Формирующее устройство фазометра

 

1. ФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОМЕТРА, содержащее высокочастотный генератор, ключевой модулятор и демодулятор, отличающееся тем, что, с целью повышения фазовой стабильности, в него введены элемент выборки-хранения, формирователь импульсов, два элемента задержки, усилитель постоянного тока, компаратор и блок цифровой коррекции дрейфа нуля, соединенный выходом с управляющим входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к информационным входам демодулятора и компаратора, а информационный вход через ключевой модулятор соединен с выходом элемента выборки-хранения , которьй информационным входом соединен с входом устройства, а управляющим входом - с первым выхо75 . %J ... lv..дом формирователя импульсов, к которому также подключены первый элемент задержки и основной управляющий вход ключевого модулятора, соединенного дополнительным управляющим входом с вторым выходом формирователя импульсов, который через второй элемент задержки соединен с управляющим входом демодулятора , вход формирователя импульсов соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход первого элемента задержки соединен с тактовым входом блока цифровой коррекции дрейфа нуля, информационный I вход которого соединен с выходом компаратора. (Л 2. Устройство по п. I, о т л ичающееся тем, что блок цифровой коррекции дрейфа нуля содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом блока, а также элемент задержки, соединенный выходом с входом записи регистра, а входом - со счетным входом реверсивного счетчика, соединенным в свою очередь с тактовым входом блока, информационный вход реверсивного счетчика соединен с информационным входом блока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4 G 01 R 25/00 (21 ) 3747946/24.»21 (22) 01.06..84 (46) 23.12.85. Бюл. 9 47 (71) Красноярский политехнический институт (72) А.С.Глинченко, С.В.Чепурных и Г.А;Савраненко (53) 621.317.77(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР .

9 305422,, кл. G Ol R 25/00, 1971, Авторское свидетельство СССР

9 451965. кл, G Ol R 25/00, 1974. (54)(57) 1. ФОРМИРУ1ЩЕЕ УСТРОЙСТВО

ФАЗОИЕТРА, содержащее высокочастотный генератор, ключевой модулятор и демодулятор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения фазовой стабильности, в него введены элемент выборки-хранения, формирователь импульсов, два элемента задержки, усилитель постоянного тока, компаратор и блок цифровой коррекции дрейфа нуля, соединенный выходом с управляющим входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к информационным входам демодулятора и компаратора, а информационный вход через ключевой модулятор соединен с выходом элемента выборки-хранения, который информационным входом соединен с входом устройства, а управляющим входом - с первым выходом формирователя импульсов, к которому также подключены первый элемент задержки и основной управляющий вход ключевого модулятора, соединенного дополнительным управляющим входом с вторым выходом формирователя импульсов, который через второй элемент задержки соединен с управляющим входом демодулятора, вход формирователя импульсов соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход первого элемента задержки соединен с тактовым входом блока цифровой коррекции дрейфа нуля, информационный вход которого соединен с выходом компаратора.

2. Устройство по п. 1, о т л и-. чающее с я тем, что блок цифровой коррекции дрейфа нуля содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом блока, а также элемент задержки, соединенный выходом с входом записи регистра, а входом — со счетным входом реверсивного счетчика, соединенным в свою очередь с тактовым входом блока, информационный вход реверсивного счетчика соединен с информационным входом блока.

50

1 1гОО!

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для построения фазометров инфранизкочастотного диапазона.

Целью изобретения является повы-. 5 шение фазовой стабильности устройства за счет привязки моментов перехо.да входных, сигналов через нуль к последовательности прямоугольных импульсов высокой частоты, модулируемых по амплитуде входным сигналом с последующей синхронной демодуляцией усиленного и сформированного сигнала. При этом временное положение выходного сигнала относительно вход- !5 ного остается неизменным в заданном диапазоне изменения задержки, обусловленной влиянием дестабилизирующих факторов. Абсолютное значение переменной составляющей задержки в 20 тракте уменьшается за счет его реализации на основе усилителя постоянного тока (УПТ) с автоматической цифровой коррекцией дрейфа нуля, исключающей реактивные элементы межкаскад- 25 ной связи.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 — структурная схема элемента выборки-хранения и ключевого модулятора, на 30 фиг. 3 — структурная схема блока цифровой коррекции дрейфа нуля, на фиг. 4 — временные диаграммы.

Устройство (фиг. 1} содержит последовательно соединенные элемент

1 выборки-хранения, ключевой модулятор 2, усилитель 3 постоянного тока и демодулятор 4, последовательно соединенные компаратор 5 и блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля, 40 выход которого соединен с управляющим входом усилителя 3 постоянного тока, соединенного выходом со входом компаратора 5, а также последовательно соединенные высокочастот- 45 ный генератор 7 и формирователь 8 импульсов, соединенный с элементом

1 выборки-хранения, ключевым модулятором 2 и через первый и второй элементы 9, 10 задержки — демодулятором 4 и блоком 6 цифровой коррекции дрейфа нуля.

При этом блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля (фиг. 3) содержит последовательно соединенные ревер- 55 сивиый счетчик 11, регистр 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и фильтр 14 нижних частот, выход ко95 торого соединен с выходом блока, а также элемент 15 задержки, соединенный входом со счетным входом реверсивного счетчика 1.1, а выходом — со входом записи регистра

12, счетный вход реверсивного счетчика соединен с тактовым входом блока, а его информационный вход — с информационным входом блока.

Устройство работает следующим образом.

Входное гармоническое колебание (фиг. 4а) поступает на информационный вход элемента выборки-хранения, на управляющий вход которого подается последовательность прямоугольных импульсов частоты f< с первого выхода формирователя 8 импульсов (фиг. 4б), которая также поступает на основной управляющий вход ключевого модулятора 2, на дополнительный управляющий вход ключевого модулятора 2 со второго выхода формирователя 8 импульсов поступает вторая последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутая по Фазе относительно первой на 180 (фиг. 4в). Элемент

1 выборки-хранения (фиг. 21 содержит электронный ключ 16 и конденсатор 17.

Электронный ключ 16 элемента 1 замыкается на время С =1/2fs действия прямоугольного импульса первой последовательности, в течение которого происходит запоминание на конденсаторе 17 элемента 1 значения входного сигнала . Во время паузы между импульсами этот ключ разомкнут и напряжение с конденсатора 17 элемента 1 поступает на ключевой модулятор 2, который

1,фиг. 2) выполнен по последовательно-параллельной схеме и содержит ключи 18 и 19, Во время запоминания входного сигнала электронный ключ 18 модулятора 2 разомкнут, а ключ 19 замкнут. При этом вход усилителя 3 постоянного тока закорочен и его выходное напряжение соответствует усиленному напряжению смещения нуля, обусловленному дрейфом и фликкер-шумами.

В следующем полупериоде, во время действия импульса второй последовательности формирователя 8 импульсов, электронный ключ 19 моду1200195!

В результате обеспечивается высокая фазовая стабильность формиру- 45 ющего устройства при работе в заданном диапазоне температур и изменении частоты и амплитуды сигнала.

Реализация тракта усиления и формирования сигнала на основе УПТ 50 прямого уснления исключает разделительные RC-цепи и вносимые ими задержки, что облегчает выполнение укаэанного условия на величину переменной составляющей задержки сиг- 55 нала в тракте.

Однако при этом имеет место значительный дрейф нуля и фликкер-шулятора 2 разомкнут, а ключ 18 замкнут и напряжение с конденсатора 17 элемента 1, соответствующее значению сигнала в момент переключения электронного ключа 16 и элемента 1 и электронного луча 18 модулятора

2 поступает на вход усилителя 3 постоянного тока. Временная диаграмма выходного сигнала ключевого модулятора 2 показана на фиг. 4г. Этот 10 сигнал усиливается и ограничивается по нулевому уровню усилителем 3 постоянного тока (фиг. 4д) и далее поступает на демодулятор 4.

Последний наиболее просто реали1 зуется в виде Б-триггера, соединенного З -входом с выходом усилителя

3 постоянного тока, а С-входом — через второй элемент 10 задержки— с вторым выходом формирователя 8 импульсов. Время задержки элемента

10 задержки выбирается равным среднему времени задержки усилителя 3 постоянного тока плюс четверть периода (t /2) выходной последовательности формирователя 8 импульсов. При этом напряжение на выходе демодулятора 4 устанавливается в соответствии со значением сигнала на его информационном входе в моменты времени, 30 соответствующие фронту импульса на управляющем входе (фиг. 4е). Если при этом в тракте усиления и формирования сигнала (в усилителе 3 постоянного тока) возникает переменная составляющая задержки, обусловленная изменением частоты или амплитуды сигнала, а также изменением температуры, которая не превышает по модулю четверти периода управляющих импульсов t /2, то это не приведет к смещению выходного сигнала демодулятора 4. мы, ограничивающие сниз. динамичес- кий диапазон устройства. Для их уменьшения используется блок 6 цифровой коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов усилителя 3 постоянного тока (фиг. 3), В момент действия импульса первой последовательности формирователя 8 импульсов, когда информационный вход усилителя 3 постоянного тока закорочен, действующее на его выходе усиленное напряжение смещения нуля сравнивается в компараторе 5 с напряжением сравнения (в данном случае — с нулевым нао пряжением) . В зависимости от знака отклонения этих напряжений на выходе компаратора 5 формируется уровень логического нуля или логической единицы, который управляет направлением счета реверсивного счетчика 11. Счетные импульсы на реверсивный счетчик 11 поступают через первый элемент 9 задержки с первого выхода формирователя 8 импульсов, Время задержки элемента 9 задержки выбирается из тех же соображений, что и элемента 10 задержки. Этой же последовательностью с выхода элемента 15 задержки на время, равное времени задержки реверсивного счетчика ll, его выходной код записывается в регистр 12. Код регистра 1 2 с помощью цифроаналогового преобразователя 13 преобразуется в пропорциональное напряжение, которое через фильтр 14 нижних частот поступает на управляющий вход усилителя 3 постоянного тока.

Если напряжение U на выходе фильтра 14 окажется меньше напряжения. смещения нуля П,„ усилителя 3 постоян/ ного тока (, фиг. 4ж), то напряжение на выходе компаратора 5 в следующем цикле коррекции будет иметь уровень логической единицы и выходной код реверсивного счетчика 11 увеличится на единицу, что приводит к увеличению компенсирующего напряжения на выходе фильтра 14 нижних частот на величину (1о 7 где 6!! — напряжение, соответствующее единице младшего разряда цифроаналогового преобразователя 13; — коэффициент передачи -!) фильтра 14 нижних частот.

12001

5

Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение н управляющем входе усилителя 3 постоянного тока не превысит напряжение смещения нуля. Это приводит к изменению логического уровня выходного напряжения компаратора 5 и уменьшению на единицу, кода реверсивного счетчика 11 и регистра 12.

В результате компенсирующее напряжение уменьшается на величину

aU и становится меньше напряжения смещения нуля. Далее в установившемся режиме напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 13 15 циклически изменяется на величину

«+ьБ, с частотой коррекции f Г . Это напряжение сглаживается и ослабляется в раз фильтром 14 нижних частот, и компенсирующее напряжение 20 на его выходе изменяется относительно напряжения смещения нуля так, что разность их не превышает по модулю величину дУ„, определяющую максимальную погрешность ком- 25 пенсации напряжения смещения нуля в установившемся режиме. Величина

Ы„ определяет соответственно требования к параметрам цифроаналогового преобразователя 13 (его раз- З0 рядности и опорному напряжению)и фильтра 14 нижних частот (коэффициенту передачи). Полоса пропуска95 Ь ния фильтра 14 нижних частот определяется верхней частотой спектра напряжения дрейфа нуля и фликкер-шумов и реально составляет единицы килогерц.

Частота дискретизации f входно3

ro сигнала выбирается, исходя из да-. пустимой погрешности измерения сдвига фаз, обусловленной дискретизацией входного сигнала. Ее среднеквадратическое значение равно

3bO F

ЬЦ = — 1 6ï где — частота входного сигнала, h — - число периодов сигнала, по которому усредняется результат измерения сдвига фаз (при измерении эа период сигнала h =1 )..

Верхнее значение f ограничивает3 ся быстродействием ключей и составялет сотникилогерц-единицы мегагерц.

Возможны и другие варианты построения блока 6 цифровой коррекции дрейфа нуля. В частности, можно производить цифровую фильтрацию выходного сигнала компаратора 5 и оценку усредненного значения знака отклонения напряжения смещения нуля усилителя 3 постоянного тока за некоторое время Т, определяющее период коррекции дрейфа нуля и фликкер-шумов.

4uz. 1

1200195

ВНИИПИ Заказ 7861/50 Тираж 747 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4