Цифровое устройство формирования фазового сдвига

 

АНИ

11ц 5lbl85

ОПИС Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

С!поз Соеетскнн

Социалистических

Республик

К ABTOPCKQMY СВИДНЕДЬСтВУ (61) Допол HTåльное Ii BBT. CBHg-B1 (22) Заявлено 12.07.74 (21) 2046458/21 с п1р,1сосдннен11с;,I:заягки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.76. Б10л:!етснь ¹ 20

Гос JдаРстеенне1й исмнт -::

Соеета Мнннстрое СССР по делам изобретений н еткрмтн .- (53) УДК 621.374.387 (088.8) Дата опубл11кован 111 описания 30.07.76 (72) Автор

Н 3 0 0 Р С Т С l! 1111

В. Л. Соловьев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ

ФАЗОВОГО СДВИГА ного фазового детектора соединен с выходом первого элемента сравнения, второй вход дополнителbного фазового детектора подключен к Выходу первого делителя частоты, а выход ,помянутого фазового детектора через дели—,ель напряжения подкгпочен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом основного фазового детектора, а выход сумматора соединен со входом управляю1:! щего генератора, прн этом входы преобразователя прямого кода в дополнительный подкгпочены к младшим разрядам датчика кода фазы, а выходы преобразователя прямого кода в дополнительный соединены со входами

15 первого элемента сравнения.

На чертеже представлена структурная электрическая схема цифрового устройства формирования фазозого сдвига.

Устройство содержит задающий генератор

1 1 1, управляющий генератор 2, перестраиваемые по частоте второй 3 и первый 4 делители частоты, содержащие соответственно р н q двоичных разрядов. первый 5 и второй 6 элементы сравнения кодов, датчик 7 кода фазы, пре25 образователь 8 прямого кода В дополнительпьш, дополнительный 9 и основной 10 фазоВые детекторы, делитель 11 напряжения и л мматор 12.

На чертеже введены следующие дополни30 тельные обозначения:

Изобретение предназначе! о для использования в области радиоизмсрений, в частносп1, для имитации задержек радиолокационных сигналов.

Известно цифровое устройство формирования фазового сдвига, содержащее задающий

Гellepa Iop) подкл10 !е11ный через первыи де.lитсль частоты к псрвому входу основного фазоВОГО дстектора, ВтОрОй вход 1 ОторОГО подкл:0:e1i;i выходу второго делителя частоты, установочный вход которого соединен с выходом управляющего генератора, и датчик кода фазы, старшие р азряды которого подклпочены ко входам второго элемента сравнения, другие входы которого соединены с выхода. и второго делителя частоты. другие выходы втоРОГО делителя частотl! подкл10чены к Выходах! первого элемента сравнения.

Однако в известном устройстве требуемый фазовый сдвиг между выходными сигналами

llс может Оыть сформирован непосредственно, осз дополнительных вычис-e!»III, из управл,— ющего двоичного кода.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается за счет того, что в устройство дополнительно введены преобразователь прямого кода в дополнительный, фазовый детектор, делитель напряжения и сумматор, причем первый вход дополнитель(51) М. Кл. - H 03К 5, 153

G 01R 25/00

516185 а„— управляа1,,..... а, am+1 ющий двоичный код;

a1...... am — дВОИЧНЫй КОд m-МЛадШИХ разрядов датчика 7;

am <...... а„— двоичный код (n — m) старших разрядов датчика 7;

111...... >yp..... бр р-разрядного делителя 3; а1...... с — выходной код преобразователя 8 прямого кода в дополнительный.

Управляющий генератор 2, второй делитель

3, первый элемент 5 сравнения кода, фазовые детекторы 9, 10, делитель напряжения 11 и сумматор 12 образуют систему фазовой автоподстройки частоты, которая осуществляет слежение за фазой выходного сигнала первого делителя 4. Управление управляющим генератором 2 осуществляется сигналом ошибки фазовых детекторов 9 и 10, поступающим с выхода сумматора 12. Весовые коэффициенты сумматора 12 различны благодаря наличию делителя напряжения 11 в цепи дополнительного фазового детектора 9, причем коэффициент передачи делителя напряжения 11 меньше единицы. В случае частотной или фазовой расстройки сигналов, действующих на входах фазовых детекторов 9, 10, возникает сигнал рассогласования, который воздействует на управляющий генератор 2 до тех пор, пока не выполняется равенство

fD У (1)

2 2" где fo — частота задающего генератора 1;

f — частота управляющего генератора 2.

Формирование выходных импульсов, сдвинутых относительно опорного сигнала, снимаемого с выхода первого делителя 4, производится при помощи элементов 5, 6 сравнения кода. Вначале рассмотрим более простой случай, когда значения т-младших разрядов управляющего кода, поступающего с выходов датчика 7, равны нулю. В этом случае выходной импульс элемента 5 сравнения кода синфазен выходному сигналу второго делителя 3, а выходные импульсы элемента 6 сравнения кода при нулевом управляющем коде совпадают по фазе с выходным сигналом первого делителя 4. Как известно, разность фаз сигналов на выходах фазового детектора в системе фазовой автоподстройки частоты в установившемся режиме зависит от типа дискриминационной характеристики фазового детектора. В дальнейшем будем исходить из того, что фазовые детекторы 9, 10 имеют пилообразную характеристику, линейную вдиапазоне - 180 .

В этом случае постоянный фазовый сдвиг между сигналами равен 180 и может быть легко скомпенсирован съемом выходного сигнала с инверсного выхода триггера старшего разряда делителя 3. При других дипах дискриминационной характеристики компенсация постоянного фазового сдвига не вызывает затруднений. С учетом вышеизложенного выходные импульсы элемента 6 сравнения кодов совпадают по фазе с выходными импульсами первого делителя 4 при нулевом управляющем коде. Формирование требуемого фазового сдвига осуществляется элементом 6 сравнения кодов, выходные импульсы которого вырабатываются в моменты совпадения кодов разрядов делителя 3 и датчика 7. Beëè÷èна фазового сдвига может изменяться от 0 до

360 с дискретом, определяемым периодом

10 частоты f и равным

360 вы х—

2 (2) величина фазового сдвига в градусах; значение (п — т) -старших разрядов кода фазы, выраженное в десятичной системе. определяемое по формуле .2в +a .2 и-1 1 а .2 — 1

+ m+2 н где ср„в.,—

15 х—

20 .- — amв1 где а +1...... а„— двоичный код (и— — т) -старших разрядов датчика 7.

Формирование фазовых сдвигов с дискре25 том, равным доле периода тактовой частоты, производится при помощи элемента 5 сравнения кода преобразователя 8 и фазового детектора 9. Предположим, что необходимо сформировать фазовый угол, опредляемый ко30 дом m-младших разрядов датчика 7, численное значение которого равно у, причем

0 < у .2" у = а,2 + а,.2 +.... а„,.2 " — (3) где а,....... am — двоичный код т-млад35 ших разрядов датчика 7.

На входы элемента сравнения кодов 5 поступают следующие коды: т-младших разрядов делителя 3 и выходной код преобразователя 8, который формирует дополнительный

40 код из прямого кода первых разрядов датчика 7. Элемент сравнения кода 5 формирует импульсную последовательность, опережающую выходные импульсы второго делителя 3, на фазовый угол, определяемый значением у.

Величина фазового сдвига на выходе элемента сравнения кодов 5 относительно выходного делителя 3 определяется выражением

360" в :: — — „у. (4)

2п

Знак минус в выражении (4) показывает, что выходной сигнал элемента сравнения кодов 5 является опережающим. Фазовое рассогласование 11. вызывает появление сигнала ошибки

55 на выходе дополнительного детектора 9. что приводит к изменению частоты управляющего генератора 2, в результате чего фаза выходного сигнала делителя 3 будет отставать от своего первоначального значения. Этот фа60 зовый сдвиг в свою очередь приведет к появлению сигнала ошибки на выходе основного фазового детектора 10, которая будет иметь знак, противоположный ошибке на выходе дополнительного фазового детектора 9, т. е. бу65 дет стремиться вернуть фазу выходного сиг

516185

1О

360 уК

2п (g (5) (7) нала в исходное положение. В результате действия этих двух сигналов после окончания переходного процесса фаза выходного сигнала изменится на некоторый угол y — cp, так как коэффициент передачи К делителя 4К (1.

При определенном выборе коэффициента передачи делителя К можно добиться того, что изменение фазового угла между опорным сигналом с выхода делителя 4 и выхода делителя

3 будет изменяться пропорционально управляющему коду с дискретом, кратным доле периода тактовой частоты. Действительно, допустим, что величина кода фазы датчика 7 изменилась на величину у. Тогда после окончания переходного процесса фаза выходного сигнала делителя 3 изменится на величину ср, а рассогласование на входах фазового детектора 9 будет, очевидно, равно y — q:, так как система находится в установившемся состоянии, то будет справедливо равенство (— -")Кд.К = Кд, где ʄ— крутизна дискриминационной характеристики.

Подставляя в последнее выражение (4), получим

Если коэффициент К будет удовлетворять условию

К=— (6) то подставляя (6) в (5) получим ,360"" Т . уп„n

Итак, можно сделать важный вывод: импульсы с выхода делителя 3 при выполнении условия (6) могут быть сдвинуты на фазовый угол, величина которого определяется значением кода фазы, а дискрет равен доле периода тактовой частоты задающего генератора.

Величина фазового сдвига выходного сигнала относительно опорного с выхода делителя 4 с учетом выражения (3) и (7) примет вид:

360 х 360 т .. 360" (у

2п + 2m-,и 2п 2п ) х—

Цифровое устройство формирования фазового сдвига может быть использовано и в качестве цифрового фазовращателя, осуществляющего задержку входных импульсов в зависимости от управляющего кода датчика 7. В этом случае возможно два варианта работы устройства: фазовращатель высокочастотного сигнала и фазовращатель низкочастотных импульсо

3О

4О

В первом случае выходные сигналы снимаются с выходов генераторов 1 и 2, при этом элемент 6 может отсутствовать.

Во втором случае входной сигнал поступает непосредственно на входы фазовых детекторов

9 и 10, при этом генератор 1 и делитель 4 должны быть исключены из схемы.

Таким образом, цифровое устройство формирования фазового сдвига имеет преимущества по сравнению с прототипом, так как позволяет формировать фазовый сдвиг с дискретом, равным доле периода тактовой частоты непосредственно от управляющего двоичного кода без применения специального арифметического устройства и, следовательно, аппаратурно оно является более простым и экономичным. Кроме того, предложенное устройство имеет более широкую область применения, так как может быть использовано не только в качестве двухканального фазосдвигающего устройства, но и в качестве фазовращателя.

Формула изобретения

Устройство формирования фазового сдвига, содержащее задающий генератор, подключенный через первый делитель частоты к первому входу основного фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, установочный вход которого соединен с выходом управляющего генератора, и датчик кода фазы, старшие разряды которого подключены ко входам второго элемента сравнения, другие входы которого соединены с выходами второго делителя частоты, другие выходы второго делителя частоты подключены ко входам первого элемента сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно введены преобразователь прямого кода в дополнительный, фазовый детектор, делитель напряжения и сумматор, причем первый вход дополнительного фазового детектора соединен с выходом первого элемента сравнения, второй вход дополнительного фазового детектора подключен к выходу первого делителя частоты, а выход упомянутого фазового детектора через делитель напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом основного фазового детектора, а выход сумматора соединен со входом управляющего генератора, при этом входы преобразователя прямого кода в дополнительный подключены к младшим разрядам датчика кода фазы, а выходы преобразователя прямого кода в дополнительный соединены со входами первого элемента сравнения.

Редактор Э. Кононовии

Составитель В. Назарова

Тскрсд 3. Тарапеико

Корректор ГЛ. Леизерман

Заказ 1588)12 Изд. М 1407 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Л(-35, Раушская наб., д. 4<5

Типография, пр. Сапунова, 2