Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты

 

Изобретение относится к технике цифрового измерения кратковременной нестабильности частоты генераторов. Целью изобретения является повышение точности измерений и распгарение функциональных возможностей. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены делители 8 и 9 частоты, двоичньш счетчик 12, преобразователь 13 код - напряжение и регистратор 14. Устройство также содержит исследуемый генератор 1, управляемый генератор 2, смеситель 3, фазовый детектор 4, компаратор 5, эталонный генератор 6, умножитель 7 частоты, триггер 10 и временной селектор 11. Устройство осуществляет визуальную индикацию временной функ, дии кратковременной нестабильности час™ тоты, что обеспечивает повышение точности за счет исключения в результирующих оценках случайньк выбросов частоты. Обеспечивается также возмокность восстановления закона изменения временной функции кратковременной нестабильности частоты. 3 ил. (Л с: САЗ СО Л эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

use SU an (594 С 01 R23 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3996136/24-21 (22) 25. 12.85 (46) 07. 09.87. Бюп. В 33 (72) В.Я.Баржин, А.И.Вервейко, А.АеПрокимов и Ю.С.Шмапий (53) 62 1.3 17 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 1046701, кл. G 01 R 23/00, 1985.

Авторское свидетельства СССР

У 1091085, кл. G 01 R 23/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к технике цифрового измерения кратковременной нестабильности частоты генераторов.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функ" циональных возможностей. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены делители 8 и 9 частоты, двоичный счетчик 12, преобразователь 13 код — напряжение и регистратор 14. Устройство также содержит исследуемый генератор 1, управляемый генератор 2, смеситель 3, фазовый детектор 4, компаратор 5, эталонный генератор 6, умножитель 7 частоты, триггер 10 и временной селектор 11, Устройство осуществляет визуальную индикацию временной функции кратковременной нестабильности частоты, что обеспечивает повышение точности за счет исключения в результирующих оценках случайных выбросов частоты. Обеспечивается также возмоуй- а

® ность восстановления закона измененчя временной функции кратковременной не- (/) стабильности частоты. 3 ил.

1335891 где

15 значения х, = х, + <||, (2) (3) 1 1

kzf и равно

k hf Txo ьТ

f аксай (4) I

tx = Тх n<ý

Изобретение относится к технике цифрового измерения кратковременной нестабильности частоты генераторов.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг,2 — времен- ið ные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.3 — временная функция кратковременной нестабильности частоты.

Устройство состоит из исследуемого генератора 1, управляемого генератора 2, смесителя 3, фазового детектора .4,.компаратора 5, эталонного генератора 6, умножителя 7 частоты, первого 8 и второго 9 делителей частоты, триггера 10, временного селектора 11, двоичного счетчика 12, преобразователя 13 код — напряжение и регистратора 14.

Выход управляемого генератора 2 соединен с вторым входом смесителя 3, первый вход которого подключен к выходу исследуемого генератора 1, первый вход и выход фазового детектора дб

4 соединены с выходом смесителя 3 и входом управляемого генератора 2 соответственно, выход смесителя 3 соединен с первым входом компаратора

5, второй вход которого соединен с вторым входом фазового детектора 4, выходом эталонного генератора 6 и входом умножителя 7 частоты, информационный вход первого делителя 8 частоты сОединен с Выходом KQMHRpRTopB 4p

5, выход первого делителя S частоты подключен к управляющим входам первого 8 и второго 9 делителей частоты, информационный вход последнего подключен к выходу умножителя 7 часто- 45 ты, первый и второй входы триггера

10 соединены с выходами соответственно первого 8 и второго 9 делителей частоты, первый и второй входы временного селектора 11 подключены к выходам соответственно триггера 10 и умножителя 7 частоты, первый и второй входы двоичного счетчика 12 соединены с выходами соответственно временного селектора 11 и второго делителя 9 частоты, причем двоичный счетчик 12, преобразователь 13 код напряжение и регистратор 14 соединены последовательно.

Рассмотрим процесс определения кратковременной нестабильности, протекакхций следующим образом.

Вначале выделяется разностная частота исследуемого и управляемого генераторов — текущее значение исследуемой частоты на выходе смесителя; номинальное значение исследуемой частоты на выходе смесителя и ее отклонение.

Затем осуществляется умножение изменения частоты от номинального где f„ö — текущее значение исследуемой частоты на выходе

I компаратора;

f — номинальное значение исследуемой частоты на выходе компаратора; — коэффициент умножения.

Выражение (2) запишем через номинальное значение периода исследуемой

1 частоты на выходе компаратора Т„, и его отклонение 6Т где Т„ - текущее значение периода исследуемой частоты на выходе компаратора.

Изменение периода исследуемой частоты определяется из соотношения

При этом из п< импульсов исследуемой частоты на выходе компаратора, ! период которой равен Т„(фиг.2а), формируется последовательность импульсов усреднения, следующих с периодом, равным з 133 а из п импульсов эталонного генератора, частота которого умножена в ш раз (период равен Т,/m, где Т вЂ” период следования импульсов частоты эталонного генератора, фиг.2,с), формируется последовательность опорных импульсов, которая задержана относительно импульсов усреднения на опорный интервал t, (фиг.2,d), равный

5891

Tî

= n

m (6) и равна! xo

k(tкО fс m+1) (13) На экране регистратора 14 индицируется форма кратковременной нестабильности (фиг.3), где ось U от20 градуирована в ступенях квантования

N а ось t — в интервалах усреднения от О до п. При этом результирующая кратковременная нестабильность частоты оценивается по формуле

25 и — ьй

N;

n P

3=-= — — —— т„„ и t„ оэ

tè

N„= — ° m х Т, (8) где f „ - частота исследуемого генератора;

bf — изменение частоты соответГ

9, ствующее шагу квантования по оси N; — номер интервала усредне35 ния;

N, — число ступеней квантования на интервале усреднения.

Устройство работает следующим об40 разом.

Перед началом определения измерений устанавливаются коэффициенты деления первого 8 и второго 9 делителей частоты, которые рассчитываются .по формулам (5) и (11) соответствен45 но. Значение частоты управляемого генератора 2 устанавливают таким образом, чтобы выходная частота смесителя 3 попадала в полосу пропускания

50 компаратора 5. Коэффициенты умножения компаратора 5 и умножителя 7 частоты выбирают с учетом соотношения (13) .

Импульсы частот с выходов исследуемого 1 и управляемого 2 генераторов

55 поступают на смеситель 3, на выходе которого формируется разностная частота, определяемая по формуле (1).

Фазовый детектор 4, у которого t+

+ выл

) где t„, = n„T„ — номинальное значение интервала усреднения;

Измерительный интервал формируется как разность периода следования импульсов усреднения и опорного интервала (фиг.2,е) который коммутирует импульсы частоты эталонного генератора, умноженной в

m раз (фиг.2, f ) .

Количество коммутируемых импульсов преобразуется в двоичный код (фиг.2,u) с последующим преобразованием в напряжение (фиг.2,k) где ьП вЂ” шаг квантования.

Выражение (9) с учетом (3) и (S)" (8) запишем в виде

I и, mT„+ и шьТ п,Т

SblX Т

b о

Максимальное число шагов квантования определим из соотношения

nl,mT«n Tî макс !

2 где 7„ „, — максимальное число шагов квантования устройства.

Соотношение.(10) с учетом (11) и (4) преобразуется к виду

m k-f дЛ вЂ”" —,—,— — — Ьи,(12)

„î,+ kbf

f, — частота эталонного генератора

Разрешающая способность устройства т.е. девиация частоты, вызывающая изменение выходного напряжения на шаг квантования, определяется из условия

10 bU = П„,„"f = о-И „„bf = hf

133 где t< " постоянная времени фазового детектора, сравнивает сигнал эталонного генератора 6 с сигналом на выходе смесителя 3. Сигнал с напряжением, пропорциональным разности частот генератора 6 и смесителя 3 с выхода фазового детектора 4„ перестраивает частоту генератора 2 таким образом, чтобы поддерживалось равенство частот с выходов эталонного генератора 6 и смесителя 3. С выхода смесителя 3 импульсы исследуемой частоты поступают на первый вход компаратора 5, который увеличивает девиацию частоты в k раз, определяемую по формуле (2) . На выходе первого делителя 8 частоты из импульсов исследуемой частоты, поступающей на его информационный вход (фиг,.2,а), формируется последовательность импульсов усреднения (фиг,2,Ь), следующих с периодом усреднения t, определяемым по формуле (5). Импульсы усреднения, поступая на управляющие входы первого 8 и второго 9 делителей частоты, осуществляют синхронизацию их работы.

Импульсы частоты эталонного генератора 6 через умножитель 7 частоты поступают на информационный вход второго делителя 9 частоты (фиг.2,с), на выходе которого формируется последовательность опорных импульсов (фиг.2,d) задержанных относительно импульсов усреднения на опорный интервал t,, определяемый по формуле (6) . Опорные импульсы устанавливают триггер 10 в единичное состояние, а импульсы усреднения — в нулевое (фиг.?,е) . При этом длительность измерительного интервала на выходе триггера 10 определяется соотношением (7) и пропорциональна среднему изменению периода на интервале усреднения. Измерительный интервал, поступающий на первый вход временного селектора 11, коммутирует на первый вход двоичного .счетчика t2 импульсы с выхода умножителя 7 частоты (фиг.2,f). Количество импульсов определяется выражением (8

Опорные импульсы, поступающие на .второй вход двоичного счетчика 12, устанавливают последний в нулевое состояние по выходам перед. приходом очередной пачки коммутируемых импульсов (фиг.2,u). Двоичный код измерительного интервала поступает на регистратор 14 через преобразователь 13 код - напряжение (фиг.2,k).

5891

Таким образом, отклонение частоты от номинального значения преобразуется в непрерывную функцию последовательности дискретных отсчетов напря5 жения, следующих с интервалом усреднения (фиг.3), т.е. устройство осуществляет визуализацию временной функции кратковременной нестабильности

10 частоты, что обеспечивает повышение точности за счет исключения в результирующих оценках случайных выбросов частоты, а также возможность восстановления закона изменения временной l5 функции кратковременной нестабильности частоты (фиг ° 3 штриховая линия) .,Фор мул а из обретения

Устройство для измерений кратковременной нестабильности частоты, содержащее управляемый генератор, смеситель, фазовый детектор, компаратор, 25 эталонный генератор„ умножитель частоты, триггер, временной селектор и исследуемый генератор, выход которого соединен с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к вы30 ходу управляемого генератора, выход смесителя подключен к первым входам компаратора и фазового детектора, к . вторым входам которых подключен выход эталонного генератора, о т л иЗ5 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены первый и второй делители частоты и последовательно соединенные двоq0 ичный счетчик, преобразователь код напряжение и регистратор, причем выходы фазового детектора и эталонного генератора соединены с входами соответственно управляемого генератора и

45 умножителя частоты, выход компаратора соединен с информационным входом первого делителя частоты, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго делителей частоты и

50 первым входом триггера, второй вход которого соединен с вторым входом двоичного счетчика и выходом второго делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом умножите55 ля частоты и вторым входом временного селектора, первый вход которого соединен с выходом триггера, а выход временного селектора соединен с первым входом двоичного счетчика.

1335891

Фиг.2

1335891

Фиг.3

Составитель Е.Минкин

Техред В. Кадар Корр ектор Л, Пилипенко

Редактор С . Пекарь

Заказ 4043/38 Тираж 730 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