Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано в фазометрах и преобразователях фаза-код. Цель изобретения - повышение точности измерения при малых отношениях сигнал-шум и высокой для данного времени измерения скорости изменения сдвига фаз входных сигналов. Для достижения цели в фазометр введены сдвиговый регистр 14, постоянный запоминающий блок 15, управляемые инверторы 11-13, инвертор 19, элементы И 34 и 35, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, регистр 16 хранения, триггеры 23-26 и мультиплексор 37 с их связями, что позволяет производить переключения в критических точках характеристики фазометра на формирование фазового интервала по триггерному принципу либо с перекрытием. Устройство содержит также генератор 31 тактовых импульсов, блок 36 синхронизации, счетчик 39, выходной регистр 40, ключи 27-30, триггеры 20-22, сдвиговый регистр 7, умножитель 8 частоты, управляемые инверторы 9 и 10, формирующие блоки 1 и 2, формирователи 3-6 импульсов, элемент ИЛИ 38 и инвертор 18. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) й.й 5 .Ы. i(C:! 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4385632/ 24-21 (22) 29,02.88 (46) 30„09.89. Бюл. М 36 (71) Московский институт электронной техники (72) И,А.Лапинский, Н.О.Крыликов, В.A.Âåðñòàêîâ, О.Б.Иалежин и С.Е.Ахулков (53) 621 . 317. 373 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

ti 938197, кл, 4 01 R 25/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1092430, кл. С 01 R 25/08, 1982„ (54) ЦИФРОВОЙ М,ЗО!1ЕТР (57) Изобретение может быть использовано в фазометрах и преобразователях фаза-код. Цель изобретения — повыше— ние точности измерения при малых отношениях сигнал-шум и высокой для данного времени измерения скорости изменения сдвига фаз входных сигна2 лов. Для достижения цели в фаэометр введены сдвиговый регистр 14, постоянный запоминающий блок 15, управляемые инверторы 11 — 13, инвертор 19, элементы И 34 и 35, элемент ИСКЛЮЧАЮ111ЕЕ ИЛИ 17, регистр 16 хранения, триггеры 23-26 и мультиплек-ор 37 с их связями, что позволяет производить переключения в критических точках характерис-,ики фазометра на формирование фазового интервала го триггерному принципу либо с перекрьгтием. Устройство содержит также генератор 31 тактовых импульсов, блок

36 синхронизации, счетчик 39, вь;— ходной ре-истр 40, ключи 27 †:0 триггеры 20-22, сдвнговьп регистр 7, умножитель 8 частоты, управляемые инвер"оры 9 -: 10, формирующие блоки

1 и 2, формирователи 3-6 импульсов, элемент ИЛИ 38 и ннвертор 18. 3 ил.

3 1 511

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при создании цифровых фазометров понышенной точности, а также Bblсокоточных преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вь|числительных систем.

На фиг. 1 приведена блок-схема фазометра; на фиг. 2 — электрическая схема блока синхронизации; на фиг.3временная диаграмма работы блока синхронизации.

Цифровой фазометр с постоянным временем измерения (фиг. 1) содержит первый и нторой формирующие блоки

1 и 2, первый, второй, третий и четвертый формирователи 3-6 импульсов, первый сдниговый регистр 7, вход последовательной записи которого соединен с выходом второго формирующего блока 2, входами третьего и четвертого формирователей 5 и 6 импульсов и через умножитель 8 частоты с тактовым входом первого сдвигового регистра 7, первый, второй, третий, четвертый и пятый управляемые инверторы 913, второй сдвиговый регистр 14 на

К разрядов, вход последовательной записи которого через третий управляемый инвертор 11 соединен с выходом первого сдвигового регистра 7, тактовый вход второго сдвигового регистра

14 соединен с выходом первого форми— ронателя 3 импульсов, а выходы с 1-го по К-й соединены с адресными входаии постоянного запоминающего блока 15, регистр 16 хранения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами постоянного запоминающего блока 15, элемент 17

ИСКЛМЧАЮГ(ЕЕ ИЛИ, первый и второй инверторы 18 и 19, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой триггеры 20-26, первый, второй, третий и четвертый ключи 27-30, генератор 31 тактовых импульсов,состоящий из генератора 32 и формирователя 33 последовательностей тактовых импульсов, первый и второй элементы

34 и 35 И, блок 36 синхронизации, мультиплексор 37, элемент 38 ИЛИ, подключенный своим выходом к счетному входу счетчика 39, выходь! которого с (нг-и+!)-ro по (m-1)-й соединены соответственно с входами выходного регистра 40 с 1-го по (m-1)-й), выход формирующего блока 1 через последовательно соединенные управляемый

706 4

55 инвертор 9, формирователь 3 импульсон, триггер 24, элемент 34 И и управляемый иннертор 12 соединен с первым входом мультиплексора 37, второй вход которого через последовательно соединенные управляемый иннертор 13, элемент 35 И и триггер 26 соединен с первым входом триггера 21 и выходом формирователя 6, третий вход мультиплексора 37 через послецонательно соединенные иннертор 19, триггер 23, элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, триггер 22, ключ 29 и инвертор 18 соединен с первым выходом блока 36 синхронизации и управляющими входами ключей 27 и 28, Четвертый вход мультиплексора 37 через триггер 20 соединен с выходом формирователя 5 импульсов, вторым входом триггера

26 и первым входом блока 36 синхронизации. Пятый вход мультиплексора

37 соединен с выходом триггера 21, Выходы мультиплексора 37 соединены соответственно с входами ключей 27 и 28, выходы которых соединены со входами элемента 38 ИЛИ, Вторые входы ключей 27 и 28 соединены с соответствующими выходами генератора 31 тактовой частоты. Выход генератора 32 соединен со вторым входом блока 36 синхрониэации. Третий вход блока 36 синхронизации соединен с выходом ключа 29, а третий выход — со вторым входом счетчика

39. Выход m-го разряда счетчика 39 через управляемый инвертор 1О, соединенный управляющим входом с управляющим входом управляемого иннертора

11 и выходом триггера 22, соединен со входом п-го разряда регистра 40, вход перезаписи которого соединен со вторым выходом блока 36 синхронизации. Второй вход триггера 20 соединен с выходом формирователя 3 импульсов и входами ключа 30 и сдвигового регистра 14, Второй вход триггера 24 соединен со вторыми входами триггера 2I и ключа 29, третьим входом регистра 16 хранения, и через формирователь 4 импульсов — со входом формирователя 3 импульсон. Выход инвертора 19 через последовательно соединенные ключ 30, триггер 25, второй вход которого соединен со входом формирователя 5 импульсов, и управляемый инвертор 13 соединен с выходом элемента 35 И, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера 24. Управляющие входы

5 15 управляемых инверторов 12 и 13 объединены между собой. Выход триггера

22 соединен с управляющим входом управляемого инвертора 9.

Блок 36 синхронизации (фиг. 2) содержит триггеры 41 и 42, тактовые входы которых соединены соответственно с третьим и первым входами блока синхронизации, а входы сброса подключены к выходу элемента 43 ИЛИ, выход триггера 41 соединен с D-входом триггера 42, прямой выход которого соединен с первым входом элемента 44 И, а инверсный выход соединен с установочным входом счетчика 45 и соединен с третьим выходом .блока 36 синхронизации, тактовый вход счетчика 45 соединен со вторым входом блока 36 синхронизации, первый и второй выходы счетчика 45 соедичены соответственно с первыми входами элементов 46 и 47 И, вторые входы которых соединены с третьим выходом счетчика 45 и через инвертор 48 — со вторым входом элемента

44 И, выход которого соединен с первым выходом блока 36 синхронизации, выход элемента 46 И является вторым выходом блока 36 синхронизации, а выход элемента 47 И соединен с первым входом .элемента 43 ИЛИ, второй вход которого является входом "Работа/Останов" блока 36 синхронизации.

Важной особенностью устройства является возможность перехода от одного принципа измерения к другому в процессе измерения, что существенно при высокой скорости изменения сдвига фаз. Кроме того, схема выбора принципа измерения является самонастраивающейся по уровню шумов. Чем выше уровень. шумов, тем шире диапазон фазовых углов, измеряемых по принципу фазометра с перекрытием.

Устройство позволяет реализовать измеритель с практически линейной фазовой характеристикой для постоянных сдвигов фаз при даже очень небольших отношениях сигнал/шум.

Цифровой фазометр с постоянным временем измерения работает следующим образом.

Синусоидальные или прямоугольные напряжения Х1 и Х2 подаются на первую и вторую входные шины, причем напряжение Х2 является опорным, Пройдя через первый и второй формирующие

11706 6 блоки l и 2р входные сигналы усиливаются, о,,.;".ничиваются п .> амплитуде и преобразуются в напряжения прямоугольной формы с уровнями, совместимыми с используемой серией микросхем.

Сигнал с. выхода первого формирующего блока 1 через первый управляемый ннвертор 9 (который инвертирует сигнал в случае необходимости введения ка15

55 либрованного фазового сдвига) подается на первый и второй формирователи 3 и 4 импульсов. Сигнал с выхода второго формирующего блока 2 поступает на третий и четвертый формирователи 5 и 6 импульсов. формирователи

3-6 импульсов выполняют функцию защиты фронтов входных сигналов от дребезга, При этом первый и третий формирователи 3 и 5 импульсов вырабатывают короткие импульсы по передним фронтам входных сигналов, а второй и четвертый формирователи 4 и

6 импульсов — по задним фронтам. По коротким импульсам с формирователей

3-6 импульсов первый и второй триггеры 20 и 21 формируют фазовые интервалы по триггерному принципу. Эти фазовые интервалы поступают на первый и второй входы мультиплексора 37.

Пятый и "едьмой триггеры 24 и 26 восстанавливают входные сигналы, но уже без дребезга фронтов, а первый и второй элементы 34 35 И формируют фазовые интервалы по принципу с перекрытие:. ., которые через четвертый и пятьй управляемые инверторы

12 и 13 поступают на третий и четвертый входы мультиплексора 37. Четвертый и пятый управляемые инверторы

12 и 13 вместе с шестым триггером 25 образуют схему устранения неоднозначности. Шестой триггер 25 фиксирует положение переднего фронта сигнала

Хl (по короткому импульсу с первого формирователя 3 импульсов) относительно опорного сигнала. Если началь ный сдвиг фаз составляет от Т до 2i, то на инверсном выходе шестого триггера 25 присутствует лог. "1",а четвертый и пятый управляемые инверторы

12 и 13 включаются в инвертирующий режим.

Переключение адресного входа мультиплексора 37 и соответственно принципа измерения осуществляется с помощью узла, основу которого составляют второй сдвиговый регистр 14 и постоянный запоминающий блок 15. На

1511706 вход последовательной записи второго сдвигового регистра 14 поступает опорный сигнал, сдвинутый в первом сдвиговом регистре примерно на 90 (высокая точность сдвига не требуется).

На тактовый вход второго сдвигового регистра 14 подается короткий импульс с первого формирователя 3 импульсов. !О

Таким образом, в каждом периоде входных сигналов младший разряд второго сдвигового регистра 14 фиксирует положение переднего фронта сигнала

Xl относительно положительного полупериода сдвинутой опоры. При сдвигах !

Г

Ц фаз в диапазоне от 0 до — и от

3N — до 2! в младший разряд записывает2 ся лог. "0". Лог. "1" соответствует 20 сдвигам фаз от —, до -- . Информация

2 2

Ф записанная в предыдущих периодах, продвигается в старшие разряды. Таким образом, К разрядов второго сдвигово- 25 го регистра 14 содержат информацию о сдвиге фаз в последних К периодах входных сигналов. По состоянию второго сдвигового регистра 14 нетрудно выбрать принцип и режим измерения. 30

Если весь регистр заполнен логическими кулями (сдвиг фаз оказывается !! 3 в пределах 0- — или — -2и) то изб мерение необходимо производить по триггерному принципу с добавлением калиброванного фазового сдвига. Если регистр заполнен логическими едини-! /

1! цами (сдвиг фаз в диапазоне

° 1л 40

:-) то измерение следует проводить

9 по триггерному принципу без добавления калиброванного фазового сдвига.

Если же фазовый сдвиг оказывается

4S вблизи значений — или — то при на2 2 пичии узкополосного шума или в силу быстрого изменения сдвига фаз второй сдвиговый регистр 14 заполняется как логическими единицами, так и нулями, В этом случае необходимо перейти на ° принцип измерения с перекрытием.

Состояния второго сдвигового регистра 14 дешифрируются постоянным запоминающим блоком 15, который вырабатывает признак выбора принципа измерения (лог. "1" — триггерный принцип, лог. "0" — принцип с перекрытием), записываемыи в первым разряд регистра хранения 16, и признак введения калиброванного фазового сдвига (лог ° "0" — калиброванный фазовый сдвиг не вводится, лог, "1" — вводится), записываемый во второй разряд регистра хранения 16 и третий триггер 22, который управляет первым, вторым и третьим управляемыми инверторами 9-11 . В интервале измерения блок 36 синхронизации через первый инвертор 18 блокирует третий ключ 29, пропускающий импульсы записи на Свход третьего триггера 22, тем самым фиксируя режим работы первого, второго и третьего управляемых инверторов 9-11 до окончания измерения. Содержимое разрядов регистра 16 хранения обновляется в каждом периоде входных сигналов, Элемент 17 ИСКЛ!ОЧАЮ!!!ЕЕ

ИЛИ вырабатывает сигнал совпадения (лог. "0") текущего значения признака введения калибровàííîro фазового сдвига и содержимого третьего триггера 22, Перед началом измерения на его выходе, а следовательно, и íà Rвходе четвертого триггера 23 присутствует лог, "0". Четвертый триггер

23 собирается по известной схеме на двух элементах 2И-НЕ. Поэтому. если перед началом измерения в первом разряде регистра хранения записана лог. "1", то четвертый триггер 23 оказывается в сброшенном состоянии, и сигнал с его прямого выхода, будучи проинвертирован вторым и; :;=ертором

19, устанавливает лог, "1" ;а адресном входе мультиплексора 37, При этом на выход мультиплексора 37 пропускаются фазовые интервалы, сформированные по триггерному принципу а !

Переход к принципу с перекрытием осуществляется после записи в первый разряд регистра 16 хранения лог. "0" и может происходить в любой момент времени. При этом на S-входе четвертого триггера 23 устанавливается лог. "0" и независимо от состояния

К-входа (допускается и запрещенная ситуация, так как одновременное переключение обоих входов из лог. "0" в лог. "1 невозможно) прямой выход переключается в состояние лог. "1", Сигнал с выхода второго инвертора

19 обнуляет адресный вход мультиплексора 37 и блокирует четвертый

151!706

10 ключ 30, тем самым фиксируя состояние схемы устранения неоднозначности (шестой триггер, четвертый и пятый управляемые инверторы 12, 13).

В этом случае на выход мультиплексо5 ра 37 пропускаются фазовые интервалы, сформированные по принципу с перекрытием.

Обратный переход в интервале измерения от принципа с перекрытием к триггерному также возможен, но при условии совпадения текущего значения признака введения калиброванного фазового сдвига с записанным в третий 15 триггер 22.

С выхода мультиплексора 37 фазовые интервалы поступают на входы первого и второго ключей 27 и 28, которые разблокируются блоком 36 синхронизации на время измерения сдвига фаз. На другие входы первого и второго ключей 27 и 28 поступают квантующие последовательности импульсов, о: сдвинутые на 180 друг относительно 25 друга. Пропущенные ключами импульсы попадают на элемент 38 ИЛИ и далее на счетный вход счетчика 39.

По окончании измерения блок 36 синхронизации блокирует первый и ЗО второй ключи 27 и 28, одновременно открывая третий ключ 29. Затем блок синхронизации вырабатывает строб перезаписи содержимого счетчика 39 в выходной регистр 40. При этом, если измерение проводилось с добавлением калиброванного фазового сдвига 180 то старший разряд счетчика 39 предварительно инвертируется вторым управляемым инвертором 10 с целью ком- 40 пенсации калиброванной добавки в выходном коде.

Следующий цикл измерения начинается после установки третьего триггера 22 и привязан к переднему фрон- 45 ту опорного сигнала Х2.

Блок 36 синхронизации работает следующим образом (фиг. 2 и 3).

Перед началом работы (на входе

"Работа/останов"- лог. "1") триггеры

41, 42 и счетчики 39 и 45 находятся в обнуленном состоянии. После появления на входе "Работа/останов" нулевого уровня первым импульсом записи признака калиброванного сдвига в

Ф третий триггер 22, поступившим на третий вход блока 36 синхронизации, вэводится триггер 41, снимающий бло-кировку триггера 42. По переднему фронту опорного сигнала Х2 импульсом с третьего формирователя 5 -:: пульсов, поступившим на первый вход блока 36 синхронизации, триггер 42 взводится, тем самым снимая сигнал сброса (фиг. 3, вых . 3}со счетчиков 39 и 45 и через элемент 44 И, разблоки-руя первый и второй ключи 27 и 28.

Начинается интервал измерения (фиг.З. вых. 1), который заканчивается с появлением лог. "1" в старшем задействованном разряде счетчика 45, при этом через инвертор 48 и элемент 44

И (вых. 1) блокируются первый и второй ключи 27 и 28 и разрешается прохождение сигналов через элементы 46 и

47 И. Сигнал с выхода элемента 46 И (вых, 2) осуществляет перезапись содержимого счетчика 39 в выходной регистр 40.

Сигнал с выхода элемента 47 И через элемент 43 ИЛИ обнуляет триггеры

41, 42 и счетчики 39 и 45.

При наличии на входе "Работа/огтанов" лог. "0" процесс подготовки и проведения измерения, описанный выше, повторяется. таким образом, при малых отношениях сигнал/шум и существснной динамике изменения фазового сдвига предлагаемое устройство позволяет производить измерение с более высокой точностью по сравнению с прототипом в силу того, что на критических для фазометра триггерного типа (каковым и является прототип) участках фазовой характеристики обеспечивает переход на принцип измерения с перекрытием, дающий на этих участках большую точность

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчик, выходной регистр, четыре ключа, три триггера, сдвиговый регистр, умножитель частоты, два управляемых инвертора, два формирующих блока, четыре формирователя импульсов, элемент ИЛИ и первый инвертор, причем входы первого и второго формирующих блоков соединены соответственно с первой и второй входными шинами фазометра, выход первого формирующего блока подключен к первому входу первого управляемого инвертора, выход второго формиру1З11 ОЬ . ющего блока подключен к входам третьего и четвертого формирователей импульсов, входу последовательной записи сдвигового регистра и через умножитель частоты - к тактовому входу сдвигового регистра, выход первого управляемого инвертора через первый и второй формирователи импульсов подключен к S-входам соответственно первого и второго триггеров, выход третьего формирователя импульсов соединен с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к первым входам первого и второго ключей, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму входам элемента

ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика, выходы счетчика с (m-и+1)-го по (m-1)-й соединены с входами выходного регистра с первого по (n-1)-й соответственно, à m-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к и-му входу выходного регистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, подключенного третьим выходом к установочному входу счетчика, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига Лаз прн малых отношениях сигнал/шум и высокой дпя данного времени измерения скорости изменения фазового сдвига, в него дополнительно введены третий, четвертый и пятый управляемые инвер" торы, второй инвертор, первый и второй элементы И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

KIN второй сдвиговый регистр на К разрядов, постоянный запоминающий блок, регистр хранения, четвертый— седьмой триггеры, мультиплексор, причем первый вход третьего ключа через первый инвертор подключен к первому. выходу блока синхронизации, третий вход которого соединен с выходом третьего ключа и С-входом третьего триггера, выход первого сдвигового регистра соединен с первым входом третьего управляемого инвертора, подключенного своим выходом к входу последовательной записи второго сдвигового регистра, выходы KO торого с первого,по К-й подключены к соответствующим адресным входам постоянного запоминающего блока, первый выход постоянного запоминающего блока соединен с первым входом параллельной записи регистра хранения, а второй выход — с вторым входом параллельной записи регистра хранения и Э-входом третьего триггера, выход которого подключен к вторым входам первого, второго и третьего управляемых инверторов и первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к выходу второго разряда регистра хранения, выход первого разряда которого соединен с S-входом четвертого триггера, а вход записи соединен с вторым входом третьего ключа, R-входом пятого триггера и выходом второго формирователя импульсов, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к R"âõîäó четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с адресным входом мультиплексора и первым входом четвертого ключа, тактовый вход второго сдвигового регистра соединен с S-входом пятого триггера, выходом первого формирователя импульсов и вторым входом четвертого ключа, соединенного своим выходом с С-входом шестого триггера, D-вход которого подключен к выходу второго формирующаж блока, а инверсный выход — к первым входам четвертого и пятого управляемых инверторов, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, 8-вход седьмого триггера подключен к R-входу первого триггера и выходу третьего формирователя импульсов, à R-вход седьмого триггера соединен с R-входом второго триггера и выходом четвертого формирователя импульсов, прямой выход пятого триггера и инверсный выход седьмого триггера подключены соответственно к первому и второму входам первого элемента И, инверсный выход пятого триггера и пря- . мой выход седьмого триггера соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента И, выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к первому и второму входам мультиплексора, тре14

1511706

Юпхт Юв/х. f & Г

Составитель И.Катанова

Редактор А.Долинич Техред М.Дидык Корректор Т.Палий

Тираж 714

Заказ 5899/49

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, 1осква, Ж-35, Раушскач наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 тий и четвертый входы которого соединены с выходами соответственно чет:вертого и пятого управляемых инвер1 торов, а первый и второй эь;ходь, мультиплексора - с третьим ах. дами со::."= ве тс тв енно перв ого и в торого кжочей,