Частотометр

 

.- Ъ б (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) )а„,леио 121076 (21) 2424209, 18-21 (51)М. Кл. а 01 23100

Государстаеииый комитет ссср по амелии изобретеиий и открытий (23) Приоритет (53} УДК (21. 317, 761 (088.8) Опубликоеаио 05.1079. Бюллетень Ио 3?

Дата опубликования описания 05.10,79

А.Д. Низяев, И.И. Горелов и В. В. Вылегжанин (54) ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в измерительных радиотехнических устройствах особенно при измерении частоты коротких (широкополосных) сигналов.

Известны счетчики частоты, содержащие формирователь, опорный генератор,делитель частоты, триггер, ключ и десятичный (или двоичный) счетчик. С помощью делителя частоты и триггера из стабильного напряжения опорного генератора вырабаты.ваются мерные импульсы, длительность которых строго калибрована. Эти им- 15 пульсы открывают ключ, в результате чего исследуемый сигнал поступает на десятичный (или двоичный) счет-, чик в течение калиброванного интервала времени (11. N

Показания .счетчика пропорциональны или равны частоте измеряемого сигнала. Однако высокая точность измерения в таких счетчиках не может быть получена в случае исследования кратковременных процессов.

Известно также устройство измерения частоты сигналов, которое содержит счетчик частоты, состоящий 30 из опорного генератора, делителя частоты, триггера, ключа, формирователя к грубого счетчика, делителя частоты с переменным коэффициентом деления, дополнительного ключа, прецизионного счетчика и дополнительного триггера, один вход которого подключен к выходу ключа счетчика, другой вход — к выходу триггера счетчика, а выхоц — к одному из входов делителя частоты, причем один иэ входов прецизионного счетчика соединен с выходом формирователя, а второй — c выходом дополнительного ключа (21.

Устройство позволяет синхронизировать начало мерного интервала с первым сигнальным импульсом таким образом, что в мерный интервал попадает целое число периодов и неполная часть периода сигнала, причем эта часть бл"",ãoäàðÿ синхронизации оказывается в конце мерного интерв Зла.

Целое число периодов измеряется с помощью счетчика частоты, а часть периода с помощью опорного генератора, делителя с переменным коэффициентом деления, дополнительного ключа и прецизионного счетчика. ð 0 0 4 0

Коэффициент деления делителя с переменным коэффици ен том делени я выбирается таким образом, чтобы частота опорного напряжения на Входе прецизионного счетчика в 105 раз (при десятичном счете) превь!!!ала. частоту сигнала.

Число 10 3 характеризует сте-. пень повышения точности отсчета (5 числО декад в прец!НзиollнОМ счетчике).

НедОстатком иэВесrHО.". О "стпойс:— ва является ограниченное быстродей— ствие, определяемое бь!Стродействие;,! прециэиОннОГО c!Отчихc, частота сче та которого В 10 5 раз должна быть выше частоты сигнала. Вследствие этого невозможно получить требуемую

В настоя!яее время точно!.ть и:-мерения частоты за "-ремя порядка О, 1-10 мкс и проводить и змео -III!I Hа высок klx .частотах.

Другим недостатком является нали:чие зависимости погрешности иэмерсния От частОты сигнала, ИЗM(pенHЯ производятся без ошибки лишь при условии, что частота опорного напряжения на. Входе прецизионного счетЧика В 10 5 раз больше частоты сигнала. Всли это соотношение не выполняется, измерение выполняется с ошибк ой . ...й!

Целью изобретения является повы" шение быстродействия и уменьшение погрешности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что =. устройство измерения час- -."5 тоть сигналов, содержащее делитель частоты, опорный генератор, триггер, формирователь, ключ и счетчик целого числа периодов введены блок квадратурной обработки, EJ компарато- 10 ров, 2 N aòтенюаторов и сумматор, поичем первый ВХОД сумматора СОеди " нен с Выходом счетчика целого числа периодов сигнала,. Вход формирователя соединен со Входом блока квадратурной обработки, первый Выход кото-. " рого соединен со входами М первых аттенюаторов, выходы которых <оответственно соединены с первыми Вхо- . дами компараторов, выходы котовых

5О соединенъ1 с cóììa Toðoì„a второй выход блока квадратурной обработки соединен с выходами И в-.орых а .:".— тенюаторов, выходы которых cooòветственно соединены со вторыми Вхс— дами компараторов, третьи Входы котбрых соединены с выходом делителя частоты.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в квантовании набега фазы входного сигнала с разными ис-- 60 кретами, одной — равной периоду сигнала 2Ф ., и другой — равной части периода в диапазоне 0-;2 т, и после дующем подсчете полного набега фазы

В заданном интервале Времени., «5

На фиг. 1 представлена структурHая схема устройства, на фиг. 2 изображены зпюры, поясн.-:ющие его работу.

ЧасTQTQMPp coIIPp>KHT шину Входно=го си=.íàëà 1, опорный генератор 2, делитель частоты 3, триггер 4„ ключ

5, формирователь б импульсов, счетчик 7 целого числа периодов сигналов, сумматор 8, бл:K квадратурной обраб«1тк-; 0 КО. ::::-.::=-.торов 10, М первы:. à. - EEIÞHToPO«a 1:., — вторыХ -Г! P !ßÂÒÎOO " 3

Ко ффици=-н..ы передачи EJ первых .1 тенюаторов 1.! Рав !ы Х =со — и, а

J 2й

П N

«! BTорых аттенюатороя 12 равны )(В

Нт !!

:: p,1я — n

Д Ф

« де и — номер кОмпа Затора, с кОтО

p M cоедиHeHa дaнныэ ВTòåHþàTîðû

Г

У -" Р

УстройстВО Работает следующим образом.

C помощь:"„ OI-jopHO -о генератора

3 и делител я =:acтoTE 3 формируютca короткие HM ульсы начала мент 1.К н конЦа в момент меоК

-.ого интервал,::. Времени Т, на которо;. производи," я измерение (фигг.3). счетчик час T-îòû 7 производит пс гоч е ц- нО о числа и еоиодов

Вхсдногo с-irHa. а на интервале Т, а неполные =.:..;С-..r; периодов Входного сигнала В начале и В конце мерно-го интервала Т определяются в мо..1е "ы !.

H и !.. с помощью блока квадратуоной сбрабо:ки 9, 2 И атте:-!юаторов и И компараторов . Затем

В сумматоре 8 производится суммирование неполных частей периода начала и конца мерного интервала Т с ..:-лым числом г!ериодсв 1 входного сигнала на интервале Т. Величина сум,"."-::1ро!1ор. иональlà "..àñòîòå cHTн ала .. а э-. . ом интервале °

По!1С:ет целогo чиста периодов осущеc Tâëяется следующи.:-". Образом.

Б:;ормнров ателе б Входной cHгнал преобразуется В последовательность коротких импульсов. Эти импульсы

В открытом состоянии ключа 5 пода!отся на вход счетчика 7 и регистр:-:руются нм, ключ 5 открывается на мерный интервал времени Т, фор=. ,-.!Ируемь!й с помощью триггера 4 иэ

:.;О, 1ОтKих импульcОВ 4 и 4< пОс ",ПаЮЩИХ С лi«эriHTCЛЯ чаСTOтЫ

Опр деген-!е непол ой части прри= ода В HdUaле и КОнце мерного интер

Вала oc5, :. " " Вляется следующим обрасигнал, преобра„-уемый блоке .»;.-.= !13атурной обработки в лв э си "наг а11- (1) 0 Ы!1у » у 1 !) ц I.II- ó гпF. — амплитуда - . Одного б90403 ла, а y(t) — фаза входного сигнала, поступает на входы аттенюаторов.

Учитывая коэффициенты передачи аттенюаторов, сигналы на входах компараторав равны

U-(t)-U (t) x-(tl-U s n4t) eos — и )

Т i . 24 и и М

v<(t)ац(1) к (t) =u саъ4РФ ып л

В момент поступления коротких импульсов все компараторы одновременно производят сравнение сигналов, поступающих на их входы. Номер компаратора и, сигналы на входах которого наиболее близки друг другу, с учетом знака сигнала однозначно определяет неполную часть периода в пределах 02ж. Пусть в момент(.„ сигналы на входах кампаратора ис() равны друг другу, то есть

U. ыи<р (t„)- cos — „и„Я„)

2й

U cosy(t„) ° sin — „и (t„) ь| откуда sin)+(t„)- o (t„)j=-O

q(Mr,(„) . или с учетом дискретности определения неполной части периода м "О(я)- И

Аналогично определяется неполная часть периода у((,„) в конце мерного интервала:

v«.) = — „ъ(„) — „

2Я и

35 и частота сигнала, определяемая в сумматоре, пропорциональна

2Й - („)+ 23KР + y(„) суммарному набегу фазы на интервале Т.

В области — C <рн 4 ф(н-1) или <Ч с М (я-1) погрешность определения частоты постоянна и не зависит от фазы.

В области 04@ ((N-q)cd — И н и И н к или рс.cp„c — „) (H-i)

И

Средняя квадратичная погрешность определения частоты л1 на интервале Т вызванная пропусками равняется

2К ср )(Т

Эта погрешность не превышает погрешности определения частоты, вызванной величиной точной дискреты.Необходимо а=метить, чта точность измерения частоты не зависит от амплитуды входного сигнала.

Данный частотомер позволяет проводить измерения н широком частотном диапазоне и на высоких частотах.

Частотомер асабенна эффективен при измерении частоты коротких (ш.-ракополосных) импульсных сигналан, а также при и" ìåðåíèè законов изменения частоты.

Формула изобретения

Частотомер, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты, триггер и ключ, вход которого через формирователь имп) льсон соединен с шиной входного сигнала, а выход ключа соединен са входом счетчика целого числа периадон сигнала, о т л и ч аю шийся ".åì, чта, с целью повышения быстродействия и уменьшения погрешности измерений, введены блок кнадратурной обработки, И кампаратаран, N первых и вторых аттенюаторов и сумматор, причем первый вход сумматора соединен с выходом счетчика целого числа периодов сигнала, вход формирователя импульсов соединен са входом блока кнадратурной обработки, первый выход которого соединен со входами )(первых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены с первыми входами кампаратаран, выходы которых соединены с сумматорам, а второй выход блока квадратурнай обработки соединен со входами И вторых аттенюатарав, выходы которых соответственно соединены со вторыми входами компараторон, третьи входы которых соединены с выходом делителя частоты.

Источники информации, принятые на внимание при экспертизе

1. A.П.Горшков. Аппаратура для частотных и временных измерений, изд-во Советское радио, М., 1971.

2.. Авторское свидетельство СССР

У 4В2692, кл. С 01 Я 23/02,11.05,1973, (прототип).

690403 . и р аж 1 0 9 0 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР пэ делам изобретений и открытий

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

Закаэ 5956/42

Филиал ППП Патент, г.ужгород, Ул.Проектная,4

Составитель В.Новоселов

Редактор Д.Мепури.авили .".ехред R.Еабуока Коррак тор А. Грицен ко