Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

вых элементов И соединены с выхода ми, первого счетчика, выходы - с входами второго счетчика, а управляющие входы - соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика, введены счетчик тактов, реверсивный счетчик, вторые элементы И, формирователь импульсов и три триггера, входы первого и второго триггеров соеди нены с выходами входных формирователей, выходы их подключены к входам третьего триггера, причем выход первого триггера через счетчик тактов и формирователь импульсов, соединен с блоком выбора режима и управляющим входом вторых элементов И, выходы последних подключены к входам первого счетчика, а входы через ре версивный счетчик - к выходш трет его триггера, выход генератора .образцовой частоты соединен с третьи входом реверсивного счетчика. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - граф ки зависимости (Tx)r на фиг. 3 временные диаграммы его работы. АНсШого-цифровой преобразовател сдвига фаз содержит генератор 1 о разцовой частоты, форглирователи 2 и 3 импульсов исследуемого и опорн го сигналов, триггеры-4 - 6,. ключ временного сдвига, блок 8 выбора режима, ключ 9 периода, счетчик 10 тактов, формирователь 11 импульсов реверсивный счетчик 12, вторые эле менты И 13, двоичный делитель 14 частоты, состоящий из первого счет чика 15, первых элементов И 16, вт рого счетчика 17, а также блок 18 функционсшьного преобразования час ного сигнала, состоящий из двоичного умножителя 19 частоты,блока 20 задания начальных точек аппроксимации и счетчика 21 результата. Работа устройства при измерении малых сдвигов фаз основана на п цифровых измерениях сопрокасающихся интервалов времени (Т + С) и х) и вычитании последних из первых. Считая значение nt, известHbjM в функции его величины, осувдес двляют аппроксимацию гиперболичес кой зависимости tf х Д экспонен циальными участками. При преобразовании в код больши сдвигов фаз осуществляют цифровое измерение одного интервала f x-i и, считая известным в функции его вел чины, производят аппроксимацию гиперболической зависимости u) -i« экспоненциальными участка TV ми, т.е. работа преобразователя в этом случае аналогична работе известного преобразователя. Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии ключи 7 и 9 закрыты, счетчики 1.2 , 15 к 17 находятся в нулевом состоянии, в управляющий счетчик двоичного умножителя 19 частоты записывается некоторое число N, определяемое диапазоном и точностью аппроксимации, в счетчик 21 результата заносится число г соответствующее максимальному значении измеряемого сдвига фаз ср . На входы формирователей 2 и 3 импульсов поступают напряжения исследуемого и и опорного UQ сигналов. На выходе этих формирователей вырабатываются управляющие импульсы, время появления которых синфазно с моментами переходов напряжений и и и о через нуль (фиг. За,б). При преобразовании малых сдвигов фаз в код блок 8 выбора режима закрывает ключ 7 временного сдвига на весь цикл измерения qi , а в счетчик 10 тактов записывает дополнительный код числа п.т.е. (М-п), где М - числовая емкость }четчика 10 тактов, an - число периодов усреднения и зависит от требуемой погрешности измерения tf, , оно равно 2, 022 2 f.,f.,,,,fi., В течение первого такта работы преобр азователя производят усреднение п цифровых измерений интервалов времени ц . В этом случае при поступлении импульса напряжения U с выхода формирователя 2 по счетному входу срабатывает первый триггер 4 и на его нулевом выходе появляется 1 (фиг. Зв). С приходом импульса Напряжения Up с выхода формирователя 3по счетному входу срабатывает второй триггер 5 и на его единичном выходе появлется О (фиг. Зг). Передним фронтом импульса триггер 4 перебрасывает в 1 третий триггер б, а передним фронтом импульса триггера 5 он возвращается в исходное состояние (фиг. Зд. Триггер б управляет суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 12. В течение времени Т|(+ f реверсивный счетчик 12 работает на сложение и суммирует импульсы генератора 1 образцовой частоты (фиг. Зд). В реверсивном счетчике 12 фиксируется число импульсов, равное (Ту + х)л, где fд - частота генератора 1 образцовой частоты. В течение интервала Т -Т реверсивный счетчик 12 работает на вычитание и из него вычитается число импульсов, равное (T. Следовательно, за два периода Т исследуемого сигнала U в ревер сивном счетчике 12 фиксируется числ импульсов, равное N, , ИЛИ с учетом выражений (1) и (2) N, 2,. f . За п периодов исследуемого сигна ла в реверсивном.счетчике фиксирует ся число, равное N nt,.f. Число п фиксируется счетчиком 10 тактов путем )мирования выходных импульсов триггера 4. Так как в счетчике 10 тактов записано число (М-п), то при поступлении п импульсов сигнала Uy на выходе счетчи ка Ю тактов появляется импульс пер полнения. По импульсу переполнения формирователь 11 импульсов вырабатывает импульс длительности -я : t на управляющий вход вторых элементо И 13 для переписи содержимого ревер сивного счетчика 12 в первый счетчи 15, а также на блок 8 выбора режима для начала второго такта работы, в течение которого за интервал производится аппроксимация гиперболической зависимости (f х fx/fx . Для этой цели блок 8 выбора ре.жима открывает ключ 9 периода на время () и импульсы образцовог генератора 1 через этот ключ поступают во второй счетчик 17 (фиг. Зе) При поступлении во второй счетчик 17 числа импульсов частоты fp, равного N , на его выходе формируется импульс частоты f , который поступает на двоичный умножитель 19 частоты. Одновременно по этому импульсу через первые элементы И 16 число .NJ из первого счетчика 15 в обратно коде переписывается во второй счетчик 17, т.е. в последний, заносится число (Np-N), где NO - числовая емкость каждого из счетчиков 15 и 17. Следовательно, на выходе двоичного делителя 14 частоты Формируется импульс с частотой- f ° Учитывая выражение (3) частота /.-., Импульсы частоты f поступают на вход блока 18 функционального преобразователя частотного сигнала. В качестве узла, воспроизводящего экспоненциальную частоту в функции времени t, используется .двоичными умножитель 19 частоты, охваченный отрицательной обратной связью, частота импульсов на выходе которого определится как где Nj. - числовая емкость управляющего счетчика двоичного умножителя, t - текущее время. Импульсы частоты f(t) с двоичного умножителя 19 частоты (фиг. Зж) в течение интервала Т -.i поступают на входы счетчика 21 результата. Число импульсов,зафиксированное счетчиком 21 результата, к концу интервала Т - представляется следующим образом: ..,„. Подставив в это соотношение значение частоты f(t) из выражения (4), получим Ту J ,t,g-Nc4J (5) NB«..c N; e При накоплении в счетчике 21 результата заранее заданного числа импульсов, соответствующих одной из начальных точек аппроксимации, блок 20 задания начальных точек аппроксимации переводит двоичный умножи тель 19 в новое сосГтояние Nj,, соответствующее началу аппроксимирования нового участка гиперболической функции . Из выражения (5) ътл&ло, что выбирая соответствующим образом значения ,с сч можно получать код сдвига фаз непосредственно в градусах или радианах. Путем переноса запятой в счетчике 21 результата влево на ,2 разрядов осуществляется деление числа п. Поэтому окончательный результат цифрового КОД& равен измеряемому значению сдвига фаз При измерении бо цьших сдвигов фаз производят однократное измерение в течение одного периода Т интервала I , а затем в течение промежутка Т,- t , считая интервалах известным в функции его величины, осуществляют аппроксимацию гиперболической заВЙСЙМОСТИ tf ЭКСПОНеНЦИсШЬНЫМИ участками. Для этой цели блок 8 выбора режима выдает запрещающий сигнёш на формирователь 11 импульсов и открывает ключ 7 временного сдвига на интервал tx , пропорциональный измеряемому сдвигу фаз. cf . За время открытого состояния ключа 7 на вход счетчика 15 поступает число импульсов N Одновременно с закрытием ключа 7 бл 8 выбора режима вырабатывает сигнал на открытие ключа 9 периода и сигнал на первые элементы И 16, п которому число Nf из первого счетчика 15 переписывается в обратном коде во второй счетчик 17. Дальнейшая работа преобразовател аналогична работе при измерении малых сдвигов фаз. В этом случае измерение сдвига фаз ( производится за один период исследуемого сигнала, что позволяет уменьшить динамическую погрешность измерения (f . Таким образом, при измерении малых,, сдвигов фаз Ср повышается точность измерения Ц за счет уменьшения погрешности дискретности, так как осуществляется цифровое измерение интервалов (Тд t ) и (Тх -fx а не интервала (: f . Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз по авт. св. 788376, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования в сторону малых сдвигов фаз, в него введены счетчик тактов, реверсивный счетчик, вторые элементы И, формирователь импульсов и три триггера, входы первого и второго триггеров соединены с выходами входных формирователей, выходы их подключены к входам третьего триггера, причем выход первого триггера через счетчик тактов и формирователь импульсов соединен с блоком выбора режима и с управляющим входом вторых элементов и, выходы последних подключены к входам первого счетчика, а входы через реверсивный счетчик - к выходам третьего триггера, выход генератора образцовой частоты соединен с третьим входом реверсивного счетчика. I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 788376, кл. Н 03 К 13/20, 30.01.7-9.