SU1092430A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчик, выходной регистр, четыре ключа, три триггера, сдвиговый регистр, умножитель частоты, инвертор, два управл емых инвертора, шесть формирователей импульсов, элемент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первой и второй входными шинами фазометра, первый выход первого формировател  импульсов подключен к первому входу первого управл емого инвертора, а второй выход - к первым входам второго и третьего ключей, вькод второго формировател  импульсов подключен к входам п того и шестого формирователей импульсов, к первому входу сдвигового регистра и через умножитель частоты к второму входу сдвигового регистра, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа и через инвертор - с вторым входом второго ключа, выход которого подсоединен к первому входу .второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа, выход первого управл емого инвертора через третий и четвертый формирователи импульсов подключен соответственно к первым входам первого и третьего триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и четвертого ключей, второй вход третьего триггера подключен к выходу п того формировател  импульсов и первому входу блока синхронизации , второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к третьим входам первого и четвертого ключей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторьм входами эле (Л мента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разр да счетчика, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и четвертого ключей, выходы счетчика с (rn-n + i)-ro по (т-1)-й подключены к входам выходного ресо го гистра с 1-го по (п-1)-й соответственно , а т-й выход счетчика сое4 динен с первым входом второго упСО равл емого инвертора, выход котороо го подключен к п-му входу выходного регистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации , подключенного третьим выходом к установочному входу счетчика, выход шестого формировател  соединен с вторым входом первого триггера, отличающийс  тем, что, с целью повьшгени  точности измерени  при малых соотношени х сигнал/шум, в него введены дополнительный счетчик и п тый ключ, первый вход кото

Description

рого соединен с третьими входами второго и третьего ключей и третьим выходом блока синхронизации, второй вход п того ключа подключен к выходу второго триггера, а третий вход - к выходу шестого ,формировател , выход п того ключа соединен с первым входом дополнительного счетчика, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, а выход дополнительного счетчика соединен с вторыми входами первого и второго управл емых инверторов .

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при создании цифровых фазометров повышенной точности 5 а такжб высокоточных преобразователей фазакод дл  управл ющих цифровых вычислительных систем.

Известен цифровой фазометр, содержащий шесть формирователей, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов , сдвиговый регистр, умножитель частоты, два управл ющих инвертора , блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем выхо первого триггера соединен с первым входом первого ключа, первый выход первого формировател  подключен к первому входу первого управл емого инвертора, выход второго формировател  соединен с первым входом сдвигового регистра, входом умножител  частоты и входами шестого и п того формирователей, выход первого управл емого инвертора подключен к входам третьего и четвертого формирователей , второй выход первого формировател  соединен с первыми входа второго и третьего ключей, при этом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа и через инвертор к второму входу второго ключа, выход умножител  частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управл емых инверторов, выход четвертого формировател  соединен с первым входом третьего триггера, а

выход п того формировател  - с вторым входом того же триггера и первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен . к первому входу четвертого ключа, первьш выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа , а третий выход - к второму входу четвертого ключа, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разр да счетчика,первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход с входом записи выходного регистра, третий выход - с установочным входом счетчика, а четвертый выход с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с (m-n+l)-го по (т-1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (п-1)-й соответственно, am-и выход счетчика соединен с первым входом второго управл емого инвертора , выход которого подключен к П-му входу выходного регистра. Это устройство  вл етс  двухполупериодным цифровым фазометром с посто нным измерительным временем, в котором с целью уменьшени  систематической :шумовой погрешности измерение проводитс  вблизи середины линейного участка фазовой характеристики , дл  чего перед началом интервала измерени  производитс  определение начального значени  измер емого сдвига фаз, после чего входной сигнал в случае необходимости инвертируетс  11. Недостатком этого фазометра  вл етс  то, что начальное значение сдви га фаз определ етс  за один период входного сигнала. При малых соотношени х сигнал/шум это может привести к возникновению грубых погрешностей измерени . Цель изобретени  - повьш1ение точности измерени  при малых соотношени х сигнал/шум. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчик, выходно регистр, четыре ключа, три триггера, сдвиговый регистр, умножитель частоты , инвертор, два управл емых инвертора , шесть формирователей импульсов , элемент ИЛИ, причем входы перво го и второго формирователей соединены соответственно с первой и второй -ВХОДНЫМИ шинами фазометра, первый выход первого формировател  подключен к первому входу первого управл е мого инвертора, а второй выход первого формировател  соединен с первыми входами второго и третьего ключей , выход второго формировател  подключен к входам п того и шестого формирователей импульсов, к первому входу сдвигового регистра и через ум ножитель частоты к второму входу сдвигового регистра, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа и через инвертор - с вторым входом второго ключа, выход которого подсоединен к первому входу второго триггера, второй вход которого соеди нен с выходом третьего ключа, выход первого управл емого инвертора через третий и четвертый формирователи импульсов подключен соответственно к первым входам первого и третьего триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и четверто го ключей, второй вход третьего триггера подключен к выходу п того формировател  и первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к третьим входам первого и четвертого ключей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым вх дами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разр да счетчика, второн и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и четвертого ключей, выходы счетчика с (гп-п+1)-го по (п1-1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (п-1)-й соответственно , а m-и выход счетчика соединен с первым входом второго управл емого инвертора, выход которого подключен к п -му входу выходного регистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, третий выход которого подключен к установочному входу счетчика, вЫход шестого формировател  импульсов соединен с вторым входом первого триггера, введены дополнительный счетчик и п тый ключ, первый вход которого соединен с третьими входами второго и третьего ключей и третьим выходом блока синхронизации, второй вход п того ключа подключен к выходу второго триггера, а третий вход - к выходу шестого формировател , выход п того ключа соединен с первым входом дополнительного счетчика, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, а выход дополнительного счетчика соединен с вторыми входами первого и второго управл емых инверторов. На фиг.1 приведена -блок-схема фазометра; на фиг.2 - блок-схема блока синхронизации. Цифровой фазометр содержит первый и второй формирователи 1 и 2 импульсов , причем первый формирователь 1 импульсов состоит из последовательно соединенных первого усилител -ог раничител  3, первого компаратора 4 и формировател  5, второй формирователь 2 импульсов содержит последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 6 и второй компаратор 7, третий, четвертьш, п тый и шестой формирователи 8-11 импульсов, инвертор 12, вход которого через сдвиговый резистр 13 и змножитель 14 частоты подключен к входам п того и шестого формирователей 10 и 11,выход и вход инвертора 12 соединены соответственно с BTopyNtu входами второго и третьего ключей 15 и 16,первый и четвертый ключ 17 и 18,второй, первый и третий триггеры 19-21,первый и второй управл емые инверторы 22 и 23, генератор 24 тактовых импульсов , состо щий из формировател  25 последовательностей импульсов, генератора 26 импульсов, блок 27 синхронизации, элемент 28 ИЛИ,выход которого соединен с входом счетчика 29, выходы которого с (т-п+1)-го по (т-1)-й соединены соответственно с входами 1-го по (п-1)-й выходного регистра 3.0, последовательно соединенные п тый ключ 31 и дополнительный счетчик 32. Блок 27 содержит ключи 33 и 34, вход счетчика 35 соединен с выходом ключа 33, вход которого соединен с вторымвходом блока 24 синхронизации, счетчик 36 подключен к выходу ключа 34, первый вход которого соединен с первым входом блока 27, первый вход элемента 37 ИЛИ подключен к входу Работаостанов блока 27,второй вход соединен с выходом формировател  38 и вторым выходом блока 27, триггер 39 подключен к выходу триггера 40 и инвертора 41 и включен между счетчиком 36 и триггером 40, выход триггера 39 соединен с первым выходом блок 27. Цифровой фазометр работает следующим образом. Синусоидальные или пр моугольные напр жени  X и подаютс - на первую и вторую входные шины, причем напр жение 2  вл етс  опорным. Входные сигналы, пройд  через первый и второй усилители-ограничители 3 и 6 усиливаютс  и симметрично ограничиваютс  .по амплитуде. С помощью первого и второго компараторов 4 и 7 происходит преобразование входных сигналов в напр жение пр моугольной формы с уровн ми, совместимыми с используемой серией микросхем . Полный диапазон значений измер емого сдвига фаз Ч х разбиваетс  на две области: 1) О t 90 и 2) 180190

Начальное значение сдвига фаз, определ ющее , в какую из областей попадает Ч , находитс  путем усреднени  в течение нескольких периодов входных сигналов в интервале подготовки , -когда блок 24 синхронизации снимает блокировку ключей 15 и 16. Ключи 17 и 18 в этот момент заблокированы.

Формирователь 5 вьщает короткий импульс в момент по влени  переднего фронта сигнал Х-,. Этот импульс попадает на первые входы ключей 15 и

16, на вторые входы которых с выхода сдвигового регистра 13 подаетс  сигнал 2 у сдвинутый на 1/4 периода причем на ключ 15 - через инвертор 12. На тактовьм вход сдвигового регистра 13 поступают импульсы с частотой следовани  f, сформированные умножители 14 из сигнала Х , причем если f f , то выходом сдвигового регистра 13 служит выход четвертого его разр да. В этом случае колебани  границ областей происход т в пределах 1/16 периодов входных сигналов независимо от частоты fn и практически не оказывают влиD л

 ни  на точность измерени . Если Ч}( находитс  в первой области,импульс , пройд  через ключ 15, попадает на первьм вход триггера 19. При прохождении Ч во второй области импульс попадает на второй вход триггера 19, который запоминает начальное значение сдвига фаз, определ емое в течение одного

По окончании интервала подготовки происходит измерение. При этом, если /I находитс  в первой области, сигнал Х проходит через управл емый инвертор 22 без инверсии и попадает на входы формирователей 8 и 9. Сигнал попадает на входы формирователей 10 и 11.Формирователи 8 и 10 вырабатывают импульсы, 5 прив занные к передним фронтам сигналов X..J и Xj а формирователи 9 и 11 - к задним фронтам. Триггеры 20 и 21 формируют фазовые интервалы периода входных сигналов. На первый вход счетчика 32, в котором происходит усреднение начального значени  сдвига фаз, через ключ 31 поступают импульсы с формировател  11 в течение интервала подготовки, определ емого блоком 27 при условии наличи  логической единицы на выходе триггера 19. Число периодов входных сигналов, вход пр х в интервал подготовки , равно 2 ,где k - количество разр дов счетчика 32. Если начальное значение; сдвига фаз, соответствующее логической единице на выходе триггера 19, больше, чём в половине периодов входньк сигналов , вход щих в интервал подготовки, на выходе счетчика 32,по вл етс  логическа  единица, что свидетельствует о нахождении Чу во второй области (вблизи точки разрыва фазовой характеристики).

и управл ют ключами 17 и 19, которые в этот момент разблокированы. На вторые входы ключей 17 и 18 с выходов Генератора 24 тактовых импульсов поступают последовательности счетных импульсов, сдвинутых по фазе на 180 друг относительно друга. Пройд  через ключи 17 и 18 эти последовательности попадают на элемент 28 ИЛИ и далее на тактовый вход счет-10 чика 29. По окончании интервала измерени  блок 27 синхронизации блокирует ключи 17 и 18 и вьфабатьгоает строб записи содержимого счетчика 29 в выходной регистр 30. Если находитс  в первой области, что старший разр д выходного кода N передаетс  .через инвертор 23 без инверсии. С началом ближайшего периода опор-20 ного сигнала происходит следзпощий цикл измерени , при этом, если / находитс  во второй области, сигнал Х инвертируетс  управл емым инвертором 22, что эквивалентно внесению дополнительного фазового сдвига в 180 . Дл  компенсации внесенного фазового сдвига старший разр д кода N инвертируетс  инвертором 23 Блок 27 работает следующим образом . Перед началом работы (на входе Работа - останов - логическа  единица) все триггеры и счетчики наход тс  в нулевом состо нии. При по влении на входе Работа - останов нулевого уровн  первым же импульсом с выхода формировател  10 через ключ 34 взводитс  триггер 40, при этом начинаетс  интервал подготовки а счетчик 29 устанавливаетс  в ноль Импульсы с выхода формировател  10, проход щие через ключ 34, подсчитываютс  счетчиком 36, число разр дов которого равно К. При накоплении

счетчиком 36 2 импульсов на его выходе по вл етс  логический ноль, который через инвертор 41 сбрасывает триггер 40. При этом взводитс  триггер 39, интервал подготовки заканчиваетс  и начинаетс  интервал измерени . Длительность интервала измерени  определ етс  врем задающим счетчиком 35, на тактовый вход ко15 торого через ключ 33 поступают импульсы с выхода генератора 26 импульса 1Фррмирователь 38 по окончании интервала измерени  вырабатывает короткий импульс, служащий стро6oj4 записи с выходного регистра 30 и, проход щий через элемент ИЛИ 37, сбрасывающий триггер 39. Фазова  характеристика цифрового фазометра непрерывна в пределах от -180 до , причем значению соответствует значение кода Nj( О, а значению i/x +180 значение кода N NX гпссц Таким образом, повышение точности измерений при малых соотношени х сигнал/шум достигаетс  тем, что обработка сигналов производитс  вблизи середины непрерывного участка фазовой характеристики при любых значени х Ч. За счет усреднени  начального значени  сдвига фаз в течение нескольких периодов входных сигналов значительно уменьшаетс  веро тность возникновени  грубых погрешностей измерени , обусловленных неправильным определением начального значени  сдвига фаз за один период входных сигналов при малых соотношени х сигнал/шум. Вли ние смещени  нулевых уровней входных сигналов на точность измерени  устран етс  путем использовани  двухполупериодного способа формировани  фазовых интервалов.

(

4Шнз - I

Claims (1)

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчик, выходной регистр, четыре ключа, три триггера, сдвиговый регистр, умножитель частоты, инвертор, два управляемых инвертора, шесть формирователей импульсов, элемент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первой и второй входными шинами фазометра, первый выход первого формирователя импульсов подключен к первому входу первого управляемого инвертора, а второй выход - к первым входам второго и третьего ключей, выход второго формирователя импульсов подключен к входам пятого и шестого формирователей импульсов, к первому входу сдвигового регистра и через умножитель частоты к второму входу сдвигового регистра, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа и через инвертор - с вторым входом второго ключа, выход которого подсоединен к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа, выход первого управляемого инвертора через третий и четвертый формирователи импульсов подключен соответственно к первым входам первого и третьего триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и четвертого ключей, второй вход третьего триггера подключен к выходу пятого формирователя импульсов и первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен с первым выходом генератора . тактовых импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к третьим входам первого и четвертого ключей, с:

   выходы которых соединены соответст- 19 венно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого подключен ' к входу первого разряда счетчика, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и четвертого ключей, выходы' счетчика с (m-n+i)-ro по (т-1)-й » подключены к входам выходного регистра с 1-го по (п-1)-й соответственно, а m-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к η-му входу выходного регистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, подключенного третьим выходом к установочному входу счетчика, выход шестого формирователя соединен с вторым входом первого триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при малых соотношениях сигнал/шум, в него введены дополнительный счетчик и пятый ключ, первый вход кото- рого соединен с третьими входами второго и третьего ключей и третьим выходом блока синхронизации, второй вход пятого ключа подключен к выходу второго триггера, а третий вход - к выходу шестого формирователя, выход пятого ключа соединен с первым вхо дом дополнительного счетчика, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, а выход дополнительного счетчика соединен с вторыми входами первого и второго управляемых инверторов.