Широкодиапазонный калибратор фазовых сигналов

 

Изобретение может быть использовано для бормирования в широком диапазоне частот двух или более синусоидальных напряжений, или напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно регулируемым фазовым сдвигом, а также при создании многофазных систем с высокой точностью установки фазового сдвига между отдельными напряжениями в качестве компенсирую щего фазовращателя в фазометрах уравновешивания. Цель изобретения - повышение точности задания сдвига фаз. Калибратор содержит широкополосный генератор 1, делители частоты 2 и 3, переключатель 4 установки фазовых сдвигов, в который входят; блок 6 установки фазовых сдвигов, регистр 7, блок 8 сравнения. Кроме

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (51) 1 G 01 R 25/04 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,!

H ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3813833/Л-21 (22) 20.11.84 (46) 23.04 ° 86. Бюл. Ф 15 (72) Е.К. Батуревич (53) 621.317.77 (088.8}

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (56) Авторское свидетельство СССР

У 434332, кл . С О1 R 25/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 702506, кл. С 01 а. 25/04, 1979. (54) ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ КАЛИБРАТОР

ФАЗОВЬИ СДВИГОВ (57) Изобретение может быть использовано для Формирования в широком

„„SU„„1226339 А диапазоне частот двух или более синусоидальных напряжений, или напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно регулируемым фазовым сдвигом, а также при создании многофазных систем с высокой точностью установ- ки фазового сдвига между отдельными напряжениями в качестве компенсирующего фазовращателя в фазометрах уравновешивания. Цель изобретения— новьипение точности задания сдвига фаз. Калибратор содержит широкополосный генератор 1, делители частоты 2 и 3, переключатель 4 установки фазовых сдвигов, в который входят, блок 6 установки фазовых сдвигов, регистр 7, блок 8 сравнения. Кроме того, калибратор содержит дешифратор 9, преобразователи кодов 10 и

f1, коммутатор 12, регулятор 13 опорного напряжения, перемножающие цифроаналоговые преобразователи 14

1226339 и 15. Повышение точности задания сдвига фаз достигается за счет введения дешифратора 9, преобразователей кодов 1О и 11, коммутатора 12.

f э.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к фаэоизмерительной технике и предназначено для формирования в широком диапазоне частот двух или более синусоидальных напряжений либо напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно регулируемым фазовым сдвигом, и может быть использовано при создании многофазных систем с высокой точ- !О ностью установки фазового сдвига между отдельными напряжениями, в качестве компенсирующего фазовращателя в фазометрах уравновешивания и в различных фазовых системах радиотехники автоматики связи из мерительной техники и других областях.

Цель изобретения — повышение точности задания сдвига фаз за счет того, что используется как смещениево времени моментов формирования дискретных значений напряжений определенного уровня при регулировании фазовых сдвигов большими ступенями д (100, 10, 1 ), так и изменение уровня дискретных значений напряжений при регулировании фазовых сдвигов наименьшими ступенями (например, 0,1, о

О, 1 ), а также уменьшение аппаратурных затрат.

При преобразовании цифровых взвешенных кодов дискретных значений текущих фаз s цифровые взвешенные коды напряжений вводится дополнительная коммутация наборов этих ко35 дов напряжений, которые отличаются друг от друга на значения, соответствующие иэменениямфазы на вводимую дополнительную наименьшую ступень.

Уменьшение фазовых погрешностей предлагаемого калибратора достигается за счет сокращения дополнитель ного канала аналогового сумматора.

Расширение функциональных воэможностей, заключающееся в генерировании любой заданной формы выходных напряжений и безфазовом регулировании их амплитуды, осуществляется путем предварительной записи и циклического воспроизведения значений кодов напряжений заданных форм и амплитуд„ соответствующих дискретным выборкам через равные интервалы времени. Количество таких интервалов на период определяется минимальной дискретностью регулирования фазовых сдвигов путем смещения во времени моментов формирования дискретных значений,. Кроме того, безфаэовая регулировка амплитуды выходных напряжений осуществляется путем вариации опорных напряжениЛ перемножающих цифроаналоговых преобразователей.

На чертеже представлена структурная схема широкодиапаэонного калибратора фазовых сдвигов.

Калибратор содержит широкополосный генератор 1, пересчетные блоки

2 и 3, делители частоты, дополнительный переключатель 4 установки фазовых сдвигов, блок 5 установки и контроля фазовых сдвигов, в который входят блок 6 установки фазовых сдвигов, регистр 7, блок 8 сравнения кодов, кроме того в калибратор входят дешифратор 9, перепрограммируемые запоминающие блоки (ППЗУ— преобразователи кодов) IO и 11,коммутатор 12 регулятор 13 олорного напряжения, и два перемножающих цифроаналоговых преобразователя (ПЦАП)

14 и 15.

Выход широкодиапазонного генера тора 1 подключен к тактовым входам пересчетных блоков 2 и 3. Входы ввода информации одного иэ пересчетных блоков 3 поразрядно связаны с одноименными выходами блока 6 установки

1226339 фазового сдвига. К этим же выходам подсоединена первая группа входов блока 8 сравнения, Вторая группа входов подключена к выходам регистра 7 памяти, информационные входы которого соединены с выходами разрядов пересчетного блока 3, а вход записи связан с выходом заполнения пересчетного блока 2, в качестве которого может служить его старший разряд. 10

Выход блока 8 сравнения кодов подключен к входу блока 6 управления установки фазового сдвига. Информа.ционные выходы разрядов пересчетного блока 2 соединены с входами 15 преобразователя 10 кодов, выходы которого связаны с цифровыми входами перемножающего цифроаналогового преобразователя 14, выход которого является выходом опорного канала 20 широкодиапазонного калибратора фазовых сдвигов. Информационные выходы разрядов пересчетного блока 3 подключены к информационным входам дешифратора 9, имеющего q групп ин- 25 формационных выходов. К каждой группе выходов подсоединены входы преобразователей 11.1-11.1 кодов,выходы которых связаны с таким же количеством информационных входов коммутатора 12. Выходы этого коммутатора в свою очередт подключены к цифровым входам перемножающего цифроаналогового преобразователя 15, выход которого является выходом регулируемого канала широкодиапазонного калибратора фазовых сдвигов.

В устройство может быть введен некоммутируемый преобразователь

11 0 кодОВ инфОрмациОнные ВхОды ко 40 торого соединены с выходами разрядов пересчетного блока 3, а выходы связаны с входами старших р разрядов перемножающего rn -разрядного цифроаналогового преобразователя. Остальные в-р разряды преобразователя подключены к выходам коммутатора 12.

Одноименные входы управления дешифратора 9 и коммутатора 12 соединены между собой и связаны с дополнительным переключателем 4 установки фазового сдвига. Аналоговые входы перемножающих цифроаналоговых преобразователей 14 и 15 подключены к движкам регулируемых резисторов 55 регулятора 13, питаемого от источника постоянного опорного напряжения "о

Устройство работает следующим образом.

Непрерывная последовательность импульсов, формируемых широкодиапазонным генератором 1, поступает на тактовые входы пересчетных блоков

2 и 3. Частота повторения импульсов т генератора 1 превьппает частот ту выходных напряжений Гп„„ широкодиапазонного калибратора фазовых сдвигов в ь раз

,=е г,„„, где ь — коэффициент деления частоты пересчетных блоков 2 и 3 и максимальное количество интервалов аппроксимации выходных напряжений, приходящихся на их период. Коэффициент деления частоты 1 устанавливает также промежуточное значение дискрета регулирования фазовых сдвигов (f . Изменение фазовых сдвигов калибратора, на значения, кратные у> осуществляется путем вариации стационарных значений начальных фаз пересчетных блоков 2 и 3, используемых как управляемые делители частоты 360

Ча q, >" =" 4э > где k — код старших разрядов фазового сдвига, задаваемо блоком 6 установки фазового сдвига и изменяющийся в пределах 0 — -1.

Для обеспечения высокой точности воспроизведения дискретных значений выходных напряжений и высокой разрешающей способности по фазе значение 3 целесообразно увеличивать, а для расширения частотного диапазона калибратора фазовых сдвигов значение 1 необходимо устанавливать как можно меньшим. Поэтому выбор значения 3 должен быть компромиссным.

Установка старших разрядов заданного значения фазового сдвига в калибраторе осуществляется цифровым взвешенным кодом при помощи блока

6 установки фазового сдвига. Текущие значения кодов пересчетных блоков 2 и 3 6(Ц и Йоп Я соответствуют в дискретном выражении значениям текущих фаз Ф® и @ „{t) выходных напряжений. Фазовый сдвиг между выходными напряжениями определяется разностью абсолютных значений текущих фаэ

Чк (Роп Ж >

1226339 а следовательно, и разностью кодов пересчетных блоков = (1) - „(t)

Для установки заданного значения разности кодов и для контроля его при помощи блока 5 используются интервалы времени, в течение которых код одного из пересчетных блоков 2 обращается в нуль Н „ (,) = О, т.е. интервалы, следующие за моментом заполнения этого пересчетного блока.

При этом контроль установленного эна. чения фазового сдвига (разности кодов) осуществляется блоком 5 путем записи в регистр 7 в указанный интервал времени кода другого пересчетного блока 3. Блок 8 сравнения кодов осуществляет поразрядное сравнение кода, задаваемого блоком 6 установки фазового сдвига, с выходным кодом регистра 7. При неравенстве сравниваемых кодов при помощи блока 8 в момент заполнения пересчетного блока 2, т.е. когда

Цо„() 0, формируется сигнал управления блоком 6 установки фазового сдвига, Этот блок осуществляет корректировку возникшего рассогласования, занося требуемое значение кода в пересчетный блок 3, независимо от того произошел сбой в работе одного из пересчетных блоков или в блок 6 установки фазового сдвига занесено новое значение кода.

Контроль фазового сдвига и при необходимости его корректировка выполняются в каждом периоде выходных напряжений калибратора.

Выходы разрядов пересчетного блока 2 подключены к входам преобразователя 1С кодов, который преобразует дискретные значения кодов, выражающих текущие фазы выходного напряжения „ (<) в строго им соответствующие коды мгновенных значений напряжения а,„(Ф) заданной фор. мы. В качестве преобразователя 10 кодов может быть использован постоянный перепрограммируемый запоминающий блок 10 - 11.п. Этот блок программируется, а также сменяется или коммутируется таким образом, чтобы имелись группы наборов мгновенных значений напряжений всех требуемых форм. При формировании синусоидальных сигналов запоминающий блок программируется по выборкам гармонических функций

Максимальное значение л ограничено разрешающей способностью выходного цифроаналогового преобразователя 15. Так для выходного гармони ческого напряжения значение sin /

30 должно в несколько раэ превышать разрешающую способность выходного преобразователя 15. Выходы .преобразователей соединены с группами входов коммутатора 12, выходы которого подключены к перемножающему цифроаналоговому преобразователю 15

Количество разрядов последнего, определяющее его разрешающую способность, должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить требуемую точность воспроизведения мгновенных значений выходного напряжения и для того, чтобы реализовать требуемое значение наименьшей ступени регулирования фазовых сдвигов Ь,.

Дешифратор 9 и коммутатор 12 управляются синхронно статическим кодом дополнительного переключате- ля 4 установки фазовых сдвигов. В первом положении переключателя выходы разрядов пересчетного блока 3 посредством дешифратора 9 подключа-, ются к входам преобразователя 11.1

oî,â„(М = э n р„ï,(Е)

Преобразователь 10 кодов или

ППЗУ выбирается таким образом,чтобы количество их адресных входов не

5 превышало количества разрядов пере. счетных блоков 2 и 3, а разрядность по выходу совпадала с разрядностью подсоединенного к нему интегрального перемножающего цифроаналогового преобразователя 14. В свою очередь количество разрядов интегрального цифроаналогового преобразователя 14 выбирается исходя иэ заданной точ15 ности воспроиэ ведения мгновенных значений выходных напряжений.

Выходы разрядов пересчетнбго блока 3 канала с регулируемым фаэовым сдвигом связаны с информационными . входами дешифратора 9. Количество

И групп выходов дешифратора 9 также как и количество подключенных к ним преобразователей 11.1 — 11. и кодов определяется значением наименьшей

И ступени регулирования фазовых сдвигов Dq

Ь (fl 7 где rl — любое целое число из натурального ряда.

1226339 кодов, a его выходы через коммутатор 12 соединены с цифровыми входами перемножающего цифроаналогового преобразователя 15. Остальные выходы дешифратора 9 и входы коммутатора 12 отключены. Аналогично во втором положении переключателя 4 между выходами пересчетного блока 3 и цифровыми входами перемножающего цифроаналогового преобразователя 15, оказывается включенным преобразователь 11.2 кодов и т.д. Так же как и в опорном канале, в качестве преобразователей 11.1-11. и кодов могут быть использованы перепрограммируемые запоминающие блоки. Преобразователи 10 и !1.1 кодов программируются одинаково, т.е. дискретным значениям аргумента 1ф1:

q> Vo à q, Р.+ а " > 4 (<1 з q где щ,, — начальныйл сдвиг фаз в пределах 0 — (, а — любое целое число не более 0/3 (в соответствии с теоремой Котельникова), должны соответствовать дискретные значения кодов напряжений а(: а(дJ,а(ц, aa Ö i Vs g),,î(ô, È!(% цз). (1)

Преобразователь 11.2 кодов программируется таким образом, что набо-, ру дискретных значений аргумента Р()

q «bq,<."„+(ч «й, „«by egg $) ° о+

+ bq «(K-(1Ц 01 должен соответствовать набор дискрет. ных значений кодов напряжений a(<): п(ю,«6 1,a(g,«bqipg g j,а(ц,«йц«2(, gI,„,, )с1(Цд+b(p«(() Я я 9) (2)

Аналогичным образом программи— руются остальные преобразователи кодов — набору дискретных значений аргумента Р®:

q,«(и-<1b@ Ц «(n-1) b<«ЦЭЯ, q,«(и-(1b<«

iraq» g,"„, Ю.«()e ч«й-1 ЧЗ q, должен соответствовать набор дискретных значений напряжений а(Ч 1: а(Ц «(q 11а,Д,а Ц,+(ю46 «Щ gj,a(q>,«(n-()x .а„.ац, g) а(ц,.(n- ) „«(Е- )(.(» q,). (3)

В процессе работы пересчетных блоков 2 и 3 их выходные коды ц1лклически изменяются с шагом q Учитывая то, что не все разряды пересчетных блоков могут быть подключены к входам преобразователей 10 и 11, шаг циклического изменения кодов

10

f5 на их входах составляет q>-q, Опрос дискретных значений кодов преобразователей 10 и 11 несинхронный.по каналам, так как в общем случае несинхронно изменяются дискретные значения кодов пересчетных блоков

2 и 3. За счет сдвига дискретных значений кодов одной пересчетной схемы по отношению к другой, осуществляемого блоком 5 установки и контроля фазового сдвига, производится регулирование фазового сдвига промежуточными ступенями ср>. На вы-. ходах преобразователей 11 и 10 также несинхронно происходит циклическая схема дискретных значений кодов напряжений, определяемых набором (1) для преобразователя 10 и одним иэ наборов (1) — (3) для преобразователей 11.1 — 11. и в зависимости от положения дополнительного переключателя 4 установки фазового сдвига наименьшими ступенями. Как следует из выражений (1) — (3) фазовые сдвиги между напряжениями, дискретные значения которых они выражают, отличаются друг, от друга на угол by.

Следовательно, полный фазовый сдвиг, воспроизводимый широкодиапазонным

ЗО калибратором фазовых сдвигов, может быть представлен выражением: (=Ч1 «(» («1 где — код дополнительного переключателя 4 установки фазового сдвига наименьшими ступенями и, 0 -< п -1; „ — аддитивная погрешность фазировки каналов калибратора, обусловленная неидентичностью ФЧХ выходных преобразователей 14 и 15.

Перемножающие цифроаналоговые преобразователи 14 и 15 преобразуют циклически изменяющиеся во времени цифровые коды, соответствующие дискретным значениям напряжений а „() и A(k) в аналоговые напряжения.Выходные напряжения преобразователей

14 и 15 определяются выражениями ((,„Я=а,„(М h,„U,;

ОЮ=.(1 Ь О.", "

5Ф .де ((, — опорное напряжение источника; („,h — коэффициенты деления напряжения регулируемым регулятором 13.

Регулировка амплитуды выходных

55 напряжений широкодиапаэонного калибратора фазовых сдвигов осуществляется путем изменения значений h и h«, Принимая во внимание, что ва1226339 риац:-;я значений 1 и 1,„ не влияет на процесс формирования кодов дискретных значений напряжений и не тачнастные характеристики перемнажающих цифроаналоговых преобраэова- 5 телей 1ч и 15, комплексный спектр их выходных напряжений не зависит

oò значений и и (A а следовательно предлагаемый ширакодиапазонный калибратор фазовых сдвигов не имеет амплитудна-фазовых погрешностей.

Изменяя значения h и 6 „ во времени, можно модулировать па амплитуде выходные напряжения калибратора и, таким образом, автоматизи- 15 ровать процесс измерения значений амплитудно †фазов чогрешнастей поверяемых фазачувствительных схем.

При "íàëèç= рядов дискретных значений кодоь- выходных напряжений 2О

11 - (3 асто оказывается, что значения в их столбцах: а,аЛдй, в,„„,otq,Ф(л- )ьч ;

g (0,, ц Q (, LI ((j 4 5 q 4 ($g ) . „Q 1 (f " и -1) 6 c d

1- Ц>,0 а10. й- Фзд ),)„a/Q,+ - с а Q ,, „, а (1 -, n - ) a < - (K -1 ) ф, Д о о;с..çb ààþYся неизменными в р старших Разрядах.

8 этом случае ППЗУ может быть значительна упрощено; кодь1 старших

Р-разрядов могут формироваться некоммутируемым преобразователем 11.0, а коды младших m-p -разрядов при 35 помощи коммутируемых переклк чателем 4 преобоазователей 11 1 11И, по сравнению с известными устройствами изобретение имеет более высокую разрешающую способность по 40 фазе (или меньшую дискретность), более широкий диапазон частот, позволяет формировать выходные напряжения любой заданной формы, не имеет амплитудно-фазовых погрешностей g$ при регулировании амплитуды выходных напряжений, имеет меньшие значения фазовых погрешностей.

Перечисленные преимущества достигаются за счет введения в пред- 56

RH.E немом устройстве коммутируемых преобразователей кодов, осущест вляющих преобразование циклически изменяющихся во времени значений взвешенных кодов текуще" ; фор- Я мируемых пересчетными схемами, во взвешенные коды П групп мгновенных значений формируемых напряжений, отличающиеся друг от друга фазовым сдвигам

<3

Ч и

Таким образом появляется возможность в И раз уменьшить дискрет по фазе, либо увеличить разрешающую способность в те же я раз.

Максимальная частота выходных сигналов калибратора Г „,„ „ ограничивается предельным значением тактовой частоты пересчетных схем и значением промежуточного дискрета по фазе ср

F макс 43

Bbl> Я КС, о 0

В предлагаемом устройстве наименьшая ступень составляет И -ю долю

or может принимать значения до

0 )

15-20, поэтому имеется возможность без ущерба для разрешающей способности выбирать в 5-6 раз большие значения g чем в известных реше3 киях и„ следовательно, расширить частотный диапазон в те же 5-6 раз.

Формула иэ обретения

1. Ширакадиапазонный калибратор фазовых сдвигов, содержащий широкодиапаэанный генератор, выход которо::.-а падя:лючен к входам первого и второго делителей частоты, выходы которых соединены с регистром блока установки и контроля фазового сдви:..а, содержащего -.àêæå блок сравнения кодов и блок установки фазового сдвига, выходы которого соединены со вторым делителем частоты и первыми входами блока сравнения кодов, вторые вхсды которого поцключены к регистру, а выход соединен с входом управления блока установки фазового сдвига, а также дополнительный переключатель установки фазового сдвига и два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, выходы которых являются выходами устройства, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности задания сдвига фаз, в него введены дешифратор п +1 преобразователей кодов, коммутатор и регулируемые резистоpb>, подключенные к источнику постоянного напряжения и связанные с аналоговыми входами перемножающих цифроаналоговых преобразователей, причем цифровые входы первого из них соединены с выхоцами первого из!

1226339

Составитель В. Шубин

Редактор P. Цицика Техреду.Олейник Корректор.А. Тяско

Заказ 2126/43 Тираж 7.28 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 преобразователей кодов, входы которого подключены к разрядам первого делителя частоты, а цифровые входы второго перемножающего цифроаналогового преобразователя связаны с выходами коммутатора, между входами . которого и одноименными выходами дешифратора включены остальные п преобразователей кодов, информационные входы дешифратора соединены с выходами разрядов второго делителя частоты, а одноименные входы управления дешифратора и коммутатора поразрядно подключены к дополнительному переключателю установки фазовых сдвигов.

2. Калибратор по п, 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, в него введен некоммутируемый преобразователь кодов, входы которого совместно с входами регистра и дешифратора подключены к выходам разрядов второго де. лителя частоты, а выходы — к входам р старших разрядов перемножающего цифроаналогового преобразователя, а щ — P выходов коммутатора соединены с входами младших разрядов перемножающего цифроаналогового преобразова теля.