Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

(54) УСТРОЙСТВОДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ 1.. Изобретение относится к контрольно-. измерительной технике и может быть использовано при сравнении образдовых час тот с метрологической точностью., Известное устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты содержит фазовый детектор, на. один вход которого подан выход опорного генератора, а на второй - выход исследуемого генератора. Выход фазового детектора че рез, усилитель связан с анализатором спектра t1 3. Недрстаток известного-устройства .нидкое быстродействие. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот (ПФВЧ) и измеритель среднeквaдpaтичecкoгoVзнaчeния (ИСКЗ). Причем, на один вход фазового детектора подан выход источника опорного сигнала ЧАСТОТЫ (опорного генератора), а на второй - выход источника исследуемого сигнала (исследуемого генератора) 2 . Однако указанное устройство характеризуется существенными, недостатками, так как для получения ряда данных необходимо переключать ПФВЧ, что приводит к усложнению и увеличению времени измерений. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем, что в устрой- с-то для измерения кратковременной нестабштьности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот, а также измеритель среднеквадратнческого значения напряжения, введены последовательно соединенные генегратор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый управляемый усилитель, последовательно соединенные коммутируемый накопитель, квадратор и второй управляемый усилитель, а 3974 также последоБа:тельно соединенные перестраиваемый фильтр низких частот и пороговый блок, вход которого подключен также к выходу перестраиваемого фильтра верхних частот и к выходу генератора развертки, при этом выход перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу перестраиваемого фильтра низких частот, второй выход которого соединен с входом измерителя среднеквадратического значения напряжения, выход последнего соединен с первым входом комм утируемого накопителя, второй вход которого под, ключей к выходу тактового генератора, вы ход коммутируемого накопителя соединей с вторым входом первого управляемого усилителя И с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу измерителя среднеквадратического значения напряжения, а второй выход блока управления соединен с вторым входом второго управляемого усилителя. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты содержит последовательно соединенные фазовый детектор 1, усилитель 2, перестраиваемый фильтр 3 верхних частот, перестраиваемый фильтр 4 низких частот, измеритель 5 среднеквадратического значения напряжения (ИСКЗ),коммутируемый накопитель 6, блок 7 управления, управляемые усилители 8 и 9, генератор 10. развертки, тактовьЕЙ генератор 11, пороговый блок 12 и квадратор 13. Блок 7 управления состо.ит из делителя 14, аналого-цифрового преобразователя (АШ) 15, электронного переключателя 16 и блока 17 управляемых аттенюаторов Причем входы делителя 14 соединяются со входом и выходом коммутируемого накопителя 6, а выход делителя 14 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 15, который подключен к элект ровному переключателю 16, а электронный переключатель 16 подключен к блоку 17 управляемых аттенюаторов. При измерении DA(л(1Г)- (дисперсия Аллана) методом высокочастотной дисперсии 6gtj (f) , предельная погрешность при наилучшей характеристике фильтра бевч)) составляет t 9% 6gqCi)подчиняется в значительной степени закону т в случае, когда флуктуации фазы представляют собойбелый шум и фликкер ( 5i(f) К0; S и ( ) f ) Это означает невозможность разделения этих двух видов фазовых шумов, т. е. в общем случае не;аьзя исполь4зовать коррекцию результатов измерения 6цц( ) для получения точного соответст вин их y(t} - сигнала на выходе устройсгва. Возможный вариант исполнения бпока управления представлен на чертеже. На . входы делителя подаются сигналы со входа и выхода коммутируемого накопителя. Сигнал с выхода делителя через АШ 15 подается на вход электронного переключателя 16, который в зависимости от величины сигнала подключает к управляемым усилителям 8 и 9 тот или иной делитель аттенюатора блока 17. Для получения на выходе устройства у(1)и 5ц, (f) к усилителю подключается делитель 14,величина которого зависит от прикладываемого к нему напряжения от генератора Ю развертки. Введение перестраиваемого фильтра нкзких частот позволяет получить на выходе ИСКЗ 5 величину (ip( t). Это ПО|3воляет, сравнивая сигналы на входе и на выходе коммутируемого накопителя 6 определить характер поведения р (Т ) и 5u)(f). и следовательно, выставить с помощью устройства управления необходимые коэффициенты усиления, чтобы получить точные значения (оу (С) и 5ц,(}. Тактовый генератор, генератор развертки и пороговое устройство обеспечивают получение на выходе управляемых усилителей 8 и 9 значений у(Т)и Sif(f), меняющихся во времени синхронно с раз- вер-псой в заданном диапазоне, что делает возможным наблюдение этих характеристик на любом индикаторном устройстве. УстройстЬо работает следующим образом. Сигналы измеряемого и опорного генераторов поступают на входы фазового детектора 1, с выхода фазового детектора 1 сигнал, пропорциональный У3()( Г) , усиливается усилителем 2, фильтруется перестраиваемым фильтром 3 верхних частот, затем перестраивается фильтром 4 низких частот и проходит через измеритель 5 среднеквадратического значения, на выходе которого получаем g(F,.dF K,(p(Tb где Ug напряжение на входе измерителя 5. Это напряжение подается на накопитель 6. Напряжение на входе и выходе коммутируемого накопителя 6 содержит информацию об изменении величины ) за один период работы тактового генератора 11, они сравниваются в блоке 7 управления, он корректирует усиление управляемых усилителей 8 и 9 для получения на них выходных сигналов, пропорциональных 6у(.Т)и 5ц(1), причем для получения Scfti) на входе управляемого усилителя 5 8 становится квадратор 13. Тактовый генератор 11 служит для запуска и синхронизации генератора 1О развертки, а также для управления коммутируемым накопителем 6. Скважность импульсов тактового 10 генератора 11 равна единице. Длительность импульсов определяет дискретизацию по f для (V)K по f для S().

Генератор 10 развертки вырабатывает напряжения для управления перестраивае- ts мыми фильтрами-3 и 4, блоком 7 управления и пороговым блоком 12, а также вьщает напряжение развертки, необходимое для внешнего индикатора.

Пороговый блок 12 служит для возвра-ю щения генератора 10 развертки в исходное положение при достижении амплитудой выходного напряжения генератора 1О заранее установленной на пороговом блоке 12 величиры.. Тем самым ограничивается 25 диапазон максимальной nepecfройки перестраиваемых фильтров 3 и 4, т. е. диапазон изменения tT для 6 jlC) и f для 5ц)С)

Блок управления работает следующим образом.30

Делитель 14 находит отношение напряжений на входе коммутируемого накопителя 6 и на его выходе сигнал, пропорциональный этому отношению, подается на аналого-цифровой преобразователь 15,

.выход которого управляет электронным переключателем 16, который в зависимости от сигнала с аналого-цифрового преобразователя 15 подключает к управляемым усилителям 8 и 9 тот или иной управляемый аттенюатор блока 17. Аналого-цифровой преобразователь 15 совместно с выбранным максимальным числом переклюi чений электронного переключателя 16 задает шаг дискретизации по видам шума (т. е. по видам зависимости () oTt

i и 5 q) ( Ь от ).

Для получения навы1соде устройства для измерения кратковременной несгабнльности

i частоты величина (9и )частотысреза

высокочастотного фильтра f-, и низкочастотного фильтра f выбираются из условия f -f , скорость спада частотной характеристики фильтра должна быть не менее 12 дБ/октаву.

Зависимость получаемого при этом напряжения на выходе измерителя 5 сред- неквадратического значения напряжения от характера действующего фазового шума при -jTr- и tr 4 также значения коэффициентов усиления усилителей, необходимые для получения на их выхода соответственно 6(t) и S qi()приведены в таблице.

f - верхняя граничная частота усилителя

Точность измерения 6,,4Г) и5((1 )оп-- При необходимости дискретизацию по

ределяется в основном дискретностьювидам шумов можно увеличить, используя

смешения частот срезов перестраиваемыхпредварительную калибровку прибора (нафильтров и дискретизацией по видам фазо-.пример, анализатором спектра и девиовых шумов.метром).

Точность измерения dv (tjH Зц() определяется только погрешностью уста новкй коэффициентов передачи узлов, используемых в приборе, т. е. в отличие от прототипа - полностью исключена методи- s ческая погрешность, так как в процессе измерения получают не дискретные значения у (как в прототипе), а зависимость evjlC), то естественно, по сравнению с прототипом, где требуется Д1Штельный 10 процесс получения ё- {t), общий процесс измерения существенно ускоряется. Предлагаемое устройство позволяет получить

одновременно величину ).

Ф о ула изобретения

Устройство для измерения кратковременной нестабил;ьности частоаъ, содержа- 20 щее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот, а таюке измери-. гель среднеквадратического значения на- щзяжения, отличающееся тем, И что, с делью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединен- ные генератор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый i управляемый усилитель, последовательно соединенные коммутируемый накопитель, , квадратор и второй управляемый усилитель.

а также последовательно соединенные перестраиваемый фильтр низких частот и пороговый блок,- вход которого подключен также к выходу перестраиваемого фильтра верхних частот и к выходу генер этора развертки, при этом выход перестраиваемого фййьтра верхних частот подключен к входу перестраиваемого фильтра низких частот, второй выход которого соединен с входом измерителя среднеквадратического значения напряжения, выход последнего соединен с первым входом коммути руемого накопителя, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход коммутируемого накопителя соединен с вторым входом первого управляемого усилителя и с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу измерителя среднеязвадратического значения напряжения, а второй выход блока управления соединен с вторым входом второго управляемого усрлителя. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ительной техники. Вып. 2, 1970, с. 72.

MedlS. , ДМ-23, , 40-48 {прототипь