранными фазс1ми подаются на смеситель 19-1, на выход которого выделяется суммарный сигнал с одной из возможных фаз - 45 135,225 , 315 . Остальные разряды Iпреобразоватзля работают аналогично. Для примера на фиг.г приведена фазовая плоскость измерительных параметрических генераторов для шести разрядов преобразователя при фазе преобразуемого сигнала tf 24, где сплошными линиями отмечены векторы накачки соответсвтующих разрядов (обозначены цифрами), а пунктиром векторы субгармоники измерительных параметрических генераторов соответствующих разрядов (цифры проставлены у векторов соответствугацих прямым выходам параметрических генераторов). Для этого случая приведена и таблица состояний раарядов преобразователя, в которой Q - выходы триггеров соответствующих разрядов, подключенные к выходным шинам а - выходы триггеров,; подключенные ко входам управления соответствующих ключей, в этой таблице низким управляющим потенциалам (Q -( 0) , подаваег«лм на входы управления ключей, соответсвует выбор верхних по схеме на фиг.1 входов этих ключей, а высокимпотенциалам - нижних по схеме входов этих ключей, Использование новых элементов второго измерительного и двух опорных параметрических генераторов , двух ключей, двух фазовых детекторов и двух триггеров в первой разрядной ячейке, а также одного опорного параметрического генератора, фазового детектора,триггера и двух ключей в каждой последующей разрядной ячейке, выгодно отличает предлагаемый преобразователь фаза-код известного по чувствительности и точности. Поскольку преобразуемый сигнал подается на измерительные параметричесК21е генераторы непосредственно без какйх либо промежуточных преобразований, то чувствительность и точность (количество разрядов) преобразователя определяются только собственными шумами контура параметрического генератора. Формула изобретения Преобразователь фаза-код, содер жащий генератор накачки и.п-разряд-. ных ячеек, каждая из которых включает в себя измерительный параметрический генератор и смеситель, о т личающ. ийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования фазы, в первую разрядную ячейку дополнительно введены измерительный и два опорных параметрических генератора, два клюа, два фазовых детектора и два триггера, причем первый выход генеатора накачки одновременно подключен ко входу первого .измерительног параметрического генератора и через /первый опорный параметрический генератор к первому входу первого фазового детектора, а второй выход генератора накачки ко входу второго измерительного парси етрическог генератора и через второй опорный параметрический генератор к первому входу второго фазового детектора, при этом прямой и инверсный выходы первого и второго измерительны; параметрических генераторов подсоедин ны ко входам первого и второго ключ соответственно, причем прямой выход первого измерительного параметрического генератора,соединен совторым входом первого фазового детектора, а инверсный выход второго измерительного параметрического ген ратора - со вторым входом второго .фазового д ектора, при этом выходы первого и второго; фазовых детекторов подключены ко вход SIM первого и второго триггеров, соответственно, инверсные выходы которых подсоединены ко входам управления первого и второго ключей, а выходы ключей сое динены со входами смесителя, выход которого .соединен со входами измерительного и опорного параметрических генераторов последующей разрядной ячейки, причем в каждую из остальных разрядных ячеек дополнительно введены опорный параметрический генератор, фазовый детектор, триггер и дв.а ключа, при этом прямой и инверсный выходы измерительного параметрического генератора подсоединены к первым входам первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены ко входам смесителя, а выход опорного параметрического генератора соединен с первым входом фазового детектора, ко второму входу которого подключен прямой выход измерительного пара метрического генератора, причем выход фазового детектора соединен со входом триггера, инверсный выход которого соединен со входами управления ключей, при этом в каждой последующей разрядной ячейке вторые входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго ключей предыдущей разрядной ячейки, а входы измерительных параметрических генераторов всех разрядных ячеек объединены и подключены ко входной шине, причем выходы триггеров соединены с выходными щинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 ft 25/00, 1974, 2.Вечканов Г,П. Преобразователи аналог-код с применением генераторов субгармонических колебаний. Сб. ста-тей Нелинейные и сверхвысокочастотные радиотехнические системы. Труды МАИ. Вып.215. М., Машиностроение, 1970, с.114

Выходной код

А

Taffjiui a состояний раъ()ядб$ прео5разо8ателя дая