RU163513U1

RU163513U1 - TIME INTERVAL SHAPER

Info

Publication number: RU163513U1
Application number: RU2016104591/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Юрьевич Соловьёв; Иван Никитович Чернышев; Илья Александрович Писарев
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч"
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2016-07-20

Abstract

1. Формирователь интервалов времени, включающий устройство для измерения фазовых соотношений сигналов, на первый вход которого подается опорный сигнал, формирователь сигналов основной шкалы времени, формирователь сигналов вспомогательной шкалы времени, два управляемых кварцевых генератора, управляющий вход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму выходу устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, первые выходы кварцевых генераторов соединены соответственно со вторым и третьим входом устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, а вторые выходы кварцевых генераторов подключены ко входу соответствующих формирователей сигналов шкал времени, отличающийся тем, что устройство для измерения фазовых соотношений сигналов выполнено в виде двухканального частотного компаратора, выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих кварцевых генераторов одинаковой частоты через дополнительно введенную цепочку из последовательно соединенных процессора фазовой автоподстройки частоты и цифроаналогового преобразователя.2. Формирователь интервалов времени по п. 1, отличающийся тем, что он содержит формирователь сетки частот, на вход которого подается сигнал 100 МГц с выхода формирователя основной шкалы времени.1. Shaper time intervals, including a device for measuring the phase relationships of signals, the first input of which is supplied with a reference signal, a shaper of signals of the main time scale, a shaper of signals of the auxiliary time scale, two controlled crystal oscillators, the control input of each of which is connected respectively to the first and second the output of the device for measuring the phase relations of the signals, the first outputs of the crystal oscillators are connected respectively to the second and third input of the device for measuring the phase relationships of the signals, and the second outputs of the crystal oscillators are connected to the input of the corresponding signal shapers of the time scales, characterized in that the device for measuring the phase relationships of the signals is made in the form of a two-channel frequency comparator, the outputs of which are connected to the control inputs of the respective crystal oscillators of the same frequency through an additional input a chain of series-connected phase-locked loop processor and digital-to-analogue conversion atelier. 2. The time interval former according to claim 1, characterized in that it comprises a frequency grid former, to the input of which a 100 MHz signal is supplied from the output of the primary time scale former.

Description

Полезная модель относится к радиоизмерителыюй технике, предназначена для формирования высокоточных по частоте импульсных сигналов с широким диапазоном периодов повторения и возможностью прецизионного изменения задержки. Основные области применения: в метрологии при работе в системах хранения и передаче размера единицы времени и частоты, в аппаратуре навигационных систем, в системах синхронизации цифровой синхронной связи, в различного рода научных исследованиях.The utility model relates to radio metering technology, designed to generate high-precision frequency pulsed signals with a wide range of repetition periods and the possibility of a precise change in the delay. Main applications: in metrology when working in storage systems and transferring the size of a unit of time and frequency, in navigation equipment, in synchronization systems of digital synchronous communication, in various kinds of scientific research.

Известен синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012 (Разработка ННИПИ «Кварц», г. Нижний Новгород. Система поверки частотомеров и вольтметров. Руководство по эксплуатации ЯНТИ.411711.032РЭ, 2002 г.), который предназначен для формирования регулируемых по длительности интервалов времени с дискретом 10^-8 с в пределах от 0 до (1000-10^-10) с.Known synthesizer time intervals YANTI.411661.012 (Development NNIPI "Quartz", Nizhny Novgorod. The system of calibration of frequency meters and voltmeters. Operation manual YANTI.411711.032RE, 2002), which is designed to form time-adjustable time intervals with a discrete 10 ^-8 s ranging from 0 to (1000-10 ^-10 ) s.

Известен синтезатор интервалов времени по патенту на полезную модель RU №126153, в котором в отличие от синтезатора ЯНТИ.41 1661.012 функции кварцевых генераторов 100 и 99, (0099) МГц и систем ФАПЧ1 и ФАПЧ2, для обеспечения формирователя временных интервалов сигналами с периодами 10.0 и 10.1 не соответственно, используются блоки синтезаторов частоты и делителя частоты.There is a well-known time interval synthesizer according to the patent for utility model RU No. 126153, in which, unlike the YaNTI.41 1661.012 synthesizer, the functions of crystal oscillators 100 and 99, (0099) MHz and PLL1 and PLL2 systems, to provide a time interval shaper with signals with periods of 10.0 and 10.1 is not appropriate; frequency synthesizer and frequency divider blocks are used.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбран синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012 автоматизированного комплекса метрологического обслуживания 14Б328.As the closest analogue of the proposed technical solution, the synthesizer of time intervals YANTI.411661.012 of the automated metrological service complex 14B328 was chosen.

Структурная схема синтезатора-прототипа изображена на фиг. 1 патента на полезную модель RU №126153. В нем используется нониусный метод формирования требуемого интервала времени в виде разности двух интервалов, формируемых прямым счетом периодов двух опорных последовательностей.The structural diagram of the prototype synthesizer is shown in FIG. 1 patent for utility model RU No. 126153. It uses the vernier method of forming the required time interval in the form of the difference of two intervals formed by a direct calculation of the periods of two reference sequences.

Технической проблемой указанных синтезаторов интервалов времени является ограниченная дискретность шага сдвига сигнала (временных интервалов) по фазе, что ограничивает задержку сигнала и возможность ее коррекции.The technical problem of these time interval synthesizers is the limited discreteness of the signal shift step (time intervals) in phase, which limits the signal delay and the possibility of its correction.

Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является создание формирователя интервалов времени с широким диапазоном периодов повторения и возможностью прецизионного изменения задержки.The technical result provided by the utility model is the creation of a shaper of time intervals with a wide range of repetition periods and the possibility of a precise change in the delay.

Сущность технического решения задачи заключается в том, что в формирователе интервалов времени (ФИВ), включающем устройство для измерения фазовых соотношений сигналов, на первый вход которого подается опорный сигнал, формирователь сигналов основной шкалы времени (ШВ), формирователь сигналов вспомогательной ШВ, два управляемых кварцевых генератора, управляющий вход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму выходу устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, первые выходы кварцевых генераторов соединены соответственно со вторым и третьим входом устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, а вторые выходы кварцевых генераторов подключены ко входу соответствующих формирователей сигналов ШВ, устройство для измерения фазовых соотношений сигналов выполнено в виде двухканального частотного компаратора (двухканальный измеритель разности фаз), (первый и второй) выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих кварцевых генераторов одинаковой частоты, через дополнительно введенную цепочку из последовательно соединенных процессора фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).The essence of the technical solution of the problem lies in the fact that in the time interval shaper (PF), which includes a device for measuring phase relations of signals, the first input of which is supplied with a reference signal, a signal shaper of the main time scale (SH), a signal shaper of the auxiliary SH, two controlled quartz generator, the control input of each of which is connected respectively to the first and second output of the device for measuring the phase relationships of the signals, the first outputs of the crystal oscillators are connected respectively, with the second and third input of the device for measuring the phase relationships of the signals, and the second outputs of the crystal oscillators are connected to the input of the corresponding signal generators of the BW, the device for measuring the phase relationships of the signals is made in the form of a two-channel frequency comparator (two-channel phase difference meter), (first and second) the outputs of which are connected to the control inputs of the corresponding quartz oscillators of the same frequency, through an additionally introduced chain of sequentially remote phase-locked loop processor (PLL) and digital-to-analog converter (DAC).

ФИВ содержит формирователь сигналов сетки частот, на вход которого подается сигнал 100 МГц с выхода формирователя сигналов основной ШВ, расширяя его функциональные возможности.The PIV contains a signal generator of the frequency grid, to the input of which a 100 MHz signal is supplied from the output of the signal generator of the main BC, expanding its functionality.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого ФИВ, где обозначено: 1 - двухканальный частотный компаратор (ДЧК); 2, 3 - управляемые кварцевые генераторы (КГ); 4 - формирователь сигналов основной ШВ; 5- формирователь сигналов вспомогательной ШВ; 6, 7 - процессоры цифровой ФАПЧ кварцевых генераторов; 8, 9 - ЦАП; 10 - формирователь сетки частот; 11 - центральный процессор; 12 - устройство индикации. В приложении приведена структурная схема ФИВ с названиями входящих в него блоков. На фиг. 2 приведена структурная схема выполнения ДЧК 1.In FIG. 1 shows a simplified block diagram of the proposed FIV, where it is indicated: 1 - two-channel frequency comparator (DC); 2, 3 - controlled crystal oscillators (KG); 4 - shaper of the main screw signal; 5 - auxiliary signal generator; 6, 7 - processors of digital PLL of crystal oscillators; 8, 9 - DAC; 10 - frequency shaper; 11 - the central processor; 12 is an indication device. The appendix shows the structural diagram of the PIV with the names of the blocks included in it. In FIG. 2 shows a structural diagram of the implementation of DChK 1.

Практическая реализация блоков ФИВ может быть выполнена на выпускаемых серийно микросхемах, дискретных элементах, программным образом. ДЧК 1 построен по принципу компаратора частотно-фазового модульного двухканального (фиг. 2); процессоры ФАПЧ 6, 7 выполнены на программируемой логической интегральной микросхеме TMS320VC5402 - PGE100; ЦАП 8, 9 выполнены на микросхемах AD5541; формирователь сетки частот 10 представляет собой делитель частоты; центральный процессор выполнен на микросхеме AT89C51RD2.The practical implementation of PIV units can be performed on mass-produced microcircuits, discrete elements, programmatically. DChK 1 is built on the principle of a comparator of a frequency-phase modular two-channel (Fig. 2); PLLs 6, 7 are made on a programmable logic integrated circuit TMS320VC5402 - PGE100; DAC 8, 9 are made on AD5541 microcircuits; the frequency shaper 10 is a frequency divider; the central processor is based on the AT89C51RD2 chip.

ФИВ содержит ДЧК 1, на первый вход которого подается внешний опорный сигнал, ко второму и третьему входу компаратора подключены соответственно управляемые КГ 2 и 3, вторые выходы которых соединены с входом формирователя сигнала основной ШВ 4 и формирователя сигналов вспомогательной ШВ 5 соответственно. Входы управления частотой кварцевых генераторов 2 и 3 подключены к выходам соответственно процессоров ФАПЧ 6 и 7 через ЦАП 8 и 9, входы процессоров 6 и 7 соединены шиной данных с выходом соответственно первого и второго каналов компаратора 1. Формирователь сигналов сетки частот 10 подключен к выходу (100 МГц) формирователя сигналов основной ШВ 4. Центральный процессор 11 организует связь между всеми узлами ФВИ, задает их режимы и осуществляет связь с внешним компьютером через стандартные интерфейсы связи (для работа ФИВ в составе автоматизированных измерительных комплексов). Устройство управления и индикации 12 (клавиатуру и дисплей ЖКИ) предназначено для ручного управления режимами работы ДЧК 1 и контроля его состояния.The PIV contains DCHK 1, to the first input of which an external reference signal is supplied, respectively controlled KG 2 and 3 are connected to the second and third input of the comparator, the second outputs of which are connected to the input of the signal driver of the main ШВ 4 and the signal former of the auxiliary ШВ 5, respectively. The frequency control inputs of the crystal oscillators 2 and 3 are connected to the outputs of the PLLs 6 and 7, respectively, through the DACs 8 and 9, the inputs of the processors 6 and 7 are connected by a data bus to the output of the first and second channels of the comparator 1, respectively. The signal generator of the frequency grid 10 is connected to the output ( 100 MHz) of the signal generator of the main BC 4. The central processor 11 organizes the communication between all the PVI nodes, sets their modes and communicates with the external computer via standard communication interfaces (for the operation of the PVF as part of the automated x meter systems). The control and indication device 12 (keyboard and LCD display) is intended for manual control of the operating modes of the remote control 1 and monitoring of its state.

Работа формирователя интервалов времени заключается в следующем. Компаратор ДЧК 1 (фиг. 2) проводит измерения разности фаз двух исследуемых сигналов относительно одного общего сигнала. Частота всех сигналов может быть любой из ряда 5; 10; 100 МГц, поскольку все три сигнала умножаются до частоты 100 МГц независимо от частоты входных сигналов. Далее в ДЧК они преобразуются к частоте 100 кГц с помощью гетеродинного сигнала 99,9 МГц, получаемого от (входящего в состав ДЧК) синхронизируемого местного кварцевого генератора (генератор синхронизируется по частоте и фазе по частоте 100 кГц в тракте опорного сигнала компаратора). В трактах исследуемых сигналов компаратора первая промежуточная частота 100 кГц преобразуется ко второй промежуточной частоте 909 Гц и в импульсном виде поступает на соответствующие измерители моментов времени (ИМВ), цифровая информация с которых поступает на процессоры ФАПЧ, далее на ЦАП, формируя управляющее напряжение для перестройки частоты управляемых прецизионных кварцевых генераторов 2 и 3, которые обеспечивают формирователи сигналов ШВ 4 и 5 спектрально-чистыми сигналами с периодами 10 нс. Управление частотой кварцевых генераторов 2 и 3 осуществляется с помощью цепочки блоков: процессор ФАПЧ (6 или 7) - ЦАП (8 или 9), фиксируя информацию о фазе входных импульсов по отношению к сигналам ШВ. Используя эти данные процессоры ФАПЧ рассчитывают поправки в коды 16-ти разрядных ЦАПов, напряжения с которых поступают на вход управления частотой соответствующих КГ (2 или 3), обеспечивая полный диапазон перестройки управляющего напряжения для автоматической подстройки частоты КГ по опорному сигналу. Поправки в ЦАП вводятся в каждом цикле измерений. В состоянии «захвата» фаза выходного сигнала будет следить за расчетной фазой. Если расчетное значение фазы постоянно, то частота выходного сигнала (с КГ на вход формирователей сигналов ШВ) равна частоте опорного сигнала. В целом формирователи сигналов ШВ совместно с компаратором ДЧК автоматически подстраивают частоты КГ по опорному сигналу, формируя когерентные с входным опорным сигналом синусоидальные выходные сигналы частоты 5 и 100 МГц, а также импульсные частоты 1 Гц (сигналы шкалы времени) выходные сигналы с возможностью сдвига по фазе с прецизионным шагом 1 пс. Сигнал частоты 100 МГц с формирователя сигналов основной ШВ 4 подается на формирователь сетки частот 10, который формирует импульсные сигналы сетки частот (1 МГц, 100; 10; 1 кГц, 1/10 и 1/60 Гц), расширяя функциональные возможности синтезатора временных интервалов.The work of the shaper time intervals is as follows. The comparator DCC 1 (Fig. 2) measures the phase difference of the two investigated signals relative to one common signal. The frequency of all signals can be any of a number of 5; 10; 100 MHz, since all three signals are multiplied to a frequency of 100 MHz, regardless of the frequency of the input signals. Further, they are converted to a frequency of 100 kHz in a DCK using a 99.9 MHz local oscillator signal received from a synchronized local crystal oscillator (included in the DCC) (the generator is synchronized in frequency and phase in frequency of 100 kHz in the path of the reference signal of the comparator). In the paths of the studied comparator signals, the first intermediate frequency of 100 kHz is converted to the second intermediate frequency of 909 Hz and is pulsed to the corresponding time meters (IIM), digital information from which is fed to the PLL processors, then to the DAC, forming a control voltage for frequency tuning controlled precision quartz oscillators 2 and 3, which provide the SH 4 and 5 signal conditioners with spectrally pure signals with periods of 10 ns. The frequency control of crystal oscillators 2 and 3 is carried out using a chain of blocks: PLL processor (6 or 7) - DAC (8 or 9), recording information about the phase of the input pulses with respect to the BW signals. Using these data, the PLL processors calculate the corrections to the codes of 16-bit DACs, the voltages from which are fed to the frequency control input of the corresponding KG (2 or 3), providing a full range of control voltage tuning for automatic adjustment of the KG frequency according to the reference signal. Corrections to the DAC are introduced in each measurement cycle. In the “capture” state, the phase of the output signal will follow the calculated phase. If the calculated value of the phase is constant, then the frequency of the output signal (from the CG to the input of the BC signal conditioners) is equal to the frequency of the reference signal. In general, the BC signal conditioners, together with the DCCH comparator, automatically adjust the KG frequencies according to the reference signal, forming 5 and 100 MHz sinusoidal output signals coherent with the input reference signal, as well as 1 Hz pulse frequencies (time scale signals), phase shift output signals with a precision step of 1 ps. The 100 MHz frequency signal from the signal generator of the main ШВ 4 is fed to the frequency former 10, which generates pulsed frequency grid signals (1 MHz, 100; 10; 1 kHz, 1/10 and 1/60 Hz), expanding the functionality of the time interval synthesizer .

В отличие от нониусного метода, где интервал времени формируется методом сравнения двух импульсных последовательностей с близкими периодами (как в аналоге и прототипе), в предлагаемом формирователе интервалов времени независимые управляемые кварцевые генераторы 2 и 3 одинаковой частоты формируют с помощью цифровой ФАПЧ свою ШВ, каждая из которых имеет возможность прецизионного сдвига, формируя интервал времени на сравнении сдвигаемых шкал, имея возможность устанавливать любую задержку вспомогательной шкалы времени относительно опорной шкалы в пределах 1с с шагом 10 нс и возможностью прецизионной коррекции задержки в пределах ±30 не с шагом 10 пс (в прототипе ≈100 нс).In contrast to the nonius method, where the time interval is formed by comparing two pulse sequences with close periods (as in the analogue and prototype), in the proposed time interval generator, independent controlled crystal oscillators 2 and 3 of the same frequency form their own PW using a digital PLL, each which has the ability to precision shift, forming a time interval on the comparison of shifted scales, having the ability to set any delay of the auxiliary time scale relative to the supports oh 1c scale within 10 ns increments, and the possibility of precision delay correction within ± 30 is not in increments of 10 ps (≈100 nsec in the prior art).

Claims

1. Shaper time intervals, including a device for measuring the phase relationships of signals, the first input of which is supplied with a reference signal, a shaper of signals of the main time scale, a shaper of signals of the auxiliary time scale, two controlled crystal oscillators, the control input of each of which is connected respectively to the first and second the output of the device for measuring the phase relations of the signals, the first outputs of the crystal oscillators are connected respectively to the second and third input of the device for measuring the phase relationships of the signals, and the second outputs of the crystal oscillators are connected to the input of the corresponding signal shapers of the time scales, characterized in that the device for measuring the phase relationships of the signals is made in the form of a two-channel frequency comparator, the outputs of which are connected to the control inputs of the respective crystal oscillators of the same frequency through an additional input a chain of series-connected phase-locked loop processor and digital-to-analogue conversion atelier.

2. The time interval shaper according to claim 1, characterized in that it comprises a frequency grid former, to the input of which a 100 MHz signal is supplied from the output of the main time scale former.