FR2492987A1 - Phase difference measuring circuit for same fundamental frequencies - mixes signal of multiple frequency of input to obtain two phase differing signals which are filtered to retain one component of each signal - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE MESURE DE DEPHASAGE ENTRE DEUXDEVICE FOR MEASURING THE PHASE BETWEEN TWO
SIGNAUX DE MEME FREQUENCE OU DE FREQUENCES SAME FREQUENCY OR FREQUENCY SIGNALS
MULTIPLES EN PARTICULIER DE FREQUENCES SUPE- MULTIPLES IN PARTICULAR OF SUPE FREQUENCIES
RIEURES A 1 M Hz La présente invention concerne un dispositif RIEURES AT 1 M Hz The present invention relates to a device
de nesure de déphasage entre deux signaux périodiques, en parti- measurement of phase shift between two periodic signals, in particular
culier à des fréquences supérieures à 1 M Hz. especially at frequencies above 1 M Hz.
Un exemple non limitatif est la mesure du déphasage entre deux signaux utilisés pour l'injection lumineuse sinusoïdale dans laquelle un des signaux constitue une référence de forme sinusoïdale délivrée par le générateur qui assure la A nonlimiting example is the measurement of the phase shift between two signals used for the sinusoidal light injection in which one of the signals constitutes a reference of sinusoidal shape delivered by the generator which ensures the
modulation de la lumière tandis que l'autre signa, fourni direc- modulation of the light while the other signed, supplied direct
tement par le dispositif photorécepteur, est le plus souvent de the photoreceptor, is most often
faible niveau et perturbé par le bruit du photorécepteur et par- low level and disturbed by the noise of the photoreceptor and
fois par des tensions indésirables. De telles mesures exigent un appareillage possédant à la fois une bonne sensibilité, une times by undesirable tensions. Such measures require equipment having both good sensitivity,
bonne détectivité et une bonne sélectivité. good detectivity and good selectivity.
Or les appareils existants ne satisfont pas However, existing devices do not meet
à de telles exigences. En effet, les phasemétres sont des appa- to such requirements. Indeed, the phasemeters are devices
reils précis mais de faible sensibilité et de mauvaise détecti- precise but weak sensitivity and poor detection
vité et ne permettent pas de mesure à des fréquences supérieures à 10 M1 Hz; les voltmètres vectoriels peuvent travailler avec une assez bonne sensibilité jusqu'à des fréquences d'environ 1000 Il Hz mais avec une mauvaise immunité au bruit et surtout vity and do not allow measurement at frequencies above 10 M1 Hz; vector voltmeters can work with fairly good sensitivity up to frequencies of around 1000 Il Hz but with poor noise immunity and above all
avec une précision moipdre qui dépend d'ailleurs du niveau rela- with a lower precision which depends moreover on the relative level
/aux fntrees// to the windows /
tif des tensions appliquees/; les détecteurs synchrones possè- tif applied voltages /; synchronous detectors have
dent une grande sensibilité et une forte détectivité mais ne tooth a great sensitivity and a strong detectivity but does not
sont précis que pour des fréquences inférieures à I M- Hz. are precise only for frequencies lower than I M- Hz.
Le but de la présente invention est de re- The object of the present invention is to re-
médier à ces inconvénients et de fournir un dispositif précis de mesure avec une bonne sensibilité et une bonne détectivité mediate these disadvantages and provide an accurate measurement device with good sensitivity and good detectivity
dans une plage de fréquence de 1 à '100} Hz. Il est bien enten- in a frequency range from 1 to '100} Hz. It is clearly understood
du que cette plage de fréquence est indiquée à titre d'exemple non limitatif et que le dispositif suivant l'invention pourrait s'appliquer à des fréquences différentes, notamment supérieures, that this frequency range is indicated by way of nonlimiting example and that the device according to the invention could be applied to different frequencies, in particular higher frequencies,
par exemple dans le domaine des hyperfréquences. for example in the microwave domain.
Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif simple et précis malgré que le signal dont on veut mesurer le déphasage par rapport à un signal de référence Another object of the invention is to provide a simple and precise device despite the fact that the signal whose phase shift is to be measured with respect to a reference signal
soit de faible niveau et perturbé par des tensions indésirables. either low level and disturbed by undesirable voltages.
Le dispositif suivant la présente invention trouve sa caractéristique essentielle dans le fait qu'il est doté: - de moyens de génération d'un signal pério- dique dont la fréquence est de même ordre de grandeur que la fréquence d'un ou des deux signaux VR1 et VR2 ou du mêne ordre d'un multiple ou sous-multiple de ces fréquences, - de moyens de mélange de ce signal aux deux signaux VR1 et VR2 afin d'obtenir deux signaux V1 et V2 The device according to the present invention finds its essential characteristic in the fact that it is provided with: means for generating a periodic signal whose frequency is of the same order of magnitude as the frequency of one or both signals VR1 and VR2 or of the same order of a multiple or submultiple of these frequencies, - means of mixing this signal with the two signals VR1 and VR2 in order to obtain two signals V1 and V2
périodiques dont la différence de phase est égale à la diffé- periodicals whose phase difference is equal to the difference
rence de phase entre les signaux VRt et VR2, - de moyens de filtrage des signaux VI et V2 afin de conserver l'une des composantes de chacun des signaux, - de moyens de mesure de la différence de phase rence between the signals VRt and VR2, - means for filtering the signals VI and V2 in order to preserve one of the components of each of the signals, - means for measuring the difference of
phase entre les signaux V1 et V2.phase between signals V1 and V2.
Une autre caractéristique du dispositif suivant l'invention réside dans le fait qu'il comprend des moyens d'amplification des signaux V1 et V2 avant la mesure de leur déphasage. L'amplification se faisant en basse fréquence Another characteristic of the device according to the invention resides in the fact that it comprises means for amplifying the signals V1 and V2 before measuring their phase shift. Amplification is done at low frequency
est plus aisée. Cette amplification peut également être diffé- is easier. This amplification can also be different
renciée suivant les signaux.referred to according to the signals.
Une autre caractéristique du dispositif Another feature of the device
suivant l'invention est qu'il est doté de moyesde stabllisa- according to the invention is that it is provided with stabllisa-
tion en fréquence des signaux V1 et V2 ce qui permet une sen- in frequency of the signals V1 and V2 which allows a feeling
sibilité optimale de mesure nalgré l'amplification sélective optimal measurement sensitivity despite selective amplification
utilisée. Cette stabilisation est assurée au moyen d'une bou- used. This stabilization is ensured by means of a bou-
cle à verrouillage de phase comprenant un oscillateur de réfé- phase locked key comprising a reference oscillator
rence qui la pilote, un amplificateur passe-bande, un compara- control, a bandpass amplifier, a comparison
3- teur de phase et un circuit passe-bas. 3- phase detector and a low-pass circuit.
Sur les dessins annexes est représentée à In the accompanying drawings is shown in
titre non limitatif une forme d'exécution de i'objet de il'.n- non-limiting title an embodiment of the object of il.n
vention; sur ces dessins: - La figure 1 est un schéma synoptique montrant le principe de fonctionnement du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 est un schéma synoptique du dispcsitif suivant i'invention avec des mrcens de stabilisation en fréquence, vention; in these drawings: - Figure 1 is a block diagram showing the operating principle of the device according to the invention, - Figure 2 is a block diagram of the device according to the invention with frequency stabilization means,
24929X724929X7
- la figure 3 est le schéma d'un oscillateur con- - Figure 3 is the diagram of an oscillator
mandé en tension, - la figure 4 est le schéma d'un mélangeur, - la figure 5 est le schéma d'un amplificateur sélectif, - la figure 6 est le schéma de l'oscillateur de stabilisation, voltage-controlled, - Figure 4 is the diagram of a mixer, - Figure 5 is the diagram of a selective amplifier, - Figure 6 is the diagram of the stabilization oscillator,
- la figure 7 est le schéma du circuit passe-bas. - Figure 7 is the diagram of the low-pass circuit.
gaeSur la figure 1, un oscillateur 1 à fréquence ré- gae In Figure 1, a frequency oscillator 1
glable délivre un signal sinusoïdal V0, de fréquence fo et de glable delivers a sinusoidal signal V0, of frequency fo and
phase 'o. Ce signal est mélangé d'une part avec le signal sinu- phase 'o. This signal is mixed on the one hand with the sinu-
soïdal de référence VR1 de fréquence fR et de phase4 1 par l'in- reference solenoid VR1 of frequency fR and of phase4 1 by the
termédiaire d'un mélangeur 2 et d'autre part avec le signal si- through a mixer 2 and on the other hand with the signal if-
nusoïdal perturbé VR2 de fréquence fR et de phasel2 par l'inter- nusoidal disturbed VR2 of frequency fR and phasel2 by the
médiaire du mélangeur 3. A la sortie du mélangeur 2, on obtient un signal sinusoïdal Vi après filtrage et amplification dans les middle of mixer 3. At the output of mixer 2, a sinusoidal signal Vi is obtained after filtering and amplification in the
circuits 5 et 6, présentant une fréquence F = fO - fR et une pha- circuits 5 and 6, having a frequency F = fO - fR and a pha-
se 0 - 1 + 4'. A la sortie du mélangeur 3, on obtient un si- is 0 - 1 + 4 '. At the outlet of the mixer 3, a
gnal sinusoïdal V2 après filtrage et amplification dans les cir- sinusoidal V2 after filtering and amplification in the circuits
29 cuits 5 et 7, présentant une fréquence F = fO - fR et une phase 29 cooked 5 and 7, having a frequency F = fO - fR and a phase
CQ - I + CQ - I +
En choisissant convenablement la fréquence fO, on peut obtenir une fréquence F se situant dans le domaine desbasses fréquence et utiliser un phasemètre 8 pour mesurer la différence de phase entre les signaux V2 et VI qui est égale à la différence By appropriately choosing the frequency f0, one can obtain a frequency F lying in the low frequency range and use a phasemeter 8 to measure the phase difference between the signals V2 and VI which is equal to the difference
de phase entre les signaux VR2 et VR1. phase between signals VR2 and VR1.
Un des avantages de ce système réside dans le fait que les tensions d'entrée VR1 et VR2 peuvent être de plus faible One of the advantages of this system is that the input voltages VR1 and VR2 can be lower
amplitude que celle exigée par les phasemètres car l'amplifica- amplitude than that required by the phasemeters because the amplification
tion à basse fréquence F est plus aisée que celle à large ban- tion at low frequency F is easier than that at broad frequency
de aux fréquences fR. De plus, une sensibilité optimale peut être obtenue en utilisant une amplification sélective en ayant soin, toutefois, de stabiliser la fréquence fO - fR = F. Ce résultat peut être atteint en utilisant une boucle à verrouillage de phase dans laquelle l'écart de fréquence fO - fR est asservi à un oscillateur pilote de fréquence stable F. C'est ainsi, figure 2 qu'un comparateur de phase 11 reçoit le signal de fréquence F d'un oscillateur pilote 9 et of at frequencies fR. In addition, optimal sensitivity can be obtained using selective amplification, taking care, however, to stabilize the frequency fO - fR = F. This result can be achieved using a phase locked loop in which the frequency difference fO - fR is slaved to a pilot oscillator of stable frequency F. It is thus, FIG. 2 that a phase comparator 11 receives the signal of frequency F from a pilot oscillator 9 and
celui, de fréquence fO - fR du mélangeur d'entrée 2 après pas- that, of frequency fO - fR of the input mixer 2 after step-
sage dans un amplificateur passe bande 10. La tension obtenue à la sortie de ce comparateur est soumise à un circuit passe - bas 12. La tension wise in a bandpass amplifier 10. The voltage obtained at the output of this comparator is subjected to a low-pass circuit 12. The voltage
obtenue à la sortie de ce circuit constitue la tension de con- obtained at the output of this circuit constitutes the con-
mande de l'oscillateur 1.oscillator command 1.
Cet oscillateur, tel que représenté figure 3 comprend un circuit oscillant LC 13 à condensateur variable 14 dont la manoeuvre permet de placer la boucle en régime de verrouillage. Le maintien de celui-ci est assuré par le signal de sortie du circuit passe-bas 12 commandant les varactors 15 et 16. L'oscillateur comprend également un étage à collecteur commun 17 et deux circuits d'adaptation d'impédance 18 et 19 dont les sorties sont reliées respectivement au mélangeur 2 et This oscillator, as shown in FIG. 3, comprises an oscillating circuit LC 13 with variable capacitor 14, the operation of which makes it possible to place the loop in locking mode. The maintenance of this is ensured by the output signal of the low-pass circuit 12 controlling the varactors 15 and 16. The oscillator also includes a common collector stage 17 and two impedance matching circuits 18 and 19 including the outputs are respectively connected to mixer 2 and
au mélangeur 3.in the mixer 3.
En fait, étant donné la plage étendue des fréquences de travail, un seul oscillateur ne pourrait donner satisfaction. En effet, le rapport fR ne doit pas être trop F. In fact, given the wide range of working frequencies, a single oscillator could not be satisfactory. Indeed, the ratio fR must not be too F.
important si l'on veut éviter un bruit de phase trop élevé. important if you want to avoid too high phase noise.
On utilisera donc au moins deux oscillateurs de ce type par décade. Les mélangeurs 2 et 3 étant identiques, nous nous bornerons à ne décrire que l'un d'entre eux. C'est ainsi, figure 4 on voit un mélangeur équilibré à diodes Schottky dont l'avantage est de présenter un plus faible facteur de We will therefore use at least two oscillators of this type per decade. Mixers 2 and 3 being identical, we will limit ourselves to describing only one of them. Thus, Figure 4 we see a balanced mixer Schottky diodes whose advantage is to have a lower factor of
bruit que les mélangeurs à composants actifs. noise than active component mixers.
Etant donné les valeurs particulièrement élevées que peuvent prendre les fréquences fR et fO, il est nécessaire d'adapteur en impédance les portes d'entrée fo et fR Given the particularly high values that the frequencies fR and fO can take, it is necessary to adapt the impedance of the input gates fo and fR
d'o la nécessité des circuits 18 et 19 à la sortie des oscil- hence the need for circuits 18 and 19 at the exit of the oscil-
lateurs 1. Le signal, à la sortie des mélangeurs doit être fil- lators 1. The signal at the output of the mixers must be
tré avant son utilisation afin de ne conserver que le terme de fréquence fO - fR et notamment d'éliminer le terme de fréquence very before use in order to keep only the frequency term fO - fR and in particular to eliminate the frequency term
fo + fR. Le filtre passe-bas utilisé est constitué par la résis- fo + fR. The low-pass filter used consists of the resistance
tance de source du mélangeur et un condensateur placé aux bor- source of the mixer and a capacitor placed at the terminals
nes de la sortie de la porte F. Les signaux, maintenant filtrés doivent être amplifiés. Nous utiliserons pour cela des amplificateurs sélectifs tels que décrit sur le schéma de la figure 5. Etant donné le risque de saturation par les tensions indésirables, from the output of gate F. The signals, now filtered, must be amplified. For this we will use selective amplifiers as described in the diagram in Figure 5. Given the risk of saturation by undesirable voltages,
nous avons choisi un transistor 21 à effet de champ dont le fac- we have chosen a field effect transistor 21 whose fac-
ceur bruit, quoique plus important que celui d'un transistor bipolaire reste dans des limites satisfaisantes. Les composants du circuit d'accord 22 sont identiques à ceux utilisés dans l'oscillateur 9 de référence afin de limiter les conséquences this noise, although more important than that of a bipolar transistor, remains within satisfactory limits. The components of the tuning circuit 22 are identical to those used in the reference oscillator 9 in order to limit the consequences
d'un glissement de fréquence.frequency shift.
Le signal perturbé étant en général de très faible amplitude, il a paru souhaitable d'ajouter un amrpllfica- teur passe-bande à la suite de l'amplificateur sélectif 7 sur la voie du signal perturbé. Cet amplificateur est réglé pour que The disturbed signal being generally of very low amplitude, it seemed desirable to add a bandpass amplifier following the selective amplifier 7 on the path of the disturbed signal. This amplifier is set so that
les fréquences de coupure soient voisines de F et 3F. the cut-off frequencies are close to F and 3F.
2 22 2
esaataex Comme nous l'avons vu dans le préambule, il esaataex As we saw in the preamble, it
est avantageux de stabiliser en fréquence les signaux de fréquen- it is advantageous to stabilize the frequency signals in frequency
ce fO - fR = F. On utilise pour cela une boucle à verrouillage ce fO - fR = F. We use a locking loop for this.
de phase comprenant un oscillateur de référence 9, un amplifi- phase comprising a reference oscillator 9, an amplifier
cateur 10 passe-bande, un comparateur de phase 11, et un circuit passebas 12 auquel on peut ajouter le cas échéant un diviseur ou 10 bandpass cator, a phase comparator 11, and a lowpass circuit 12 to which a divider or
un multiplieur de fréquence.a frequency multiplier.
Cet oscillateur de référence est décrit fi- This reference oscillator is described fi-
gure 6. Il comprend trois étages: l'oscillateur 23 proprement dit, un étage amplificateur sélectif 24 et un étage d'adaptation d'impédance 25. Comme on peut le constater, c'est un oscillateur gure 6. It comprises three stages: the oscillator 23 proper, a selective amplifier stage 24 and an impedance matching stage 25. As can be seen, it is an oscillator
à couplage électronique entre base et émetteur. Le circuit d'ac- with electronic coupling between base and transmitter. The ac circuit
/sélectif 24/ cord 26 de l'étage amplifit-e U7 - identique à celui 22 des / selective 24 / cord 26 of the amplifit-e U7 stage - identical to that of the 22
amplificateurs sélectifs 6 et 7. Cet oscillateur délivre un si- selective amplifiers 6 and 7. This oscillator delivers a
gnal de fréquence F à un comparateur de phase 11 qui n'est au- frequency of F to a phase comparator 11 which is not
tre qu'un mélangeur de même structure que celle des mélangeurs 2_ évoqués prëcédemment. Ce comparateur de phase reçoit un signal du mélangeur sur la voie de référence par l'intermédiaire d'un be a mixer with the same structure as that of the mixers 2_ mentioned previously. This phase comparator receives a signal from the mixer on the reference channel via a
amplificateur passe-bande 10 comprenant deux étages amplifica- bandpass amplifier 10 comprising two amplification stages
teurs en tension et un étage collecteur commun, adaptateur d':npédance. A la sortie du comparateur de phase, le signal est délivré aux oscillateurs commandés en tension 1 à travers un circuit passe-bas que nous allons décrire en rapport avec la voltage sensors and a common collector stage, ndepedance adapter. At the output of the phase comparator, the signal is delivered to the voltage-controlled oscillators 1 through a low-pass circuit which we will describe in relation to the
figure 7.figure 7.
Le but de ce circuit est d'éliminer les composantes de fréquences 2F délivrées par le comparateur, rais The purpose of this circuit is to eliminate the 2F frequency components delivered by the comparator, rais
également d'apporter la correction de phase nécessaire au fonc- also to make the phase correction necessary for the function
tionnement stable de la boucle de régime de verrouillage. C'est stable operation of the locking speed loop. This is
le rôle du réseau 27.the role of the network 27.
La composante Vo du signal délivré par The Vo component of the signal delivered by
l'oscillateur 1 est obtenue en appliquant, sur l'entrée inver- oscillator 1 is obtained by applying, on the inverting input
seuse d'un aplificateur opérationnel 28, une tension négative d'amplitude réglable. Pour aue Vo soit stable et ne contienne pas de composante indésirable, la tension -V déjà filtrée et stabilisée est appliquée à un circuit stabilisateur 29 à diode threshold of an operational amplifier 28, a negative voltage of adjustable amplitude. So that Vo is stable and does not contain any undesirable component, the voltage -V already filtered and stabilized is applied to a stabilizer circuit 29 with a diode.
zéner 30 et condensateur de filtrage 31. zener 30 and filter capacitor 31.
Toutes les tensions d'alimentation à courant continu, sont filtrées et stabilisées avant d'être appliquées All DC supply voltages are filtered and stabilized before being applied
aux différents circuits am.plificateurs. et oscillateurs. to the various amplifier circuits. and oscillators.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée Of course, the invention is not limited
aux termes de la description qui précède, mais en comprend tou- as described above, but includes all
tes les variantes. Par exemple, le dispositif peut être réalisé your variants. For example, the device can be made
de façon à bénéficier d'un fonctionnement automatique. La fré- so as to benefit from automatic operation. The brother
quence FR du signal VR1 ou VR2 est mesurée par une fréquence mé- quence FR of the signal VR1 or VR2 is measured by a frequency m
tre numérique qui sélectionne directement la ga.me de i'osci!1a- be digital which directly selects the range of iosci! 1a-
tion 1 nécessaire au bon fonctionnement du dispositif. Un conver- tion 1 necessary for the proper functioning of the device. A conver-
tisseur Numérique/Analogique donnant une tension continue ou Digital / Analog weaver giving continuous tension or
lentement variable, fonction de la fréquence FR, permet de posi- slowly variable, depending on the frequency FR, allows posi-
tionner l'oscillateur 1 de sorte que les signaux V1 et V2 pré- operate oscillator 1 so that signals V1 and V2 pre-
sentent une fréquence située dans la plage de capture de la boucle à verrouillage de phase {constituée par les moyens 1, 2, feel a frequency located in the capture range of the phase locked loop {constituted by the means 1, 2,
9, 10, 11 et 12).9, 10, 11 and 12).
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8014874A FR2492987B1 (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE PHASE BETWEEN TWO SIGNALS OF THE SAME FREQUENCY OR OF MULTIPLE FREQUENCIES, PARTICULARLY FREQUENCIES EXCEEDING 1 MHZ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8014874A FR2492987B1 (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE PHASE BETWEEN TWO SIGNALS OF THE SAME FREQUENCY OR OF MULTIPLE FREQUENCIES, PARTICULARLY FREQUENCIES EXCEEDING 1 MHZ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2492987A1 true FR2492987A1 (en) | 1982-04-30 |
FR2492987B1 FR2492987B1 (en) | 1986-06-06 |
Family
ID=9243827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8014874A Expired FR2492987B1 (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE PHASE BETWEEN TWO SIGNALS OF THE SAME FREQUENCY OR OF MULTIPLE FREQUENCIES, PARTICULARLY FREQUENCIES EXCEEDING 1 MHZ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2492987B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108700620A (en) * | 2015-10-14 | 2018-10-23 | 无线电力公司 | Phase in wireless energy transfer system and amplitude detection |
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- 1980-07-01 FR FR8014874A patent/FR2492987B1/en not_active Expired
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Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |