RU98653U1

RU98653U1 - Импульсно-фазовый дискриминатор

Info

Publication number: RU98653U1
Application number: RU2010119980/09U
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Бубнов; Владимир Леонидович Федоров; Алина Наилевна Алпысова; Татьяна Алексеевна Бубнова
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-10-20

Abstract

Импульсно-фазовый дискриминатор (ИФД), содержащий блок фазового сравнения и блок выборки-хранения, входы блока фазового сравнения подключены к источникам эталонной и контролируемой частот, разделительную RC-цепь, вход которой подключен к выходу блока фазового сравнения, выход разделительной RC-цепи подключен к информационному входу блока выборки-хранения, а управляющий вход блока выборки-хранения подключен к источнику контролируемой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазовой ошибки в области низких частот сравниваемых импульсных последовательностей, в ИФД введены формирователь импульсов, вторая разделительная RC-цепь, элемент НЕ, второй блок выборки-хранения и вычитатель, вход формирователя импульсов подключен к источнику эталонной частоты, а выход через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу второго блока выборки-хранения и через элемент НЕ - к управляющему входу второго блока выборки-хранения, первый суммирующий вход вычитателя подключен к выходу первого блока выборки-хранения, второй суммирующий вход подключен к источнику постоянного напряжения, вычитающий вход - к выходу второго блока выборки-хранения, выход вычитателя является выходом устройства.

Description

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации.

Известен импульсно-фазовый дискриминатор (Андрущук В,В, Исследование дискретного фазометра в системе фазовой синхронизации частоты /В,В,Андрущук, В,С,Лопатин, Д,В,Воронин// Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом.. - Омск, 1984. - С.118-121), содержащий логическое устройство сравнения, функциональный преобразователь и блок выборки-хранения, причем входы логического устройства сравнения подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частот, а выход подключен к управляющему входу функционального преобразователя, измерительный вход функционального преобразователя подключен к выходу блока выборки-хранения, который является выходом устройства, управляющий вход блока выборки-хранения подключен к клемме источника эталонной частоты, а измерительный вход подключен к выходу функционального преобразователя, при этом функциональный преобразователь может быть выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и интегратора напряжения.

Недостатком такого устройства можно считать узкий диапазон сравниваемых частот из-за наличия зависимости времени переходного процесса преобразования от изменения фазовой ошибки и отношения периода квантования Т_Э к постоянной времени интегратора Т.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является импульсно-фазовый дискриминатор (а.с. СССР №1688381 кл. Н03D 13/00, 1991 г.), содержащий блок фазового сравнения, разделительную RC-цепь и блок выборки-хранения, причем входы блока фазового сравнения подключены к клеммам источников эталонной и контролируемой частот, а выход через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты, а выход блока выборки-хранения является выходом устройства, при этом блок выборки-хранения состоит из запоминающего блока и формирователя импульсов, при этом первый вход запоминающего блока является информационным входом блока выборки-хранения, а второй вход подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого является управляющим входом блока выборки-хранения, а выходом блока выборки-хранения является выход запоминающего блока.

Недостатком данного устройства является значительная погрешность измерения фазового рассогласования контролируемой f_к и эталонной f_э частот в области низких частот, обусловленная искажением формы сигнала разделительной RC-цепью в этой области.

Задачей являлось повышение точности измерения (в области низких частот входных импульсных сигналов) фазового рассогласования контролируемой f_к и эталонной f_э частот импульсно-фазового дискриминатора.

Поставленная задача решена за счет того, что в известный импульсно-фазовый дискриминатор, содержащий блок фазового сравнения, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами импульсно-фазового дискриминатора, выход блока фазового сравнения через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен ко второму входу блока фазового сравнения, согласно заявляемому техническому решению, введены формирователь импульсов, вторая разделительная RC-цепь, элемент НЕ, второй блок выборки-хранения и вычитатель, при этом вход формирователя импульсов подключен ко второму входу блока фазового сравнения,, а выход через вторую разделительную RC-цепь подключен к информационному входу второго блока выборки-хранения и через элемент НЕ - к управляющему входу второго блока выборки-хранения, кроме того первый суммирующий вход вычитателя подключен к источнику постоянного напряжения, второй суммирующий вход - к выходу первого блока выборки-хранения, а вычитающий вход - к выходу второго блока выборки-хранения, при этом выход вычитателя является выходом устройства.

Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведены временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора в области высоких частот, на фиг.3 - временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора в области низких частот.

Импульсно-фазовый дискриминатор содержит блок фазового сравнения 1, разделительные RC-цепи 2 и 5, блоки выборки-хранения 3 и 7, формирователь импульсов 4, элемент НЕ 6 и вычитатель 8. Первый и второй входы блока фазового сравнения 1 подключены соответственно к источникам эталонной f_э и контролируемой f_к частот. Выход блока фазового сравнения 1 через разделительную RC-цепь 2 подключен к информационному входу блока выборки-хранения 3, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты f_к. Вход формирователя импульсов 4 подключен к клемме эталонной частоты f_э, а выход через разделительную RC-цепь 5 подключен к информационному входу блока выборки-хранения 7 и через элемент НЕ 6 - к управляющему входу блока выборки-хранения 7. Первый суммирующий вход вычитателя 8 подключен к источнику постоянного напряжения, второй суммирующий вход - к выходу блока выборки-хранения 3, а вычитающий вход - к выходу блока выборки-хранения 7. Выход вычитателя 8 является выходом импульсно-фазового дискриминатора.

Импульсно-фазовый дискриминатор работает следующим образом.

Импульсы эталонной f_э и контролируемой f_к частот поступают на вход блока фазового сравнения 1. Блок фазового сравнения 1 формирует последовательность импульсов, период следования которых равен периоду Т_э эталонной частоты, а длительность пропорциональна величине фазового рассогласования сравниваемых частот. Форма выходного напряжения U_в блока фазового сравнения приведена на фиг.2. Если параметры разделительной RC-цепи 2 выбраны так, что

то разделительная цепь не искажает форму входного сигнала. При этом постоянная составляющая в выходном сигнале U_p разделительной цепи 2 (фиг.2) отсутствует и амплитуда отрицательного импульса U₂ выходного сигнала равна среднему за период напряжению входного сигнала

где U - амплитуда выходных импульсов блока фазового сравнения;

τ₁ - длительность выходных импульсов блока фазового сравнения;

τ₂=Т_э-τ₁ - длительность паузы выходных импульсов фазового сравнения.

Так как постоянная составляющая в выходном сигнале разделительной RC-цепи отсутствует, то

τ₁U=(T_э-τ₁)U₂ (2)

U₁+U₂=U (3)

Отсюда

Подставляя (2) в (4), получаем

Выходной сигнал разделительной RC-цепи 2 поступает на информационный вход блока выборки-хранения 3, состоящего из запоминающего блока и формирователя импульсов. Последний формирует короткие импульсы выборки по переднему фронту импульсов контролируемой частоты, а запоминающий блок запоминает амплитуду отрицательных импульсов U₂ выходного сигнала разделительной RC-цепи 2 в моменты поступления импульсов выборки. Таким образом на выходе импульсно-фазового дискриминатора формируется напряжение, пропорциональное фазовому рассогласованию сравниваемых импульсных последовательностей.

Расчеты показывают, что коэффициент передачи такого импульсно-фазового дискриминатора остается постоянным в диапазоне частот

В области низких частот дифференцирующая RC-цепь начинает вносить искажения в форму выходного сигнала ИЧФД. В результате в выходном сигнале устройства появляется погрешность измерения фазовой ошибки. Для ее компенсации вводим дополнительную корректирующую цепь, состоящую из формирователя импульсов 4 (ФИ), разделительной RC-цепи 5, инвертора 6, устройства выборки-хранения 7 и вычитателя 8.

Формирователь импульсов 4 преобразует входной сигнал f_э в выходной импульсный сигнал этой же частоты, но с длительностью выходных импульсов, равной половине периода их следования (что соответствует нулевой фазовой ошибке при использовании данного устройства в замкнутых системах регулирования, построенных на основе принципа ФАПЧ, где наиболее важна точность измерения).

Инвертор 6 позволяет преобразовать выходной сигнал формирователя импульсов 4 таким образом, чтобы обеспечить работу устройства выборки-хранения 7 по заднему фронту выходных импульсов формирователя импульсов 4.

Выходной сигнал устройства формируется в соответствии с выражением

что при наличии фазовой ошибки, равной π, будет соответствовать

так как

U_вых(2π)=U

Измеряемая фазовая ошибка находится в диапазоне от 0 до 2π, что будет соответствовать выходному сигналу устройства в диапазоне от 0 до U.

Таким образом заявленное техническое решение позволяет повысить точность измерения (в области низких частот входных импульсных сигналов) фазового рассогласования контролируемой f_к и эталонной f_э частот импульсно-фазового дискриминатора.