Цифровой калибратор девиации частоты

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты и аттестации образцовых поверочных установок. Цель изобретения - повьвпение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калибровочных значений девиации частоты. Для этого в устройство, содержащее генератор 1 модулирующего напряжения, умножитель 16 частоты , анализатор 19 спектра, генератор 10 частотно-модулированного сигнала, кодоуправляем й аттенюатор 4, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, задатчик 3 индексов, введены второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, корректирующий фильтр 11, фазовый манипулятор 14, фазовый модулятор 13j генератор 15 тактовых импульсов , элементы И 12 и 18, детектор 17 пересечения нулевого уровня, разделительная цепь 20, компаратор 21. Цель достигается за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущающих воздействий на значение выходной девиации частоты. 4 ил. g (Л

(ХМОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 6 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3842450/24-21 (22) 16.01.85 (46) 15.08.86. Бюл. У 30 (72) В.И. Огарь (53) 621.317 (088.8) (56) ГОСТ 14016-68, с. 17, Авторское свидетельство СССР

Р 930142, кл. G 01 К 23/00, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ КАЛИБРАТОР ДЕВИАЦИИ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты и аттестации образцовых поверочных установок.

Цель изобретения — повьаиение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калибровочных значений девиации частоты. Для этого s устройство, содержащее генератор 1 модулирующего напряжения, умножитель 16 частоты, анализатор 19 спектра, генератор 10 частотно-модулированного сигнала, кодоуправляемый аттенюатор

4, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, задатчик 3 индексов, введены второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, корректирующий фильтр 11, фазовый манипулятор 14, фазовый модулятор

13, генератор 15 тактовых импульсов, элементы И 12 и 18, детектор

17 пересечения нулевого уровня, разделительная цепь 20, компаратор

21. Цель достигается за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущающих воздействий на зна- . чение выходной девиации частоты.

4 нл.

Яь,(д

1250975

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты (ИДЧ) и аттестации образцовых поверочных уста- 5 новок.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калиброванных значений девиации частоты за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущающих воздействий на значение выход.ной девиации частоты, !5

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— зависимость выходного напряжения с выхода анализатора спектра при настройке на несущую частоту и изменении индекса модуляции ЧИ сигнала. на фиг. 3 — осциллограммы сигналов в характерных точках схемы на фиг. 4 — иллюстрация алгоритма

25 подстройки.

Устройство (фиг. I) содержит генератор 1 модулирующето напряжения, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, задатчик 3 индексов, первый кодоупранляемый аттенюатор 4, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, генератор 10 частотно-модулированного 35 сигнала, корректирующий фильтр 11, первый элемент И 12, фазовый модулятор 13, фазовый манипулятор 14, генератор 15 тактовых импульсон, умножитель 16 частоты, детектор 17 40 пересечения нулевого уровня, второй элемент И 18, анализатор 19 спектра, разделительная цепь 20, компара" тор 21.

В устройстве первый выход генера- 45 тора модулирующего напряжения подключен к входу первого кодоуправляемого аттенюатора 4, второй выход— к делителю 2 частоты модулирующего игнала, управляющий вход кодоуправ- 50 ляемого аттенюатора 4 соединен с выходом кода электронно-счетного частотомера 5, первый вход которого подключен к выходу делителя 2 частоты модулирующего сигнала, а второй 55 вход соединен с выходом делителя 6 частоты. Вход делителя частоты 6 соединен с выходом опорной частоты электронно-счетного частотомера 5, а

его управляющие входы - с задатчиком 3 индексов. Выход первого кодоуправляемого аттенюатора 4 подключен к второму кодоупранляемому аттенюатору 7 и корректирующему фильтру 11, выход второго кодоуправляемого аттенюатора 7 подключен к генератору 10 частотно-модулированного сигнала, выход которого является ныходом устройства и соединен с первым входом фазового модулятора 13, последовательно соединенным с умножителем 16 частоты ЧИ сигнала и анализатором 19 спектра. Выход последнего соединен с детектором 17 пересечения нуленого уровня через разделительную цепь 20, а с компаратором

21 непосредственно. Выход детектора !7 пересечения нулевого уровня присоединен к первым входам первого

12 и второго 18 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора 15 тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор 9 подключены к входам реверсивного счетчика 8, управляющий вход которого присоединен к выходу компаратора 2 1, третий выход генератора !5 тактовых импульсов подключен к управляющему входу фазового манипулятора 14, сигнальный вход которого соединен с выходом корректирующего фильтра 11, а выход — с вторым входом фазового модулятора 13.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора 1 модулирующего напряжения поступает на вход первого кодоуправляемого аттенюатора 4, коэффициент передачи которого определяется кодом на выходе электронно-счетного частотомера 5.

С выхода первого кодоуправляемого аттенюатора модулирующий сигнал пос" тупает на второй кодоуправляеььй аттенюатор 7 и с его выхода — на вход

ЧИ генератора.

Сигнал со второго выхода генератора 1 модулирующих напряжений поступает через делитель 2 частоты модулирующего сигнала с коэффициентом деления и на первый вход (А) электронно-счетного частотомера 5, На второй вход (В) электронно-счетного частотомера 5„ включенного в режим измерения отношения частот А/В, по12509 75

1О

f.z е„ 7Г даются импульсы с выхода делителя

6 частоты, коэффициент деления которого задается переключением эадатчика 3 индексов в соответствии с номером корня функции Бесселя i u равен k 6 (k — численная опорная частота кварцевого генератора ЭСЧ, к которому подключен вход делителя частоты) .

Показание электронно-счетного частотомера соответствует девиации частоты на выходе ЧМ генератора при обращении в нуль и-й гармоники несущей ЧМ сигнала, полученной с помощью умножителя 16 частоты ЧМ сигнала. Код на 20 выходе электронно-счетного частотомера 5 определяет коэффициент передачи первого кодоуправляемого аттенюатора и величину индекса модуляции выходного сигнала. 25

Работа описанных блоков совпадает с работой устройства-прототипа и служит для вхождения системы в зону действия точного автоматического регулирования вблизи заданного индек- 30 са ;, а также для индикации калиброванных значений ЬЕ.

Автоматическая подстройка девиации частоты обеспечивается экстре5 мальной цифровой автоматической системой с принудительным поиском, регулирующей коэффициент передачи второго кодоуправляемого аттенюатора 7.

Поиск осуществляется путем дополни- 40 тельной модуляции выходного ЧМ сигнала по параметру P . Модуляция производится в фазовом модуляторе 13, благодаря чему сохраняется спектральная частота выходного ЧМ сигна- 4 ла калибратора н исключаются "рыскания" вокруг P, . Для дополнительной модуляции используется фазоманипулированный сигнал модулирующей частоты с частотой р Рю;„, определяемой генератором 15 тактовых импульсов. Фаза сигнала на входе фазового модулятора 13 определяется фазовым манипулятором 14, который имеет коэффициент передачи +1 в зависи- у мости от логического уровня на третьем выходе генератора тактовых импульсов (фиг. Зд, о ).

При коэффициенте передачи фазового манипулятора k =+1 ЧМ сигнал на

lt выходе фазового модулятора имеет положительное приращение индекса модуляции а Р

U=U cos((d 4+ р singt У пЖ) ° где u, — несущая частота (Я =2» Р); — индекс модуляции на выходе

ЧМ генератора 10.

Амплитуда спектральной составляющей несущей частоты пропорциональна функции Бесселя от индекса модуляции P =P. SP, т.е. Х,(P.+ay) .

При коэффициенте передачи фазового манипулятора k -1 ЧМ сигнал на выходе фазового модулятора имеет отрицательное приращение индекса и амплитуда спектральной составляющей несущей частоты пропорциональна

Т,(P-nP) .

Таким образом, за счет фаэовой манипуляции модулирующего сигнала фазового модулятора (фиг. 4) выходной сигнал анализатора спектра содержит прямоугольные импульсы с час тотой генератора тактовых импульсов, фаза которых различна при / >/3; и

8, P.. Выходной сигнал детектора анализатора спектра содержит также постоянную составляющую (фиг. 2) °

Для получения устойчивого выходного сигнала анализатора спектра используется ЧМ генератора со стабильной средней частотой.

Импульсы с выхода детектора анализатора 19 спектра поступают через разделительную цепь 20 на вход детектора 17 пересечения нулевого уровня, который формирует импульсы .н приводит их к логическим уровням применяемых цифровых элементов.

Приращение индекса модуляции hP вблизи i-ro нуля функции Бесселя

Р; вызывает различную фазу выходных импульсов на выходе детектора пересечения нулевого уровня. Если выходкой сигнал анализатора спектра имеет отрицательную полярность, то фазовые соотношения между модуляционными импульсами на выходе детектора нулевых пересечений иллюстрируются фиг. 4: при P c p положительным приращением д соответствует появление логической "единицы" (4Р), при, ) P; — логического "нуля" (4 6 ), при P, = P; — на выходе детектора пересечения нулевого уровня

3 12509 появляются короткие импульсы логической "единицы" с частотой 2 ш (4 ц) .

Величина модуляционного шага ар согласована на абсолютной величине с рабочим шагом регулирования, равным приращению индекса модуляции на выходе ЧИ генератора аР, при изменении управляющего кода второго кодоуправляемого аттенюатора на единицу. Корректирующий фильтр 11 слу- 19 жит для сохранения соответствия между рабочим и модуляционным шагом при изменении модулирующей частоты

Р,поскольку для получения одинаковых приращений индекса s частотном и фа- t5 зовом модуляторах необходимо на входе последнего включить цепь с коэффициентом передачи, обратно нропорциональным частоте.

Подстройка происходит следующим 20 образом.

После предварительной установки индекса модуляции Р, =2,405 на любой иэ модулирующих частот F регу лировкой уровня модулирующего напря- 25 кения система блоков 1-6 устанавливает заданный индекс модуляции, близкий к заданному 3; . При 3„ / ; импульс логической "единицы" с выхода детектора пересечений открывает ЗО первый элемент И 12. С первого выхода генератора 15 тактовых импульсов (представляющего собой мультивибраор» счетчик и распределитель импульсов, собранные по стандартной схеме} через открытый элемент И 12 импульс поступает на вход селектора 9 и далее — на суммирующий вход. реверсивного счетчика 8 . Благодаря разновременности импульсов на первом 49 и втором выходах генератора тактовых импульсов, следующих но времени

"внутри" импульса на третьем выходе, через второй элемент И 18 импульсы не проходят. Код реверсивно- 45

ro счетчика 8 увеличивается на единицу, коэффициент передачи второго кодоуправляемого аттенватора 7 н индекс модуляции Р на выходе ЧИ генератора увеличивается на адин шаг. Ю

При спедующем совпадении выходного импульса детектора пересечения нулевого уровня с импульсом с первого выхода генератора тактовых импульсов (фиг. 3 В и 4 8 ) схема приблизится у к Р; еще на адик рабочий шаг и т.д.

Если > ;, то при модуляционном приращении в р детектор пересечения нулевого уровня выдает импульс, совпадающий с импульсом с второго выхода генератора тактовых импульсов (фиг. 3 6 и 4 8 } и поступающий через селектор на вычитакщий вход реверсивного счетчика. При достижении минимума амплитуды спектральной составляющей несущей частоты на выходе детектора пересечения нулевого уровня следуют короткие импульсы (фиг. 4а }, не совпадающие с импульсами с второго и третьего выхода генератора тактовых импульсов. На входы реверсивного счетчика 8 импульсы не поступают и схема устанавливается s состояние равновесия

Для повышения быстродействия обработка = P, в устройстве используется компаратор 21, уровень сраба тывания которого устанавливают равным постоянной составляющей на выходе анализатора спектра при отличии / от ;, соответствующего 10—

16 ед. младшего разряда. При постоянной составляющей больше этого значения на выходе компаратора 21 имеется уровень логического "нуля" и селектор 9 подает выходные импульсы элементов И 12 и 18 на входы старшей тетрады двоичного реверсивного счетчика 8, благодаря чему регулирование происходит ступенями старших разрядов, т.е. с повышенным быстродействием. После уменьшения постоянной составляющей ниже порога срабатывания комларатора 21 на его выходе появляется уровень логической

O) Н единицы, который переключает се-лектор 9, и выходные импульсы элементов И 12 и 18 поступают на вход мпадшей тетрады, т.е. окончательный процесс подстройки осуществляется ступенями младшего разряда. Селектор содержит также управляемые цени переноса между младшей и старшей тетрадой, благодаря чему не предъявляется высоких требований к уровню срабатывания компаратора 21.

С целью исключения промахов т е перестройки к соседним нулям i+1, самке старшие разряды второго кодоуправляемого аттенюатора 7 постоянно включены и его коэффициент передачи изменяется с малой дискретностью s пределах 0,75-1. При увеличении мадулирующего напряжения до

133Х от номинального значения сис7 1 тема поддер;кивает заданное значение девиации частоты.

Калибровка индексов модуляции (<2,405 производится настройкой анализатора спектра на и-ю гармонику несущей н установкой делителя 2 частоты модулирующего сигнала аналогично устройству-прототипу. Соотношение между рабочим и модуляционным шагом г.ри этом сохраняется, поскольку при умножении частоты приращения индекса модуляции одинаково преобразуются в n pas.

Быстродействие системы возрастает в 6-8 pas, поскольку в каждой из проверенных точек калиброванные значения gf устанавливаются эа время

2,5- 3,5 с, тогда как в устройствепрототипе после автоматической установки за время 2-3 с приходилось производить ручную подстройку минимума спектральной составляющей в течение 15-25 с.

Точность установки P = P; по сравнению с устройством-прототипом повышается за счет устранения влияния изменений уровня модулкрующего напряжения, крутизны ЧИ генератора, погрешности, возникающей иэ-за нелинейности модуляционной характеристики ЧИ генератора, неравномерности

АЧХ тракта. Точность автоматической настройки на Р; близка к наилучшей достижимой в ручном режиме (О, 1X) но превосходит ее в том отношении, что позволяет отрабатывать кратковременные случайные изменения индекса модуляции, уследить эа которыми оператор не в состоянии.

Формула изобретения

Цифровой калибратор девиации частоты, содержащий генератор частотномодулированного сигнала, последова" тельно соединенные умножитель частоты и анализатор спектра, а также генератор модулирующего напряжения, первый выход которого подключен к входу кодоуправляемого аттенюатора, второй выход - к делителю частоты модулирующего сигнала, управляющий

250975 8 вход кодоуправляемого аттенюатора соединен с выходом кода электронносчетного частотомера, первый вход

1которого подключен к выходу делителя частоты модулирующего сигнала, а второй вход соединен с выходом делителя частоты, ход делителя частоты соединен с выходом опорной частоты, электронно-счетного частотомера, а

lO его управляющие входы — с задатчиком индексов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и точности калибровки, введены второй кодоуправляемый аттенюатор, реверсивный счетчик, селектор, корректирующий фильтр, фазовый манипулятор, фазовый модулятор, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, детектор пересечения ну-

20 левого уровня, второй элемент И, разделительная цепь и компаратор, причем выход первого кодоуправляемого аттенюатора подключен к второму кодоуправляемому аттенюатору и коррек25 тирующему фильтру, выход второго кодоуправляемого аттенюатора подключен к модуляционному входу генератора частотно-модулированного сигнала, выход которого является выходом уст

ЗО ройства и соединен с первым входом фазового модулятора, выход которого соединен с входом умножителя частоты, выход анализатора спектра соединен с входом компаратора через разделительную цепь со входом детектора пересечения нулевого уровня, выход которого присоединен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соедйнены соответствейно с первыми и вторыми выходами генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход се 5 лектора присоединен к выходу компаратора, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу фазового манипулятора, сигнальный вход которого соединен с о выходом корректирующего фильтра, а выход — с вторым входом фазового модулятора.

0 е

Составитель В. Новоселов

Редактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 4405/41 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4