Фазосдвигающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G01R25/04 

1

Изобретение относится к радиоизмерительнрй технике и может быть использовано для построения квадра турных фазосдвигающих устройств, работающих в широком диапазоне амплитуд и частот входных сигналов.

Известно устройство для формирования двух импульсных последовательностей с регулируемым фазовым сдвигом, содержащее последовательно вклюю ченные счетный триггер, первый источник зарядного тока, времязадающий конденсатор и пороговое устройство, связанное выходом со входом начальной установки с раздельными входами, t5 соединенными с выходами счетного триггера, а выходом - со входом второго источника зарядного тока обратной полярности, подключенного выходом к времязадающему конденсатору р.

Недостаток этого устройства - низкая точность задания фазового сдвига, обусловленная нестабильностью параметров используемых аналоговых элементов.

Известно также устройство, содержащее формирователь входного сигнала, и связанный с ним инвертор (формирователь входного сигнала с прямым и инверсным выходами) тактовые генераторы частоты F и 2F, формирователь сдвинутого По фазе выходного сигнала и блок временной привязки, включающий в себя два реверсивных счетчика и четыре элемента совпадений, первые входы которых, соединенные попарно (у первого и третьего, второго и четвертого элементов совпадений), подключены к прямому и инверсному выходу формирователя входного сигнала, вторые входы первого и четвертого, второго и третьего элементов совпадений, также соединенные попарно, подключены к выходам тактовых генераторов частоты F -и 2F, третьи входы второго и третьего элементов 39 совпадений соединены с первыми потенциальными выходами фиксации нулевого состояния реверсивных счетчиков, соединенных вторыми импульсными выходами фиксации нулевого состояния с входами формирователя выходного сдвинутого по фазе сигнала, а входами суммирования м вычитания - с выходами первого и второго, третьего и четвертого элементов совпадений 2. Недостатком известного устройства является низкая точность и помехоустойчивость (сильная зависимость задаваемого фазового сдвига от уходов нулевой линии формирователя входного сигнала, вызывающих смещение моментов привязки относительно экстремальных значений сигнала; устройство также чувствительно к широкополосным шумам, поскольку ложные импульсы на выходе формирователя входного сигнала, обусловленные шумами, воспринимаются и обрабатываются блоком временной привязки также, как и положительные и отрицательные полуволны чистого сигнала). Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости фазосдвигающего устройства. Эта цель достигается тем, что фаз сдвигающее устройство, содержащее фо мирователь входного сигнала, вход ко торого связан с входным зажимом устройства, два тактовых генератора, блок временной привязки, состоящий из двух реверсивных счетчиков и четырех элементов совпадений, первый и второй из которых первыми входами подключены к прямому выходу формирователя входного сигнала, инверсный выход последнего соединен с первым входом третьего и четвертого элементов совпадения, вторые входы первого и четвертого элементов совпадений связаны с выходом первого тактового генератора, вторые входы второго и третьего элементов совпадений подключены к выходам второго тактового генератора, выходы первого и третьего элементов совпадений подсоединены соответственно к первому и второму входам первого реверсивного счетчика а выходы второго и четвертого элемен тов совпадений связаны с первым и вторым входами соответственно второг реверсивного счетчика, первые выходы обоих реверсивных счетчиков подключе ны к третьим входам соответственно второго и третьего элементов совпадений, оно снабжено управляемым триггером, двумя счетными триггерами, четырьмя дополнительными элементами совпадений, двумя дополнительными блоками временной привязки, элементом ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и двумя дополнительными управляемыми триггерами, причем вторые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к первому и второму входам управляемого триггера, один выход которого связан с входом первого счетного триггера, а другой выход - с входом второго счетного триггера, подсоединенного прямым выходом к первому входу первого дополнительного элемента совпадений, а инверсный выход подключен к первому входу второго дополнительного элемента совпадения, прямой выход первого счетного триггера подсоединен к первому входу третьего дополнительного элемента совпадения, инверсный выход первого счетного триггера связан с. первым входом четвертого дополнителы ного элемента совпадения, вторые входы первого и второго, третьего и четвертого дополнительных элементов совпадения попарно соединены и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам формирователя входных сигналов, выходы первого и второго дополнительных элементов совпадений связаны соответственно с первым и вторым входами одного дополнительного блока временной привязки, выходы третьего и четвертого элементов совпадений соединены соответственно с первым и вторым входами другого дополнительного блока времен-, ной привязки, при этом третьи входы обоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу второго тактового генератора, связанного с входом первого тактового генератора, четвертые входы дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу первого тактового генератора, первый и второй выходы одного дополнительного блока временной привязки подключены к одному и другому входам первого дополнительного управляемого три-ггера, первый и второй выходы другого дополнительного блока временной привязки связаны с первым и вторым входами другого дополнительного управляемого триггера, выходы одного и другого дополнительных управляемых триггеров подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИСКШЧАЮЩЕЕ ИЛИ, связанного выходом с выходным зажимом устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема фазосдвигающего устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммысигналоа. Фазосдвигающее устройство содержит формирователь 1 входного сигнала и связанные между собой тактовые генераторы 2 и 3 соответственно частот 2 F и F, соединенные с блоком k временной привязки, включающим в себя четыре элемента совпадений 5-8 и под ключенные к их выходам реверсивные счетчики 9 и 10, соединенные с управ ляемым триггером 11, выходы которого связаны со счетными элементами совпа дений k-, соединенными входами по парно с выходами формирователя 1, а выходами - с дополнительными блоками 18-19 временной привязки, связанными также по входам с тактовыми генерато рами 2 и 3, а выходами - с дополнительными управляемыми триггерами 20 и 21, соединенными с логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22. Рассмотрим работу устройства без учета шумос при наличии уходов нулевой линии входного формирователя. Соответствующие этому случаю временные диаграммы сигналов представлены на фиг. 2. Входной гармонический сиг нал с помощью формирователя 1 преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов, полярность которых, или соответствующий им логический уровень (О или 1) определяют режим работы реверсивных счетчиков 9 и 10. Во время действия положитель ной полуволны сигнала реверсивный счетчик 9 работает в режиме суммирования, а реверсивный счетчик 10 вычитания, во время действия отрицательной полуволны сигнала их режимы работы изменяются на обратные. При этом на вход суммирования через элементы 5 и 8 совпадений поступают счетные импульсы с .тактового генератора 3, а на вход вычитания через элементы 6 и совпадений - с тактового генератора. Моменты достижения выходным кодом реверсивных счетчиков 9 и 10 нулевого значения во время действия положительной (для реверсивного счетчика 10) и отрицательной (для реверсивного счетчика 9) полуволн сигнала соответствуют при отсутствии ассиметрии серединам этих полуволн, т.е. фазовым сдвигам и/2 и 3it/2. Моменты привязки фиксируются по уровню логического нуля на потенциальных выходах реверсивных счетчиков, которым они через элементы 6 и 7 совпадений поддерживаются в нулевом состоянии до прихода следующей полуволны сигнала, а также появлением на импульсных выходах коротких импульсов привязки, которы запускается управляемый триггер 11, При наличии уходов нулевой линии, моменты привязки смещаются по фазе на величину ±2Ае(.(фиг. 2), определяющую погрешность задания фазового сдвига. Для ее исключения с помощью счетного триггера 12 и связанных с ним дополнительных элементов и 15 совпадений, а также счетного триггера 13 и связанных с ним дополнительных элементов 16 и 1 совпадений выделяются соответственно положительные и отрицательные полуволны сигнала, которые управляют дополнительными блоками 18 и 19 временной привязки. На выходах дополнительных блоков 18 . и 19 временной привязки формируются импульсы, точно (с погрешностью дискретности) привязанные к серединам положительных и отрицательных полуволн сигнала, которые с помощью дополнительных управляемых триггеров 20 и 21 и логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ преобразуется в последовательнос ть прямоугольных импульсов с частотой входного сигнала, но сдвинутых относительно его на 90. Точность задания фазового сдвига в устройстве не зависит от точности установки частот тактовых генераторов 2 и 3 и их нестабильностей за счет введения жесткой связи между упомянутыми генераторами, обеспечивеющей постоянство соотношения их частот, которое и является определяющим с точки зрения точности фиксации момента привязки. Практически а качестве, тактового генератора 3 частоты F может быть использован триггер-делитель частоты на 2, подключенный к выходу тактового генератора 2 частоты 2F. Рассмотрим работу устройства с учетом широкополосных шумов, приводящих к формированию ложных мпульсов (выбросов и пауз) на выходе формирователя 1. Соответствующие этому случаю временные диаграммы приведены на фиг. 3. Выбросы и паузы аддитивной смеси сигнала и шума на выходе формирователя 1, .стандартизированные ПО амплитуде, воспринимаются блоком k также, как и положительные и отР1 цательные полуволны сигнала. При этом в области перехода через нуль и нарастания сигнала, где выбросы и паузы соизмеримы по длительности, на выходе реверсивного счетчика 9 формируются ложные импульсы привязки. Однако по мере увеличения мгновенных значений сигнала время пребывания смеси сигнала и шума выше нулевого уровня становится преобладающим и текущий код реверсивного счетчика 9 возрастает, достигая некоторо го максимального значения в области, близкой к переходу сигнала через нул с отрицательной прризводной. Далее преобладающим становится время пребывания смеси сигнала и шума ниже ну левого уровня и выходной код уменьшается со скоростью, примерно в 2 раза больше, чем при его нарастании, достигая нулевого значения в области отриц ательной полуволны сигнала. Для второго реверсивного счетчика 10 ложные импульсы привязки фор мируются в области перехода сигнала через нуль с отрицательной производной, а истинный импульс привязки формируется в области положительной полуволны сигнала. Из временных диаграмм фиг. 3 видно, что истинные импульсы привязки опережают по времени ложные импульсы и определяют та ким образом состояние управляемого триггера 11, в то время как ложные импульсы только подтверждают эти сос тояния, не оказывая никакого влияния на работу устройства. В результате на выходе управляемого триггера 11, также как и для чистого сигнала, будут иметь место: последовательсдвиность прямоугольных импульсов. нутых по фазе на угол, близкий к 90 Однако по мере уменьшения соотношения сигнал-шум момент привязки за счет шумов смещается влево, что приводит к дополнительной амплитуднозависимой погрешности задания фазового сдвига. Эта погрешность существенно уменьшается путем дальнейшей обработки сигнала в дополнительных блоках 18 и 19 временной привязки. В этих блоках формируются импульсы привязки к центрам тяжести положи 8тельных и отрицательных полуволн сигналаi искаженных шумами, временное положение которых практически соответствует фазовым сдвигам, равным It /2 и . Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность и помехоустойчивость фазосдвигающего устройства, расширить снизу его динамический и частотный диапазон. Практически точность задания фазового сдвига при достаточно больших соотношениях сигнал-шум определяется погрешностью дискретности, а предельная помехоустойчивость устройства может достигать соотношений сигнал-шум порядка (1,5-2). Формула изобретения Фазосдвигающее устройство, содержащее формирователь входного сигнала, вход которого связан с входным зажимом устройства, два тактовых генера-. тора, блок временной привязки, состоящий из двух реверсивных счетчиков и четырех элементов совпадений, первый и второй из которых первыми входзми подключены к прямому выходу формирователя входного сигнала, инверсный выход последнего подсоединён к первым входам третьего и .четвертого элементов совпадений, вторые входы первого и четвёртого элементов совпадений связаны с выходом первого тактового генератора, вторые входы второго и третьего элементов совпадений подключены к выходу второго тактового генератора , выходы первого и третьего элементов совпадений подсоединены соответственно к первому и второму входам первого реверсивного счетчика, а выходы второго и четвертого элементов совпадений связаны с первым и вторым входами соответственно второго реверсивного счетчика, первые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к третьим входам соответственно второго и третьего элементов совпадений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, оно снабжено управляемым триггером, двумя счетными триггерами, четырьмя дополнительными элементами совпадений, двумя дополнительными блоками временной привязки, элементом ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и двумя дополнительными управляемыми тпиггерани, причем вторые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к. первому и второму входам управляемо го триггера, один выход которого св зан с входом первого счетного триггера, а другой выход - с входом вто рого счетного триггера, подсоединен ного прямым выходом к первому входу первого дополнительного элемента совпадений, а инверсный выход подключен к первому входу второго дополнительного элемента совпадения, прямой выход первого счетного триггера подсоединен к первому вход третьего дополнительного элемента совпадения, инверсный выход первого счетного триггера связан с первым входом четвертого дополнительного элемента совпадения, вторые входы первого и второго, третьего и четвертого дополнительных элементов совпадений попарно соединены и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам формирователя входных сигналов, выходы первого и второго дополнительных элементов, совпадений связаны соответственно с первым и вторым входами одного дополнительного блока временной привязки, выходы третьего и четвертого элементов совпадений соединены соответственно с первым и вторым 4 входами другого дополнительного блока .временной привязки, при этом третьи входы обоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу тактового генератора, связанного с входом первого тактового генератора, четвертые входы обоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу первого тактового генератора, первый и второй выходы одного дополнительного блока временной привязки подключены к одному и другому входам первого дополнительного управляемого триггера, первый и второй выходы другого дополнительного блока временной привязки связаны с первым и вторым входами другого дополнительного управляемого триггера, а выходы одного и другого дополнительных управляемых триггеров подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, связанного выходом с выходным зажимом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № i 05172, кл. Н 03 К 5/153, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР If 51019, кл. G 01 R 25/0, 1Э7 (прототип)

/ /

-U.

0

ff

ДГ

rL

ДAL

ГУ