DE1917420A1

DE1917420A1 - Circuit arrangement for measuring the phase difference between two voltages of the same frequency

Info

Publication number: DE1917420A1
Application number: DE19691917420
Authority: DE
Inventors: Seibt Dipl-Ing Eduard; Nebl Dipl-Ing Max
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-04-03
Filing date: 1969-04-03
Publication date: 1970-10-08

Description

Schaltungsanordnung zum Messen der Phasendifferenz zweier gleichfrequenter Spannungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen der Phasendifferenz zweier gleichfrequenter Spannungen un-tcr Verwendung eines Phasendiskriminators. Hierbei ist es bekannt, die gleichfrequenten Spannungen auf beide Eingänge des Phasendiskriminators aufzuteilen. Dies hat jedoch den nachteil, daß Schwankungen der Diskriminatorkennwerte, die beispielsweise durch Alterungseinflüsse oder Schwankungen der Betriebstemperatur oder der Betriebsspannungen bedingt sind, eine unkontrollierbare Verschiebung des Nullpunktes der Diskriminatorkennlinie hervorrufen und damit die vom Diskriminator abgegebene, ein Maß für die Phasendifferenz darstellende Spannung verfälschen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfälschung des Meßergebnisses infolge der erwähnten Nullpunk-tverschiebung weitgehend auszuschalten. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Spannungen über einen laufzeitarmen oder -symmetrischen Umschalter wechselweise dem einen Eingang des an seinem anderen Eingang mit einer Bezugsspannung derselben Frequenz beschalteten Phasendiskriminators zuführbar sind, daß der Umschalter mit einer solchen Umschaltfrequenz betrieben wird, daß die Diskriminatorspannung infolge von Kennwerteschwankungen innerhalb einer oder mehrerer Uinschaltperioden keine unzulässige Abweichung erfährt, und daß die Diskriminatorspannung in bezug auf den beim Umschalten entstehenden Amplitudenunterschied auswertbar ist, der ein Maß für die Phasendifferenz darstellt.Circuit arrangement for measuring the phase difference between two equal frequencies Voltages The invention relates to a circuit arrangement for measuring the Phase difference between two voltages of the same frequency using a phase discriminator. It is known to apply the same-frequency voltages to both inputs of the phase discriminator to split up. However, this has the disadvantage that fluctuations in the discriminator parameters, caused, for example, by aging effects or fluctuations in the operating temperature or the operating voltages are caused by an uncontrollable shift of the Cause the zero point of the discriminator characteristic and thus that of the discriminator falsify the voltage output which is a measure of the phase difference The invention is based on the problem of the falsification of the measurement result to largely eliminate the mentioned zero point shift. This is done according to the Invention achieved in that the voltages over a low running time or symmetrical Changeover switch alternating one input of the other input with one The reference voltage of the same frequency can be fed to the phase discriminator connected, that the switch is operated with such a switching frequency that the discriminator voltage as a result of fluctuations in characteristic values within one or more switch-on periods experiences no impermissible deviation, and that the discriminator voltage in relation to can be evaluated on the resulting amplitude difference when switching, the one Represents a measure of the phase difference.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesonderc darin, daß der Einfluß der genannten Kennwerteschwankungen auf das Meßergebnis durch eine hinreichend hohe Umschaltfrequenz praktisch 5 soweit herabgesetz-t werden kann, daß er vernachlässigbar ist Zu beachten ist zwar noch die Laufzeit-Unsymmetrie der beiden wechselweise durchzuschaltenden Spannungspfade im Bereich des Umschalters, doch kann der hierauf zurückgehende Meßfehler durch relativ einfache Symmetrierungsmaßnahmen am Umschalter beliebig klein gehalten werden. Weiterhin werden durch die Erfindung die auch bei großem Stabilfsierungsaufwand nur schwer zu vermeidenden Phasenschwankungen eines die Bezugsspannung erzeugenden Oszilla-tors kompensiert, sofern die Bezugsspannung nicht ohnedies durch eine der beiden gleichfrequenten Spannungen gebildet wird. Damit ist insgesamt eine Meßgenauigkeitssteigerung erreichbar, die beispielsweise im Frequenzbereich von 50 z Phasendifferenzmessungen bis auf wenige Hundertstel eines Grades ohne weiteres. zuläßt.The advantage achieved with the invention is in particular: that the influence of the specified fluctuations in the characteristic values on the measurement result by a sufficiently high switching frequency can be reduced practically 5 to the extent that that it is negligible. The run-time asymmetry of the two voltage paths to be switched alternately in the area of the switch, however, the measurement error going back to this can be eliminated by relatively simple balancing measures can be kept as small as desired at the switch. Furthermore, the invention the phase fluctuations, which are difficult to avoid even with a great deal of stabilization effort an oscillator generating the reference voltage compensated, provided that the reference voltage is not formed anyway by one of the two voltages of the same frequency. In this way, an overall increase in measurement accuracy can be achieved, for example in the frequency range of 50 z phase difference measurements down to a few hundredths of a degree without further ado. allows.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein die Bezugsspannung erzeugender Oszillator mittels der Diskriminatorspannung über einen zwischengeschalteten Tiefpaß im Sinne einer Verringerung des Phasenunterschiedes zwischen jeder der gleichfrequenten Spannungen und der Bezugsspannung nachregelbar ausgebildet, wobei die Grenzfrequenz des Tiefpasses so gewählt ist, daß sie unterhalb der Umschaltfrequenz liegt. Hierdurch wird erreicht, daß die Meßgenauigkeitssteigerung auch bei zeitlich weit auseinanderliegenden Einzelmessungen oder Meßreihen vollständig automatisch, d.h. ohne vorherige Überprüfung der Lagc des Kennliniennullpunktess auf unzulässig große Verschiebungen gegenüber dem Sollwert, gewährleistet ist.According to a preferred development of the invention, a is the reference voltage generating oscillator by means of the discriminator voltage via an intermediate Low-pass in the sense of a reduction in the phase difference between each of the same-frequency Voltages and the reference voltage are designed to be adjustable, the cutoff frequency of the low-pass filter is chosen so that it is below the switching frequency. Through this it is achieved that the increase in measurement accuracy even when the time is far apart Individual measurements or series of measurements completely automatically, i.e. without prior checking the Lagc of the characteristic zero point on impermissibly large shifts the setpoint is guaranteed.

Vorzugsweise bestehen die gleichfrequenten Spannungen aus den Ausgangsspannungen eines Meß- und eines Vergleichsobjektes (z.B. zweites Meßobjekt, Laufzeitnormal oder laufzeitarme Verbindungsleitung), die an eine Meßspannungsquelle anschaltbar sind, wobei der Amplitudenunterschied als Maß für die Phasenlaufzeitdifferenz beider Objekte oder der absoluten Phasenlaufzeit des Meßobjektes auswertbar ist. Die erwähnte Meßgenauigkeitssteigerung wird auch hierbei erreicht, was insbesondere für Messungen über eine Strecke von großer Bedeutung ist.The voltages of the same frequency preferably consist of the Output voltages of a test object and a comparison object (e.g. second test object, Normal transit time or low transit time connection line) connected to a measurement voltage source can be switched on, the amplitude difference as a measure of the phase delay difference of both objects or the absolute phase delay of the DUT can be evaluated. The above-mentioned increase in measurement accuracy is also achieved here, which in particular is of great importance for measurements over a distance.

Mit besonderem Vorzug kann die Meßspannung vor dem Durchlaufen des Meß- und des Vergleichsobjektes einem Träger aufmodulierbar scin und sodann nach einer ausgangsseitigen Demodulation dem Phasendiskriminator zugeführt werden, wobei der Amplitudenunterschied als Maß für die Gruppenlaufzeit differenz beider Objekte oder der absoluten Gruppenlaufzeit des Meßobjektes bezüglich der Trägerfrequenz auswertbar ist. Eine einfache und übersichtliche Darstellung des Meßergebnisses wird insbesondere dadurch erzielt, daß der Träger über einen zu untersuchenden Frequenzbereich wobbelbar ist, wobei die Wobbelfrequenz über der Grenzfrequenz des gegebenenfalls vorgesehenen Tiefpasses liegt und die Diskriminatorspannung mit der insbesondere durch Demodulation rückgewonnenen Wobbelspannung einem anzeigenden odei registrierenden Zwei-Koordinaten-Auswertegerät, Z.B. Kathodenstrahloszillograph oder Blattschreiber, zuführbar ist.With particular preference, the measuring voltage can be used before running through the The object to be measured and the object to be compared can be modulated onto a carrier and then scin an output-side demodulation are fed to the phase discriminator, wherein the difference in amplitude as a measure of the group delay difference between the two objects or the absolute group delay time of the DUT with respect to the carrier frequency can be evaluated. A simple and clear presentation of the measurement result is achieved in particular that the carrier over a frequency range to be examined is wobble, the wobble frequency above the cutoff frequency of the optionally provided low pass and the discriminator voltage with the particular wobble voltage recovered by demodulation to an indicating or registering Two-coordinate evaluation device, e.g. cathode ray oscilloscope or chart recorder, is feedable.

Grundsätzliche Bedeutung kommt schließlich einem Anwendungsfall der Erfindung zu, bei dem das Meß- und das Vergleichsobjekt aus jeweils einem Übertragungskanal eines Mehrkanal-Trägörfrequenz-Nachri chtenübertragung(I systems mit einheitlicher Übertragungsrichtung bestehen und bei dem gegebenenfalls die die Basisfrequenzebene von der Zwischenfrequenzebene oder diese von der Übertragungsfrequenzebene trennenden Modulatoren bzw. Umsetzeinrichtungen des Systems zur Modulation des Trägers mit der Meßfrequenz, zur Wobbelung des Trägers mit der Wobbelfrequenz und zur Umsetzung des gewobbelten Trägers in cine höhere Frequenzlagc sowie zur Durchführung der zugeordneten Demodulationen bzw. Rückumsetzungen dienen.Finally, an application of the Invention too, in which the object to be measured and the object to be compared each consist of a transmission channel of a multi-channel carrier frequency message transmission (I systems with uniform Transmission direction exist and in which, if necessary, the base frequency level from the intermediate frequency level or this from the transmission frequency level separating Modulators or conversion devices of the system for modulating the carrier with the measuring frequency, for wobbling the carrier with the wobbling frequency and for implementation of the wobbled carrier in a higher frequency position and to carry out the assigned Demodulations or reverse conversions are used.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter, teilweise in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt Fig.i ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.2 eine Weiterbildung der Fig.i, Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das für Phasenlaufzeitdifferenzmessungen eingerichtet ist, Fig.4 ein für Gruppenlaufzeitdifferenzmessungen eingerichtetes Ausführungsbcispicl, Fig.5 eine Weiterbildung von Fig.4 und Fig.6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer speziellen Anwendung.The invention is explained in part below with reference to a few preferred ones Exemplary embodiments shown in the drawing are explained in more detail. It shows Fig.i shows an embodiment of the invention, Fig.2 shows a development of Fig.i, 3 shows a further exemplary embodiment of the invention, which is used for phase delay time difference measurements 4 is set up for group delay time difference measurements Exemplary embodiment, FIG. 5 a further development of FIG. 4 and FIG. 6 an exemplary embodiment of the invention in a specific application.

In Fig.1 ist ein Phasendiskriminator 1 herkömmlicher Bauweise mit zwei Eingängen a und b sowie einem Ausgang c dargestellt. Dem Eingang a wird über einen vorzugsweise elektronischen Umschalter 2 wahlweise einc der an den Klemmen K1 und K2 anliegenden, gleichfrequenten Wechselspannungen U1 und U2 mit den Phasengrößen #1 und #2 zugeführt, während b mit einer Bezugsspannung UB derselben Frequenz beschaltet ist, deren Phasengröße #B als Bezugsphase bezeichnet sei. UB wird mittcls eines insbesondere frequenzstabilisierten Oszillators 3 erzeugt und vorzugsweise über einen Phasenschieber 4 übertragen, der es gestattet, B auf einen beliebigen Wert einzustellen. In der gezeichneton Lage des Umschalters 2 leitet der Phasendiskriminator 1, der z.B. als Ringmodulator aufgebaut ist, einc Ausgangsgleichspannung ab, deren Amplitude der Phasendifferenz zwischen den beiden zugeführten Spannungen, d.h. dem Wert #1-#B, entspricht. Analog wird in der anderen, nicht gezeichneten Schaltstellung von 2 eine dem Wert #2-#B entsprechende Ausgangsgleichspannung gebildet. Wird der Umschalter 2 mit einer bestimmten Umschaltfrequenz betricben, so entsteht am Ausgang c beim Vorliegen einer Phasendifferenz zwischen #1 und #2 eine Rechteckspannung Uc (Fig. 1), deren Amplitude zwischen den Diskriminatorspannungswerten für die beiden Schaltstellungen von 2 alterniert. Hierbei bedeutet T1 die Zeitspanne für eine Umschaltperiode. Der infolge der Umschaltung entstehende Amplitudenunterschied A der Spannung Uc s-tell-t-dabei ein Maß für die zu ermittelnde Phasendifferenz #1 2 dar.In Figure 1, a phase discriminator 1 of conventional design is with two inputs a and b and one output c shown. The input a is via a preferably electronic switch 2 optionally one of the terminals K1 and K2 applied, constant frequency alternating voltages U1 and U2 with the phase variables # 1 and # 2 supplied, while b is connected to a reference voltage UB of the same frequency is whose phase size #B is referred to as the reference phase. UB becomes with one in particular frequency-stabilized oscillator 3 generated and preferably via a phase shifter 4 transmitted, which allows B to any value to adjust. In the shown position of the switch 2, the phase discriminator conducts 1, which is constructed e.g. as a ring modulator, a DC output voltage away, whose amplitude is the phase difference between the two supplied voltages, i.e. corresponds to the value # 1- # B. The other, not drawn, is analogous Switching position of 2 creates an output DC voltage corresponding to the value # 2- # B. If the changeover switch 2 is operated with a certain changeover frequency, this results a square-wave voltage at output c when there is a phase difference between # 1 and # 2 Uc (Fig. 1), the amplitude of which is between the discriminator voltage values for the two Switch positions of 2 alternate. Here, T1 means the time span for one switching period. The amplitude difference A of the voltage Uc resulting from the switchover s-tell-t-represents a measure for the phase difference # 1 2 to be determined.

Die Auswertung von Uc erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Gerätes G, das eine bildliche Darstellung von Uc liefert, Z.B. mittels eines Kathodenstrahloszillographen oder eines Blattschreibers, wobei die Zeitablenkung des Oszillographen mit der Rechteckspannung Uc synchronisiert oder so eingestellt werden kann, daß auf dem Bildschirm in an sich bekannter Weise zwei dem oberen und unteren Amplitudenwert entsprechende, horizontale Geraden beschrieben werden. Aus sämtlichen der auf diese Weise erhaltenen bildlichen Darstellungen von Uc kann die Größe A unmittelbar abgelesen werden. Mit Vorteil ist das Auswertegerät über ein den Gleichstrommittelwert von Uc unterdrückendes Koppelelement, z.B. einen Koppelkondensator, mit dem Ausgang c verbunden.The evaluation of Uc is expediently carried out by means of a device G, which provides a pictorial representation of Uc, e.g. by means of a cathode ray oscillograph or a chart recorder, with the time deflection of the oscilloscope with the square wave voltage Uc can be synchronized or set so that on the screen in as is known, two horizontal amplitudes corresponding to the upper and lower amplitude values Straight lines are described. From all of the pictorials obtained in this way Representations of Uc, the size A can be read off immediately. With advantage is the evaluation device via a suppressor of the DC mean value of Uc Coupling element, e.g. a coupling capacitor, connected to output c.

Durch Kennwerteschwankungen innerhalb der Schaltung des Diskriminators 1 sowie durch Schwankungen von #B wird die Diskriminatorspannung Uc in ihrer Amplitude verfälscht.Due to fluctuations in characteristic values within the circuit of the discriminator The amplitude of the discriminator voltage Uc becomes 1 as well as fluctuations in #B falsified.

Um diesen Einfluß weitgehend auszuschalten, wird der Umschalter 2 mit einer solchen Umschaltfrequenz betrieben, daß der innerhalb einer oder mehrerer Umschaltperioden T1 auftretende Amplitudenfehler innerhalb der vorgegebenen Meßunsicherheit verbleibt. Durch mahl einer entsprechend hohen Umschaltfrequenz ist es möglich, den Meßbereich in Richtung auf kleine Phasendifferenzen #1-#2 gegenüber den bekannten Disksriminatorschaltungen wesentlich zu erweitern. So wurden beispielsweise bei -einem ausgeführten Schaltungsbeispiel im Frequenzbereich von etwa 500 kHz Phasendiffcrcnzen bis zu 0,02° einwandfrei gemessen, wobei die Umschaltfrequenz etwa 46 Hz betrug.In order to largely eliminate this influence, switch 2 operated with such a switching frequency, that the inside one or more switching periods T1 occurring amplitude errors within the predetermined measurement uncertainty remains. By using a correspondingly high switching frequency it is possible to oppose the measuring range towards small phase differences # 1- # 2 to expand the known Disksriminatorschaltungen significantly. For example In an executed circuit example, phase differences in the frequency range of around 500 kHz Measured correctly up to 0.02 °, the switching frequency being around 46 Hz.

Anstelle eines Oszillators 3, der die Bezugsspannung UB erzeugt, kann diese auch mit einer der Spannungen U1 oder U2 iden-tisch sein, zu welchem Zweck cinc vorzugsweise über den Phasenschieber 4 geführte Verbindung von einer der Einr gangsklemmen K1 bzw. K2 zu dem Eingang b vorgesehen werden muß, wie in Fig.1 gestrichelt angedeutet ist Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel übernimmt die Spannung U2 zusätzlich die Funktion der Bezugsspannung UB.Instead of an oscillator 3, which generates the reference voltage UB, can this must also be identical to one of the voltages U1 or U2, for which purpose cinc, preferably via the phase shifter 4, the connection from one of the devices input terminals K1 or K2 must be provided to input b, as shown in dashed lines in FIG is indicated in the illustrated embodiment, the voltage takes over U2 also functions as the reference voltage UB.

Ein anderes, in Fig.2 dargestelltes Ausführungsbeispiel zeigt eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Fig.1, bei der der UB erzeugende Oszillator 3 auf eine mittlere Bezugsphase #B, nachregelbar ausgebildet ist. Dies geschieht in der Weise, daß die Diskriminatorspannung U2, gegebenenfalls nach einer Verstärkung im Verstärker 5, einem Tiefpaß 6 zugeführt wird, dessen Grenzfrequenz so gewählt ist, daß sic unterhalb der Umschaltfrequenz des Umschaltors 2 liegt. Auf diese Weise werden die Rechteckimpulse der Folgefrequenz 1/T1 nicht mehr ausgeregelt, so daß sie in Uc enthalten sind, während langsamere Änderungen von Uc ausgeregelt werden, so daß sic an der Ausgangsklemme c nicht in Erscheinung treten. Zu diesen Änderungen gehören die Ampl i-tudcnvcrfül s chungcn,, die durch Alterungseinflüsse oder Schwankungen der 13etriebstemperatur oder der Botriebsspannungen des Diskriminators hervorgerufen werden.Another embodiment shown in Figure 2 shows a Further development of the circuit arrangement according to FIG. 1, in which the oscillator generating the UB 3 to a middle reference phase #B, is designed to be readjustable. this happens in such a way that the discriminator voltage U2, if necessary after an amplification in the amplifier 5, a low-pass filter 6 is fed, the cutoff frequency of which is selected is that sic is below the switching frequency of the switching gate 2. In this way the square-wave pulses of the repetition frequency 1 / T1 are no longer regulated, so that they are contained in Uc, while slower changes are compensated for by Uc, so that they do not appear at the output terminal c. About these changes belong to the ampli-tudcnvcrfül s chungcn, caused by aging effects or fluctuations the operating temperature or the drive voltages of the discriminator be evoked.

Da auch sehr langsame Veränderungen der Diskriminatorkennwerte ausgeregelt werden, ist es bei der Schaltungsanordnung nach Pig.2 auch bei zeitlich weit auscinanderliegenden Messungen nicht erforderlich, zu überprüfen, ob eventuell eine zu große Verschiebung des Kennlinionnullpunktes gegenüber seiner Soll-Lagc vorliegt. Somit stellt das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 eine Meßanordnung nach der Erfindung dar, die die Einhaltung einer vorgegebenen Meßunsicherheit in allen Betriebszuständen und über eine lange Betriebsdauer selbsttätig gewährleistet.Since very slow changes in the discriminator parameters are also corrected in the case of the circuit arrangement according to Pig.2, it is also the case when they are far apart in time Measurements are not required to check whether the displacement may be too large of the characteristic zero point is present in relation to its target position. So that represents Embodiment of Figure 2 is a measuring arrangement according to the invention, which the Compliance with a specified measurement uncertainty in all operating states and over automatically guarantees a long service life.

Fig.3 zeigt einc Schaltungsanordnung nach der Erfindung, bei der die gleichfrequenten Spannungen U1 und U2 aus den Ausgangsspannungen eines Meßobjektes 8 und eines Vcrglcichsobåektes 9 bestehen, die von einem Meßsender 10 mit einer Meßspannung konstanter Amplitude und einstellbarcr Frequenz über eine Verzweigung 11 gemeinsam gespeist werden. Der an die Ausgangsklemmen 12 und 13 des Mcß-und Verglcichsobjektes angeschlossene Schaltungsteil der Fig.3 entspricht dabei den Figuren 1 oder 2. Am Auswertegerät G ist in diesem Fall ein Amplitudenuntersehied A ablesbar, der ein Maß für die Phasenlaufzeitdifferenz der Objekte 8 und 9 bei der von 10 gelieferten Meßfrequenz darstellt. Das Vergleichsobjekt 9 kann dabei Z.B. aus einem zweiten Meßobjekt oder aus einem Laufzeitnormal bestehen.Fig.3 shows ac circuit arrangement according to the invention, in which the equal-frequency voltages U1 and U2 from the output voltages of a device under test 8 and a Vcrglcichsobåektes 9 consist of a measuring transmitter 10 with a Measuring voltage of constant amplitude and adjustable frequency via a branch 11 are fed together. The one to the output terminals 12 and 13 of the object and comparison object Connected circuit part of Figure 3 corresponds to Figures 1 or 2. Am Evaluation device G in this case an amplitude difference A can be read off, which is a Measure of the phase delay difference between objects 8 and 9 in the case of the one supplied by 10 Represents measurement frequency. The comparison object 9 can, for example, from a second DUT or consist of a transit time standard.

Wird als Vergleichsobjekt 9 eine Verbindungsleitung verwendet, deren Phasenlaufzeit bei der betrachteten Mcßfrcquenz so klein ist, daß sie vernachlässigt werden kann, so ist eine Messung der absoluten Phasenlaufzeit des Meßobjektes 8 durchführbar. Die Meßgenauigkeitssteigerung, die durch die erfindungsgemäße Schaltung erzielt wird, hat dabei zur Folge, daß der Meßbereich der absoluten Phasenlaufzeiten in Richtung auf kleine und kleinste Meßwertez.B. auf Bruchteile von Nano-Sekunden für einc Meßfrequenz von etwa 500 kHz -- erstreckt werden kann.If a connection line is used as comparison object 9, the Phase delay at the observed frequency is so small that it is neglected can be, a measurement of the absolute phase delay of the test object 8 feasible. The increase in measurement accuracy brought about by the circuit according to the invention is achieved, has with the result that the measuring range of the absolute Phase delays in the direction of small and very small measured values, e.g. on fractions of nano-seconds for a measuring frequency of about 500 kHz - can be extended.

Falls die Phasenlaufzeitmessung bei verschiedenen Meßfrequenzen erfolgen soll, ist es erforderlich, den Mcßsender 10 auf die entsprechenden Frequenzwerte umzuschalten.If the phase delay measurement takes place at different measurement frequencies it is necessary to set the transmitter 10 to the appropriate frequency values to switch.

Wird dabei ein Oszilla-tor 3 zur Erzeugung der Bczugsspannung UB verwendet, der nich-t entsprechend Fig.2 nachgeregelt ist, so ist es erforderlich, auch diesen auf die jeweiligen Meßfrequenzen umzuschalten.If an oscillator 3 is used to generate the reference voltage UB, which is not readjusted according to Fig. 2, it is necessary to do this too to switch to the respective measuring frequencies.

Nach einer bevorzugten, in Fig.4 dargestellten Weiterbildung der Schaltung nach Fig.3 wird die dem Meßobjekt 8 und dem Vergleichsobjekt 9 zugeführte Meßspannung der Frcquenz fm zunächst in einem Modulator 26 einer Trägerspannung der Frequenz fT aufmoduliert, die von einem Oszillator 27 erzeugt wird. Nach dem Durchlaufen der Objekte 8 und 9 wird die Meßspannung durch Demodulation in den Demodulatoren 14 und 15 wieder zurückgewonnen und als Spannung U1 bzw. U2 den Eingängen des Umschalters 2 zugeführt.According to a preferred development of the circuit shown in FIG According to FIG. 3, the measurement voltage supplied to the measurement object 8 and the comparison object 9 is of the frequency fm first in a modulator 26 of a carrier voltage of the frequency fT, which is generated by an oscillator 27. After going through of objects 8 and 9 is the measurement voltage by demodulation in the demodulators 14 and 15 recovered and the inputs of the switch as voltage U1 and U2 2 supplied.

U1 und U2 werden dann entsprechend Fig.1 bzw. Fig.2 auf das Vorliegen eines Phasenunterschiedes ausgewertet. In diesem Fall stellt der an G abgelesene Amplitudenunterschied A ein Maß für die Gruppenlaufzeitdifferenzen der Objekte 8 und 9 bei der Frequenz fT dar, wobei auch hier die absolute Gruppenlaufzeit des Meßobjektes 8 gemessen werden kann, wenn man das Vergleichsobjekt 9 als laufzeitarmo Verbindungsleitung ausbildet.U1 and U2 are then checked for presence in accordance with FIG. 1 and FIG of a phase difference evaluated. In this case the reading at G represents Amplitude difference A a measure of the group delay differences of the objects 8 and 9 at the frequency fT, the absolute group delay of the DUT 8 can be measured if one considers the comparison object 9 as low-running time Connecting line trains.

Fig.5 zeigt eine andere Schaltungsanordnung zur Messung von Gruppenlaufzeiten. Hier wird die Meßspannung der Frequenz fm von einem Meßsender 16 erzeugt $und einem auf die Frequenz f' abgestimmten, frequenzmodulicrbarcn Oszillator 17 als Modulationsspannung zugeführt Demzufolge wird von 17 eine Frequenz f'mod (= f' frequenzmoduliert mit abgegeben, die in einem Mischer 18 mit der Frequenz f" eines Oszillators 19 gemischt wird. Von 18 wird das mit mod bezeichnete Mischprodukt (fT = f' #f") über die Verzweigung 11 den Objekten 8 und 9 zugeführt. Über die Demodulatoren 14 und 15 wird sodann die Spannung der Frequen fm zurückgewonnen, dic als U1 bzw. U2 den Eingängen des Umschalters 2 zugeführt wird. Dic weitere Auswertung von U1 und U2 erfolgt analog zu Fig.4.5 shows another circuit arrangement for measuring group delays. Here the measuring voltage of the frequency fm is generated by a measuring transmitter 16 $ and a Frequency-modulated oscillator tuned to the frequency f ' 17th supplied as modulation voltage. Accordingly, a frequency f'mod (= f 'frequency-modulated with output, which in a mixer 18 with the frequency f " an oscillator 19 is mixed. 18 is the mixed product labeled mod (fT = f '#f ") fed via branch 11 to objects 8 and 9. Via the demodulators 14 and 15 the voltage of the frequencies fm is then recovered, dic as U1 and U2 is fed to the inputs of the switch 2. The further evaluation of U1 and U2 takes place analogously to FIG.

Zum Zwecke einer frequenzabhängigen Darstellung der Gruppenlaufzeit-Meßgrößen kann der die Frequenz f" erzeugende Oszillator 19 durch eine Wobbelspannung der Frequenz fw, die von einen Wobbelgenerator 20 erzeugt wird, frequenzmoduliert werden, wie in Fig.5 gestrichelt angedeutet ist.For the purpose of a frequency-dependent representation of the group delay measured variables can the frequency f "generating oscillator 19 by a wobble voltage of the Frequency fw, which is generated by a wobble generator 20, are frequency-modulated, as indicated by dashed lines in FIG.

Wird in einem der Demodulatoren 14 oder 15 die Wobbelspannung der Frequenz f durch Demodulation zurückgewonnen, as ebenfalls in Fig.5 angedeutet ist, so kann diesc zum Zwecke einer einfachen und übersichtlichen Darstellung dem uvcrtcger G als Zeitablenkspannung zugeführt werden0 Dics-ist sowohl bei Ausbildung von G als kathodenstrahloszillograph als auch als Blattschreiber ohne weiteres möglich. Wird hierbei die Wobbelfrequenz fw der Umschaltfrequenz des Umschalters 2 angeglichen, so kann zweckmäßigerweise bei einem dreieckförmigen Wobbelspannungsverlauf während d s Hinlaufs der Zeitablenkspannung die Bildkurve der Gruppenlaufzeitvcrzerrungen des Moßobjektes 8 und beim Rücklauf die analoge Kurve des Vergleichsobjektes 9 beschrieben werden.If in one of the demodulators 14 or 15, the wobble voltage of the Frequency f recovered by demodulation, as is also indicated in Fig. 5, in this way, for the purpose of a simple and clear presentation, the uvcrtcger G can be supplied as a time deflection voltage0 Dics- is both in the formation of G as a cathode ray oscillograph as well as a chart recorder easily possible. If the wobble frequency fw is adjusted to the switching frequency of switch 2, so can expediently with a triangular wobble voltage curve during The curve of the group delay distortion as the time deflection voltage progresses of the measured object 8 and the analog curve of the comparison object 9 is described during the return movement will.

Eine besosnders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit ergibt sich für die Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Rahmen der Überprüfung zweier parallel laufender Übertragungskanäle eines Mehrkanal-Trägerfrequenz-Bachrichtenübertragungssystems mit gleicher Übertragungsrichtung auf kleine und kleinste Laufzeitunterschiede. Hierbei werden die von einem Meßsendcr 21 crzeu Le Meßspannung der Frequenz fm und die von einem Oszillator 22 erzugte Wobbelspannung der Frequenz fw einander überlagert, wobei das Summensignal über eine Verzweigung 23 den basisfrequenten Eingängen 24 und 25 der beiden Übertragungskanäle zugeführt wird. Dic in den Systemendstellen befindlichen, kanaleigenen Einrichtungen sind hierbei nach Frequenzebenen zusammengefaßt und durch eigene Blöcke dargestellt, wobei BF die sendeseitigen Einrichtungen in der Basisfrequenzebene, ZF die in der Zwischenfrequenzebene und RF die in der Übertragungsfrequenzebene befindlichen Einrichtungen bezeichnet. Dic entsprechenden Einrichtungen auf der Empfangsseite sind mit RF', ZF' und BF' gekennzeichnet.A particularly advantageous possible application arises for the circuit arrangement according to the invention as part of the review of two in parallel ongoing transmission channels of a multi-channel carrier frequency message transmission system with same transmission direction for small and smallest runtime differences. Here the measurement voltage of the frequency fm and that of a wobble voltage of frequency fw produced by an oscillator 22 is superimposed on one another, the sum signal to the base-frequency inputs 24 via a branch 23 and 25 of the two transmission channels is supplied. Dic in the system terminals Facilities located in the canal are grouped together according to frequency levels and represented by their own blocks, with BF showing the transmission-side devices in the base frequency level, IF in the intermediate frequency level and RF in the transmission frequency level facilities located. The corresponding facilities on the The receiving end is marked with RF ', ZF' and BF '.

Zwischen den mit BF und ZP bezeichneten Einrichtungen liegen Modulatoren, denen Trägerspannungen der Frequenz fT' zugeführt werden, während die Einheiten ZF und RF durch Umsetzeinrichtungen voneinander getrennt werden, die mit weiteren Trägerspannungen einer höheren Frequenz fT" beaufschlagt sind und eine Umsetzung der Frequenz fT' in die Übertragungslage fT"#fT' vornehmen. Auf der Empfangsseito finden analoge Demodulations- und Rückumsetzungsvorgänge zwischen den Einheiten RF' und ZF' bzw. zwischen ZF' und BF' statt. Bei dem in Fig.6 dargestellten Anwendungsbeispiel dienen Frequenzmodulatoren zwischen BF und ZF zur Frequenzmodulation der Trägerspannung fT' mit der Meßspannung fm und zugleich zur Wobbelung von fT' mit fw, wobei zwischen ZF' und BF' entsprechende Demodulationen erfolgen.Between the devices marked BF and ZP are modulators, to which carrier voltages of the frequency fT 'are fed, while the units ZF and RF are separated from each other by converting devices, which are connected to further Carrier voltages of a higher frequency fT "are applied and an implementation of the frequency fT 'in the transmission position fT "#fT'. On the receiving side find analog demodulation and reverse conversion processes between the units RF 'and ZF' or between ZF 'and BF' instead. In the application example shown in Fig. 6 Frequency modulators are used between BF and ZF to frequency modulate the carrier voltage fT 'with the measuring voltage fm and at the same time for the wobbling of fT' with fw, with between ZF 'and BF' take place corresponding demodulations.

Die eigentlichen Übertragungsstrecken I und II können leitungsgebunden sein oder Funkverbindungen darstellen. Den auf der Empfangsseite befindlichen Einrichtungen BF' in der Basisfrequenzebene werden einerseits die durch Demodulation rückgewonnenen Spannungen U1 und U2 der Frequenz fm entnommen und dem Umschalter 2 zum Zwecke der Gruppenlaufzeitdifferenzmessung zugeführt und and andererseits die rückgewonnene Wobbelspannung der Frequenz f2, die in der bereits anhand von Fig.5 beschriebenen Weise dem Auswertegerät G als Zeitablenkspannung zugeführt wird. Damit ergibt sich- die Möglichkeit einer schnellen, übersichtlichen und gleichzeitig sehr genauen Differenzmessung der Gruppenlaufzeiten beider Übertragungskanäle I und II.The actual transmission links I and II can be wired be or represent radio links. The facilities on the receiving side BF 'in the base frequency level are, on the one hand, caused by demodulation recovered Voltages U1 and U2 taken from the frequency fm and the changeover switch 2 for the purpose of Group delay difference measurement supplied and on the other hand the recovered Wobble voltage of frequency f2, which is already described with reference to FIG Way is fed to the evaluation device G as a time deflection voltage. This results in- the possibility of a quick, clear and at the same time very precise differential measurement the group delays of both transmission channels I and II.

Dic mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung erzielbare Meßgenauigkeit ist nach der Ausschaltung der Meßfohler, die infolge von Kennwerteschwankungen innerhalb der Diskriminatorschaltung oder des zugeordneten, die Bezugsspannung UB erzeugenden Oszillators entstehen, weiterhin von den Laufzeitfehlern abhängig, die im Bercich des Umschalters 2 und der Verzweigung 11 bzw 23 auftreten. Diese lassen sich jedoch in einfacher Weise soweit verringern, daß sic innerhalb der vorgegebenen Meßunsicherheit liegen.The measurement accuracy that can be achieved with the circuit arrangement according to the invention is after the elimination of the Meßfohler, which as a result of fluctuations in characteristic values within the discriminator circuit or the associated, the reference voltage UB generating Oscillators arise, continue to depend on the runtime errors that are in the Bercich of the switch 2 and the branch 11 or 23 occur. However, these can be reduce in a simple manner to such an extent that sic is within the given measurement uncertainty lie.

Dies kann einerseits durch einen besonders laufzeitarmen Aufbau dieser Schaltungsteile geschehen oder andererseits durch einen lauf zeitsynimetrischen Aufbau der einander entsprechenden, jeweils einem der beiden Übertragungskanäle zugeordneten Stromwege, in die auch die Verbindungsleitungen von der Verzweigung 11 bzw. 23 zu den Eingängen des Meß- bzw. Vergleichsobjektes 8, 9 und von den entsprechenden Ausgängen zu den Eingängen des Umschalters 2 einzubeziehen sind.On the one hand, this can be achieved through a particularly low runtime structure Circuit parts happen or on the other hand by a syncronized run Structure of the corresponding one of the two transmission channels assigned current paths into which the connecting lines from the junction are also connected 11 or 23 to the inputs of the test or comparison object 8, 9 and from the corresponding Outputs to the inputs of changeover switch 2 are to be included.

6 Patentansprüche 6 Figuren6 claims 6 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Circuit arrangement for measuring the Phase difference between two voltages of the same frequency using a phase discriminator, d a d u r c h e k e n nz e i c h n.e t that the voltages (U1, U2) over a Low-transit time or symmetrical changeover switch (2) alternately at one input (a) the one at its other input (b) with a reference voltage (UB) of the same frequency wired phase discriminator (1) can be supplied that the switch (2) with such a switching frequency is operated that the discriminator voltage (Uc) as a result of fluctuations in characteristic values within one or more switchover periods experiences no impermissible deviation and that the discriminator voltage (Uc) in relation to on the resulting amplitude difference (1) when switching can be evaluated, which represents a measure of the phase difference.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k c n n z c i c h n e t that an oscillator (3) generating the reference voltage (UB) by means of the discriminator voltage (Uc) via an intermediate low-pass filter (6) - in the sense a reduction in the phase difference between each of the equal frequency voltages (U1-, U2) and the reference voltage (Un) can be readjusted and that the cut-off frequency of the low pass (6) is below the switching frequency.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g c k e n n z c i c h n e t that the same-frequency voltages (U1, U2) from the output voltages a measurement object and a comparison object, e.g. second measurement object, Normal running time or connecting line (8, 9) with low transit times, which are connected to a measuring voltage source (10) can be switched on and that the amplitude difference (A) as a measure of the phase delay difference both objects (8, 9) or the absolute phase delay of the test object (8) can be evaluated is.

40 Circuit arrangement according to Claim 3, d a d u r c h g e k c n n z e i c h n e -t that the measurement voltage before passing through the measurement and the comparison object (8, 9) can be modulated onto a carrier and then after an output-related demodulation (14, 15) can be fed to the phase discriminator (1) and that the difference in amplitude (A) as a measure of the group delay time difference between the two objects (8, 9) or the absolute Group delay time of the measured object (8) with respect to the carrier frequency (fm) can be evaluated is.

5. Circuit arrangement according to claim 4, d a d u r c h g c k e n n z e i c h n c t that the carrier wobble over a frequency range to be examined is that the wobble frequency (fw) is above the cutoff frequency of the possibly provided Low pass (6) and that the discriminator voltage (Uc) with the particular The wobble voltage recovered by demodulation can be displayed or recorded Two-coordinate evaluation device, e.g. cathode ray oscillograph or chart recorder (G), can be fed (Fig. 5).

6. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5, d a d u r c h g e k c n n z e 1 c h n e -t that the object to be measured and the object to be compared (8, 9) from each one transmission channel (I, II) of a multi-channel carrier frequency message transmission system with uniform transmission direction exist and that if applicable the base frequency level (BP) from the intermediate frequency level (ZP-) or this from the transmission frequency level (RF) separating modulators or conversion devices des system for modulating the carrier (fT ') with the measuring frequency (fm) for wobbling of the carrier with the wobble frequency (fw) and for the implementation of the wobbled carrier to a higher frequency position (fT "#fT ') and to carry out the associated demodulations or reverse conversions serve L e r s e i t e