SU1173342A1 - Цифровой фазометр-частотомер - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР-ЧАСТОТОМЕР , содержащий первый и второй формирователи , генератор импульсов фиксированной , частоты, первый и второй аналоговые ключи, компаратор и источник опорного напр жени , о т личающи .йс  тем, что, с целью расширени  частотного диапазо на и повышени  точности, в него введены первый и второй регистры па-, м ти, у которьгх выходы соединены с соответствующими входами первого и второго введенных резистивных цифроаналоговых преобразователей двоич- ный счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом первого формировател , второй вход т- с выходом генератора импульсов фиксированной частоты, а его кодовый выход - с вторыми входами первого и второго регистров пам ти, при этом второй выход первого формировател  соединен с первым входом первого регистра пам ти, а выход второго формировател  соединен с первым входом второго регистра пам ти, стартова  цепь, состо ща  из последовательно соединенных триггера и элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом первого формировател , вход триггера соединен с первым выходом первого формировате-л , измерительна  мостова  схема, в диагонал х которой включены источник опорного напр жени  и коммутатор , а в плечах -мостовой схемы - три весовых резистора, резистивные цепи резистивных цифроаналоговых преобразователей , декодирующа  сетка сопротивлений аналого-цифрового преобразовател  и два аналоговых ключа, причем к первой клемме источника опорного напр жени  подсоединены i перва  клемма первого резистивного цифроаналогового преобразовател  и первые клеммы первого и третьего весовых резисторов, к второй клемме источника опорного напр жени  подсоединены втора  клемма декодирующей сетки сопротивлений аналого-цифрового преобразовател  и выход первого аналогового .ключа, два входа которого соединены соответственно со со 4 Is: с вторыми клеммами второго резистивного цифроаналогового преобразовател  и второго весового резистора, первые клеммы которых соединены с второй клеммой первого резистивного цифроаналогового преобразовател  и первой входной клеммой компарато ра, втора  входна  клемма которого соединена с первой клеммой декоди рующей сетки сопротивлений аналогоцифрового преобразовател  и выходом второго аналогового ключа, два входа которого соединены с вторыми клеммами первого и третьего весовых резисторов , управл ющие входы аналоговых ключей соединены с вторым.

Description

выходом аналого цифрового преобра- ства, первый вход соединен с выхозовател , у которого первый (кодовый ) выход  вл етс  выходом устрой-

1173342 дом компаратора, а второй вход - с выходом элемента И.

... . ...

Изобретение относитс  к цифровой

измерительной технике и предназначено дл  одновременного измерени  фазовых соотношений и частоты исследуемых сигналов в широком диапаЗоне частот.

, Целью изобретени   вл етс  расширение частотного диапазона и повышение точности фазометра-частотомера , путем применени  вместо аналоговых преобразователей врем -напр жение элементов дискретной техники (.счетчик, регистры пам ти, ЦАП и АЦП ), которые обладают более высокой точностью преобразовани  сигнала , стабильностью характеристик во Времени, не требуют настройки и расшир ют частотный диапазон в область инфранизких частот.

На фиг. 1 приведена структурна  схема цифрового фазометра-частотомера; на фиг. 2 - временные диаграммь , по сн ющие его работу.

Устройство условно делитс  на входной и.выходной блоки.

Входной блок содержит стартовую цепь, состо щую из триггера 1 и элемента И 2, а также включает первый формирователь 3, двоичный счетчик 4 генератор 5 импульсов фиксированной частоты (ГФЦ ), первый регистр 6 пам ти (первый канал ), второй формирователь 7 и второй регистр 8 пам ти (второй канал).

Выходной блок содержит первый

9 и второй 10 резистивные цифроана , логовые преобразователи (ЦАП ), первый весовой резистор 11 цикла измерени  фазового сдвига, управл емый аналого-цифровой преобразователь 12 ЛАЦП )., компаратор 13, источник 14 опорного напр жени , первый 15 и втрой 16 аналоговые ключи коммутатора циклов, второй 17 и третий 18 весовые резисторы цикла измерени  частоты сигнала.

Входна  клемма 19 соединена с входом первого формировател  3, первый выход которого соединен с входом триггера 1 и первым входом двоичного счетчика 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 им пульсов фиксированной частоты. Кодовый выход двоичного счетчика 4 соединен с вторыми входами первого 6 и второго В регистров пам ти. Второй выход первого формировател  3 соединен с первым входом первого 6 регистра пам ти и вторым входом элемента И 2, первый вход которого соединен с выходом триггера 1. Входна  клемма 20 соединена с входом второго формировател  7, выход которого соединен с вторым входом второго 8 регистра .пам ти. Выходы первого 6 и второго 8 регистров пам ти соединены с соответствующими входами первого 9 и второго 10 резистивных цифроаналоговых преобразователей выходного блока.

Выходной блок содержит измерительную мостовую схему, в одной диагонали которой включен источник 14 опорного напр жени , у которого перва  клемма соединена с первой клеммой первого 9 резистивного ЦАП и первыми клеммами первого 11 и третьего 18 весовых резисторов, а втора  клемма источника 14 - с выходом первого 15 аналогового ключа и второй клеммой декодирующей сет . ки сопротивлений АЦП 12, первый вход которого соединен с выходом компаратора 13, у которого перва  входна  клемма соединена с второй клеммой первого 9 резистивного ЦАП, с первой клеммой второго 10 резистивного ЦАП и первой клеммой второго . 17 весового резистора, причем вторые клеммы двух последних (10 и 17 ) соединены с соответствующими входами первого 15 аналогового ключа, втора  входна  клемма компаратора 3 13 соединена с первой клеммой декодирующей сетки сопротивлений АЦП 12 и с выходом второго 16 аналогового ключа, входы которого соединен соответственно с вторыми клеммами первого 11 и третьего 18 весовых резисторов. Выход элемента И 2 соединен с вторым входом АЦП 12, кодовый выход которого  вл етс  выходом устройства, а управл ющий выход сое динен с управл ющими входами первого и второго аналоговых ключей. Согласно фиг.2 прин ты следующие обозначени : - частота и напр жение сиг налов на выходе генератора импульсов фиксированной частоты СГФЧ); - напр жение и период опорного сигнала, .поступающего на клемму. 19; и , t - напр жение и временной интервал, соответствующий фазовому сдвигу сигнала второго канала с клеммы 20 относительно, опорного; и. ,иф2- напр жение с выходов фор мирователей 3 и 7, соответственно; t - период следовани  импульсов ГФЧ; N - число импульсов ГФЧ за один период Ту опорного сигнала; п - число импульсов ГФЧ за интервал времени Г, соответствующий измер емой разности фаз. Временные соотношени  между периодом импульсов ГФЧ и сигналами формировател  3 на его первом иф(1 и втором 4j,j(2) выходах показаны на фиг.26. Принцип работы устройства основа на преобразовани х измер емой разности фаз /у и частоты сигналов f. во временные интервалы С и Т, которые запо.пн ютс  квантующими импул сами ГФЧ, а полученные коды чисел п. и N цифроаналоговыми преобразовател ми преобразуютс  в величины сопротивлений плеч мостовой схем Выбор весовых р:;зисторов (R.j и Кч7 R;jj) и коэффициентов градусной и частотной шкал АЦП производитс  из следующих соображений. 42- 4 При измерении разности фаз нение баланса моста имеет вид: R ЦДП 10 RH Если положить, что R(.f,., , и,ЛП 10 где R,,величина сопротивлени  младшего разр да АЦП и ЦАП; - код числа АЦП при измере- -код -числа импульсов за интервал -код числа импульсов за vmтервал Т, то уравнение баланса примет вид: P,,,, . Так как , то при когда Чх 360° ,положим .Дл  того чтобы результат уравновешивани  выражалс  в градусах, необходимо чтобы ( или в общем случае М гЗ,,. где ,2,...). Тбгда величина весового резистора будет равна 360 R,, . При измерении частоты f уравнение баланса имеет вид: R 1-1 Ri7 RII 12 КцАПЭ Учитыва , что N , где период измер емого сигнала, t - период следовани  импульсов генератора 5 фиксированной частоты, уравнение баланса можно записать ,/«;t.-, где М - код числа АЦП при измерении f. Из последнего выражени -, прин в, что К RJ, / („ i получим Kt зРЖ где придава  коэффициенту К значени  1,10 и т.д. получим значени  сопротивлени  R дл  различных масштабов измерени  частоты. Таким образом, разрешающа  спо-, собность фазометра-частотомера при его работе в широком диапазоне частот и сдвигов сигналов будет определ тьс  частотой импульсов ГФЧ. Устройство работает следующим образом . включении питани  двоичный счетчик 4, первый 6 и второй 8 регистры пам ти, первый 9 и второй 10 резистивные ЦАП, декодирующа  сетка АЦП 12 устанавливаютс  в ну левые положени , при этом состо ние триггера 1 характеризуетс  нулевым выходом. Импульсы с выхода ГФЧ 5 не проход т на двоичный счетчик 4, так как отсутствует команда разреше ни  с формировател  3 на их прохождение . В выходном блоке ключи 15 и 16 будут включены таким образом, что плечами измерительно-вычислител ной мостовой схемы будут  вл тьс  ЦАП 9 и ЦАП 10, весовой резистор 1 и декодирующа  сетка сопротивлений АЦП 12. Исследуемые сигналы, харак теризующиес  одинаковой частотой fj (периодом следовани  Т ) и некоторым углом сдвига фаз Чх (который соответствует временному интервалу tx )одновременно с клемм 19 и 20, поступают соответственно на первый I 3 и второй 7 формирователи входно.го блока. Как первый 3, так и второй 7 формирователи фиксируют только моменты перехода из отрицательной области значений напр жений входных сигналов в положительную, при этом формирователь 7 вырабатывает один короткий, а формирователь 3 два коротких по длительности импульса , сдвинутых по времени и относительно друг друга на врем  мень шее, чем длительность периода t следовани  импульсов ГФЧ 5 (фиг.26 При срабатывании формировател  3 первый из двух формируемых им импульсов с его второго выхода поступит на второй вход первого регнет ра пам ти 6 в качестве команды переписи в него кода из двоичного счетчика 4. Поскольку в момент вклю чени  двоичный счетчик 4, регистры 6 и 8 пам ти,, резистивные ЦАП 9 и ЦАЦ 10 находились в нулевых состо ни х , то этот импульс не изменит их состо ний. Одновременно этот же импульс единичным сигналом поступит на второй вход элемента И 2, на первом входе которого будет присутствовать нулевой уровень с триггера 1. Така  ситуаци  исключает запуск АЦП 12 в момент включени  устройства. Далее второй формируемый формирователем 3 импульс с его первого выхода поступит на первый вход двоичного счетчика 4 в качегстве команды сброса предьщущей записи и начала нового счета импульсов, поступающих на его второй вход от ГФЧ 5. Одновременно этот же импульс поступит на вход триггера 1 дл  изменени  его выхода на единичный и подготовки к запуску АЦП 12. Заполнение двоичного счетчика 4 импульсами ГФЧ 5 будет происходить в течение одного полного периода Т о.порного сигнала, при этом в момент перехода из отрицательной в положительную область значений напр жени  входного сигнала с клеммы 20 сработает формирователь 7 и сформирует на своем выходе один короткий импульс, используемый в качестве команды на разрешение записи из двоичного счетчика 4 во второй 8 регистр пам ти кода числа импульсов п, зафиксированного к этому моменту от начала счета. Поскольку момент ндчала счёта соответствует начальной фазе напр жени  опорного сигнала с клеммы момент записи результата счета во второй 8 регистр, пам ти соответствует начальной фазе напр жени  сигнала второго канала с клеммы 20, то число импульсов гх, зафиксированное двоичным счетчиком 4 за этот интервал времени Т будет соответствующим образом отображать разность фаз У , напр жений входных сигналов. Далее код числа п с выхода второго 8 регистра пам ти поступает на вход ЦАП 10, где преобразуетс  в величину сопротивлени , соответствующую коду этого числа. По окончанию первого периода Т, опорного сигнала импульсом с первого выхода формировател  3 производитс  перепись кода числа N импульсов ГФЧ 5, зафиксированного счетчиком 4, в регистр 6 пам ти с последующим его преобразованием ЦАП 9 в соответствующую величину сопротивлени . Этим же импульсом через элемент И 2 производитс  включение АЦП 12 дл  уравновешивани  измерительно-вычислительной мостовой схемы при определении разности фаз исследуемых сигналов . Вторым импульсом с второго выхода формировател  3 (.сразу же после переписи кода в регистр 6 ) производитс  сброс двоичного счетчика 4 и его новое начало счета.

АЦП 12,уравновесив мостовую схему и зафиксировав на своем первом выходе результат измерени  if сигналом с второго своего выхода через аналоговые ключи 15 и 16 произведет выключение ЦАП 10. весового резистора 11 и включение в мостовую схему двух одинаковых резисторов 17 и 18. Далее, производ  второе уравновешивание и зафиксировав результат измерени  частоты исследуемых

Входной 5лок

сигналов f, на своем первом выходе, АЦП 12 сигналом с второго своего выхода через аналоговые ключи 15 и 16 возвратит измерительно-вычислительную мостовую схему в исходное состо ние дл  проведени  следующего цикла измерений, данные дл  которого, начина  с момента включени  АЦП 12, начали, формироватьс  узлами входного блока ..

Выходной 5лок

Claims (1)

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР-ЧАСТОТОМЕР, содержащий первый и второй формирователи, генератор импульсов фиксированной . частоты, первый и второй аналоговые ключи, компаратор и источник опорного напряжения, о т личающи.йся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности, в него введены первый и второй регистры па—, мяти, у которых выходы соединены с соответствующими входами первого и второго введенных резистивных цифроаналоговых преобразователей^ двоичный счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом первого формирователя, второй вход - с выходом генератора импульсов фиксированной частоты, а его кодовый выход - с вторыми входами первого и второго регистров памяти, при этом второй выход первого формирователя соединен с первым входом первого регистра памяти, а выход второго формирователя соединен с первым входом второго регистра памяти, стартовая цепь, состоящая из последовательно соединенных триггера и элемента И, второй вход которого сое динен с вторым выходом первого формирователя, вход триггера соединен с первым выходом первого формирователя, измерительная мостовая схема, в диагоналях которой включены источ ник опорного напряжения и коммутатор, а в плечах -мостовой схемы - три весовых резистора, резистивные цепи резистивных цифроаналоговых преобразователей, декодирующая сетка сопротивлений аналого-цифрового преобразователя и два аналоговых ключа, причем к первой клемме источника опорного напряжения подсоединены первая клемма первого резистивного цифроаналогового преобразователя и первые клеммы первого и третьего весовых резисторов, к второй клемме источника опорного напряжения подсоединены вторая клемма декодирующей сетки сопротивлений аналого-цифрового преобразователя и выход первого аналогового .ключа, два входа которого соединены соответственно с вторыми клеммами второго резистивного цифроаналогового преобразователя и второго весового резистора, первые клеммы которых соединены с второй клеммой первого резистивного цифроаналогового преобразователя и первой входной клеммой компаратора, вторая входная клемма которого соединена с первой клеммой декодирующей сетки сопротивлений аналогоцифрового преобразователя и выходом второго аналогового ключа, два входа которого соединены с вторыми клем мами первого и третьего весовых ре зисторов, управляющие входы аналоговых ключей соединены с вторым.

   выходом аналого-цифрового преобразователя,' у которого первый (кодовый ) выход является выходом устрой ства, первый вход соединен с выходом компаратора, а второй вход - с выходом элемента И.

   '¹