SU1328790A1 - Способ определени времени задержки сигналов - Google Patents

Abstract

Способ определени  времени задержки сигналов-(С) осуществл ют следующим образом.Гармонический С раздел ют на ойорный и испытательный С. Испытательный С проходит через исследуемую цепь. Его сравнивают по фазе с опорным С на заданной частоте. Погрешности фазового преобразовател  завис т от частоты сравниваемьрс С, неравенства амплитуд этих С. Фиксируют результат первого измерени  напр жени  на заданной частоте. Ступенчато измен ют частоту сравниваемых С. задерживают опорный С на дополнительную задержку, которую выбирают из услови  изменени  фазы в пределах одного линейного участка характеристики . Восстанавливают первоначальное значение частоты сравниваемых С и фиксируют полученное напр жение. По результатам четырех измерений напр жений , пропорциональных разности фаз сравниваемых С, ступенчатому изменению частоты срваниваемых С и дополнительно вводимой задержке, определ ют контролируемую задержку при минимальном времени измерени  с повышенной точностью. 1 ил. i (Л со tNd 00 QO т-Л.

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  времени задержки в лини х св зи, в блоках задержки сигналов, в аналоговых микросхемах с большой степенью интегра- , ции, а также в узкополосных радиотехнических цеп х.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и точности измерени  времени задержки сигналов.

На чертеже приведен пример выполнени  устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, к выходу которого подключена исследуема  цепь с контролируемой задержкой, лини  3 дополнительной задержки, линейный фазовый детектор 4, второй вход которого через аттенюатор 5 и линию 6 дополнительной задержки соединен с выходом генератора 1. Выход фазового детектора 4 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 соединен с шинами данных микро-ЭВМ 8. Выходные шины микро-ЭВМ 8 соединены с цифровым индикатором 9 и цифроаналоговыми преобразовател ми (ЦА.Т1) 10 - 12. Выход ЦАП 10 соединен с управл ющим входом генератора 1, а выходы ЦАП 11 и 12 соответственно соединены с управл ющими цеп ми ключей 13 и 14, : включенных параллельно лини м 3 и 6 {дополнительной задержки.

Способ осуществл етс  следующим образом.

Гармонический сигнал (Ut+ + Ч ) раздел ют;, на опорный и испыта- тельньм сигналы. Испытательный сигнал проходит через исследуемую цепь с контролируемой задержкой t и коэффициентом передачи nt . Выходной сигнал исследуемой цепи Ij co(t - t) +4 сравнивают по фазе с опорным сигналом на заданной частоте U) .

При изменении частоты испытательного и опорного сигналов фазовый сдвиг сравниваемых сигналов Ч wt 2 J (п + ot) , где п - число целых циклов изменени  разности фаз; (L - доли фазового цикла. Выходное напр жение линейного фазового детектора, выполненного, например, на триггерах или логических схемах, измен етс  в функции от частоты по пилообразной зависимости. Каждьй линейный участок

преобразовательной характеристики соответствует изменению разности фаз сравниваемых сигналов от О до 2 л или от - до + в зависимости от схемных особенностей фазового детектора. При измерении задержки t на заданной частоте Ы выходное напр жение фазового детектора соответствует од- ному из линейных участков преобразовательной характеристики

и s(i + if)4 + 5- s(u,)u)t + 5,,

5

где S - крутизна преобразовани  разности фаз , Wtr в напр жение;

-;:;- - относительна  мультипликатив- 0 нал погрешность преобразовани ;

сР, - абсолютна  аддитивна  погрешность преобразовани . Мультипликативна  у, и аддитив- 5 на  6 погрешности фазового преобра- (зовани  завис т от частоты сравнива- емык сигналов W , неравенства амплитуд этих сигналов, т.е. коэффициента передачи исследуемой цепи на 0 этой частоте (W) , измер емой разности фаз Ч (1г) , температурной и временной нестабильности параметров фазового детектора.

Фиксируют результат первого измерени  и на заданной частоте W . Затем ступенчато измен ют частоту сравниваемых сигналов и на величину дсо , которую выбирают из услови 

40

о10 йО) Тп-.

10

где - порог чувствительности фазового детектора.

При таком увеличении частоты сиг- налов выходное напр жение фазового детектора измен етс  в пределах одного линейного участка характеристики и возрастает до значени 

(1 + )(W+AW). +S, (2)

где ij j и (2 - погрешности преобразовани  второй разности фаз % (()+ли) и при коэффициенте передачи цепи (W-I-AW) . Если первоначальна  дол  фазового

цикла uf ul; - 2f п больше -гл ,

то увеличение частоты на ли может вызвать уменьшение выходного напр жени  фазового детектора или изменение его знака. Это означает переход на соседний линейный участок характеристики , что вызывает неоднозначност результата измерени .

Дл  обеспечени  работы на одном линейном участке характеристики выб- ранной пол рности выходного напр жени  фазового детектора уменьшают в этом случае частоту сигналов на ту же величину AW и фиксируют уменьшенное напр жение

Ug S(1+8;)(w -AU))e . (3)

Далее задерживают опорный сигнал на дополнительную задержку д (У , которую выбирают также из услови  изменени  фазы в пределах одного линейного участка характеристики

--. 10

В этом случае выходное напр жение фазового детектора, если оно соответствует выражению (2), уменьшаетс  до значени 

(1 + У)(и )(1г-А г-), (4)

где ijj и cTj - погрешности третьего преобразовани  разности фаз 4 (to+uW)(t -&г ),

Если напр жение увеличиваетс  или измен ет знак, что может иметь место при предыдущей доле фазового цикла

дЧ (w +Aw)t - 2 п--п т то дополl -

нительно задерживают испытательный сигнал.

В этом случае фиксируют возросшее напр жение

Uj 5(И-Гз)( +AW)(t )+5j. (5)

Восстанавливают первоначальное значение частоты сравниваемых сигналов () и фиксируют полученное напр жение. Если предыдущий результат соответствует выражению (4), то

U4 S(1+lf4M tr-At)+,

(6)

где 4. и - погрешности четвертого преобразовани  разности

фаз 4 U С +&Т) при коэффициенте передачи цепи (W). В случае задержки испытательного

сигнала напр жение (5) уменьшаетс 

до значени 

и, s(n-ifpw сг- + , (7)

При выбранных приращени х фазового сдвига Awt « ступенчатое изменение частоты ди мало (4O«tJ ). Поэтому коэффициент передачи исследуемой цепи с контролируемой задержкой мен етс  также мало и можно считать, что (j) j3 (и +iW) . Выбранные изменени  фазового сдвига от дополнительной задержки также малы

Wit 4. Поэтому результаты второго , третьего и четвертого измерений получены в окрестност х первоначальной точки преобразовательной характеристики фазового детектора, задаваемой первоначальной разностью фаз Ч 60. Практически, относительные и абсолютные погрешности всех четырех измерений одинаковы (.,- ,- с, (, сУ, , ).i 3 А

Из зафиксированных значений первого и второго измерений определ ют разности напр жений

ли

и, -Ц

5(1+и)ды г (8)

или

4 и,

,

8(1+ .

(9)

40

45

По результатам третьего и четвертого измерений определ ют следующие разности напр жений:

л (1+,)AW(t-At), (10)

или

50

(1+y )a(t + i). (11)

Далее определ ют отношение разностных напр жений

ди,

itot

iU ir-A W()

(12)

или

,

дисг+л)л u;-Au;,

л u

А-г

(13)

Из полученних отношений определ ют контролируемую задержку

f

о- J и,

Гирли

(1А)

или

,л, ди.1

Ги ::лиТ

(15)

Таким образом, по результатам четырех измерений напр жений U , U, Uj , U, пропорциональных разности фаз сравниваемых сигналов, ступенчатому изменению частоты сравниваемых сигналов и дополнительно вводимой задержке л определ ют контролируемую задержку t при минимальном времени измерени  с повышенной точностью

Устройство работает следующим образом .

Гармонический сигнал генератора 1 проходит через исследуемую цепь 2 с контролируемой задержкой 2 , линию 3 задержки с дополнительной задержкой л и воздействует на один вход линейного фазового детектора 4, на другой вход которого воздействует сигнал генератора 1, проход щий через аттенюатор 5 и линию 6 задержки с дополнительной задержкой д 2 . Выходное напр жение фазового детектора 4 с помощью АЦП 7 преобразуетс  в код, запо- минаемьй в оперативной пам ти микро- ЭВМ 8. С помощью ЦАП 10 устанавливаетс  требуема  частота генер-атора 1, а с помощью иДП 11 и 12 - положение Ключей 13 и 14, шунтирующих линии 3 и 6 задержки.

По команде ЭВМ с помощью ЦАП 10 устанавливаетс  начальное значение частоты со гармонического сигнала, с помощью ЦАП 11 и 12 ключи 13 и 14 перевод тс  в замкнутые состо ни . Вы- ходное напр жение U фазового детектора 4, пропорциональное разности фаз Ч , кодируетс  в А1Д1 7 и запоминаетс  в пам ти микро-ЭВМ 8. Далее на выходе ЦАП 10 формируетс  второй уровень напр жени , который измен ет частоту генератора на малую величину дм Полученное на выходе фазового детектора 4 напр жение Ug преобразуетс  в код и сравниваетс  в

O

5

0

5

ЭВМ 8 с предыдущим результатом измерени  и . Если напр жение возрастает , то оно запоминаетс  в пам ти ЭВМ, если уменьшаетс  или измен ет знак, ЭВМ выдает команду, по которой ЦАП 11 формирует третий уровень напр же ни , и генератор 1 уменьшает свою частоту на ту же величину -sw . Уменьшенное значение напр жени  U запоминаетс  в пам ти ЭВМ. С приходом очередной команды размыкаетс  ключ 13, и вводитс  дополнительна  задержка в опорный сигнал фазового детектора 4. Уменьшенное выходное напр жение Uj кодируетс  и запоминаетс  в пам ти ЭВМ. Если происходит увеличение напр жени , то по команде ЭВМ с помощью ЦАП 11 и 12 ключ 13 замыкаетс , а ключ 14 размыкаетс . Соответствующее выходное напр жение фазового детектора Uj кодируетс  и запоминаетс . После этого командой от ЭВМ ЦАП ТО переводитс  в первоначальное состо ние , при котором Ы О, и формируетс  напр жение первого уровн , устанавливающее начальное значение частоты W генератора 1. Выходное напр жение и фазового детектора 4 кодируетс  и запоминаетс  в ЭВМ. После выполнени  вычислений по запрограм- мированным формулам (14) и (15) результат измерени  времени задержки S отображаетс  на цифровом индикаторе 9. 5

В программу ЭВМ 8 введен алгоритм

выбора знака приращени  частоты генератора 1 и положени  ключей 13 и 14 из услови  работы устройства на одном

0 линейном участке преобразовательной характеристики фазового детектора 4. В пам ть ЭВМ В также введено в виде константы значение дополнительной задержки л С , котора  вводитс  ключом

5 13 или 14. Коэффициент передачи аттенюатора 5 устанавливают примерно равным коэффициенту передачи исследуемой цепи 2 на частоте (о , чтобы уравн ть амплитуды сравниваемых по

0 фазе сигналов.

Использование предлагаемого способа определени , времени задержки позвол ет значительно уменьшить врем  измерени  за счет ступенчатого (не5 калиброванного) изменени  частоты и возможности автоматической обработки результатов дискретных измерений с помощью микропроцессорных средств. При этом не предъ вл ютс  жесткие

0

требовани  к долговременной стабильности генератора гармонических колебаний и приращени м его частоты, так как эти параметры не вход т в расчетные формулы. Малые отклонени  частоты в окрестност х заданной частоты существенно уменьшают вли ние неравномерности амплитудно-частотной характеристики исследуемой цепи на точ ность измерени  ее задержки. При выборе фазовых приращений лсо С и 0 и пор дка единиц градусов возможно измерение времени задержки узкополос- н.ых цепей, что недоступно известному способу. Кроме того, исключение мультипликативной и аддитивной погрешностей преобразовани  разности фаз в напр жение обеспечивает повышение быстродействи  и точности измерени  времени задержки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  времени задерж ки сигналов, заключающийс  в том, что гармонический сигнал раздел ют на опорный и испытательный, который воздействует на исследуемую цепь с контролируемой задержкой, сравнивают фазу прошедшего через исследуемую цепь сигнала с фазой опорного сигна- ла, фиксируют на заданной частоте разность фаз сравниваемых сигналов, измен ют частоту и дополнительно задерживают один из сравниваемых сигна лов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи и точности измерени , линейно преобразуют разность фаз сравниваемых сиг налов в напр жение, фиксируют значение напр жени  на заданной частоте, ступенчато измен ют частоту сигнала в направлении увеличени , анализируют величину напр жени , при этом есл оно увеличилось относительно величи

   ны напр жени  на заданной частоте, то его значение фиксируетс , если уменьшилось или изменило знак, то ступенчато измен ют частоту в сторону уменьшени  относительно заданного значени  и фиксируют полученное напр жение , ступенчато задерживают опорный сигнал и анализируют величину напр жени , при этом, если напр жение уменьшилось по сравнению с напр жением , соответствующим измененной частоте, то его значение фиксируетс  если напр жение увеличилось или изменило знак, то исключают задержку опорного сигнала и задерживают испытательный сигнал, фиксируют значе- ( ние напр жени , устанавливают заданное значение частоты и фиксируют полученное напр жение, при этом ступенчатые изменени  частоты и задержки сигналов осуществл ют в таких пределах , при которых дополнительно вводима  разность фаз сравниваемых сигналов больше порога чувствительности по фазе в дес ть раз и меньше дес той доли полупериода сравниваемых сигналов в радианах, а контр ируе- мую задержку определ ют по формуле

   д и

   с

   -iS

   i и,

   где разность напр жений, соответствующих измененной и заданной частотам сравниваемых сигналов;

   разность напр жений, соответствующих дополнительной задержке сигналов измененной и заданной частот; дополнительна  задержка сравниваемых сигна лов.

   4U Uj-U4it

   Редактор 0. Головач

   Составитель М. Катанова .

   Техред М.Ходанич Корректор А.Зимокосов

   Заказ 3487/49 Тираж 370Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   - Производственно-полиграфическое предпри тие,г.Ужгород,ул.Проектна ,4