Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ по авт.св. № 779896, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены последовательно соединенные детектор , усилитель постоянного тока, триггер , ключ и блок управления, а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора - с входом детектора и выходом умножителя, второй вход которого подключен квыходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управления - с входом опорного генератора.

COO3 COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 5„G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 779896 (21) 3479558/18-21 (22) 30.07.82 (46) 07.05.84. Бюл. ¹ 17 (72) И.Ф. Соколов и А.Б. Степанов (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 779896, кл. G 01 R 23/00, 11. 12.78. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

КРАТК0ВРЕМЕНН0А НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ по авт.св. ¹ 779896, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные детектор, усилитель постоянного тока, триг. гер, ключ и блок управления, а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора — с входом детектора и выходом умножителя, второй вход которого подключен к выходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управления - с входом опорного генератора.

1091

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике.

По основному авт,св. N 779896 известно устройство для измерения крат- 5 ковременной нестабильности частоты, содержащее частотомер, последовательно соединенные опорный генератор, смеситель, умножитель,последовательно соединенные синхрогенератор, кинп-. реле и ключ, последовательно соединенные первый генератор задержанных импульсов, первый временной селектор и второй временной селектор, а также второй генератор задержанных импульсов, вход которого подключен к первому выходу синхрогенератора, второй выход последнего соединен с входом первого генератора задержанных импульсов, при этом выход второго генера- 20 тора задержанных импульсов подключен, к второму входу второго временного селектора, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход последнего подключен к выходу первого временного селектора, второй вход которого соединен с выходом умножителя (! ) .

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения 30 кратковременной нестабильности частоты, проявляющуюся В том, что при измерении кратковременной нестабильности частоты после окончания переходного режима установления колебанийз5 накладывается нестабильность частоты, обусловленная медленными ее уходами за счет влияния окружающей температуры и нестабильности питающего напряже ния на исследуемый кварцевый генера- 40 тор. Кратковременная нестабильность частоты, измеренная с задержкой после момента подачи питающего напряжения на исследуемый кварцевый генератор, складывается из самой кратковременной45 нестабильности частоты, обусловленной различными шумовыми характеристиками генератора, и из нестабильности частоты, обусловленной температурным влия нием и изменением питающего напряжения 50 на элементы кварцевого генератора.

Цель изобретения — повышение точности измерения кратковременной неста- . бильности частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дпя измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее частотомер, последо085 вательно соединенные опорный генератор, смеситель, умножитель, последовательно соединенные синхрогенератор, кипп-реле и первый ключ, последовательно соединенные первый генератор задержанных импульсов, первый временной селектор и второй временной селектор, а также второй генератор задержанных импульсов, вход которого подключен к первому выходу синхрогенератора, второй выход последнего соединен с входом первого генератора задержанных импульсов, при этом выход второго генератора задержанных импульсов подключен к второму входу второго временного селектора, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход последнего подключен к выходу первого временного селектора, второй вход которого соединен с выходом умножителя, введены последовательно соединенные детектор, усилитель постоянного тока (УПТ}, триггер, ключ и блок управления > а также последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второй вход фазового детектора соединен с входом детектора и выходом умножителя, второй вход которого подключен к выходу эталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выход блока управления соединен с входом опорного генератора.

На чертеже изображена схема устрой" ства.

Синхрогенератор 1 соединен с входом кипп-реле 2, выход которого соединен с первым входом первого ключа 3, к второму входу последнего подсоединен источник 4 питания, выход ключа 3 подключен к исследуемому генератору

5, выход которого подсоединен к первому входу смесителя 6, к второму входу последнего подсоединен выход опорного генератора 7, выход смесителя 6 через умножитель 8 подключен к первому входу первого временного селектора 9, выход которого подключен к первому входу частотомера 1О, пер-. вый выход синхрогенератора 1 через генератор 11 задержанных импульсов подключен к второму входу первого временного селектора 9, второй выход синхрогенератора 1 через последовательно соединенные. генератор 12 заз 10910 держанных импульсов, второй временный селектор 13 подсоединен к второму входу частотомера 10, выход первого временного селектора 9 соединен с вторым входом второго временного селектора 13, выход умножителя 8 соединен с входом последовательно соединенной цепочки, состоящей из детектора 14, усилителя 15 постоянного тока (УПТ), триггера 16 и второго ключа 17, второй вход ключа 17 соединен с выходом фазового детектора 18, первый вход которого соединен с выходом умножителя 8, а второй вход фазового детектора 18 соединен с выходом эталонного. генератора 19, выход которого также соединен с вторым входом умножителя

8, выход ключа 17 через блок 20 управления соединен с входом опорного генератора 7, второй вход триггера о

16 соединен с вторым выходом синхрогенератора 1.

Устройство работает следующим образом.

Запускающий импульс с синхрогенератора.поступает на кипп-реле 2, генераторы 1 1 и 12 запускающих импульсов и второй вход триггера 16. Киппреле 2 формирует бланкирующий импульс который открывает ключ 3. Через последний напряжение питания с источника 4 питания поступает на исследуе. мый генератор 5. Длительность бланкирующего импульса с кипп-реле 2 определяет время в течение которого наФ

35 пряжение питания с.- источника 4 питания через ключ 3 подается на исследуемый генератор 5. Длительность бланкирующего импульса устанавливается на кипп-реле от 0 5 с и более. Запускающий импульс с синхрогенератора 1 запускает триггер 16, импульс с которого (с уровнем логической единицы) поступает на ключ 17 и закрывает его. Сигнал с исследуемого генератора 5 поступает на смеситель 6, где смешивается с сигналом опорного генератора

7. Выходной сигнал разностной частоты со смесителя 6 многократно умно-, жается умножителем 8 после смещения с частотой от эталонного генератора

19. Сигнал с умножителя 8 поступает параллельно на вход фазового детектора 18, детектора 14 и временного . селектора 9. На второй вход фазового детектора поступает сигнал с эталонного генератора 19. С выхода фазового детектора 18 сигнал поступает на второй вход ключа 17. Сигнал с фазового

85 4 детектора не проходит на выход ключа

17, следовательно не изменяется емкость варикапа. в блоке 20 управления частоты при наличии выходного импульса с уровнем логической единицы с триггера 16. Опорный генератор 7 при отключении по выходу фазового детектора 18 от блока 20 управления частоты работает на средней частоте, определяемой средним значением емкости варикапа блока 20 управления частоты.

На выходе детектора 14 выделяется огибающая переходного процесса (установления колебаний) исследуемого генератора 5, которая усиливается УПТ

15 и поступает на первый вход триггера 16. Как только нарастающий по. амплитуде сигнал на выходе УПТ 15 достигает установившегося значения на первом входе триггера 16 триггер перебрасывается в состояние логического нуля, ключ 17 открывается и сигнал с фазового детектора 18 поступает на блок 20 управления частоты, в результате чего изменяется средняя емкость варикапа в блоке 20 управления частоты и изменяется частота опорного генератора 7 под изменение частоты исследуемого генератора, изменение которой

1 произошло в результате воздействия окружающей температуры или за счет изменения напряжения источника 4 питания. Детектор 14,. УПТ 15, триггер

16 и ключ 17 выполняют роль задержки включения кольца фазовой подстройки частоты опорного генератора 7, когда кратковременная нестабильность частоты измеряется во время переходного процесса установления, колебаний исследуемого генератора 5. Роль кольца фазовой подстройки частоты ocîáåííî существенна, когда измерение кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора производится через большое время, после включения .источника питания, а кратковременная нестабильность оценивается за довольно большое время измерений (1-3 с).

Селектор 9 пропускает сигнал на первый вход частотомера 10 при наличии импульса с генератора 11 на втором входе временного селектора 9. Сигнал на втором входе частотомера 10 поступает при наличии импульса на втором входе временного селектора 13 с генератора 12 задержанных импульсов. Изменяя задержку импульсов с генераторов 11 и 12 задержанных импульсов относительно импульса с синхрогенера"

1091085 тора 1, можно проводить измерения кратковременной нестабильности часто- ты от момента подачи напряжения питания на исследуемый генератор 5 до его выключения. Время усреднения (изме- 5 рения) частоты устанавливается на частотомере. Частотомер может выдавать информацию в виде отсчетов, соответствующих началу и концу времени измерения, за которое определяется кратковременная нестабильность частоты. В качестве частотомера может быть использован частотомер реверсивного типа.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения кратковременной нестабильности после окончания переходного процесса установления колебаний исследуемого генератора за счет того, что медленные уходы частоты исследуемого генератора, обусловленные воздействием окружающей температуры и нестабильностью напряжения источника питания, выбираются кольцом фазовой подстройки частоты, которое подстраивает частоту опорного генератора 7 под частоту исследуемого генератора 5. Кольцо фазовой подстройки частоты имеет временную задержку по его включению, равную длитель- З0 ности переходного процесса установления колебаний исследуемого генератора, и таким образом не влияет на измерение кратковременной нестабильности частоты при установлении коле- З5 баний исследуемого генератора.

По сравнению с базовым прибором, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерейия кратковре-„ менной нестабильности частоты после окончания процесса установления колебаний исследуемого генератора за счет исключения медленных ухопов частоты исследуемого генератора,обус 45 ловленных воздействием окружающей температуры и нестабильностью напряжения источника питания. Медленные уходы частоты в устройстве эа счет дестабилизирующих факторов выбираются кольцом фазовой подстройки частоты, 50 которое включается после установления амплитуды колебаний исследуемого re" нератора. Задержка включения фазового детектора выполняется с помощью детектора, УПТ, триггера и второго клю- 5 ча 1

В известном устройстве использован компараторный умножитель частоты типа Ч7-12. Погрешность измерения длительности периода частотомером определяется известным выражением

44 А(3 +To o1

1, где о — относительная нестабильность частоты эталонного кварцевого генератора (для стандарта частоты типа Ч1-40 go+ 10Е);

Ть — период повторения меток времени (для частотомера ЧЗ-34А

f = 100 ИГц, т.е. To =

0,01 мкс);

Т вЂ” длительность периода измеряемой частоты;

n — - множитель периода, устанавливаемый на частотомере.

Погрешность измерения длительности периода частотомером ЧЗ-34А сигнала частотой f = 10 кГц (Т„ =100 мкс), поступающего с выхода компаратора частоты Ч7-12, равна

0 01 -4 4 (10 + - =+ 10

Таким образом, абсолютная погрешность измерения частоты 10 кГц с выхода компаратора частоты Ч7-12, измеренная частотомером Ч3-34А, равна

4 -4 дf f„ = 10 ° 10 = + 1 Гц

С учетом коэффициента умножения

0 компаратора частоты н при измерении одного периода выходной частоты с компаратора относительное значение погрешности измеряемой частоты составляет

d AT яс где fo- частота сигнала исследуемого кварцевого генератора;

N — - коэффициент умножения компараторного умножителя.

Среднеквадратичная относительная погрешность измерения периода по первому и второму. входам частотомера определяется выражением

Так для исследуемого кварцевого генератора с частотой 170 МГц и при

N- =10

-10 . = 1 085 10

7 1091085 генератора + 2 х 10 на 1 С, то при изменении окружающей температуры на

«+ +(0,01 — 0,001) С за 1 с относитель ный уход частоты исследуемого кварце- 1О ваго генератора составляет + 2(10

10 ). При изменении напряжения источника питания на 15Ж от номинального значения относительные уходы частоты составляют 1(1-5) х 10 . При нестабильности источника питания

+0,05X sa 1C относительные уходы частоты составляют «+ (1-5) х 10

Иэ приведенных расчетов относительных уходов частоты за счет изменения температуры и питающего напряжения видно, что медленные уходы частоты превышают разрешающую способность измерения кратковременной нестабильности частоты (10,85 х 10 ) устройства и не позволяют с достаточной точностью измерить кратковременную нестабильность частоты исследуемого генератора, обусловленную шумовыми характеристиками исследуемого ЗО генератора. Кроме того, наличие медленных уходов частоты у исследуемого кварцевого генератора не позволяет использовать компараторный умножитель

Ьf.N -4 1000 Гц, где ДŠ— абсолютный уход частоты исследуемого генератора от номинального значения;

N — - коэффициент умножения ком паратора. Таким образом, при коэффициентах умножения 10, 10 уход частоты от номинального не должен превышать

1 1 Гц, что .невозможно выполнить при измерении кратковременной нестабильности у генераторов со средней нестабильностью частоты «+ 5(10 -10 ) беэ постоянной подстройки частоты опорного генератора. Введение фазового кольца подстройки частоты опорного генератора, которое включается после установления колебаний исследуемого генератора, позволяет повысить точность измерения кратковременной нестабильности частоты эа счет исключения иэ результатов измерения медленных уходов частоты исследуемого генератора и использования больших коэффициентов умножения компараторного умножителя.

Составитель Л. Воронина

Редактор А. Курах, Техред M.Tenep Корректор M. Шароши

Заказ 3075/41 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

Медленные уходы частоты исследуе" частоты при больших коэффициентах мого кварцевого генератора опреде- умножения N. Абсолютный уход частоты ляются изменением окружающей темпера-. исследуемых генераторов для умножитуры и нестабильностью напряжения ис- телей типа Ч7-5, Ч7-12 связан с коточника питания, Так, например, если 5 эффициентом умножения компаратора температурный коэффициент частоты следующей зависимостью: