При таком увеличении частоты сигналов выходное напряжение фазового
45 детектора изменяется в пределах одного линейного участка характеристики и возрастает до значения
U =S(1+(, (< <+А<д) + 8„(2) где о и 8 — погрешности преобразо— вания второй разности фаз М -(<д+ьИ)< при коэффициенте передачи цепи g (<<)+А д).
Если первоначальная доля фазового
9 ь больше --- я
10 цикла ь <, = ыЪ вЂ” 2 и
15 где S — крутизна преобразования pasности. фаз < = ыФ в напря< жение; = †. — — относительная мультипликативд$<
20 ная погрешность преобразования;
8 — абсолютная аддитивная погреш< ность преобразования.
Мультипликативная II< и аддитив25 ная g< погрешности фазового преобразования зависят от частоты сравнива1 емых сигналов 4), неравенства амплитуд этих сигналов, т.е. коэффициента передачи исследуемой цепи на дп этой частоте Я (<д), измеряемой разности фаз << (И, температурной и временной нестабильности параметров фазового детектора.
Фиксируют результат первого изме35 рения U на заданной частоте <> . За< тем ступенчато изменяют частоту сравниваемых сигналов Я на величину ду, которую выбирают из условия
1328790!
У -$(1+ Ж ) (Q Ь Ь) ь + 8 . (3) Далее задерживают опорный сигнал
На дополнительную задержку ЬФ, которую выбирают также из условия изменения фазы в пределах одного линейного участка характеристики н
1059 (u)ьМ
В этом случае выходное напряжение фазового детектора, если оно соответствует выражению (2), уменьшается до значения
3 t )()() 3 (4) где 6> и d, — погрешности третьего преобразования разности фаэ Ч = (4) +ьи) (i— ЬЬ) .
Если напряжение увеличивается или изменяет знак, что может иметь место при предыдущей доле фазового цикла
Ь
Ь Ч = (ы +ь(ь) ь — 24 ° и (— — то дополг 10, нительно задерживают испытательный сигнал.
В этом случае фиксируют возросшее напряжение
U, =$(1+ ) (ь +pro) (i )+ Бз. (g) Восстанавливают первоначальное значение частоты сравниваемых сигналов (ЬЬЬ=О) и фиксируют полученное напряжение. Если предыдущий результат соответствует выражению (4), то
4 $(1 4) где,Ь и 4 — погрешности четвертого преобразования разности то увеличение частоты на ьи может вызвать уменьшение выходного напряжения фазового детектора или изменение его знака. Это означает переход на соседний линейный участок характеристики, что вызывает неоднозначность результата измерения.
Для обеспечения работы на одном линейном участке характеристики выбранной полярности выходного напряже-. ния фазового детектора уменьшают в этом случае частоту сигналов на ту же величину 441 и фиксируют уменьшенное напряжение фаз М = И (ь+Р) при коэффициенте передачи цепи Я (Ы).
В случае задержки испытательного сигнала напряжение (5) уменьшается до значения (1+ g ) u (i + дл ) + E (7
4 4
З
Из зафиксированных значений первого и второго измерений определяют разности напряжений (8) ьU U,-U, = $(1+5)ЬИ" или ( ь и„= и -П, = $(1+ )Ы . - (9) ао
По результатам третьего и четвер того измерений определяют следующие разности напряжений:
Ь U П П4 $(1+Ь )ь (-Ь ) (10) или ь U, ==U -U =$ (1+ У ) ь ьь(+ ь ) ° (11) 50
Далее определяют отношение разностных напряжений
ЬП
Ь U ьП <4)r gH (t ь") г 4 (12) При выбранных приращениях фазового сдвига Ьь_#_ С(, ступенчатое изменение частоты д .) мало (hiJ(().
Поэтому коэффициент передачи исследуемой цепи с контролируемой задержкой меняется также мало и можно считать, что р (И) g ф (и +Ь41). Выбранные изменения фазового сдвига от дополнительной задержки также малы
20 ыд C(Ю4. Поэто у результаты второго, третьего и четвертого измерений получены в окрестностях первоначальной точки преобразовательной характеристики фазового детектора, задаваемой первоначальной разностью фаз Ч =
= M ь . Практически, относительные и абсолютные погрешности всех четырех измерений одинаковы (f,= 1 = = = $ а З 84 @ °
1328790 дИ (ь+b4 ) hi%
d U -а13> (13) или
1,ъ 401
6 а U — ьЦ, (15) 40
Из полученных отношений определяют контролируемую задержку
I — 4
Ы3( (14)
d и2-dU<
Таким образом, по результатам че— тырех измерений напряжений U, ц., U U пропорциональных разности фаз сравниваемых сигналов, ступенчатому изменению частоты сравниваемых сигналов и дополнительно вводимой задержке Ь определяют контролируемую задержку ь при минимальном времени измерения с повышенной точностью
Устройство работает следующим образом.
Гармонический сигнал генератора 1 проходит через исследуемую цепь 2 с контролируемой задержкой, линию 3 задержки с дополнительной задержкой ь7 и воздействует на один вход линейного фазового детектора 4, на другой вход которого воздействует сигнал генератора 1, проходящий через аттенюатор 5 и линию 6 задержки с дополнительной задержкой ь,. Выходное напряжение фазового детектора 4 с помощью АЦП 7 преобразуется в код, запоминаемый в оперативной памяти микро3ВМ 8. С помощью ЦАП 10 устанавливается требуемая частота генератора. 1, а с помощью ЦАП 11 и 12 — положение ключей 13 и 14, шунтирующих линии 3 и 6 задержки.
По команде ЭВМ с помощью HPÏ 10 устанавливается начальное значение частоты сд гармонического сигнала, с помощью ЦАП 11 и t2 ключи 13 и 14 пе.
1 . реводятся в замкнутые состояния. Выходное напряжение U фазового детек1 тора 4, пропорциональное разности фаз 9,, кодируется в АЦП 7 и запоминается в памяти микро-3ВМ 8. Далее на выходе ЦАП 10 формируется второй уровень напряжения, который изменяет частоту генератора на малую величину д . Полученное на выходе фазового детектора 4 напряжение U преобразуется в код и сравнивается в
ЭВМ 8 с предыдущим результатом измерения U . Если напряжение возрастает, то оно запоминается в памяти ЭВМ, если уменьшается или изменяет знак, 5 3ВМ выдает команду, по которой ЦАП
11 формирует третий уровень напряжения, и генератор 1 уменьшает свою частоту на ту же величину аЫ . Уменьшенное значение напряжения Б запоминается в памяти ЭВИ. С приходом очередной команды размыкается ключ
13, и вводится дополнительная задержка в опорный сигнал фазового детектора 4. Уменьшенное выходное напряжение
U кодируется и запоминается в памяти ЭВМ. Если происходит увеличение напряжения, то по команде ЭВМ с помощью ЦАП 11 и 12 ключ 13 замыкается, а ключ 14 размыкается. Соответствующее выходное напряжение фазового деI тектора U кодируется и запоминает3 ся. После этого командой от 3ВМ ЦАП
10 переводится в первоначальное состояние, при котором И = О, и формируется напряжение первого уровня, устанавливающее начальное значение частоты И генератора 1. Выходное напряжение U фазового детектора 4 коф дируется и запоминается в 3ВМ. После выполнения вычислений по запрограммированным формулам (14) и (15) результат измерения времени задержки ь отображается на цифровом индикаторе 9.
В программу ЭВИ 8 введен алгоритм выбора знака приращения частоты генератора 1 и положения ключей 13 и 14 из условия работы устройства на одном линейном участке преобразовательной характеристики фазового детектора 4.
В память ЭВМ 8 также введено в виде константы значение дополнительной задержки ь ь, которая вводится ключом
13 или 14. Коэффициент передачи аттенюатора 5 устанавливают примерно равным коэффициенту передачи исследуемой цепи 2 на частоте и, чтобы уравнять амплитуды сравниваемых по фазе сигналов.
Использование предлагаемого способа определения. времени задержки позволяет значительно уменьшить время измерения за счет ступенчатого (не55 калиброванного) изменения частоты и возможности автоматической обработки результатов дискретных измерений с помощью микропроцессорных средств, При этом не предъявляются жесткие
1328790 требования к долговременной стабильности генератора гармонических колебаний и приращениям его частоты, так как эти параметры не входят в рас5 четные формулы. Малые отклонения частоты в окрестностях заданной частоты существенно уменьшают влияние неравномерности амплитудно-частотной õàрактеристики исследуемой цепи на точ- ð ность измерения ее задержки. При выборе фазовых приращений ьи и м ь порядка единиц градусов возможно измерение времени задержки узкополосных цепей, что недоступно известному способу. Кроме того, исключение мультипликативной и аддитивной погрешностей преобразования разности фаз в напряжение обеспечивает повышение быстродействия и точности измерения времени задержки.
Формула изобретения
Способ определения времени задерж- 25 ки сигналов, заключающийся в том, что гармонический сигнал разделяют на опорный и испытательный, который воздействует на исследуемую цепь с контролируемой задержкой, сравнивают др фазу прошедшего через исследуемую цепь сигнала с фазой опорного сигнала, фиксируют на заданной частоте разность фаз сравниваемых сигналов, изменяют частоту и дополнительно за35 держивают один из сравниваемых сигна-: лов, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, линейно преобразуют разность фаз сравниваемых сиг- 4р налов в напряжение, фиксируют значение напряжения на заданной частоте, ступенчато изменяют частоту сигнала в направлении увеличения, анализируют величину напряжения, при этом если 45
1 оно увеличилось относительно величиь U»
††------ - 6 2 где ьU =U -U— разность напряжений, соответствующих измененной и заданной частотам сравниваемых сигналов; разность напряжений, соответствующих дополнительной задержке сигналов измененной и заданной частот; дополнительная задержка сравниваемых сигна= лов.
aU =U -U
2 3 ны напряжения на заданной частоте, то его значение фиксируется, если уменьшилось или изменило знак, то ступенчато изменяют частоту в сторону уменьшения относительно заданного значения и фиксируют полученное напряжение, ступенчато задерживают опорный сигнал и анализируют величину напряжения при этом, если напряже1 ние уменьшилось по сравнению с напряжением, соответствующим измененной частоте, то его значение фиксируется, если напряжение увеличилось или изменило знак, то исключают задержку опорного сигнала и задерживают испытательный сигнал, фиксируют значе- ние напряжения, устанавливают заданное значение частоты и фиксируют полученное напряжение, при этом ступенчатые изменения частоты и задержки сигналов осуществляют в таких пределах, при которых дополнительно вводимая разность фаз сравниваемых сигналов больше порога чувствительности по фазе в десять раз и меньше десятой доли полупериода сравниваемых сигналов в радианах, а контр ируемую задержку определяют по формуле
1328790
Составитель N. Катанова
Техред М.Ходанич Корректор А.Зимокосов
Редактор О. Головач
Заказ 3487/49 Тираж 370 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
