Цифровой измеритель разбаланса квадратурных каналов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3а) G 01 Я 25!08 ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "::

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfÌÐÛÒÈA (21) 3532471/18-21 (22) 31.12.82 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) Н.Н. Касаткин и А.С. Тарасов (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство ССС

М 924611, кл. Cj 01 R 25/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 278870, кл. G 01 Я 25/04, 1968. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗБАЛАНСА КВАДРАТУРНЬИ КАНАЛОВ, содержащий генератор импульсов,. RS -триггер, Ж -вход которого является входом начальной установки, регистр последовательных приближений, установочный вход которого соединен с выходом RG -триггера, и блок управления фазой, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью увеличения точности, в него введены блок формирования экстремума, выход которого соединен с. 5 -входом R5 -триггера и С -входом регистра последовательных приближеннй, а тактовый вход соединен с выходом генератора, первый преобразователь напряжение код, выход которого соединен с пер вым входом блока управления фазой, а выход знакового разряда — с информационным входом блока формирования экстремума, второй преобразователь йапряжение - код, выход которого соединен с вторым входом блока управления фазой, а тактовые входы первого и второго преобразова телей напряжение — код совдинейы с выходом генератора импульсов, блок инверторов, входы которого соединены с соответствующими выходами регистра последовательных приближений, первый и второй формирователи, входы которых соединены с выходом блока инверторов, а выходы « с третьим и четвертым входами блока управления фазой соответственно, выход знакового разряда регистра последовательных приближений соединен.с пятым входом блока управления фазой, а между знаковым выходом блока управления фазой и информационным входом регистра последовательных приближений включен инвертор.

1081565

Изобретение относи1ся к измеритель ной технике и радиотехнике, в частности к устройствам для измерения

1фазового угла между напряжениями или токами, и может быть использовано в составе устройств различного назначения, где требуется осуществлять измерения разбаланса между квадратурными каналами и производить коррекцию фазового сдвига между 10 ними.

Известен компенсационный измери- тель разбаланса фаэ между двумя каналами, содержащий четыре автоматических переключателя, формирователь 15 импульсов, индикатор- нулевого фазового сдвига, первый и второй пересчетные блоки, генератор импульсов, счетчик импульсов, триггер, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ, элемент 20 совпадений, регистр памяти и цифровой отсчетный элемент f1) .

Недостатком устройства является то, что для обеспечения высокой точности измерений необходимо боль- 25. шое количество циклов компенсации, приводящее к значительному снижению быстродействия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель разбаланса квадратурных каналов, содержащий генератор тактовых импульсов, AG-триггер, К -вход которого явля-. ется входом начальной установки, регистр последовательных приближений, З 35 установочный вход которого соединен с выходами R5 -триггера, н блок управления фазой )?) .

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная отно- 4О сительно низкой точностью получения фазовых сдвигов аналоговыми фазовращателями, расположенными в блоке управления фазой в большом температурнРм диапазоне. Экспериментальные 4 данные показали, что в интервале температур от -60 до -+70 C точность установки фазы не больше +5 и узкий диапазон рабочих частот, обусловленный узкополосностью и неравномерностью ФЧХ фазовращателей и фазового детектора, Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что в изме- ритель разбаланса квадратурных каналов, содержащий генератор импульсов, Р -триггер, к -вход которого является входом начальной установки, регистр последовательных приближе- . ний, установочный вход которого сое1 инеи с выходом РБ -триггера, и блок управления фазой, введены блок формирования экстремума, выход которого соединен с 5 -входом Яб -триггера и 0 -входом регистра последовательных приближений, а тактовый вход соединен с выходом генератора, первый преобразователь напряжениекод,.выход которого соединен с первым входом блока управления фазой, а выход знакового разряда — с информационным входом блока формирования эстремума, второй преобразователь напряжение-код, выход которого соединен с вторым входом блока управления фазой, а тактовые входы первого и второго преобразователей напряжение-код соединены с выходом генератора импульсов, блок инверторов, входы которого Соединены с соответствующими выходами регистра последовательных приближений, первый и второй формирователи, входы которых соединены с выходом блока инверторов, а выходы .- с третьим и четвертым входами блока управления фазой соответственно, выход знакового разряда регистра последовательных приближений соединен с пятым входом блока управления фазой, а между знаковым выходом блока управления фазой и информационным входом регистра последовательных приближений включен инвертор.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 пример выполнения блока формирования экстремума.

Цифровой измеритель разбаланса квадратурных каналов содержит генератор 1 импульсов, 85 -триггер 2, регистр 3 последовательных приближений, блок 4 управления фазой, блок

5 формирования экстремума, первый преобразователь 6 напряжение-код (синусной составляющей входного сигнала), второй преобразователь 7 напряжение-код (косинусной составляющей входного сигнала), блбк 8 инверторов, первый 9 и второй 10 фор" мирователи и инвертор 11.

Блок 5 формирования экстремума содержит формующий блок 12, счетчик

13, триггер 14, элемент 15 совпадения и регистр 16.

1081565

При этом выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с.тактовы ми входами блока 5 формирования максимума и первого и второго преобразователей 6 и 7 напряжение-код, 5

Р -вход Rg -триггера 2 является входом начальной установки, установочный вход регистра 3 последовательных приближений соединен с выходом

R5 -триггера 2, 5 -вход которого сое- 0 динен с синхронизирующим входом регистра 3 последовательных приближе- ний и выходом блока 5 формирования экстремума, выход первого преобразователя 6 напряжение-код синусной 15 составляющей входного сигнала соеди-" нен с первым входом блока ф управления фазой, а выход знаково о разряда соединен с информационным входом блока 5 формирования экстремума, вы- 20 ход второго преобразователя 7 напряжение-код косинусной составляющей входного сигнала соединен с вторым входом блока 4 управления фазой, входы блока 8 инверторов соеДинены с соответствующими выхоДами информационных разрядов регистра 3 последЬвательных приближений, входы первого 9 и второго 10 формирователей соединены с.выходом блока 8 инверто- 30 ров, а выходы — с третьим и четвертым входами блока 4 управления фазой соответственно, выход знакового разряда регистра 3 последователь" ных приближений соединен с пятым входом блока 4 управления фазой. между знаковым выходом блока 4 уп. равления фазой и информационным входом регистра 3 последовательных приближений включен инвертор 11, 40 при этом выход блока 8 инверторов и выход знакового разряда регистра

3 последовательных приближений являются соответствующими выходами устройства. 45

Устройство работает следующим образом.

На входы первого и второго преобразователей 6 и 7 входные сигналы соответственно sin V4 и СОВ((.}t g), 50 где Ц вЂ” ошибка установления квадратуры (расквадратурность). После прохождения цикла измерения на выходе измерителя формируется код угла о соответствующий величине угла и зна- 55 ку расквадратурности (, а также формируются коды мгновенных значений сигнала « п G3 4 и коды мгновенных значений сигнала Cow (Vt g ) Р где — расквадратурность сигнала на выходе измерителя, соответ- . ствующая его точности. Алгоритм работы измерителя можно описать

1уравнением

cow(u< $) =сОЬ(Ы Су — +q n t +g.

cos8 1 !

1 где †. - значение функции на выходе первого формироватесоб3 ля 9 при подаче на его вход кода S

kg 8 — значение функции на выходе второго формирователя 10 при подаче на его вход кода 8.

Процесс измерения производится компенсационным методом с использованием принципа последовательных приближений, т.е. последовательного сравнения измеряемого угла С с

-1/2, 1/4; 1/8 и т.д. от его возможного максимального значения2/, $ искер

Это позволяет для И -разрядного измерителя выполнить весь процесс измерения за Й последовательных шагов приближения (итераций) вместо и

2 -1 при использовании единичных приближений.

Величину расквадратурности можно определить по формуле " 7И макс!

%,= —. И

Так, для измерителя с числом

8=12 и для о до =45, величина расквадратурности g равна 0,022О.

Следует отметить, что соответствующую разрядность кода могут обеспечить ПНК в широком температурном диапазоне.

Цикл измерения, содержащий 1 итераций, начинается с установки

RG -триггера 2 импульсом "Пуск" в состояние логического нуля. Генератор 1 формирует серию, которая тактирует работу первого преобразователя

6, второго преобразователя 7 и блока 5 формирования экстремума. Блок 5 по знаковому разряду, поступающему с первого преобразователя 6, формирует импульсы экстремума в моменты времени, совпадающие с моментами появления максимальных положительных значений кодов сигнала 51и Я, Первый импульс экстремума, поступая на вход С (синхронизации) регистра 3 одновременно с подачей логкческого

1081565 нуля на вход V 1 (" Установка 1") регистра 3, устанавливает на выходе старшего Н -го разряда уровень логического нуля, а на выходах всех остальных N --1 разрядов уровни 5 логической единицы. Одновременно импульс экстремума устанавливает на выходе R5 -триггера 2 уровень логической единицы, переводя регистр

3 в рабочее состояние. Код с выходов 1,..., Н -1 регистра 3 инвертируется в блоке 8 инверторов. Код с выхода блока 8 поступает на выход измерителя и на входы первого и второго формирователей 9 и 10. Блок

4 управления фазой, получая с выходов первого и второго формирователей

9 и 10 коды "/g()yg =1 и $3 = Ор формирует на выходе сигнал Co5((ding)

rue g = Q, т.е. в момент времени, соответствующий моменту уСтановки на выходе измерителя угла о О, происходит передача сигнала сааб(63И® с входа блока 4 на его выход без

25 изменений. Логический уровень знакового разряда кода сигналасоб((РН

+ г, ) в момент появления максимального значения кода сигнала 5jn G3t соответствует знаку расквадратурности F . Логический уровень знакового разряда кода сигнала coS(mt+ +g), проинвертированный инвертором 11, поступает на D -вход регистра 3.

При поступлении второго импульса экстремума на вход 1 регистра 3, на вход N -ro разряда регистра 3 перепишется информация, поступившая на его 33 -вход, а на выходе М -1 разряда блока 8 инверторов формирует ся сигнал с уровнем логической единицы. При этом код на выходах блока 8 инверторов и соответственно выходе измерителя соответствует 1/2 от максимального измеряемого угла.

При поступлении третьего импульса экстремума на вход С 1 регистра 3, в зависимости от логического уровня знакового разряда кода сигнала

С05(43 - (j, значение Й -1-го разряда блока 8 инверторов остается прежним или изменится на противоположное, а в Я -2-м разряде блока 8 инверторов установится уровень логической единицы. При этом значение кода на выходе блока 8 инверторов 55 будет или равно 1/2-1/4 от максимального измеряемого угла, или рав, но 0-1/4 от максимального измеряемого угла. Этот процесс будет продолжаться до Полного заполнения регистра 3. Регистр 3 после заполнения автоматически переходит в режим хранения, информации. Новый цикл измерения начинается по ле подачи импульса "Пуск" на R -вход R5 -триггера 2.

Блок 5 формирования экстремума работает следующим образом.

Знаковый разряд кода с выхода первого преобразователя 6 через формирующий блок 12 поступает на вход "Сброс" счетчика 13. На его счет. ный вход поступают импульсы с выхода генератора 1. При воздействии фронта импульса, открывающего счетчик

13, он зарегистрирует некоторое количество счетных импульсов, пропор" циональное длительности импульса,,соответствующее число записывается в регистр 16. Запись в регистр 16 управляется триггером 14,, выход которого в исходном положении находится в состоянии логической единицы.

Число двоичных разрядов регистра

16 выбирается на единицу меньшим, чем у счетчика 13, и запись чисел в регистр 16 происходит соответственно с уменьшенным вдвое весом. Спадом импульса триггер 14 устанавливается в положение "0", счетчик 13 сбрасывается в "0". Во время действия следующего фронта счетчик 13 вновь эаполняется счетными импульсами и происходит сравнение кодов счетчика 13 и регистра 16 в элементе 15 сравнения кодов. При совпадении кодов на выходе элемента 15 появляется импульс, который установит триггер

14 в "1" и откроет запись в регистр

16, В момент спада импульса знакового разряда в регистре 16 будет записано число, соответствующее половине длительности этого импульса.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока в регистре 16 не будет записано число, равное половине длительности импульса знакового разряда кода с выхода первого преобразователя 6. Во время действия следующей положительной полуволны сигнала

gjI1 и1 это число сравнивается с текущими кодами счетчика 13, и в момент времени, соответствующий середине импульса знакового разряда первого преобразователя 6, на выходе элемента 15 формируется -импульс

1081565 экстремума. Таким образом, импульсы .экстремума формируются в каждом периоде сигнала.

Введение блока 5 формирования экстремума, первого и второго форми- 5 рователей.,9 и 10, первого и второго преобразователей напряжение-код 6 и 7 вместо фазовращателей, ключей и фазового дискриминатора позволило избавиться от всех недостатков, таких как температурная нестабильность

ФЧХ, составляющая +5, узкая полоса ,частот, в которой обеспечивается линейность ФЧХ с шириной +0,5%, . где 1п — средняя частота полосы, температурная нестабильность коэффи.циента передачи, составляющая- +10X, погрешность установки фазы, возникающая при различных вариациях.,замыкания ключей, равная «+1 .

За базовый объект принято устройство цифровой фазовой коррекции квадратурных каналов. Принцип действия основан на подсчете количества импульсов в интервале между переходами через ноль сигналов в квадратурных каналах. Устройство может работать только на одной фиксированной частоте, что значительно сужает его функциональные возможности. Кроме того, точность измерения и выравнивания.фазовьгх сдвигов sa счет выполнения математических операций приблио

О женными методами не превышает +1 при максимальйой расквадратурности о сигналов на входе не более 10 . Выполнение математических операций точными методами, позволяющими увеличить точность базового объекта, приводит к значительному увеличению объема аппаратуры. !

Предложенный измеритель работает в полосе .частот сигналов, начиная с долей Гц, до сотен мГц (верхняя граница полосы определяется быстродействием применяемых преобразователей напряжение-код), что позво- лило повысить точность устройства до количества разрядов преобразователей .напряжение-код независимо от величины отношения частоты тактирования преобразователей напряжениекод к частоте входного сигнала.

1081565

Заказ 1543/40

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С.Морозов

Редактор С.Патрушева Техред Т.Иаточка Корректор М.Шароши