Преобразователь фаза-код

 

Использование: измерительная техника , измерение фазового сдвига в широком диапазоне частот. Сущность изобретения: устройство содержит 2 входных формирователя (1, 2), 1 блок управления (3), 1 генератор тактовых импульсов (4), 2 ключа (5, 14), 1 схема вычитания (6), 1 коммутатор (7), 3 комбинационных элемента И-ИЛИ (8, 9, 12), 1 суммирующий счетчик (10), 1 реверсивный счетчик (11), 1 управляемая схема вычитания

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ ÄÄ 1803882 А1 siis G 01 В 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

1 (ГОСПАТЕНТ СССР) м I ii., t » lflld40AP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ к...:-, „, »;,". -."."" "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗА — КОД

Вх (21) 4926555/21 (22) 08.04.91 (46) 23.03.93, Бюл. N 11 (71) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола и Винницкий политехнический институт (72) В. Б. Дудыкевич, В. Н. Максимович.

B. И. Отенко, С. Ю. Юриш, В, Я. Супьян и С. Н. Горбатюк (56) Смирнов Л, Г. Цифровые фазометры. Л..

Э не ргия, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1420545, кл. G 01 R 25/00. 1988. (57) Использование: измерительная техника, измерение фазового сдвига в широком диапазоне частот, Сущность изобретения: устройство содержит 2 входных формирователя (1, 2), 1 блок управления (3), 1 генератор тактовых импульсов (4), 2 ключа (5, 14), 1 схема вычитания (6), 1 коммутатор (7), 3 комбинационных элемента И вЂ” ИЛИ (8, 9, 12), 1 суммирующий счетчик (10), 1 реверсивный счетчик (11), 1 управляемая схема вычитания (13). 5 ил.

F00

О (АЭ ÑÎ

ЬЭ

1803882

x2 = яхт, 50

55 (2) dp = kdx — dq, Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для точного измерения фазового сдвига в широком диапазоне частот.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Структурная схема преобразователя фаза-код представлена на фиг. 1, На фиг. 2 а)-г) — одна из возможных реализаций блока управления, временные диаграммы работы и карта прошивки ПЗУ; на фиг. 3 — пример реализации управляемой схемы вычитания; на фиг. 4 а)-б) — реализация и временные диаграммы работы схемы вычитания; на фиг. 5 — пример реализации коммутатора.

Преобразователь фаза-код (фиг. 1) содержит входные формирователи 1 и 2, блок

3 управления, генератор 4 тактовых импульсов, ключ 5, схему 6 вычитания, коммутатор

7, комбинационные элементы 8, 9, 12 И—

ИЛИ, суммирующий счетчик 10, реверсивный счетчик 11, управляемая схема 13 вычитания, ключ 14.

Блок 3 управления (фиг, 2а) содержит элемент 35 ИЛИ, счетный триггер 36, Dтриггер 37, постоянное запоминающее устройство 38 (ПЗУ), Управл":емая схема 13 вычитателя (фиг.

3) содержит схему 39 вычитания, элементы

40, 41, 42 И, элемент 43 ИЛИ.

Схема 6 вычитания (фиг. 4а) содержит

D-триггер 47 и элемент 48 ИЛИ. Схема 39 вычитателя имеет аналогичную структуру.

Коммутатор 7 (фиг, 5) содержит элементы 49, 50 И.

В качестве комбинационных элементов

8, 9 и 12 могут быть использованы, например, интегральные микросхемы К155ЛРЗ.

B преобразователя фаза-код управляющие входы первого комбинационного элемента 8 И вЂ” ИЛИ подключены к разрядам первого счетчика 10, сигнальные — к разрядам второго счетчика 11, управляющие входы второго комбинационного элемента 12

И-ИЛИ, подключены к разрядам второго счетчика 11, сигнальные — к разрядам первого счетчика 10, выход которого соединен с первым входом блока 3 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго входных формирователей 1, 2, входы которых являются входами устройства, первый вход ключа 5 соединен с первым выходом блока 3 управления, второй выход которого подключен к первому входу коммутатора 7, второй вход которого соединен с выходом схемы 6 вычитания, первый вход которой подключен к выходу управляемой схемы 13 вычитания, первый вход которой соединен с выходом второго ключа 14, первый вход

45 которого соединен с выходом третьего комбинационного элемента 9 И вЂ” ИЛИ, управляющие входы которого подключены к шине установки коэффициента, а сигнальные — к разрядам первого счетчика 10, вход которого соединен с выходом генератора 4 тактовых импульсов, третий и четвертый выходы блока 3 управления подключены соответственно ко второму и третьему входам управляемой схемы 13 вычитания, четвертый вход которой соединен с выходом второго комбинационного элемента 12 И вЂ” ИЛИ, выход первого комбинационного элемента 8 И вЂ” ИЛИ подключен ко второму входу ключа 5, выход которого соединен со вторым входом схемы

6 вычитания, первый и второй выходы коммутатора 7 подключены соответственно ко входу сложения и вычитания второго счетчика 11, а пятый выход блока 3 управления соединен со вторым входом ключа 14.

Возможны два варианта работы преобразователя. В первом случае преобразователь работает следующим образом. B исходном состоянии ключи 5, 14 закрыты, счетчики 10 и 11 обнулены, коммутатор 7 коммутирует выход 30 схемы 6 вычитания с суммирующим входом реверсивного счетчика 11, На управляющих входах управляемой схемы 13 вычитания при помощи блока 3 управления устанавливается код, при котором импульсная последовательность kdx c выхода комбинационного элемента 9 И—

ИЛИ через управляемую схему 13 вычитания подается на вход 28 схемы 6 вычитания.

Исследуемые сигналы u>() и uz(c) фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить, подаются на входные формирователи

1, 2 соответственно, и преобразуются в короткие однополярные импульсы, Блок 3 управления формирует из этих импульсов стробирующие импульсы длительностью г с периодом следования Т, равные измеряемому фазовому сдвигу. Квантующие импульсы генератора 4 тактовых импульсов в течение

m периодов частоты исследуемых сигналов поступают на вход суммирующего счетчика

10. Результат квантования m периодов где хт — результат квантования одного периода.

B момент появления импульса переполнения суммирующего счетчика 10 (фиг. 2б) блок 3 управления подает на входы управляемой схемы 13 вычитания управляющий код и на ее выходе появляется приращение импульсной последовательности

1803882 где xT — приращение импульсной последовательности на выходе комбинационного элеме} та 12 И вЂ” ИЛИ, Открывается ключ 5. На сх4му 6 вычитания начинает поступать приращение импульсной последовательности 5 бг,с выхода комбинационного элемента 8

И-,ИЛИ. По окончанию стробирующего импуЛьса на прямом выходе счетного триггера

36 блока 3 управления на выход управляемой схемы 13 вычитания поступает прира- 10 щение импульсной последовательности dq.

Ко ймутатор 7 коммутирует выход 30 схемы

6 вычитания с вычитающим входом реверсивного счетчика 11. По окончании паузы на прямом выходе счетного триггера 36 блока 15

3 управления триггер 37 блока 3 управления сбрасывается в ноль, ключ 5 закрывается, преобразователь переходит в исходное состс}яние и цикл измерения повторяется вновь. 20

К моменту достижения частоты в счетчике 10 значения хн = 2" на вход счетчика 11 поступило (m — 1) импульсных последовательностей, каждая из которых содержит

xz импульсов и часть m-й последовательно- 25 сти Лхт. B реверсивном счетчике t1 зафиксировано число

dr= dZ

2" (8) dz 2 бр

2П +х (9) (10) 30 где k — коэффициент деления делителя частоть1, образованного счетчиком 10 и комбинационным элементом 9 И-ИЛИ. Счетчики 10, 11, комбинационный элемент 12 И вЂ” ИЛИ и управляемая схема 13 вы тания образуют число-импульсный умно итель. Приращение импульсной последов тельности на его выходе описывается соотношением

dZ= 2" М вЂ” 2 б х — In (2"k — Z) = In x (12) dq= бх

2А (4) Zi Х1

-in (2"k — Z)! = In x I

Z4 х4 (13) 45

2 k =Z4 xi

In = In пk Zi x4 (14) 50 Отсюда (5) dp = kdx — dq

2" k Z4 х1 ! х4 (15) 55 где xi = х, (m — 1) + х т (16) результат квантования (m — 1) целых периодов и одного фазового сдвига, Выразив из выражения (15) переменную

Z1 при условии

2н = k((m 1) хт + Л ху (3) где n — разрядность счетчиков.

На выходе 27 управляемой схемы 13 вычитания появляется приращение импульсно последовательности

Подставив значение (4) в выражение (5) получим

2" k d x — 2 d x (6) и ,На выходе 30 схемы 6 вычитания приращение импульсной последовательности опиСывается выражением

dZ = dp — dr (7)

Счетчики 10, 11, комбинационный элемент 8 И вЂ” ИЛИ и схема 6 вычитания образуют число-импульсный умножитель, работа которого описывается выражением где х — текущее значение числа в счетчике

10 после его переполнения, Подставив в выражение (7) значение dr из выражения (8) получим;

С учетом количества импульсов x> = 2", потребовавшегося для переполнения счетчика

10, общее количество импульсов, поступивших на его вход определяется выражением х = 2" + х . Подставив это значение в (9) получаем:

Подставив в выражение (10) значение

dp из выражения (6) получим

Разделяя переменные и интегрируя левую и правую части выражения получаем

Подставив пределы интегрирования, получим

1803882 (24) Nl = ATxfo

dZ = — — dx

Z х (19) (25) Т1 = пТХ

Z2 = Zi

Х2 (20) (26) Nz= и х1,, Zz = 2"k хт (21) 35 Tz=Òi = пТх (27) (28) а х

22 = 360 10 хт (22) т =пт

l (29) (23) Z<= m ° хг k х4 = 2 = (Гп — 1)хт + Лxt (17) получаем решение дифференциального уравнения (11) с учетом начальных условий

2" Кгпх хт(m — 1)+хг (1 8) В момент переключения счетчика 11 в режим вычитания блок 3 управления подает. на входы управляемой схемы 13 вычитания код, и подача составляющей kdx на вход 23 управляемой схемы 13 вычитания прекращается. При этом работа преобразователя описывается следующими соотношениями:

Разделив переменные и проинтегрировав обе части уравнения с учетом пределов интегрирования, решение дифференциального уравнения будет иметь вид; или с учетом (1), (16) и (18) Выбрав коэффициент деления k =

360 — 10 и установив его на шине уста2и новки коэффициента, получим в счетчике 11 результат измерения фазового сдвига исследуемых сигналов Ui(1) и Uz(t): где а Z — любое целое число.

Второй вариант работы преобразователя связанный с появлением импульса переполнения суммирующего счетчика 10 иллюстрируют временные диаграммы работы на фиг. 2в, Временные диаграммы на выходах элементов 35, 36 аналогичны первому случаю.

К моменту достижения числом в счетчике 10 значения х4 в счетчик 11 поступят все

m последовательностей хг, т.е. в нем зафиксируется число

B рассматриваемом случае х1 = х4, zi = Z4.

Подставив эти выражения в выражение (20) с учетом (1) и (17) получим выражение для Zz аналогичное выражению (21), т,е. преобразование осуществляется так же, как и

5 на прошедшем этапе в предыдущем случае и число в счетчике 11 в конце преобразования определяется выражением (22), Техн ические п реимущества п редлагаемого преобразователя фаза-код по сравне10 нию с базовым устройством, в качестве которого принят прототип, заключается в повышении быстродействия. Прототип работает в два такта. В первом также подсчитывается число

15 где n — число периодов опорного сигнала;

fo — частота генератора импульсов об20 разцовой частоты.

Во втором такте подсчитывается число

25 импульсов где х — длительность импульсов, соответст30 вующих временному сдвигу между фронтами сигналов на опорном и измерительном входах устройства. Длительность второго такта равна длительности первого такта:

Суммарная длительность преобразования равна

40 Т= Ti+ Tz=2 пТх

Заявляемый преобразователь осуществляют операции аналогичные операциям, описываемым выражениями (24) и (26), па45 раллельно за время

Тогда отношения времени преобразо50 вания прототипа и заявляемого устройства — т- = 2

Т (30)

Т

Следовательно, быстродействие заявляемого преобразователя фаза-код в 2 раза больше, чем у прототипа.

Повышение быстродействия заявляемого преобразователя значительно расширит сферы его применения.

1803882

Формула изобретения

Преобразователь фаза — код, содержащий два входных формирователя, генератор тактовых импульсов, блок управления, схему вычитания, два счетчика, два комбинационных элемента И-ИЛИ, управляющие входы первого комбинационного элемента

И вЂ” ИЛИ, подключены к разрядам первого

Счетчика, сигнальные — к разрядам второго

Счетчика, управляющие входы второго комбинационного элемента И вЂ” ИЛИ подключены к разрядам второго счетчика, сигнальные — к разрядам первого счетчика, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй и третий входы которого

Соединены соответственно с выходами первого и второго входных формирователей, входы которых являются входами устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий комбинационный элемент И—

ИЛИ, управляемая схема вычитания, коммутатор и два ключа, первый вход первого ключа соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом схемы вычитания, первый вход которой подключен к выходу управляемой схемы вычи5 тания, первый вход которой соединен с выходом второго ключа, первый вход которого соединен с выходом третьего комбинационного элемента И вЂ” ИЛИ, управляющие входы которого подключены к шине уста10 новки коэффициента, а сигнальные — к разрядам первого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно

15 к второму и третьему входам управляемой схемы вычитания, четвертый вход которой соединен с выходом второго комбинационного элемента И вЂ” ИЛИ, выход первого комбинационного элемента И вЂ” ИЛИ подключен

20 к второму входу первого ключа, выход которого соединен с вторым входом схемы вычитания, первый и второй выходы коммутатора подключены соответственно к входу сложения и вычитания второго счетчика, 25 а пятый выход блока управления соединен с вторым входом второго ключа.

1803882

1

l

I

Фиг. 2с.

1 2

Фиг.2ь

1803882

Йиг. г йи-. 3

МАГ. "йа

) ! ! 1

I !

l ! !

МГ iv

l

Составитель С.Чернякова

Редактор Г.Мельникова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Заказ 1056 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. К-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский ком ;инат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101