Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения сдвига баз при несимметричных ограничениях гармонических сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения сдиига фаз. Цифровой фазометр содержит усилители-ограничители I и 2, инвертор 3, Е-триггсры 4 и 5, полу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 2234 А1 (19) (I I) (5l)5 G 0l К 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) ЦИФРОВОЙ ФА3011ЕТР !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4644316/21 (22) 30,01.89 (46) 23.01.91. Бюл. Н 3 (7?) Е .Л. Кошелев, В.С. Курулев и В.А.Чернышов (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

699450, кл. G Ol К 25/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Г 1451619, кл. G О1 R 25/00, 1987. (57) 11зобретение может быть использовано для измерения сдвига Фаз при несимметричных ограничениях гармонических сигналов. Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига фаз. Цифровой фазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, инвертор 3, E-тригг;ры 4 и 5, полу1622834

1О сумматоры 6 — 9, блок 10 управления, включающий триггеры 1 1, — 14, элемент

И 15, инвертор 16, задающий генератор 17,времяэадающий блок 18,одновибраторы 19 и 20,блок 21 задания максимального кода, блок 22 вычитания, инвертор 23 знака, блок 24 выборки, регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 фор-!

Изобретение относится к технике радиоиэмерений и предназначено для 15 измерения сдвига фаз при несимметричных ограничениях гармонических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности измерения сдвига фаз. 20

kIa фиг.1 изображена функциональная схема цифрового фазометра; на фиг.2 — пример выполнения времяэадающего блока; на фиг. 3 — пример выполнения блока задания максимально- 25

ro кода; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу цифрового фазометра; на фиг. 5 — характеристики основного и дополнительного каналов измерения и способ коррекции результата измерения; на фиг ° 6 и 7 — временные диаграммы формирования дополнительных последовательностей на

Š†триггер; на фиг.8 — характеристика цифрового фазометра с провалом вблизи 180 ; на фиг. 9 и 10 — временные диаграммы, поясняющие работу блока управления при наличии и отсутствии дополнительной последовательности на соответствующем Е- 40

Цифровой газометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, инвертор 3, Е-триггеры 4 и 5, полусумматоры 6—

9, блок 10 управления, содеожащий первый 11, второй 12, третий 13 и 45 четвертый 14 триггеры, элемент И 15 и инвертор 16, задающий генератор 17, времязадающий блок 18, одновибраторы 19 и 20, блок 21 задания максимального кода, блок 22 вычитания,инвертор 23 знака, блок 24 выборки, регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 cbopмирования квантующих импульсов,выполненные на элементах И 28 — 31, и блоки 32 и 33 измерения, выполненные сьответственно на счетчиках 34,35 и

36, 37 и блоках 38 и 39 вычитания. .Выход усилителя-ограничителя 1 соединен с входами установки I:-тригмирования квантующих импульсов,содержащие элементы 28 — 31, и блоки 32 и 33 измерения, содержащие счетчики

34 — 37 и блоки 38 и 39 вычитания.

Цель достигается за счет устранения эон нечувствительности путем исключения неопределенных состояний управляющих элементов. 10 ил. геров 4 и 5 и первыми входами полусумматоров 6 и 8. Выход усилителяограничителя 2 соединен с входом обнуления Е-триггера 4, первым входом полусумматара 9 и входом инвертора 3, выход которого соединен с входом обнуления Е-триггера 5 и первым входом лолусумматора 7. Инверсный выход Е-триггера 5 соединен с тактовым входом триггера 12,являющимся первым входом блока 10 управления. Прямые выходы Е-триггеров

4 и 5 соединены соответственно с вторыми входами полусумматоров 6 и

7 и вторыми входами полусумматоров

8 и 9. Прямой выход Е-триггера 5 соединен также с тактовым входом триггера 13, являющимся вторым входом блока 10 управления. Выходы триrreров

12 и 13 через элемент И 15 соединены с информационным входом триггера 14. Выходы полусумматоров 6 — 9 соединены соответственно с первыми входами элементов И 28,29 и 30,31 блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов, вторые входы которых соединены между собой, выходом задающего генератора 17 и входом времязадающего блока 18, выход которого соединен с входом одновибратора 19, третьими входами элементов И 28 — 31, с входом обнуления триггера 11,являющимся входом стробирования блока 10 управления, и через инвертор 16 с тактовым входом триггера 14.

Выход триггера 11 соединен с входами обнуления триггеров 12 и 13.

Выходы элементов И 28 и 29 блока

26 формирования квантующих импульсов соединены со счетными входами счетчиков 34 и 35 блока 32 измерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 38 вычитания, а выходы элементов И 30 и 31 блока 27 Аормирования квантующих им— пульсон соединены со с. етными входа162 ми счетчиков 36 и 37 блока 33 иэмерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 39 вычитания.

Входы обнуления счетчиков 34

37 соединены с входом обнуления триггера 14, являющимся входом обнуления блока 10 управления, тактовым входом триггера 11 и выходо одновибратора

20, вход которого соединен с выходом одновибратора 19 и ;актовым входом регистра 25 памяти, ип,, ормационный вход которого соедгп ен с выходом блока 24 выборки, ceлектируюший вход которого соединен с выходом триггера 14, являющимся выходом блока 10 управления. Информационный выход бло.а 38 вычи."ания блока 32 измерения соединен с первым входом блока 22 вычитания, вторсй вход которого соединен с выходом блока 21 задания мак— симального кода, а «ыход — с г.ервым входом блока 24 выборки, втг рой вход которого соединен чер;- 3 инвертор 23 знака са знаковым выходом блока 38 вычитания, а третий и четвертый входы — соответственно с информационным и знаковым выходами блока 39 вычитания блока 33 измерения.

Времязадающий блок 18 (фиг.2) может быть выполнен на сдвигающем счетчике 40 с разрядностью п и РЯтриггере 4), причем первый выход сдвигающего счетчика 40 соединен с входом установки, а к-й выход — с входом обчуления RS-тригIPра 41.

Блок 2! задания максимального кода (фиг ° 3) может быть выполнен как набор ключей 42 с подавлением дребезга, Триггеры 11 — 14 могут быть выполнены как D-триггеры, причем на инфоРмаЦионн -Ie IIx0JIbI T)IHII e)IVIII )I

l3 постоянно подается логическая п!п

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Гармонические сигналы (на,иг.4а, б) поступают на входы усилителейограничителей 1 и 2, с выходов которых снимаются прямоугольные импульсы (на фиг.4в,г), фронты которьгх совпадают с моментом пересечения гармоническими сигналами порогового уровня усилителей-ограничителей ) и 2.

Импульсы с выхода усилителя-ограничителя пос гупают Hà входы уста2834 6 новки E-триггеров 4 и 5 и первые входы полусумма горов 6 и 8. Импульсь с выхода усилителя-ог.раничителя 2 поступают на вход обнуления Е-триг5 гера 4, первый вход полусумматора 9 и вход инвертора 3, с выхода которого импульсы (фиг.4е) поступают на вход обнуления Е-триггера 5 и первый вход полусумматора 7.

11ри этом на выходах Е-триггеров

4 и 5 образуется первая и вторая до1олнительные последовательности импульсов (фиг ° 4ж, з) . У первой дополнителг.. ой последовательности (фиг.4ж) поло:хи тельный фронт импул ь са фо оми— ру ть я положительн. гм фронтом, а отрицательный фронт нлгпульс= — отрицагельнчм фронтом илпгульса опережаю20 щей:го фазе последовательггости импульсе в, поступающих с выходов усили елей-ог!1аничпт:лей 1 и 2. У второй полните Iь«ой г,ослед звательности риг.4з) положитсльггый фронт импуль25 са формируется положительным Фронтом, а отрицатель:s:»tй фронт импульса — отрипатепьным фр íòÎì импульса отстаю— щей по фазе последовательности имлbcoB поступдющих с выходов уси

30 лителей †ограничител I и . При помощи полусуммат ров 6 — a первую дополнительную последовательпос"ь суммируют по модулю два с импульсной г оследовательност;ю с выхода усили35 теля — ограничителя 1 и инверсной импульсной пос.-,едовательностью с усилителя-ограничителя 1, а вторую дополнительную импульсную последовательност*, с уммируют по модулю два с им4п пульсными паследоватепьностями с выходов усилителей-ограничителей гг 2 со тветственно.

По. ученные импульс ые последовательности поступают соответственно на

45 первые входы элементов И 28,29 и 30, 3! блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов, где заполняются импульсами высокой частоты задающего генератора 17 в течение действия импульса стробирования (фиг.4 и), задаваемого времяэадающим блоком 18 (фиг.4 к,л,м,н). С выходов блоков

26 и 27 формирования квантующих ггмпульсов пачки импульсов поступают на счетные входы счетчиков 34, 35 и

36, 37 блоков 32 и 33 измерения, На выходе блока 38 вычитания образуется код, соответствующий модулю и знаку фазового сдвига между импульс—

1622834 ными последовательностями на выходах усилителя-ограничителя 1 и инвер— тора 3, а на выходе блока 39 вычита.ния — на ныходах усилителей-ограничи5 телей 1 и 2. При этом характеристика фазометра на выходе блока 32 измерения сднинута относительно характеристики на выходе блока 33 измерения на

180 (фиг.5а,б). 1О

Для коррекции результата, получаемого с выходов блока 32 измерения, код, соответствующий модулю разности фаз, вычитается с помощью блока 22 вычитания из максимального кода, за- 15 даваемого ключами 42 блока 21 задания максимального кода (фиг.5в), а код, соответствующий знаку, инвертируется с помощью инвертора 23 знака. По управляющему сигналу, поступающему с 20 выхода блока 10 управления, блок 24 выборки пропускает код результата измерений с выхода блока 33 измерения или код скорректированного результата измерения с блока 26 на информационный вход регистра 25 памяти.

Длительность импульса стробирования (фиг.4и) формируется равной требуемому времени измерения с помошью 30

RS-триггера 41 нремяэадающим блоком

18 как интервал между появлением импульсов на первом и К-м выходах сднигающего счетчика 40. За время, равное интервалу между появлением импульсов на К-м и и-м выходах сдвигающего счетчика 40, на однонибраторе 49 формируется тактовый импульс, с помощью которого результат измерения переписывается в регистр 25 памяти, 40 а на одновибраторе 20 — импульс,обнуляющий счетчики 34 — 37 блоков 32 и

33 измерения, блок 10 управления и приводящий схему фазометр в исходное состояние. 45

При фазовых сдвигах тармонических сигналов (фиг.ба,б), близких к 0 и о

180, из которых формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.бн,г), возможна ситуация, когда дополнительная последовательность не формируется на одном из Е-триггеров

4 и 5 (фиг.бд,е), тогда дополнительная последовательность должна формироваться на другом Е-триггере.

При формировании выходного сигнала блока 10 управления, подаваемого на селектирующий вход блока 24 выборки, пропускающего на вход регистра

25 памяти результат измерения с выхода блока 39 вычитания блока 33 измерения или скорректированный результат измерения с выхода блока 22 вычитания и инвертора 23 знака, которые формируются из выходных сигналон усилителей-ограничителей 1 и 2 (фиг.7а,б), возможно появление ситуации, когда интервал времени перекрытия 1 становится настолько мал,что соответствующий Š†тригг перестает формировать дополнительную последова-. тельность импульсов, в to же время интервал перекрытия указанных импульсон может оказаться достаточным для срабатывания блока 10 управления из-за разных порогов и времени срабатывания триггеров, Подача, для устранения зон нечувствительности, на входы полусумматоров 6,7 или 8,9 выходного сигнала

Е-триггера 4 или 5, несформировавшего дополнительную последовательность, приводит к резкому искажению результата измерения (Фиг.8а,б) соответствующего канал:;. После компенсации сдвига харак геристики первого канала на 180 инвертором 23 знака,блоком 71 задания максимального кода и блоком 22 вычитания участок диапазона, где Е-триггер 5 перестает Формировать дополнительную погрешность, а блок 10 управления еще не переключался, приобретает вид узкогс провала иа характеристике Фазсметра (фиг.Зн).

Б предлагаемом техническом решении импульс стробирования (Фиг.9а), вырабатываемый времязадаюшим блоком

)8, обнуляет триггер 11 блока 1 0 управления, выходной сигнал которого (фиг.96) снимает обнуление с триггеров 12 и 13. Если дополнительная последовательность на выходе Г-триггера 5 Формируется (фиг."и), то иолсжительпый Фронт импульса на прямом выходе E-триггера 5 (Фиг.9н) устанавливает н состояние логической "1" триггер 12 (фиг.9г), а положительный фронт импульса на иннерснсм Hbl ходе Е-триггера 5 (фиг.9 p) устанавливает в состояние "I" триггер 13 (фиг.9е). Если оба триггера 12 и 13 установятся н состояние "1", то через элемент И !5 "1" устанавливается на информационном входе триггера 14 (фиг.9ж). По окончании импульса стробиронания (фиг.9а) пол< жител1и1л

9 1622834 10 фронт инвертированного инвертором 16 блок, первый и второй формирователи импульса стробирования (фиг.9 э), по- квантующих импульссв, первьп», второй, даваемого на тактовый вход триггера, третий и четвертый полусумматоры;

II 11

1 4, э аписыв а Р т в него 1, которая первый и второй Е - триггер и, и е р вый с выхода триггера 1 4 (фи г . 9и ) подает- и второй усилители-ограничители, рес я н а сел е ктируюший вхо д блока 2 4 вы- г и с тр памяти, блок выборки, и нв е рборки, который пропускает н а вход т ор э н ак а, блок вычитания, блок э арегистра 2 5 памяти результат с выхо- дания максимального кода, первый и да блока 3 9 вычитания блока 3 3 изме- l ð второй одно виб ра т оры, пе р вьп» и в тор ения . ро и блоки измерения, блок управления

Е ели доп олни тел ь н ая и о е и ед -, ва т ель - и и ив е р т ор, вход которого соединен ность н а выходе F. — ò ðè ã ã å ð à 5 и е Ж орми- с выхо дом второго у с или т ел я- огранир уе т с я (фи г . 1 О а ), т о в т е ч ен»: е им- чит еля, первым ч ходом ч е т в ер то го и опульса с т робир о в а ния (Фи г . 1 Об ) и а l 5 л усуммат о ра и R âõîäîì п ер в ог о Ерайней мере один и э триггеров 1 2 и триггера, а выход соединен с первым

13 не устанавливается в состояние входом второго полусумматора и R—

t1 I I

1, с выхода элемента И 15 на инфор- входом второго F. — òðèããåðà I выход мацио1»нь»й вход триггера 14 подается которого соединен с вторыми входами

11

О (фиг. 10в) . По окончании импульса 2Р третьего и четвертого полуеумматоров, стробирования (фиг. 10б) положитель- эыхоцы которых соединены соответстныи фронт инвертированного инверто- венчо с первым и вторым сигнальными ром 16 импульса стробирования входами второго формирователя кван(фиг.IOr), подаваемого на тактовьп» тующих импульсов, à S-вход второго вход триггера 14, записывает в него 25 Е-триггера соединен с первыми в с первыми входа0, который с выхода триггера 14 ми первого и третьего полусумматоров, подается на селектирующий вход блока выходом первого усилителя-o"раничите24 выборки, который пропускает на ля и S-входом пРрвога E-триггера выВ ггера,вывход регистра 23 памяти скоррРкт»»ро ход которого соединен со вторыми вхованный результат с выхода блока 22 30 дами первого и второго полусумматовычитания и инвертора 23 знака ° рс в, выходы которых сое-.».»нены с пер1

Импульс с вь»хода одновибратора 19 вым и вторым сигнальными входами пер(фиг.9к,фиг.lOe) переписывает инфор- вого формирователя кван » ую»пих импульмацию с выхода блока 24 выборки в сов, тактовыи вход которого соединен регистр 25 памяти. Импульс обнуле35 с выходом задающего генератор ератора,вхония с выхода одновибратора 20 дом врем1»задающего блока и тактовым (фиг.9л, фиг.10ж), приводящий схему входом второго формирователя квантуюфаэометра в исходное состояние,обну- щих импульсов, первый и второй выхоляет триггер 14 (фиг.9и) блока 10 ды которого соединены соответственно управления и поступает на тактовый 4О с первым и вторым счетными в четными входами г о вход триггера 11, записывая в него второго блока измерения входь

1 входы пер-. (фиг.9б), которая обнуляет триг- вого и второго формирователей квангеры 12 и 1 3 блока 1О управления тующих импульсов стробирования сое(фиг.9г,е), приводя в исходное сос- динены с входом стробирования блока тояние блок 1О управления. 45 управления, выходы время задающего

Сравнительные испытания цифровых блока соединены с входом пер одом первого одфазометров показали, что известный новибратора выхо выход которого соединен фазометр при асимметрии ограничения с тактовым входом регистра памяти, входных сигналов и фазовых сдвигах входом второго одновиб о

Ъ о однови ратора, первый близких к 130, имеет провал на ха- 5р и второй счетные входы первого блорактеристике фаэометра шириной ка измерения соедине соединены с выходами

О,, редлагаемое техническое

О 05-0 1 . П первого формирователя квантующих имрешение позволяет исключить провалы пульсов, информационный выход первона характеристике фаэометра при лю- ия соединен с первым го блока измерения бой асимметрии ограничения входных 55 входом блока вычитания, знаковый сигналов при любых фазовых сдвигах. выход через инвертор соединен с перФо рмул а из о бр е т е ни я вымвходомблокавыборки, а входобЦифрове1» фаэомет ф етр, содержащий нуления соединен с входом обнуления задающий генератор, времяэада ощий блока управления, выходом второгс

1622834 к 22

Фиг. 3 одновибратора и входом обнуления второго блока измерения, информационный выход которого соединен с вторым входом блока выборки, знаковый выход соединен с третьим входом блока выборки, вход управления которого соединен с выходом блока управления,выход соединен с информационным входом регистра памяти, а четвертый вход— с выходом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока задания максимального кода, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, первый информационный вход блока управления соединен с прямым выходом второго Е-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом блока управления, содержащего первый, второй, третий и четвертый триггеры, элемент И и инвертор, выход которого соединен с тактовым входом четвертого триггера, а вход является входом стробирования блока управления и соед инеи с входом обнуления первого триггера, выход которого соединен с входами обнуления второго и третьего

l0 триггеров, тактовые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами блока управления, а выходы соединены с первым и вторым входами элемента И, выход которого соединен с информационным входом четвертого триггера, выход которого является выходом блока управления, а вход обнуления соединен с тактовым входом первого триггера и

20 является входом обнуления блока управления.

1622834

1622834

1800

1622834

Фиг,д г

9Q8. 10

Корректор С.Черни

Редактор И.Шмакова

Заказ l09 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 д е

Составитель M.Kàòàíoâà

Техред М.Моргентал