SU1553920A1 - Цифровой фазометр мгновенных значений - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах дл  измерени  разности фаз. Цель изобретени  - повышение надежности работы устройства. Фазометр содержит формирователь 1, блок 2 управлени , элемент И 3, счетчик 4, элемент И 5, блок 6 сравнени  кодов, счетчик 7, регистратор 8, элемент И 9, триггер 10, блок 11 сравнени  кодов, регистр 12, инвертор 13, элемент И 14, фазовый детектор 15, ФНЧ 16, перестраиваемый генератор 17, счетчик 18, D-триггеры 19 и 20 и элемент И 21. Поставленна  цель достигаетс  устранением ложных сбросов информации о минимальном и максимальном значени х фазового сдвига путем устранени  по влени  сигнала сброса при нестабильности временных параметров входного сигнала. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к цифровой Измерительной технике и может быть Использовано в информационно измери тельных системах дл  измерени  разности фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретени  - повышение на Дежности работы за счет устранени  Ложных сбросов информации о максималь Йом и минимальном значени х сдвига

ф|аз.

На фиг. 1 показана структурна  х электрическа  схема цифрового фазо- етра мгновенных значений; на фиг.2 - диаграммы, по сн ющие его работу.

Фазометр содержит формирователь 1, входы которого подключены к входным шинам устройства, а выход - к входу бпока 2 управлени  и первому входу первого элемента И 3. Выход последне- по подключен к счетному входу первого счетчика 4 импульсов и первому вхо ду второго элемента И 5, второй вход Которого в свою очередь подключен к выходу первого блока 6 сравнени  ко- дрв, а выход - к счетному входу второго счетчика 7 импульсов, первый в(ыход которого подключен к регистра- jTopy 8. Вторые выходы счетчика 7 им- п ульсов подключены к первым входам п|ервого блока 6 сравнени  кодов, в|торые входы которого подключены к выходам первого счетчика 4 импуль- , вход Сброс которого объединен с первым входом третьего элемента 9i И, а также с первым выходом блока 2 управлени . Второй выход блока 2 п одключен к первому входу триггера 10, второй вход которого подключен к выходу второго блока 11 сравнени  кодов. Первые входы блока 11 сравне- кодов соедин ютс  с соответствую- выходами первого счетчика 4 импульсов и входами Перезапись регистра 12. Второй вход Перенос ре- гйстра 12 подключен к выходу третьего элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом триггера 10. Фазометр содержит инвертор 13, четвертый элемент И 14, выход которого под™ кПючен к входам Сброс второго счетчика 7 импульсов и регистра 12, а также последовательно соединенные фа зовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот и перестраиваемый генератор 17 импульсов, выход которого соединен „с входом третьего счетчика 18, вторым вкодом первого элемента ИЗ, первым вкодом четвертого элемента И 14„ С

0 п 0 5 д

5

5

входом первого динамического D-тригге- ра 19 и через инвертор 13 с С-входом второго динамического D-триггера 20. D-входы первого и второго динамических D-триггеров 19 и 20 объединены и подключены к выходу третьего счетчика

18импульсов. Пр мой выход первого D-триггера 19 подключен к второму входу фазового детектора 15, первый вход которого подключен к входной шине устройства и к второму входу четвертого элемента И 14, третий вход которого подключен к выходу п того элемента И 21, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам первого и второго D-триггеров

19и 20.

Формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напр жени  U (фиг. 2а) и U5 (фиг. 2б) формирует пр моугольные импульсы с длитель ностью и (фиг. 2в), пропорциональной измер емому фазовому сдвигу. Эти импульсы открывают на врем  элемент ИЗ, при этом тактовые импульсы перестраиваемого генератора 17 поступают на вход счетчика 4, и при условии наличи  на управл ющем входе элемента И 5 разрешающего потенциала с выхода первого блока 6 сравнени  на счетный вход счетчика 7.

Входной сигнал U, поступает также на первый вход фазового детектора 15, на второй вход которого поступает импульсное напр жение с пр мого выхода первого динамического D-триггера 19 (фиг. 2е). Импульсы управл емого генератора 17 (фиг. 2г), поступа  на вход третьего счетчика 18, формируют на его К-м выходе меандровое напр жение частоты F0, определ емой соотношением F0 Ј0/2, где К - разр дность счетчика 18, f0 - частота следовани  импульсов управл емого генератора 17. Сигнал с К-го выхода счетчика 18 поступает на информационный D-вход первого динамического D-триггера 19, на тактовый С-вход которого поступают импульсы с перестраиваемого генератора 17. В случае, если на информационном D-входе динамического D-триггера 19 присутствует сигнал логического нул  (фиг. 2а) до момента t1 , то импульсы, поступающие на С- вход динамического D-триггера 19 с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г), своим передним фронтом устанавливают нулевое состо ние это51553920

го триггера, т.е. на выходе последнего имеет место сигнал нулевого уровн  (фиг. 2е, до момента t,).

Если на информационном входе динаг мического D-триггера 19 сигнал логической единицы сменит сигнал логического нул  (фиг. 2а, момент tt), то первый же импульс с выхода перстраива- емого генератора 17 (фиг. 2г), посту- д па  на тактовый С-вход D-триггера 19, своим передним фронтом изменит его состо ние (фиг. 2е, Ц) и на второй вход фазового детектора 15 поступит сигнал логической единицы.

Состо ние D-триггера 19 вновь изменитс  на нулевое (фиг. 2е, момент t) после установлени  на информационном D-входе этого D-триггера сигнала логического нул  (фиг. 2а, мо- мент t), когда на тактовый С-вход D-триггера 19 поступит очередной импульс с выхода перестраиваемого генератора 17 импульсов (фиг. 2г, момент

Ц).

Сигнал с К-го выхода счетчика 18 поступает также на информационный D-вход второго динамического D-триггера 20, на тактовый С-вход которого подаютс  проинвертированные инвертором 13 импульсы с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг.Зз).В этом случае на выходе этого D-триггера 20 также будет сформирован меандр

частоты F0 (фиг. 2и). Однако поскольку второй динамический D-триггер 20 по С-входу управл етс  инверсными импульсами перестраиваемого генератора 18, то его выходной меандр частоты F0 (фиг. 2и - сигнал инверсного выхода D-триггера 20) будет смещен относительно выходных сигналов первого, динамического D-триггера 19 на длительность Сгимпульса, перестраиваемого генератора 17. .

Меандр частоты FO, сформированный на выходе первого динамического D-триггера 19, поступает на второй вход фазового детектора 15. При несовпадении частот сигналов, поступающих на входы фазового детектора 15, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 16 нижних частот регулирует частоту перестраиваемого генератора 17 до равенства частот сигналов на пр мом выходе динамического D-триггера 19 (фиг. 2е) и входного ,, (фиг. 2а).

Ф с с с п

р з р мы л р ре

р р сд ни пр на на

25 Dча во 2и па

30 вх ют ед Эт че вх

15

20

35

40

45

50

55

пу мо ло вт ( ф И ют пр пу ге да вт им на ре

.ло и 15 е, ми на ( ф хр

д

В процессе подстройки системы ФАПЧ информаци  о текущем сдвиге в соответствии с логикой работы устройства в течение импульса длительностью Ј с выхода формировател  1 заноситс  в первый 4 и второй 7 счетчики импульсов , а также в регистр 12.

Однако хранени  информации о экстремальных значени х фазового сдвига за интервал времениs в течение рого осуществл етс  подстройка системы ФАПЧ, не производитс  из-за обнулени  второго счетчика 4 импульсов и регистра 12 перед каждым новым измерением текущего значени  сдвига фаз.

Обнуление второго счетчика 4 и регистра 12 перед каждым новым измерением текущего значени  фазового сдвига до наступлени  услови  синхронизма в системе ФАПЧ рассмотрим на примере рассогласовани  входного сигнала U, (на фиг. 2а, пунктир) и сигнала на выходе первого динамического

5 Dтриггера 19 (фиг. 2е). В этом случае сигналы с инверсных выходов первого 19 (фиг. 2ж) и второго 20 (фиг. 2и) динамических D-триггеров, поступа  соответственно на первый и второй

0 входы п того элемента И 21, формируют на его выходе уровень логической единицы (фиг. 2к, до момента t). Этот уровень подаетс  на третий вход четвертого элемента И 14, на втором входе которого сигналом U, (фиг. 2а,

5

0

5

0

5

0

5

пунктир) с входной шины устройства с момента t« также формируетс  уровень логической единицы. Таким образом на втором (фиг. 2&f пунктир) и третьем (фиг. 2к) входах четвертого элемента И 14 в интервале времени t3-t создаютс  логические уровни, разрешающие прохождение через-этот элемент импульсов с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2 л). Поступа  далее на входы Сброс регистра 12 и второго счетчика 4 импульсов, эти импульсы обнул ют их, предотвраща  накопление ложной информации об экстг ремальных значени х фазового сдвига.

Однако сразу после наступлени  ус- .лови  синхронизма сигналы на первом и втором входах фазового детектора- 15 оказываютс , синфазными (фиг. 2а, е, момент tt). При этом первый дина- . мический D-триггер 19, формирующий на своем выходе меандр частоты F0 (фиг. 2е), оказываетс  жестко засин- хронизированным импульсами перестраи10

йаемого генератора 1/ (фиг. 2г, момент- Ц). Одновременно уровни логи- веского нул , сфоргшрованные на инверс- ijtoM выкоде первого динамического D- триггера 19 в момент времени t, (фиг „ 2ж), а на инверсном выходе второго 1}-триггера 20 в момент времени t,,+ В Јфиг. 2и), поступа  соответственно на первый и второй входы п того элемента V. 21, создают на его выходе уровень люгического нул  в момент t7(фиг„2к). Таким образом, момент установлени  уровн  логического нул  на выходе п того элемента И 21 засинхронизировар 5  :о переднему фронту импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2е,к кюмент t1 ) .

Переход уровн  логического нул  в единицу На выходе п того элемента И 21 (фиг. 2к, момент t) осуществл етс  одновременно с установлением по заднему фронту импульса перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t.,)

уровн  логической единицы на инверсном выходе второго динамического D- триггера 20 (фиг а 2и„ момент tf). Таким образом, момент установлени  уров н  логической единицы на выходе п то-

1S539208

поступлинии с выхода формировател  1 импульса с длительностью Јм(фиг. 2в), пропорциональной измер емому фазовому сдвигу, управл ющего первым элементом ИЗ, на входы счетчиков 4 и 7 с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) поступает такое число импульсов, которое соответствует истинной величине текущего значени  фазового сдвига (фиг. 2д).

В момент времени, соответствующий заднему фронту выходного импульса формировател  1, импульсный сигнал с первого выхода блока 2 управлени  сбрасывает счетчик 4 в нуль по входу Сброс. В счетчике 7 при этом остаетс  код, пропорциональный временному интервалу fw , который передаетс  в регистратор 8„ Разрешающий потенциал с управл ющего входа второго элемента И 5, снимаетс , так как условие равенства кодов на входах блока 6 нарушаетс .

25 Дальнейша  работа устройства точно соответствует работе прототипа. Так, например, если последующее значение измеренного фазового сдвига окажетс  больше хран щегос  в счетчи20

го элемента 21 И засинхронизирован по зо ке TO содержимое этого счетчика

заднему фронту импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг, 2е,к, момент t 2).

Соответствующим образом засинхро- н зированный импульсами перестраиваемого генератора 17 уровень логическо- гэ нул  поступает на третий вход четвертого элемента И 14, запреща  прохождение в интервале времени (фиг. 2к) импульсов с выхода генера- т эра 17 через этот элемент на входы Сброс второго счетчика 7 и регист- ра 12.

35

40

дополнитс  пропорциональным приращением кода, в противном случае содержимое остаетс  без изменений. Если же последующее значение меньше значени  измеренного фазового сдвига, то информаци  о минимальном фазовом сдвиге будет перенесена со счетчика 4 в регистр 12. Таким образом, фазометр измер ет текущее значение фазового сдвига,а также фиксирует его экстремальные значени  за интервал времени измерений. При этом ложных сбросов полученной за интервал вре50

мени полезной информации о экстре- После установлени  услови  синхро- ., мальных значени х текущего фазового нйзма в системе ФАПЧ устройство пере- сдвига из-за случайного от периода ходит к режиму измерений текущего фазового сдвига. Поскольку к моменту вхождени  системы ФАПЧ а синхронизм содержимое счетчиков 4 и 7 одинаково, так как первый обнул етс  импульсами с первого выхода блока 2 управлени  перед каждым измерением, а второй был обнулен импульсами с перестраиваемого генератора 17 до соблюдени  услови  синхронизма, то первый блок 6 сравнени  кодов выдает разрешающий , уровень логической единтри на второй ;вКод элемента 5 И. В этом случае при

55

к периоду разброса моментов времени формировани  фронтов входного сигнала Ц ,  вл ющегос  опорным дл  системы ФАПЧ, не происходит. Это обусловлено тем, что начало и конец формировани  запрещающего уровн  логического нул  на выходе элемента И 14 (фиг. 2к, моменты t, и t2) синхронизированы соответственно по переднему и заднему фронту соответствующих.импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t1,t,). В этом случае разброс моментов времени формирова5

0

дополнитс  пропорциональным приращением кода, в противном случае содержимое остаетс  без изменений. Если же последующее значение меньше значени  измеренного фазового сдвига, то информаци  о минимальном фазовом сдвиге будет перенесена со счетчика 4 в регистр 12. Таким образом, фазометр измер ет текущее значение фазового сдвига,а также фиксирует его экстремальные значени  за интервал времени измерений. При этом ложных сбросов полученной за интервал вре0

мени полезной информации о экстре- ., мальных значени х текущего фазового сдвига из-за случайного от периода

5

к периоду разброса моментов времени формировани  фронтов входного сигнала Ц ,  вл ющегос  опорным дл  системы ФАПЧ, не происходит. Это обусловлено тем, что начало и конец формировани  запрещающего уровн  логического нул  на выходе элемента И 14 (фиг. 2к, моменты t, и t2) синхронизированы соответственно по переднему и заднему фронту соответствующих.импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г, t1,t,). В этом случае разброс моментов времени формировани  фронтов опорного дл  системы ФАПЧ входного сигнала Ut не создает на выходе элемента И 14 ложных (по- меховых) импульсов обнулени  счетчика 7 и регистра 12 из-эг отсутстви  в интервале времени 2Тр- tr импульсов с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2а,г, интервал 2Tf-Cr).

Если происходит изменение частоты F входных сигналов,.то нарушаютс  услови  синхронизма между входным сигналом Ц, и сигналом на пр мом выходе первого динамического D- триггера 19.

В этом случае требуетс  подстройка частоты fg перестраиваемого генератора 17 дл  восстановлени  услови  синхронизма в системе ФАПЧ устройства . В процессе подстройки системы ФАПЧ, на входах четвертого элемента И 14 создаютс  услови  дл  формировани  на выходах этого элемента импульсов обнулени  счетчика 7 и регистра 12. Так на фиг. 2а пунктирной линией показан пример рассогласовани  входного сигнала U., относительно сигнала на выходе первого динамического D-триггера 19 (фиг. 2е). В этом

. в а

1553920Ю

тов входного сигнала,  вл ющегос  опорным дл  системы ФАПЧ.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой фазометр мгновенных значений , содержащий формирователь, входы которого подключены к входным шинам фазометра, а выход - к входу блока управлени  и первому входу первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и первому входу второго элемента И, второй вход которого

   , подключен к выходу первого блока сравнени  кодов, а выход - к счетному входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистратору , а вторые выходы - к первым входам первого блока сравнени  кодов, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов , вход Сброс которого объединен с первым входом третьего эле5 мента И и подключен к первому выходу блока управлени , второй выход которого подключен к S-входу триггера, R-вход которого подключен к выходу второго блока сравнени  кодов, первые

   случае на третьем (фиг. 2к) и втором 30 ВХ°ДЫ которого подключены к выходам

   (фиг. 2а) входах четвертого элемента И в интервале времени tj-tt создаютс  услови  дл  прохождени  через первый вход этого элемента импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) на входы Сброс счетчика 7 и регистра 12 (фиг. Лл) .

   После установлени  синхронизма в системе ФАПЧ в счетчике 4 формируетс  достоверна  информаци  о текущем фазовом сдвиге между входными сигналами, а в регистре 12 и счетчике 7 будет обеспечиватьс  фиксаци  соответственно его минимального и максимального значений, полученных за интервал времени.

   Технико-экономический эффект данного технического решени  по сравнению с прототипом заключаетс  в том, что путем введени  двух динамических D-триггеров, элемента И и дополнительных св  зей, повышена надежность работы цифрового фазометра мгновенных значений за счет устранени  лож- 55 триггеры, D-входы которых объединены

   1ных сбросов информации о экстремальных значени х фазового сдвига, возникающих из-за случайных разбросов моментов времени формировани  фрони подключены к К-му выходу третьего счетчика импульсов, а также п тый элемент И, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам

   5

   0

   первого счетчика импульсов и входам Перезапись регистра, а вторые входы - к первым выходам регистра, второй вход Перенос которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера , последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних.частот и перестраиваемый генератор, выход которого соединен с входом третьего счетчика, вторым входом первого - элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому входу фазового

   с детектора и входной шине фазометра, а выход подключен к входам Сброс второго счетчика импульсов и регистра , а также инвертор, отличающийс  тем, что, с целью повышеQ ни  надежности в работе за счет устранени  ложных сбросов информации о максимальном и минимальном значени х сдвига фаз, в него дополнительно введены первый и второй динамические D-

   триггеры, D-входы которых объединены

   и подключены к К-му выходу третьего счетчика импульсов, а также п тый элемент И, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам

   первого и второго динамических D-триг- ческого D-тригтера, а через инвертор герое соответственно, а выход - к третьему входу четвертого элемента И,, выход перестраиваемого генератора соединен с С-входом первого динами3U$

   ±S

   гтг-ь

   Фиг. 2

   с С-входом второго динамического D- триггера, пр мой выход первого динамического D-триггера подключен к второму входу фазового детектора.

   jUTf-fr