Формирователь ортогональных сигналов

 

Изобретение может быть использовано в фазометрах с преобразованием частоты, моноимпульсных схемах с фазовой пеленгацией , а также в каналах приемных систем при квадратурной обработке сигналов. Целью изобретения является повышение точности установки 90°-ного фазового сдвига между сигналами на выходах формирователя . Формирователь ортогональных сигналов содержит источник входного сигнала , выходные шины, два смесителя, фазовращатель , два фильтра, гетеродин, шину сигнала управления, шину строб-импульса, общую шину, шину источника питания, генератор счетных импульсов, три компаратора, коммутатор, счетик, сумматор, регистр сдвига, цифроаналоговый преобразователь, два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, ключ, два источника опорных напряжений.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 25/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747875/21 (22) 09.10,89 (46) 30.08.92, Бюл, М 32 (72) В.Л.Семенов (56) Радиотехнические системы/Под ред.

fO.M.ÊàçàðèHoDoé M.:Ñîâ. радио, 1968, с,298, рис,6.32.

Радиопрлемные устройства/Под ред.

Барулина. M. Радио и связь, 1984, с.42, рис.

2.11. (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОРТОГОНАЛЬНЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано в фазометрах с преобразованием частоты, моноимпульсных схемах с фазовой пеленгацией, а также в каналах приемных систем

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в фаэометрах с преобразованием частоты, моноимпульсных системах с фазовой пеленгацией, а также в каналах приемных систем при квадратурной обработке сигналов, Целью изобретения является повышение точности установки 900-ного фазового сдвига между сигналами на выходах формирователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя ортогонал ьн ых сигналов; на фиг. 2 -диаграммы работы формирователя.

Формирователь ортогональных сигналов содержит источник 1 входного сигнала, выходные шины 2 и 3, смесители 4 и 5, фазовращатель 6, фильтры 7 и 8, гетеродин 9, шину10 сигнала управления, шину11 стробимпульса, общую шину 12, шину 13 источни-

Ы2 1758581 А1 при квадратурной обработке сигналов, Целью изобретения является повышение точности установки 900-ного фазового сдвига между сигналами на выходах формирователя. Формирователь ортогональных сигналов содержит источник входного сигнала, выходные шины, два смесителя, фазовращатель, два фильтра, гетеродин, шину сигнала управления, шину строб-импульса, общую шину, шину источника питания, генератор счетных импульсов, три компаратора, коммутатор, счетик, сумматор, регистр сдвига, цифроаналоговый преобразователь, два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, ключ, два источника опорных напряжений, ка питания, генератор 14 счетных импульсов, компараторы 15 и 16, коммутатор 17, счетчик 18, сумматор 19, регистр 20 сдвига, цифроаналоговый преобразователь 21, формирователи 22 и 23 коротких импульсов, элемент ИЛИ 24, компаратор 25, ключ 26, источники 27 и 28 опорного напряжения, Первые входы смесителей 4 и 5 объединены и подключены к источнику 1 входного сигнала, а вторые входы подключены соответственно к входу и выходу фазовращателя

6 на 90, вход которого соединен с выходом гетеродина 9, а выходы смесителей 4 и 5 соответственно через фильтры 7 и 8 подключены к выходным шинам 2 и 3.

Выходы фильтров 7 и 8 соединены соответственно с первыми входами компараторов 16 и 15, вторые входы которых подключены к общей шине 12, а входы управления объединены и соединены с шиной

11 строб-импульса и входами формировате»;>о-.>о > лей 22 и 23 коротких импульсов, а также седьмым входом коммутатора 17, первый вход которого подключен к основному, а второй — к инверсному выходам компаратора 16, третий и четвертый входы коммутатора подключены соответственно к основному и инверсному выходам компаратора 15, пятый вход коммутатора 17 соединен с выходом генератора 14 счетных импульсов, а шестой вход коммутатора 17 соединен с первым его выходом. Второй выход коммутатора 17 через счетчик 18, сумматор 19 и регистр 20 сдвига подключен к входу цифроаналогового преобразователя 21 и вторым входам сумматора 19, выход цифроаналогового преобразователя 21 соединен с шиной

10 сигнала управления, которая подключена к входу управления фазовращателя б. Выход формирователя 22 коротких импульсов через элемент ИЛИ 24 подключен к входу сброса счетчика 18, а выход формирователя

23 коротких импульсов подключен к входу разрешения записи регистра сдвига 20.

Шина 13 источника питания через ключ

26 и компаратор 25 подключена к второму входу элемента ИЛИ 24 и входу сброса регистра сдвига 20, другие входы компаратора

25 соединены соответственно с выходами источников 27 и 28 опорного напряжения.

Формирователь ортогональных сигналов работает следу>ощим образом, Напряжение гетеродина 9 Ur1=

= 0pcos(2 off t+(fJ)), где 0о — амплитуда сигнала гетеродина, rp1 — начальная фаза сигнала гетеродина, fr — частота сигнала гетеродина, поступает непосредственно на вход смесителя 4. При этом через фазовращатель б на 90 на вход смесителя 5 поступает напряжение Ur2.

Ur2 = 0о cos (2 xfr t + p1 + 90 ) =

0о СО $ (2 Zt fr t + rj r2 ), 1 где щ =@1 +90 .

Первые входы смесителей 4 и 5 обьединяют на время "калибровки" и на них подают напРЯжение 0вх=01соз(2л1о1+Р,) с источника 1 входного сигнала, где 01 амплитуда входного сигнала, у э — начальная фаза входного сигнала. С выхода смесителей снимают напряжения:

0вых.см1=Кпр10о01Со$ (2 >Г (fp — fr ) t +

+ фЗ вЂ” у >1 + @4 ) = 0см1 СОЯ (2,_#_тпр t +

+Л-Ю1+ ) 0см-1=Кпр10о01, ГДЕ Кпр1 КОЭффИЦИЕНт преобразования смесителя 1.

0вых.cM2= Кпр20о01Соз (2 К(fo — fr ) t +

+ p3 pg + rrpg) = 0сму со$ (2 x fnp 7 +

Ю Ру. + P ) °

0см2=Кпр20о01, гДЕ Кпр2 козффИЦивнт преобразования смесителя 2, фазовые сдвиги р4, <р5 учитывают сдвиг фазы промежуточной частоты (напр) в смесителях 4 и

5.

После фильтров 7 и 8 сигналы U»<1.

0вых2 пРиобРетУт вид

0вых1=0см1Кф1СО$ (2 1пр + P3 r>r>1 +

20 +т >- р )

0вых2=0с>л2Кф2СО$(2 Ю тпр + язв где фазовые сдвиги ру, рв учитывают сдвиг фазы промежуточной частоты в фильтрах 7 и 8; Кф1 и Кф2 — коэффициенты пере3О дач фильтров 7 и 8 соответственно.

Разность фаз выходных сигналов на шинах 2 и 3 составит у=90 +д — +Op, 2

Л где д — — дополнительный сдвиг фаз, 2 обусловленный нелинейность о характеристики фаэовращателя б, а также его температурой, фазочастотной и т.д. нестабильностями, доз =@4 - ":(7+ в) — дополнительный сдвиг фаэ, обусловленный неидентичность1о каналов (смесителей и фильтров) фазовой системы, а также температурной. амплитудно-частотной, фазочастотной и т.д. нестабильностями системы. Очевидно, что

Л чем меньше величина д — + д >р, тем меньше будет отличаться сдвиг фаз на выходе формирователя оротогональных сигналов на 90 .

Для поддержания между сигналами на выходных шинах 2 и 3- сдвига фаз 90 в

55 устройстве используется преобразователь разности фаэ в напряжение, работающий следующим образом.

Перед началом работы элементы формирователя, имеющие память, устанавлива1758581 ются в исходное состояние посредством подачи на входы сброса счетчика 18 и регистра 20 сдвига импульса сброса с двухпорогового компараторэ 25. При этом в регистр 20 и счетчик 18 записывается постояннGp.число, пропорциональное сдвигу фэз в 90", Импульс сброса формируется при включении ключа 26, Включение клк>ча 26 приводит к нарастанию на входе компаратора 25 напряжения UE, снимаемого с шины 13 питания, которое сравнивается с напряжениями U3 и U2 источников 27 и 28 опорных напряжений. При выполнении условия U1 < Ор + U2 на выходе компаратора

25 формируется импульс сброса, который на шину сброса счетчика 18 поступает через элемент ИЛИ 24, э нэ шину сброса регистра

20 сдвига непосредственно.

Далее на шину 11 строб-импульса подают строб-импульсы (фиг. 2ж), длительность которых определяется длительностью цикла усреднения значения вычисляемой ошибки разности фэз между сигналами на шинах 2 и 3, Строб-импульсы поступают на входы управления компараторов 15 и 16 и открывают их основание и инверсные логические выходы. При этом на основных выходах компараторов 15 и 16 формируются положительные импульсы (фиг. 2а, б), соответствующие сдвигам фаз между сигналами (шина 2 и 3) при переходе их через ноль в положительном направлении, а на инверсных выходах — положительные импульсы при переходе сигналов через ноль в отрицательном направлении (фиг. 2в, r), так как вторые выходы компараторов 15 и 16 обьединены и подключены к общей шине 12.

Положительные импульсы с основных и инверсных выходов компараторов 15 и 16 поступают на второй, третий, четвертый и пятый входы коммутатора 17, на первый вход которого поступают строб-импульсы, а на шестой вход — счетные импульсы с выхода генератора 14 счетных импульсов (фиг.

2,е). Следует отл етить, что в качестве кол1мутатора 17 может быть применена, например, микросхема типа 133!1 Р1, при подключении одного из ее выходов к ее седьмому входу. При этом на первом выходе коммутатора 17 (фиг. 2д), — входе счетчика

18 формируются пачки счетных импульсов в течение времени длительности строб-импульса. Коммутатор 17 совместно с компараторами 15 и 16, генератором 14 и счетчиком 18 представляют собой двухполупериодную схему преобразователя разности фаз в цифровой код (фиг. 2,з). Для выполнения выше функции микросхемой

133ЛР1 необходимо ее выводы (4 и 2, 5 и 3, 9 и 10, 13) подключить соответственно к

55 инверсному и основному Выходал1 компэрэтора 15, инверсному и основному выходам кол1парэтора 16, входу управления компарэторов 15 и 16, выходу генера гора 14 с етн ых импульсов. а выводы 6 и 1 соедгнн;ть между собой.

Таким образом, при поступле -гии первого строб-импульса на входс счеп,ика буда; сформировано К пачек счетных импульсов, каждая из которых будет соответствоват: разности фаз между сигналами нэ шинах и 3. Так как между сигналами на ьыходэх устройства (шины 2 и 3) должен быть уст;новлен постоянный сдвиг фаз, нэпримг- >, о — =90 то пачки счетных ил1пуль сов дол. 2 ны соответствовать числу 90".

Очевидно, из-за системэ1ических погрешностей каналов фэзовой системы, Z приводящих к ошибке р =д —,-+д р в установке фазы нэ выходах устройствэ, пачки импульсов будут отличаться по длительности в большую либо меньшую сторону от истинной величины соответствующей разности фаз в 90О. Для записи в счетчик 18 за время усреднения -- время длительности одного строб-импульса — иформации об ошибке установки необх, имаго фазового сдвига, пропорциональ ой

Л величине д — +др. в счетчик 18 п . здгэрительно записывается .исло, пропорциональное величине сдвига фаз в 90 (исходное состояние счетчика 18) из которого вычитается количество импульсов всех пачек, сформированных на вычитающем входе реверсивного счетчика,8 зэ время усреднения. Таким образом, "åðåç время длительности строб-импульса на выходе счетчика 18 будет записан цифровой код, отображающий усредненную величину ошибки необходимого сдвига фаз, т.е. код, соответствующий величине

7С д — +Op. Следует отметить, что перед началом записи информации в счетчик 18 он устанавливается в исходное состояние посредством подачи на его вход сброса с выхода формирователя 22 коротких импульсов, через элемент 24 ИЛИ короткого импульса, соответствующе о переднему фронту строб-импульса. После окончания первого строб-импульса, соответствующего времени усреднения, информация с выходов счетчика 18 переписывается через сумматор 19 в регистр 20 сдвига посредством подачи на вход записи регистра 20 сдвига

KopoTKofo импульса с формироватегя 23 Коротких импульсов, сформирозанного на вы1758581

15 ходе вырабатываемого по заднему фронту входного импульса.

Следует отметить, что схема приведенного соединения сумматора 19 и регистра 20 сдвига представляет собой сумматор с накоплением и может быть реализована с применением сумматора чисел с разны ли знаками и регистров сдвига типа 155ИР13.

Суммирование чисел с разными знаками сумматором с накоплением вызвано ошибкой установки фазового сдвига (+. Ap) на выходах устройг "л (шины 2 и

3), которая может иметь тат или иной знак относительно 90О, например

90 ": hp = 10" . При этом на выходе счетчика 1, будет формироваться число, пропорциана 1ьное ошибке установки фазового сдвига + Лр за время усреднения, определяемое длительностью первого строб-импульса. Цифровое число, переписанное в регистр 20 сдвига, после воздействия первого строб-импульса преобразуется цифроаналоговым преобразователем 21 в аналоговое напряжение управления упр= 4ыхцап21. Напряжение управления правильного знака, соответствующее ошибке установки фазового сдвига + Ap, воздействует через шину 10 на вход управления фаэовращателя 6 и устанавливает его в положение, обеспечивающее на выходе устройства (шина 2 и 3) заданный фазовый сдвиг 90". Очевидно, что из-за нелинейности фазавой характеристики фазавРаЩатЕЛЯ <Р „хфо.6 I(UyrIP), а таКжЕ ИЭ-за ЕЕ изменения при воздействии, например, температуры, полной компенсации ошибки фазового сдвига +.Лрэа один интервал строб-импульса усреднения добиться невозможно. Для устранения остатка ошибки установки фазового сдвига (ЛЛр « Л р) на шину 11 подают второй строб-импульс, определяющий второй интервал усреднения. При этом на выходе формирователя 22 формируется короткий импульс, которым . счетчик 18 устанавливается в исходное состояние. Следует отметить, что информация на выходе регистра 20 сдвига остается неизменной. По окончании второго строб-импульса на выходе счетчика 18 будет сформировано цифровое число, соответствующее величине остатка ошибки фазового сдвига ЛЛ >, которое с правильным знаком просуммируется с предыдущим значением, записанным в регистре 20 сдвига, после воздействия на его вход записи короткого импульса с выхода формирователя

23.

При этом на соответствующую величину изменится и напряжение управления на выходе ЦАП 21, а фазовый сдвиг на выходе устройства (шины 2 и 3) приблизится к истинному значению 90 . Остаточная ошибка (ЛЛЛу) после воздействия второго импульса усреднения будет ЛЛЛp « ЛAp « h,p . .Очевидно, что полное устранение ошибки установки фазового сдвига ЛЛу, определяемой систематическими погрешностями фазовой системы с преобразованием часто1ы, IIpcизойдет после воздействия нескольких строб-импульсов усреднения. Следует отметить, чта многаразовое последовательное усреднение уменьшающейся îiUèáêè установки заданного сдвига фаэ позволяет устранить ошибки: а) определяемые нелинейнастью и нестабильнас: I Io фризовой характеристики управления электронного фазавращателя, б) грубые ошибки измерения, которые могут возникнуть при непредвиденных аб стоятельствах ва врегля того или много интервала усредн„-ния, в) ошибку, определяемую уходом частоты генератора 14 счетных импульсов, что снижает требования к высокой стабилизации его частоты и соответственно его сложности, габарита л, стоимости и надежности, r) ошибку дискретности, определяемую периодам следования счетных импульсов, д) случайную ошибку измерения, так как увеличивается время усреднения при сравнительна небольшой емкости счетчика 18 и сумматора с акаплением (с,мматор 19 и регистр 20 сдвига), чта обеспечивает устройству калибровки фазового сдвига приемлемые габариты.

Предлагаемое техническое решение позволяет автоматически за короткое время получить высокую точность установки фазового сдвига на выходе фазовой системы с преобразованием частоты эа счет многоразового повторения процесса усреднения уменьша ощейся от интервала к интервалу усреднения фазовой ошибки. Получение высокой точности установки фазового сдвига на выходе фазовой системы с преобразованием частоты позволяет использовать ее а точных фаэаметрах для устранения систематических фазовых погрешностей измерения, в моноимпульсних системах с фазовой пеленгацией, для получения точных пеленгационных характеристик с центральной симметрией, в каналах приемных систем

1758581

10 при точной квадратурной обработке сигналов, для устранения неоднозначности и т.д, Формула изобретения

Формирователь ортогональных сигналов, содержащий два смесителя, первые входы которых обьединены и подключены к источнику входного сигнала, а вторые входы соединены соответственно со входом и выходом фазовращателя на 90О, вход которого соединен с выходом гетеродина, а выходы смесителей соответственно через первый и второй фильтры подключены к выходным шинам, отличающийся тем, что. с целью повышения точности установки 90 ного фазового сдвига, в него введены генератор счетных импульсов, три компаратора, коммутатор, два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, сумматор, регистр, цифроаналоговый преобразователь, два источника опорных напряжений и ключ, при этом выходы первого и второго фильтров соединены соответственно с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, а прямые и инверсные выходы соединены с соответствующими входами коммутатора, пятый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов. шестой вход — с первым выходом коммута5 тора, а седьмой — с шиной строб-импульсов, входами управления первого и второго компараторов и входами первого и второго формирователей коротких импульсов, выход первого из которых соединен через элемент

10 ИЛИ с первым входом счетчика, второй вход которого соединен со вторым выходом коммутатора. а выход соединен через последовательно соединенные сумматор, регистр и цифроаналоговый преобразователь с управ15 ляющим входом фазовращателя, выходы регистра соединены со вторыми входами сумматора, вход разрешения записи регистра соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а вход сброса — со

20 вторым входом элемента ИЛИ и выходом третьего компаратора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорных напряжений. а вход управления

25 третьего компаратора через ключ соединен с шиной источника питания.

1758581

Ю /л/ / Р

Jlrtdb ксит,Мто

r&o гс

& Ф,)

ЫЫШШЫШШ1ШШ Ц

Составитель M Êàãàíoaà

Редактор Т.Орловская Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Заказ 2998 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101