Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано при создании быстродействующих цифровых фазометров (ЦФ) повышенной точности, а также высокочастотных Преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных систем . ЦФ содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхронизации, счетчики 3,4, элементы. И 5-9, 31, формирователи 10-18,33 импульсов,элементы ИЛИ 19, 27-29, триггеры 20-26, 34, элемент ИЛИ-НЕ 30, генератор 32 импульсов, распределитель 35 импульсов , усилители-ограничители 36, 38, компараторы 37, 39. ЦФ имеет повышенное быстродействие за счет исключения цик ла усреднения начального значения сдвига фаз. 1 з,п.ф-лы, 2 нл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕО 1УБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4)64812/24-21 . (22) 22.12.86 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (72) Н,В.Воробьев, Р,А,Гембицкий, В.Ф.Петров, М.А.Терпигорев

Д.В.Пирогов, А.Л.Оплеснин, Л,Н,Дмитриев и Г.А.Овчинников (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1167527, кл. G 01 R 25/08, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1092430, кл. G 01 R 25/08, 1984 ° (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано при создании быстродействующих

„„SU„„1406515 А 1 (SO 4 С 01 R 25/08 цифровых фаэометров (ЦФ) повьппенной точности, а также высокочастотных преобразователей фаза-код для upas ляющих цифровых вычислительных сис тем. ЦФ содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхронизации, счетчики 3,4, элементы И 5-9, 31 формирователи 10-18,33 импульсов,эле менты ИЛИ 19, 27-29, триггеры 20-26, 34, элемент ИЛИ-НЕ 30, генератор 32 импульсов, распределитель 35 импульсов, усилители-ограничители 36, 38, компараторы 37, 39. ЦФ имеет повьппенное быстродействие за счет исключения цикла усреднения начального значения сдвига фаз. 1 э.п,ф-лы, 2 ил.

1406515 изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих цифровых фазометров повышенной точности, а также высокочастотных преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных сис-. тем.

Цель изобретения - повышение быст- 10 родействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начального значения сдвига фаз.

На фиг. приведена блок"схема предлагаемого фазометра; на фиг,2 — временные диаграммы его работы.

Цифровой фазометр содержит генера" тор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхройизации, первый 3 и второй 4 счетчики, первый 5, второй 6, третий 7, 20 четвертый. 8, пятый 9 элементы И, первый 10, второй 11, третий 12 триггеры, первый 13, второй 14, третий 15, четвертый 16, пятый 17, шестой 18 формирователи импульсов, первый элемент 25

ИЛИ 19, четвертый 20, пятый 21, шестой 22, седьмой 23, восьмой 24, де" вятый 25, десятый 26 триггеры, второй 27, третий 28, четвертый 29 элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ 30, шестой 30 элемент И 31, генератор 32 импульсов, - седьмой формирователь 33 импульсов, " одиннадцатый триггер 34, распредели тель 35 импульсов, первый усилитель. ограничите,пь 36, первый компаратор 37, у5 второй усилитель-ограничитель 38, второй компаратор 39, причем первый выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с вторым входом четвертого элемента И 8 и с первым входом 40 третьего элемента HJIH 28, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И 5 и вторым выходом генератора 1 тактовых импульсов, пер.I вый выход блока 2 синхронизации при- 45 соединен к информационным входам hepвого, пятого и шестого триггеров 10, 21 и 22, второй выход блока синхро.низации соединен с входом установки в "0" второго счетчика 4, третий вы- 50 ход блока 2 синхронизации подключен к входам установки "1У" седьмого триггера 23 и первого счетчика 3, четвертый выход блока 2 синхронизации соединен с входом установки "9" девятого 55 триггера 25. Пятый выход блока 2 синхронизации соединен с входами уста: новки "5" четвертого, пятого и десятого триггеров 20,21 и 26, вход синхронизации одиннадцатого триггера 34 является входом блока синхронизации и третьим входом цифрового фазометра, инверсный выход одиннадцатого триггера 34 является первым выходок блока 2 синхронизации и соединен с вторым входом распределителя 35 импульcos первый, второй, третий, четвертый выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 2 синхрониэа ции, пятый выход распределителя 35 импульсов соединен -с входом устанозки "ф" одиннадцатого триггера 34,информационный вход которого подКлючей к шине с уровнем логической "i", пер" вый вход распределителя 35 импульсов соединен с выходом третьего элемента

ИЛИ 28.и входом синхронизации второго счетчика 4, выход первого элемента

ИЛИ 19 Соединен с входом синхронизации первого счетчика 3, вход установки "Р" которого подключен к прямому выходу восьмого триггера 24 и первому входу элемента ИЛИ-НЕ 30, вход установки "9" второго. счетчика 3, соединен с прямым выходом седьмого триггера 23, входом синхронизации восьмого триггера 24, вторшм входом элемента ИЛИ-НЕ 30, выходы первого 3 и второго 4 счетчиков являются соответственно выходами "2 " и "4Г циф- .

posoro фазометра, прямой выход первого триггера 10 соединен с первым входом первого элемента И 5, выход которого соединен с вторым входом перво4 го элемента ИЛИ 19, первый вход второго элемента И 6 соединен с выходом третьего формирователя 15, входом синхронизации пятого триггера 21,первым входом третьего элемента И 7, .информационный, вход второго тригге"

pa II соединен со своим инверсным вьгходом и с вторым входом второго элемента И 6, выход которого соединяется с вторым входом четвертого элемента HJIH 29, выход пятого триггера 21 соединен с вторым входом третьего элемента И 7, выход которого подключен к входу синхронизации второго триггера 11„ прямой выход третьего триггера 12 подключен к первому входу четвертого элемента И 8, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход пятого элемента И 9 соединен с прямым выходом второго триггера 11, выход четвертого формирователя 16 импульсов подклю1406515 чен к первому входу пятого элемента

И 9, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 27.

Выход шестого формирователя 18 импуль5 сов соединен с вторым входом шестого элемента И 31 и входами синхронизации первого 10 и шестого 22 триггеров, выход второго элемента KIH 27 соединен с входом установки в "0"пер-10 ваго триггера 10, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации четвертого триггера 20, прямой выход швстого триггера 22 подключен к первому входу шестого элемента И 3l 15 и информационному входу третьего триггера 12, вход установки "ф" которого . соединен с входом установки "9" вась" мого триггера 24 и выходом четвертого элемента ИЛИ 29 выход пятого фор- 20 мирователя 17 импульсов соединен с входом синхронизации третьего триггера 12, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации десято"

ro триггера 26, первый усилитель-orpawvwvvea 36 соединен с входом первого компаратора 37, выход которого соединен с входами третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульсов, выход второго усилителя-ограничите- ЗО ля 38 соединен с входом второго.компаратора 39, выход которого, в свою очередь, подключен к входам пятого 17 и шестого 18 формирователей импульсов, входы первого 36 и второго 38 усилителей-ограничителей являются входами первого 13 и второго 14 формирователей импульсов и соответственно первым и вторым входом цифрового фазометра, прямые выходы четвертого 20 и десято- 40 го 26 триггеров соответственно подключены к первым входам второго 27 и четвертого 29 элементов ИЛИ, прямой выход девятого триггера 25 соединен с входом установки шестого тригге- 45

r. ра 22, информационный вход седьмого триггера 23 подключен к своему инверсному выходу, генератор 32 импульсов соединен с входом седьмого формирователя 33, первый и второй выходы кото- 50 рого являются соответственно первым и вторым выходом генератора тактовых импульсов. К информационным входам четвертого 20, восьмого 24, девятого 25, десятого 26 триггеров подклю- 55 чена шина с уровнем логической "1". !

Цифровой фазометр работает следующим образом, Синусоидальные или прямоугольные напряжения Х1 (фиг.2д) и Х2 (фиг,2а) подаются на первую и вторую входные шины, причем Х1 является информационным сигналом,а Х2 - опорным сигналом. Входные сигналы, пройдя через первый 36 и второй 38 усилители-ограничители, усиливаются и симметрично ограничиваются по амплитуде. С помощью первого 37 и второго компараторов 39 происходит преобразование входных сигналов в напряжение прямоугольной формы с уровнями, совместимыми с уровнями используемой серии микросхем (фиг.2,б,е).

Формирователи 17 и 18 импульсов вырабатывают импульсы, привязанные соответственна к заднему (фиг.2г) и переднему (фиг.2в) фронтам опорного сигнала. В начальный период работы схемы происходит запуск одиннадцатого триггера 34 импульсов с входа Х3 (фиг.2м).

Одиннадцатый триггер 34 вырабатывает интервал (фиг.2н) с уровнем логического нуля, который снимает запрет = второго входа распределителя 35 нмпуль"

1 сов. В результате чего на выходах по следнего вырабатывается последователь-. ность импульсов. Причем тактовые импульсы с выхода третьего элемента

ИЛИ 28 поступают на первый вход распределителя 35 импульсов, на- выходах которого начинает вырабатываться последовательность импульсов. Импульсом с первого выхода обнуляется второй счетчик 4, а импульсом с второго выхода — седьмой триггер 23 и первый счетчик 3. Импульс с третьего выхода обнуляет девятый триггер 25, импульс с четвертого выхода обнуляет десятый 26, четвертый 20 и пятый 21 триггеры, Импульсом с пятого выхода распределителя 35 импульсов на выходе одиннадцатого триггера 34 устанавливается уровень логической единицы, срывающий работу распределителя 35 импульсов и поступающий на.информационные входы пятого 21, первого 10 и шестого 22 триггеров.

Далее следует режим измерения фазы.

Третий и четвертый формировате.ли 15 и 16 импульсов вырабатывают им с пульсь, привязанные соответственно к переднему (фиг.2ж) и заднему (фиг.2з) фронтам входного сигнала.

Импульс с третьего формирователя 15 импульсов (фиг,2ж) поступает на первый вход второго элемента И 6, а им14

06515

5 пульс с четвертого формирователя 16 импульсов поступает на первый вход пятого элемента И 9. Первый импульс с выхода третьего формирователя 15 импульсов, поступающий на вход син" хронизации пятого триггера 21, устанавливает на выходе уровень логической единицы, который разрешает прохождение импульса с выхода третьего формирователя 15 импульсов и через третий элемент И 7 на вход синхронизации второго триггера 11 и устанав ливает на первом выходе второго триг-! гера 11 уровень логической единицы,,,который разрешает прохождение импуль) ,са с выхода четвертого формировате ля 16 импульсов. через .пятый элемент И 9 и элемент ИЛИ 27 на вход установ,ки Ь "0" первого триггера 10 и срыва;ет его работу, формируя тем самым конец интервала, поступающего на пер вый вход первого элемента И 5, (4èã.2с). Второй импульс с выхода ,третьего формирователя 15, поступаю щий через третий элемент И 7 на вход

,синхронизации второго триггера 11, устанавливает на втором выходе (НЕ) второго триггера 11 уровень логичес-! кой единицы, позволяющий импульсу с выхода третьего формирователя )5 им пульсов проходить через второй элеМент И 6, четвертый элемент ИЛИ 29 на вход установки в "0" третьего триггера 12 и запрещает его работу. Этим формируется конец интервала (фиг.2р), цоступающий на четвертый элемент И 8.

Десятый 26 и четвертый 20 триггеры разрешают третьему 12 и первому 10 триггерам вырабатывать свои интервалы только по одному разу в процессе одного измерения фазы. Это достигается тем, что по окончании интервалов, выРабатываемых третьим 12 и первым 10 триггерами, на вторых выходах (НЕ) этих триггеров появляется положительНый перепад, поступающий на входы синХрониэацин десятого 26 и четверто-. г о 20 триггеров, который на выходах этих триггеров устанавливает уровни

Логической единицы, который через четвертый 29 и второй 27 элементы ИЛИ запрещает. дальнейшее переключение третьего 12 и первого 1 0 триггеров до начала следующего этапа измерения фаail> С первого выхода генератора ) тактовых импульсов на второй вход четвертого элемента И 8 поступает последовательность импульсов, которая

6 заполняет интервал, сформированный третьим триггером,)2 и поступающий на первый вход четвертого элемента

ИЛИ 29 (фиг.2и). С второго выхода ге5 нератора 1 тактовых импульсов .последовательность импульсов, сдвинутая на полпериода относительно последова-. тельности на первом выходе генератора 1 тактовых импульсов, поступает на второй вход первого элемента И 5 и заполняет интервал, сформированный триггером 10 (фиг,2у). Интервалы, заполненные импульсами с выходов чет-. вертого 8 и первого 5 элементов И,поступают на первый и второй входы первого элемента ИЛИ 19. Так как импульсы, заполняющие интервалы, разнесены на полпериода, то область перекрытия

2р интервалов отмечается удвоением частоты следования импульсов (фиг.2ф).По" следовательность импульсов (фиг.2ф) с выхода первого элемента ИЛИ 19 по" ступает на вход синхронизации счетчн2g ка 3, на выходе которого получен код> соответствующий двойному сдвигу фаз (2 ) . На втором счетчике 4 из-за того, что частота счетных импульсов в два pasa выше, чем при счете фазы, формируется цифровой код, равный не периоду, а двум периодам (2р). Цифровые коды двойной фазы и двойного периода поступают в устройство, кото" рое проводит с ним дальнейшую обработку по формуле

24

N = ††- р

2р, где — сдвиг фаз между опорным и входным сигналом;

" р, — период опорного сигнала (измеренный); р — период опорного сигнала (ног минальный).

Временные диаграммы работы цифрово4> го фазометра (фиг.2) содержат: а) второй вход цифрового фазометра Х2; б) выход второго компаратора 39; в) выход шестого формирователя 18 б0 импульсов; г) выход пятого формирователя 17 импульсов; д) первый вход цифрового Фазометра Х1;

55 е) выход первого компаратора 37; ж) выход третьего формирователя 15

IHMIIyzIbcoB; з) выход. четвертого формирователя 16 импульсов;

1406515 8 и) первый выход генератора 1 тактовых импульсов; к) второй выход генератора ) тактовых импульсов; л) выход третьего элемента ИЛИ 28;

5 м): третий вход цифрового фаэомет" ра ХЗ; н) выход (НЕ) одиннадцатого триггера 34;

10 о) выход второго элемента И 6; п) выход элемента И 9; р) первый выход третьего триггера 12; с) первый выход первого триггера 10 т) выход четвертого элемента И 8; у) выход первого элемента И 5; ф) выход первого элемента KIH 19; х) выход шестого триггера 22; 20 ц) выход седьмого триггера 23; ч) выход восьмого триггера 24.

Формула и э о б р е т е н и я

° 1. Цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, первый, второй счетчи ки, первый, второй, третий, четвер-. тый, цятый элементы И, первый, вто" рой, третий триггеры, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой формирователи импульсов, первый эле- мент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей импульсов являются первым и вторым входами цифрового фазометра, выход второго формирователя импульсов соединен с входами пятого и шестого формирователей импуль сов, выходы которых подключены .соот- 40 ветственно к входам синхронизации третьего и первого триггеров, .первый выход первого триггера подключен к первому входу первого элемента И,второй вход которого подключен к второ 4

45 му выходу генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с первым выходом третьего триггера, выходы Б первого и четвертого элементов И соединены соответственно с вторым и первым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации первого счетчика, вход уста новки которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, выход третьего элемента И соединен с входом синхронизации второго триггера, первый выход которого соединен с вто.рым входом пятого элемента К., о т л и ч а ю шийся тем, что, с целЬю повышения быстродействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начального значения сдвига фаз, в него введены четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый триггеры, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и шестой элемент И,выход шестого триггера соединен с первым входом шестого элемента И и информационным входом третьего триггера, выход шестого формирователя импульсов подключен к входу синхронизации шестого триггера и второму входу шестого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации седьмого триггера, у которого информационный вход и второй выход (НЕ) соединены, .вход установки седьмого, триггера соединен с третьим выходом блока синхронизации, вход установки шестого триггера подключен к выходу девятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента

ИЛИ-НЕ, а, вход установки подключен к четвертому выходу блока синхронизации, первый выход седьмого триггера подключен к второму входу элемента

ИЛИ-НЕ, входу синхронизации восьмого триггера и входу разрешения второго счетчика, выход восьмого триггера соединен с первым входом элемента

ИЛИ-НЕ-и входом разрешения первого счетчика, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом установки восьмого триггера и входом установки третьего триггера, второй выход (НЕ) которого соединен с входом синхронизации десятого триггера, пятый выход блока сИнхронизации соединен с входами установки четвертого, пятого и десятого триггеров, первый выход блока синхронизации соединен с информационными. входами первого, пятого и шестого триггеров, второй вход блока синхронизации соединен с выходом тре тьего элемента ИЛИ и.входом синхронизации второго счетчика, выход третьего формирователя импульсов соеди- нен с входом синхронизации пятого триггера и с первыми входами третьего и второго. элементов И, выход второго .элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход пятого элемента И соединен с вторым вхо

14065 дом второго элемента ИЛИ, выход пятого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, второй вход второго элемента И соединен с информационным входом и выходом (НЕ) второ5

ro триггера, второй выход блока син, хронизации подключен к входу установ: ки второго счетчика, выход первого формирователя импульсов подключен к, входам третьего и четвертого формиро-!

;: вателей импульсов, выход десятого, триггера соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй выход (НЕ) первого триггера соединен с входом синхронизации четвертого триггера, выход, которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в

"О" первого триггера, выход четвер" 2О того формирователя импульсов подключен к первому входу пятого элемента И, первый вход блока синхронизации является третьим входом цифрово.,го фазометра, высокий потенциал под- 25 ключен к информационным входам чет1

1 вертого, восьмого, девятого, десятого триггеров, выходы первого и второФие. 2

Составитель С,Сафрохин

Техред Л.Сердюкова Корректор &I Муска

Редактор Ю.Середа

Заказ 3188/41

Тираж 772 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 а

Ф

В .д в ж

Э и и о и . Р

В ш

У

У

4f

15 10 го счетчиков являются соответственно первым и вторым выходами цифрового фазометра, первый и второй выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ.

2. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что блок синхронизации состоит иэ распределителя импульсов и одиннадцатого триггера, причем выход (НЕ) одиннадцатого триггера со" единен с вторым входом распределителя импульсов и является первым выходом блока синхронизации, первый,втброй, третий, четвертый выходы распределителя импульсов являются вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока синхронизации, пятый выход распределителя импульсов соединен с вхо-: дом установки "9" одиннадцатого триггера, вход синхронизации которого является первым входом блока син" хронизации, высокий потенциал подключен к информационному входу одиннад" цатого триггера, а первый вход распределителя импульсов соединен с, вторым входом блока синхронизации.