Измеритель волнового сопротивления симметричных линий задержки Советский патент 1983 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в автоматизированньис сйЪтемах измерения параметров симметричных печатных линий задержки;

Известен измеритель волнового сопротивления, содержащий измеритель емкости. По измеренным значениям входной емкости линии задержки и ее длины волновое сопротивление определяется расчетным путем l..

Однако такое измерение обладает низкой точностью-, особенно в том случае, когда линия задержки выполнена в виде сложного рисунка полосковой линии на малогабаритной печатной плате.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель сопротивления симметричных линий задержки, содержшций блок согласования и цифровой индикатор 23

Однако известный измеритель сопротивлений симметричных линий задержки не обеспечивает высокую точность измерений, поскольку зависимость волнового сопротивления производится не во всем диапазоне рабочих частей, а лишь на двух фиксированных частотах.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Для достижения дели в измерителе сопротивлений симметричных линий задержки введены генератор тестовых импульсов и включенный на его выходе фазорасщепитель, выход которого является, входом исследуемой линии задержки, а к выходу блока согласова10ния последовательно подключены вычитающий усилитель и блок сравнения, выход которого соединен с информационным входом D-триггера, между даыкодом блока согласования и тактовым

15 входом D-триггера последовательно включены вспомогательная линия задержки, масштабный усилитель и формирователь строба, при зтом выход D-триггера соединен с входом введен20ного генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами блока согласования и цифрового измерителя, а выход масштабного усилителя соединен с

25 вторым входом блока сравнения, причем вход блока согласования является выходом исследуемой линии згшержки.

На фиг.1 приведена структ5Фная .схема измерителя волнового сопро30тивления симметричных линий задержки; на фиг.2 - диаграммы напря жений, показывающие формы выходных сигигшов генератора тестовых импуль сов (а), генератора пилообразного напряжения (б), вычитающего усилите ля (в), масштабного усилителя (г), блока сравнения (д), формирователя строба (е), D-триггера (ж). Измеритель волнового сопротивления симметричных линий задержки содержит последовательно соединенные генератор 1 тестовых импульсов, фазорасщепитель 2, исследуемую сим-, метричную линию 3 задержки (СПЛЗ), блок 4 согласования, вспомогательную линию 5 задержки, масштабный усилитель б и формирователь 7 стрбба. Симметричный вход вычитающего усилителя 8 соединен с выходом блока 4 согласования, а выход - с первым входом блока 9 сравнения, второй вход последнего подключен к выходу масшта бного усилителя б, а выход к информационному входу П-три ;гера 10,тактовый вход D-триггера Ю соед нен с выходом формирователя 7 строб а выход - с входами генератора пилообразнйго напряжения (ГПН) 11 я цифрового измерителя 12, выход ГПН 11 подключен к второму входу цифров го измерителя 12 и управляющему входу блока 4 согласования. Устройство работает следующим об разом. Генератор 1 тестовых импульсов формирует прямоугольные импульсы с длительностью фронта порядка 1-3 не а фазорасщепитель 2 выполнен в виде д фференциального усилителя с несим метричным входом. Нлок 4 согласования может б1ать в полнен в виде симметричного транзисторного каскада по схеме с общей базой, входное сопротивление которо го плавно изменяется под воэдействи ем управляющего напряжения на базах транзисторов либо может содержать активный элемент, дшФФерендиальное сопротивление которого зависит от напряжения. Маоатабный усилитель б и вычитаю «ий усилитель 8 выполняются на основе операционных усилителей с широкой полосой пропускания, а формирователь строба 7 - на основе триггера ШМитта. Цифровой измеритель 12 содержит вольтметр, масштабный преобразователь измеренного напряжения в величину сопротивления и цифровой индикатор результатов измерения. Блок 9 сравнения представляет собой быстродействунаций компаратор напряжения. Устройство работает .следунидим об разе. Генератор 4 тестовых импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы {фиг.2а). длительностью Тц(3. .. iMOKc Д максимальное ожидаемое время задержки измеряемой СЛЗ, и скважностью . С помощью фазовращателя 2 формируется дифференциальный сигнал для . симметричного возбуждения измерителя блока 3. Под воздействием-пилообразного напряжения (фиг.26), поступающего на управляющий вход блока 4 согласования с выхода ГПН 11, входное сопротивление R0X блока 4 согласования изменяется в интервале f, Рмакс - соответственно минимальное и аксимальное ожидаемые значейия волнового сопротивления исследуемой СЛЗ. При этом время ftaрастания пилообразного напряжения выбирается во много раз большим, чем период повторения импульсов генератора 1 тестовых импульсов. С изменением входного сопротивления блока 4 согласования изменяются условия согласования измеряемой СЛЗ с нагрузкой К В результате на выходе блока 4 согласования форма тестовых импульсов также изменяется. Если ° соответствует начальному участку пилообразного напряжения, воздействующему с выхода ГПН 11 на управляющий вход блока 4 согласования, тестовые импульсы на выходе блока 4 за счет отражения от несогласованной нагрузки R имеют выброс прямоугольной формы (фиг.2в). Длительность этого выброса равна времени задержки Тз измеряемой СЛЗг а амплитуда пропорциональна , степени ее рассогласования с нагрузкой . Помере нарастания пилообразного напряжения разность Rg, -f стремится к нулю и при некоторой величине этого напряжения выполняется условие согласования измеряемой СЛЗ (измерительный блок 3) с нагрузкой, т.е. . Импульсы противоположной полярности на симметричном выходе блока 4 согласования воздействуют на вход вычитающего усилителя 8, где происходит вычитание и устранение сигналов. При этом компенсируется неидентичность формы сигнала каждого плеча блока 4 согласования,- вызванная возможным различием волновых сопротивлений плеч реальной-СЛЗ. С выхода блока ,4 согласования дифференциальный сигнал воздействует также на. вспомогательную линию 5 задержки, которая осуществляет задержку этого сигнала на время эмокс(Фиг-2г). Масштабный усилитель б обеспечивает согласование вспомогательной

ли НИИ 5: э адержки с .на груз кой, т.е. с входом масяатабного усилителя 6, и преобразование дифференциального : сигнала в рдиополярныЯ. При этом коэффициент передачи масштабного усилителя 6 компенсирует эатухаииб сигнала во вспомогате1|зЬной линии 5 задержки таким образом, чтобы общий коэффициент передачи последней и маещтабного усидителя 6 был равен коэффициенту передача вычитакедего усилителя 8. В результатена оба : входа бДока 9 сравнения поступают импульсы одинаковой формв и амплитуды/ но сдвинутые во времени друг относительно друга на величину т (фиг.2в,г).

Блок 9 сравнения формирует сигнал логической единицы, если мгнот венное значение выходного сигнала . вычитающего усилителя 8 превышает мгновенное значение выходаюго аигнала масштабного усилителя б и сигнал логического нуля в противном случае (фиг.2д.

В цроцессе. измерения участок импульса на отрезке времени t. ..t (или - й.«. , -, содержащий выброс (фиг.2г), сравнивается с установившимся значением этого импульса, которое сдвинуто отнойнтеяьно начала внброса на величину . Остальные участки выходного напряжения блока 9 сравнения не несут полезной информации, поэтому опрос блока 9 сравнения производится стробируЕсяшИ импульссял (фиг.2е, сфо1 о1рованнш4 формирователем 7 строба по фронту выходного импульсг1 масоигабного усилителя б (фиг.2г, моменх t. Ври. строб воздействует иа тактовый вход D-триггера 10 и посиедний запс лкнает состояние бярка 9 сравнения на отрезке t .. .t (фиг.2ж) .

В начале цикла работы измерителя мгновенное значение ГПН 11 мало, р , и на вершине тестового ийпульса а счет отражения от несо- ; гласов ан ной с СЯЗ на17рузки RgJ образуется выброс В результате в кюмент стробирования в 0-тригге8| 10 записывается логический ноль.

При нарастании пилообразного, напряжения на выходе ГПН 11 наступает момент, когда выполняется равЬнC1JBO Rj P и выброс на вершине тестового импульса исчезает. При этом в момент стробирования в D-триггер 10 записывается сигнал логической единицы (фиг.2ж). Этот сигнал войдействует на вход ГПН 11 и останавливает процесс нарастания пилообразного- напряжения , фиксируя его величину, при которой Кроме того, упомянутый логический сигнал выдает. команду цифровому измерителю 12 на

измерение этого напряжения. Последний преобразует измеренное н ряжение в значение входного сопрЬтйвления Rg, блока 4 согласования, .в результате чего на индикаторе цифрового измерителя 12 отображается ; значение волнового сопротнеления измеряемой СЛЗ.

..Через некоторый промежуток времени, необходимый дня измерения наoпряжения происходит сЪррс ГПН 11 и цикл измерения повторя ется. .

В отличие от известного; яёмерителя измерение волново го сопротивления СЛЗ производится во BpeMiSH5ной области с помощью импульсных . сигналов, им 1Н1ЩХ широко4а1стс1тный спектр, за счет чего расширяется диапазон частот, в котором получают информацию о величине волнового сопро0тивления. Нёшример, при выбрре в качестве тестового сигнала прямбугольных импульсов с временем нарастания, равным I но, эффективное измерение волнового сопротивления осучест- -.

5 вляется в иовосе. частот до 350 МГц, ; т.е. в Ф1апазоне, в котором СЛЗ реально используется в осциллогра- : фии. , . . ;- . . V ; :. -

того р,стробирование срав0нивающего устройства производится в момент качала вершины сдвинутого тестового импульса, т.е. во временном отрезке, сгоответствуквдем Нежбблее высокочастотным спектральным составлшепот последнего.

5

Поэтому,точность И достоверность измерения волнового сопротивления существенно возрастают

За счет использования зйасокостабильных узл(эв.-вспомогательной

0 линии задержки 5 и прециэионнохю масяйтабного усилителя 6 тестовый импульс сравнивается оо своей сдвинутой во времени копией, в результате чего., исключается пограяность из5мерения , обусловленная заведомо веизвестньш затуханием изме 1тельнохЧ блока 3, а также за счет нестабильности амплитуда си1:%алов генёратора 1 тестовых. и юульсов. ,

0

Кроме того, по сравнений с известным, погрешность .измерения волнового сопротивления СЛЗ уменьшается с 12-15% До 7-8% за счет взаимной . компенсгоши помех и наводок на цепи,

5 подключенной к входам блока 9 сравнения , а также в результате цифровдй обработки сигналов в процессе измерения.

во Подавляющее большинство функциональных узлов предлагаемого устрой- . ства может быть реализовано на серий-, ных микросхемах общего применения, за счет чего обеспечивается высокая

65 надежность работы, а также малые г бариты, вес и энергопотребление устройст ва.

Формула изобретения

Измеритель волнового сопротивлени симметричных линий задержки, содержагаий блок согласования и цифровой измеритель, отличающийся тем, что, с целью повышения точноети, введены генератор тестовых импульсов и включенный на его выходе фазорасщепитель, выход которого является входом исследуемой линии задержки , а к выходу блока согласования последовательно подключены вычитающий усилитель и блок сравнени выход которого соединен с .информационньом входом D-триггера, между выходом блока согласования и тактовых входом D-триггера. последовательно включены вспомогательная линия

задержки, масштабный, усилитель и формирователь строба, при этом выход D-триггера соединен с входом цифрового измерителя и входом введенного генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами блока согласования и цифрового измерителя, а выход масштабного усилителя соединен с вторым входом блока сравнения причем вход блока согласования является выходом исследуемой линии задержки .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ротовенко С.С. Радиоизмерительные, приборы. Мс, Советское

1974, с. 378-379.

радио,

2.Авторское свидетельство СССР 696391, кл. G 01 R 27/26, 1976 (прототип).