RU2138828C1 - Device for measuring frequency deviation - Google Patents
Device for measuring frequency deviation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2138828C1 RU2138828C1 RU98109337A RU98109337A RU2138828C1 RU 2138828 C1 RU2138828 C1 RU 2138828C1 RU 98109337 A RU98109337 A RU 98109337A RU 98109337 A RU98109337 A RU 98109337A RU 2138828 C1 RU2138828 C1 RU 2138828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- generator
- counter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть использовано для измерения параметров генераторов частотно-модулированных колебаний, в том числе и измерения отклонения девиации частоты от номинального значения. The invention relates to the field of radio engineering and can be used to measure the parameters of frequency-modulated oscillators, including measuring the deviation of the frequency deviation from the nominal value.
Известные устройства для измерения девиации частоты основаны на спектральном разложении частотно-модулированного ЧМ-сигнала и содержат генератор модулирующего напряжения с регулируемым аттенюатором, исследуемый ЧМ-генератор, коммутатор, частотомер и анализатор спектра. Known devices for measuring frequency deviation are based on the spectral decomposition of a frequency-modulated FM signal and contain a modulating voltage generator with an adjustable attenuator, a studied FM generator, a switch, a frequency meter and a spectrum analyzer.
Точность измерения данных устройств ограничена влиянием сопутствующей (паразитной) амплитудной модуляции и искажением формы модулирующего сигнала, с учетом которых погрешность измерения девиации частоты составляет не менее (0,5...4)%. The accuracy of the measurement of these devices is limited by the influence of concomitant (spurious) amplitude modulation and distortion of the shape of the modulating signal, taking into account which the error in measuring the frequency deviation is at least (0.5 ... 4)%.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является измеритель девиации частоты, содержащий источник входного сигнала, исследуемый генератор ЧМ-колебаний, опорный управляемый генератор с блоком автоматической подстройки частоты в цепи обратной связи на основе полосового фильтра, амплитудного детектора и регулируемого усилителя, фазовый детектор и индикатор. The closest in technical essence to the proposed invention (prototype) is a frequency deviation meter containing an input signal source, an FM oscillator under study, a controlled reference oscillator with an automatic frequency adjustment block in a feedback circuit based on a band-pass filter, an amplitude detector and an adjustable amplifier, phase detector and indicator.
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения девиации частоты из-за высоких требований к стабильности амплитуды и формы входного сигнала, подаваемого на исследуемый ЧМ-генератор. Кроме того, метрологические свойства устройства ограничиваются нестабильностью и нелинейностью характеристик применяемых аналоговых функциональных узлов. The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the frequency deviation due to the high stability requirements for the amplitude and shape of the input signal supplied to the studied FM generator. In addition, the metrological properties of the device are limited by the instability and non-linearity of the characteristics of the applied analog functional units.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения девиации частоты в широком динамическом диапазоне модулирующего сигнала. An object of the invention is to improve the accuracy of measuring frequency deviation in a wide dynamic range of the modulating signal.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения девиации частоты, содержащее источник входного сигнала, исследуемый генератор ЧМ-колебаний, опорный управляемый генератор с блоком автоматической подстройки частоты в цепи обратной связи, фазовый детектор и индикатор, дополнительно введены аналоговый коммутатор, второй фазовый детектор на D-триггере, последовательно соединенные кварцевый генератор импульсов и делитель частоты, два формирователя импульсов, синтезатор частоты, триггеры знака и сброса, счетчик, одновибратор, логический элемент 2ИЛИ и реверсивный счетчик, подключенный через регистр памяти к цифровому индикатору, при этом источник входного сигнала соединен со входом опорного управляемого генератора и одним входом коммутатора, а также через первый формирователь импульсов соединен с C-входом триггера сброса. При этом D-вход триггера сброса подключен к выходу счетчика, первому входу логического элемента 2ИЛИ и через триггер знака соединен с управляющим входом коммутатора, входом "Направление счета" реверсивного счетчика и входом одновибратора, выход которого подключен к стробирующему входу регистра памяти и входу сброса реверсивного счетчика. Счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходом первого фазового детектора, реализованного на D-триггере, а вход "Разрешение счета" реверсивного счетчика подключен к выходу логического элемента 2ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом триггера сброса и R-входом счетчика. Счетный C-вход счетчика подключен к выходу второго фазового детектора, два входа которого соединены соответственно с выходом опорного управляемого генератора и выходом делителя частоты и подключены к двум входам блока автоподстройки частоты. Второй вход коммутатора соединен с нулевой цепью, а его выход через последовательно подключенные исследуемый генератор ЧМ-сигнала и второй формирователь импульсов соединен с одним из входов первого фазового детектора, к второму входу которого через синтезатор частоты подключен кварцевый генератор импульсов. This object is achieved by the fact that in the device for measuring the frequency deviation containing the input signal source, the studied FM oscillator, a controlled reference oscillator with an automatic frequency adjustment block in the feedback circuit, a phase detector and an indicator, an analog switch, a second phase detector are additionally introduced on a D-trigger, a quartz pulse generator and a frequency divider connected in series, two pulse shapers, a frequency synthesizer, sign and reset triggers, a counter, a single-shot ator, 2or gate and down counter coupled through memory register to a digital indicator, the input source connected to the input of the reference controlled oscillator and one input of the switch, as well as through a first pulse generator coupled to the C-input of the flip-flop reset. In this case, the D-input of the reset trigger is connected to the output of the counter, the first input of the 2OR logic element and through the sign trigger is connected to the control input of the switch, the input "Counting direction" of the reverse counter and the input of the one-shot, the output of which is connected to the gate gate of the memory register and the reset input of the reverse counter. The counting input of the reverse counter is connected to the output of the first phase detector implemented on the D-trigger, and the input "Resolution" of the reverse counter is connected to the output of the 2OR logic element, the second input of which is connected to the output of the reset trigger and the R-input of the counter. The counter C-input of the counter is connected to the output of the second phase detector, the two inputs of which are connected respectively to the output of the reference controlled generator and the output of the frequency divider and are connected to two inputs of the automatic frequency control unit. The second input of the switch is connected to the zero circuit, and its output through a series-connected studied FM signal generator and a second pulse shaper is connected to one of the inputs of the first phase detector, to the second input of which a quartz pulse generator is connected through a frequency synthesizer.
В предложенном устройстве за счет введения дополнительных функциональных узлов устраняется влияние формы входного модулирующего сигала, а также нестабильности несущей частоты исследуемого ЧМ-генератора на точность измерения девиации частоты. Кроме того, при регулировке амплитуды входного сигнала автоматически изменяется длительность цикла измерения девиации частоты, чем обеспечивается высокая точность измерения в широком диапазоне изменения входного сигнала, и погрешность измерения определяется только стабильностью частоты кварцевого генератора импульсов, выполняющего функцию измерительной меры. In the proposed device due to the introduction of additional functional units, the influence of the shape of the input modulating signal is eliminated, as well as the instability of the carrier frequency of the studied FM generator on the accuracy of measuring the frequency deviation. In addition, when adjusting the amplitude of the input signal, the duration of the cycle of measuring the frequency deviation is automatically changed, which ensures high measurement accuracy in a wide range of the input signal, and the measurement error is determined only by the frequency stability of the quartz pulse generator, which performs the function of a measuring measure.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, а на фиг. 2 показаны временные диаграммы, поясняющие работу его основных узлов. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device, and in FIG. 2 shows time diagrams explaining the operation of its main components.
Устройство (фиг. 1) содержит источник входного сигнала 1, который подключен к входам коммутатора 2, образцового управляемого генератора 3 и первого формирователя импульсов 4. Второй вход коммутатора 2 соединен с нулевой цепью, а его выход подключен к входу исследуемого генератора ЧМ-колебаний 5. Выход ЧМ-генератора 5 через второй формирователь импульсов 6 соединен с D-входом триггера 7, выполняющим функцию фазового детектора, вход синхронизации (C-вход) которого подключен к выходу кварцевого генератора импульсов 8 через синтезатор частоты 9. Кроме того, выход кварцевого генератора импульсов 8 через делитель частоты 10 соединен с входом блока автоподстройки частоты 11, установленного в цепи отрицательной обратной связи образцового управляемого генератора 3, и подключен к D-входу триггера 12, выполняющего функцию второго фазового детектора, C-вход которого соединен с выходом образцового управляемого генератора 3. К выходу D-триггера 12 подключен счетный вход (C-вход) счетчика импульсов 13, вход сброса которого (R-вход) соединен с выходом триггера сброса 14, а выход счетчика импульсов 13 подключен к входу синхронизации (C-входу) триггера знака 15 и одному входу логического элемента 2ИЛИ 16, второй вход которого соединен с выходом триггера сброса 14. Выход триггера знака 15 подключен к управляющему входу коммутатора 2, входу "Направление счета" реверсивного счетчика 17 и входу одновибратора 18, выход которого соединен с входом сброса (R-входом) реверсивного счетчика 17 и стробирующим входом записи регистра памяти 19, входы данных (D-входы) которого подключены к выходам реверсивного счетчика 17. Цифровая информация с выходов регистра памяти 19 выводится на индикатор 20, служащий для дешифрации и представления результатов измерения в цифровой форме. The device (Fig. 1) contains a source of
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Весь цикл измерения девиации частоты выполняется за два последовательных такта. В первом такте преобразования по командному импульсу, формируемому триггером знака 15, реверсивный счетчик 17 переводится в режим суммирования, а коммутатор 2 подключает вход исследуемого ЧМ-генератора 5 к выходу источника входного сигнала 1. На выходе генератора 5 формируется гармонический сигнал частоты fчм1= fн± Δf, определяемый несущей частотой fн и девиацией частоты Δf. Формирователь импульсов 6, выполняющий функцию триггера Шмитта, преобразует выходной частотно-модулированный сигнал генератора 5 в последовательность импульсов, имеющих скважность, примерно равную двум. Для выделения контролируемой девиации частоты Δf применен фазовый детектор 7 на D-триггере, на C-вход которого непрерывно подаются импульсы образцовой частоты fo= fн, формируемой синтезатором частоты 9 из выходного сигнала кварцевого генератора импульсов 8 стабильной тактовой частоты fТ. На выходе фазового детектора 7 выделяется импульсный сигнал разностной частоты, которая при выполнении условия fн=fo соответствует модулю девиации частоты так как любой D-триггер фактически выполняет функцию вычитания частот, подаваемых на его D-вход и C-вход, без выделения знака их разности. Модулирующее напряжение Ux от источника входного сигнала 1 преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов формирователем 4 и подается на образцовый управляемый генератора 3, в цепи обратной связи которого применен блок автоматической подстройки частоты 11. С помощью этого блока автоподстройки обеспечивается стабилизация средней частоты fср управляемого генератора 3 на уровне, определяемом частотой fТ кварцевого генератора 8 и коэффициентом деления NДЧ делителя частоты 10: fср = fДЧ=fТ/NДЧ. Вследствие этого на выходе управляемого генератора 3 формируется последовательность импульсов с образцовой девиацией частоты Δfo и стабильной средней частотой fср:
fуг= fср± Δfo= fт/Nдч± Δfo.
При поступлении импульсов частоты fТ/NДЧ от делителя 10 и импульсов частоты fУГ от управляемого генератора 3 на входы фазового детектора 12 выделяется модуль образцовой девиации частоты Импульсы разностной частоты с выхода фазового детектора 12 поступают на вход счетчика 13, имеющего номинальный коэффициент счета Ncu, которым задается длительность первого такта контроля T1= Nси/Δfo. В течение первого такта T1 реверсивный счетчик 17 суммирует импульсы, поступающие на его C-вход от фазового детектора 7, поэтому в конце такта T1 на выходе реверсивного счетчика формируется код
N1= (fчм1-fo)•T1= [(fн+Δf)-fo]•Nси/Δfo.
По окончании первого такта на выходе счетчика 13 появляется перепад напряжения, стробирующий триггер знака 15. При срабатывании триггера знака 15 реверсивный счетчик 17 переводится в режим вычитания, а вход исследуемого ЧМ-генератора 5 подключается коммутатором 2 к нулевой цепи. Одновременно выходной сигнал счетчика импульсов 13 подается на вход логического элемента 2ИЛИ, запрещающего работу реверсивного счетчика 17, и на D-вход триггера сброса 14. Этот триггер 14 стробируется выходными импульсами формирователя 4, поэтому длительность импульса на выходе триггера 14 соответствует периоду модулирующего напряжения Ux, поступающего от источника входного сигнала 1. Вследствие этого начало каждого такта контроля синхронизируется с периодом входного сигнала, чем обеспечивается равенство длительностей первого и второго тактов в каждом цикле измерения. Выходным импульсом триггера сброса 14 счетчик 13 устанавливается в исходное состояние, а логическим элементом 2ИЛИ 16 запрещается работа реверсивного счетчика 17 на время сброса в конце каждого такта.The entire cycle of measuring frequency deviation is performed in two consecutive clock cycles. In the first conversion step, according to the command pulse generated by the sign trigger 15, the reverse counter 17 is switched to the summing mode, and
f yr = f sr ± Δf o = f t / N dh ± Δf o .
Upon receipt of pulses of frequency f T / N PM from the divider 10 and pulses of frequency f UG from the controlled generator 3 to the inputs of the phase detector 12, a model of the exemplary frequency deviation The pulses of the differential frequency from the output of the phase detector 12 are fed to the input of a counter 13 having a nominal counting factor N cu , which sets the duration of the first control clock cycle T 1 = N si / Δf o . During the first cycle T 1, the reverse counter 17 sums the pulses arriving at its C-input from the phase detector 7, therefore, at the end of the cycle T 1 , a code is generated at the output of the reverse counter
N 1 = (f hm1 -f o ) • T 1 = [(f n + Δf) -f o ] • N si / Δf o .
At the end of the first cycle, a voltage drop appears at the output of the counter 13, gating the trigger of the sign 15. When the trigger of the sign 15 is triggered, the reverse counter 17 is switched to the subtraction mode, and the input of the studied FM generator 5 is connected by the
В течение второго такта измерения длительности T2 = T1 частота выходного сигнала ЧМ-генератора 5 остается постоянной и определяется только значением его несущей fЧМ2= fн, а разностная частота импульсов (fн - fо) на выходе фазового детектора 7 соответствует отклонению несущей fн от установленного синтезатором частоты 9 значения fо. В результате вычитания импульсов частоты (fн - fо) реверсивным счетчиком 17 в течение второго такта T2 в конце цикла контроля на выходе реверсивного счетчика формируется код N = N1-N2= Δf•Nси/Δfo,
значение которого не зависит от несущей частоты fн исследуемого генератора 5.During the second measurement cycle of the duration T 2 = T 1, the frequency of the output signal of the FM generator 5 remains constant and is determined only by the value of its carrier f FM2 = f n , and the difference pulse frequency (f n - f o ) at the output of the phase detector 7 corresponds to the deviation carrier f n from the value of f o set by the synthesizer of frequency 9. As a result of subtracting the frequency pulses (f n - f o ) by the reverse counter 17 during the second cycle T 2 at the end of the control cycle, the code N = N 1 -N 2 = Δf • N si / Δf o is generated at the output of the reverse counter
the value of which does not depend on the carrier frequency f n of the investigated generator 5.
При срабатывании счетчика импульсов 13 и триггера знака 15 в конце второго такта контроля T2 одновременно срабатывает одновибратор 18. Передним фронтом выходного сигнала одновибратора 18 стробируется регистр памяти 19, а его логическим уровнем выполняется сброс реверсивного счетчика 17 в исходное (нулевое) состояние. Полученный в конце второго такта результат измерения выводится с выходов регистра памяти 19 на цифровой индикатор 20, после чего процесс измерения повторяется.When the pulse counter 13 and the sign trigger 15 are triggered at the end of the second control cycle T 2, the one-
Особенностью данного устройства является использование в качестве измерительной меры высокоточного управляемого генератора импульсов, обеспечивающего нелинейность преобразования напряжения в частоту менее (0,001... 0,01)% при максимальном значении выходной частоты до 500 кГц. Такой управляемый генератор, реализуемый на микросхемах типов КР1108ПП1А, К1564ГГ1, нельзя использовать в качестве ЧМ-генератора систем связи из-за несинусоидальной формы его выходного сигнала и ограниченного частотного диапазона. Однако его применение в качестве образцового блока или измерительной меры при измерении позволяет значительно снизить преобразования при оценке девиации частоты гармонических ЧМ-генераторов. A feature of this device is the use of a high-precision controlled pulse generator as a measuring measure, providing non-linearity in converting voltage to a frequency of less than (0.001 ... 0.01)% at a maximum output frequency of up to 500 kHz. Such a controlled generator, implemented on chips of the KR1108PP1A, K1564GG1 types, cannot be used as an FM generator of communication systems due to the non-sinusoidal shape of its output signal and the limited frequency range. However, its use as an exemplary unit or measuring measure during measurement can significantly reduce the conversion when evaluating the frequency deviation of harmonic FM generators.
К дополнительным достоинствам предложенного устройства относится возможность его применения для измерения нелинейности характеристик ЧМ-генераторов и допускового измерения технологического разброса их параметров на стадии серийного производства ЧМ-средств связи. В частности, регулировкой коэффициента преобразования входного сигнала в образцовую девиацию частоты (Kуг= Δfo/Ux) и изменением цифровой емкости счетчика Ncu можно обеспечить измерения отклонений девиации частоты Δf относительно заданного значения в десятых-сотых долях процента. Кроме того, аналогичную операцию можно реализовать с высокой точностью при различных значениях входного напряжения, так как при уменьшении Ux понижается образцовая девиация частоты Δfo и соответственно увеличивается длительность такта измерения.Additional advantages of the proposed device include the possibility of its use for measuring the nonlinearity of the characteristics of FM generators and tolerance measurement of the technological variation of their parameters at the stage of serial production of FM communication equipment. In particular, by adjusting the coefficient of conversion of the input signal to an exemplary frequency deviation (K y = Δf o / U x ) and changing the digital capacitance of the counter N cu, it is possible to measure deviations of the frequency deviation Δf relative to a given value in tenths or hundredths of a percent. In addition, a similar operation can be implemented with high accuracy at different values of the input voltage, since with a decrease in U x decreases the model frequency deviation Δf o and accordingly increases the duration of the measurement cycle.
Предложенное устройство может быть реализовано на типовых интегральных микросхемах: формирователи импульсов - на элементах К561ЕЛ1, К1533ТЛ2, триггеры знака и сброса и фазовые детекторы - на D-триггерах типа К1554ТМ2, делитель, реверсивный счетчик и счетчик импульсов - на микросхемах типа К561ИЕ14, регистр памяти - на микросхемах К561ИР9, а в цифровом блоке индикации можно применить дешифраторы К176ИД2 и индикаторную панель типа ИЖКП4. Логический элемент 2ИЛИ и кварцевый генератор импульсов можно реализовать на микросхемах типа К1561ЛЛ1 и К1561ЛЕ5, а в одновибраторе можно использовать микросхему типа К1006ВИ1. The proposed device can be implemented on standard integrated circuits: pulse shapers - on elements K561EL1, K1533TL2, sign and reset triggers and phase detectors - on D-triggers K1554TM2, divider, reversible counter and pulse counter - on memory chips K561IE14, register on K561IR9 microcircuits, and in the digital display unit it is possible to use K176ID2 decoders and an IZHKP4 type display panel. The 2OR logic element and a quartz pulse generator can be implemented on K1561LL1 and K1561LE5 type microcircuits, and a K1006VI1 type microcircuit can be used in a single vibrator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109337A RU2138828C1 (en) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | Device for measuring frequency deviation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109337A RU2138828C1 (en) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | Device for measuring frequency deviation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2138828C1 true RU2138828C1 (en) | 1999-09-27 |
Family
ID=20206103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98109337A RU2138828C1 (en) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | Device for measuring frequency deviation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2138828C1 (en) |
-
1998
- 1998-05-18 RU RU98109337A patent/RU2138828C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5367200A (en) | Method and apparatus for measuring the duty cycle of a digital signal | |
US6233529B1 (en) | Frequency spectrum analyzer having time domain analysis function | |
EP0419823A1 (en) | Digital time base generator with adjustable delay between two outputs | |
WO2003032494A2 (en) | Frequency locked loop with digital oversampling feedback control and filter | |
US4494067A (en) | Fast frequency measuring system | |
US4920312A (en) | Multiplier | |
RU2138828C1 (en) | Device for measuring frequency deviation | |
US3924183A (en) | Frequency measurement by coincidence detection with standard frequency | |
JPH07280857A (en) | Pulse width measuring circuit | |
US6316943B1 (en) | Signal generator | |
Musch et al. | Measurement of the ramp linearity of extremely linear frequency ramps using a fractional dual loop structure | |
Irshid et al. | A simple programmable frequency meter for low frequencies with known nominal values | |
Keränen et al. | Oscillator instability effects in time interval measurement | |
US3502977A (en) | Low frequency measuring apparatus with phase locked loop | |
US2666899A (en) | Electronic frequency vernier | |
US4035736A (en) | FM discriminator having low noise characteristics | |
RU2071173C1 (en) | Quantum frequency standard gage | |
RU2015618C1 (en) | Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code | |
JPS63210784A (en) | Transmission characteristic measuring instrument for phase-locked oscillator | |
SU438940A1 (en) | Digital phase meter | |
SU1003011A1 (en) | Time interval stroboscopic meter | |
JPH0628753U (en) | Jitter measuring device | |
SU1164620A1 (en) | Digital spectrum analyser | |
JPS63200081A (en) | Timing signal generator | |
SU402829A1 (en) | PHASE FREQUENCY CHARACTERISTICS FOUR-POLES CHARACTERISTICS |