SU1677653A1

SU1677653A1 - Цифровое устройство измерени частоты

Info

Publication number: SU1677653A1
Application number: SU884492564A
Authority: SU
Inventors: Ефим Самуилович Побережский; Бекин Десимбаевич Женатов; Михаил Валерианович Зарубинский
Original assignee: Омский политехнический институт
Priority date: 1988-10-10
Filing date: 1988-10-10
Publication date: 1991-09-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и радиотехнике и может быть использовано дл измерени отклонени мгновенной частоты от номинального значени , а также дл демодул ции частотно- модулированных сигналов в радиоизмери- , тельных и радиоприемных устройствах. Цель изобретени - расширение диапазона измер емых частот и повышение точности измерений . С помощью компаратора 1, генератора 4, триггера 2, элементов И 3 и 6, двух счетчиков 5 и 7 на каждом периоде входного сигнала определ етс в цифровой форме отклонение длительности этого периода от минимально возможного значени . Оно фиксируетс в регистре 8 пам ти, преобразуетс в преобразователе 9 D цифровое значение отклонени мгновенной частоты входного ЧМ-сигнала от его центральной частоты, преобразуетс в ЦАП 10 в аналоговую форму и затем фильтруетс и сглаживаетс в фильтре 11. 2 ил.

Description

О 4

О

сл

со

Изобретение относитс к измерительной технике и радиотехнике и может использоватьс дл измерени отклонени мгновенной частоты от номинального значени , а также дл демодул ции частотно- модулированных (ЧМ) сигналов в радиоизмерительных и радиоприемных устройствах .

Цель изобретени - расширение диапазона измер емых частот и повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена функциональна схема цифрового устройства измерени частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы в различных точках устройства,

Цифровое устройство измерени частоты содержит компаратор 1 (аналоговый), первый вход которого вл етс входом ус- - тройства, а второй подключен к общей шине Земл , выход компаратора 1 соединен с S-входом триггера 2. Пр мой выход триггера 2 подключен к второму входу первого элемента ИЗ, к первому входу которого подключен выход генератора 4 тактовых импульсов , а к выходу - счетный вход второго счетчика 5. Выход генератора 4 тактовых импульсов соединен также с вторым входом второго элемента И 6, первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера 2, а выход - к счетному входу первого счетчика 7. Выход счетчика 6 соединен с R-входом триггера 2 и входом сброса счетчика 7. Выходы всех разр дов второго счетчика 7 подключены к входам разр дов регистра 8 пам ти, выходы всех разр дов которого подключены к входам цифрового функционального преобразовател 9, а управл ющий пход - к выходу компаратора 1. Цифровой функциональный преобразователь 9 реализует функцию Т(ДТ) 1/(Ti + +АТ) - f0, где f - отклонение мгновенной частоты входного сигнала от центральной Ti - минимально возможна длительность периода сигнала; ДТ - разность меж- ,ц/ длительностью текущего периода и TL Здесь и ниже используетс термин период применительно к входному частотно-модулированному сигналу, который не вл етс периодическим. Под периодом понимаетс интервал между двум соседними положительными переходами через нуль. Запись отклонени мгновенной частоты f в виде т(ДТ) подчеркивает , чтр f вл етс функцией только ДТ, так как Ti и Т0 - константы. Выходы цифрового функционального преобразовател 9 подключены к входам АЦП 10, выход которого соединен с входом фильтра 11 нижних частот. Выход фильтра 11

нижних частот вл етс выходом цифрового устройства измерени частоты.

Цифровое устройство измерени частоты работает следующим образом.

Входной сигнал (фиг. 2а) поступает на

компаратор 1, на, выходе которого формируетс 1, если входной сигнал положителен, и О, если он отрицателен (фиг. 26),

В начале каждого периода входного сиг0 нала пр моугольные импульсы с выхода компаратора 1, поступа на S-вход триггера .2, перевод т его в состо ние, при котором на пр мом выходе триггера 2 и соответственно на втооом входе элемента ИЗ присут5 ствует 1 (фиг. 2в), а на инверсном выходе триггера 2 и соответственно {на первом входе элемента И6 присутствует О (фиг, 2г). В результате тактовые импульсы с выхода генератора 4 тактовых импульсов через ИЗ

0 проход т на счетный вход счетчика 5 (фиг, 2д) и не проход т на счетный вход счетчика 7 (фиг. 2е), Такое состо ние будет продолжатьс до тех пор, пока счетчик 5 не заполнитс и на его выходе переноса не по витс

5 короткий импульс (фиг.-2ж). Емкость счетчика 5 рассчитываетс таким образом, чтобы его переполнение и, следовательно, по вление импульса переноса достигалось в момент , когда с начала очередного периода

0 входного сигнала прошел интервал времени Ti, равный минимально возможной длительности периода. Интервалу Тч соответствует максимально возможное значение мг новей- ной частоты сигнала Тмакс & 1/Ti.

5Короткий импульс с выхода переноса

счетчика 5 (фиг, 2ж) поступает на вход сброса счетчика 7, обнул его, и одновременно на R-вход триггер 2, перевод его в состо ние , при котором на его пр мом выходе и

0 соответственно на втором входе первого элемента ИЗ присутствует О (фиг. 2в), а на его инверсном выходе и соответственно на первом входе элемента И 6 1 (фиг. 2г). При этом на счетный вход счетчика 5 тактовые

5 импульсы не поступают (фиг. 2д), а на счетный вход счетчика 7 они проход т через элемент И6 (фиг, 2е). Такой режим работы будет продолжатьс до конца периода входного сигнала (фиг. 2а, д, е). В этом режиме счетчик 5 остаетс в нулевом состо нии, в

0 которое перевел его последний в данном периоде тактовый импульс, поступивший на его счетный вход и в вызвавший по вление короткого импульса на выходе переноса этого счетчика, а счетчик 7 отсчитывает дли5 тельноеть интервала ДТ, представл ющего собой разность между длительностью текущего периода и TI - минимально возможной длительностью периода входного сигнала (фиг. 2г, е).

В момент окончани очередного периода входного сигнала и начала нового периода напр жение на входе компаратора 1 вновь становитс положительным, и на выходе компаратора 1 оп ть по вл етс пр моугольный импульс с уровнем 1, который соответствует положительному полупериоду следующего периода входного сигнала (фиг, 2а, б). Пр моугольный импульс с выхода компаратора 1, поступа на S-вход триггера 2, переводит его, как и в начале предыдущего периода, в состо нии, при котором с помощью элементов ИЗ и Иб прекращаетс прохождение тактовых импульсов на счетный вход счетчика 7 и обеспечиваетс поступление их на счетный вход счетчика 5 (фиг. 2в...2е), Одновременно пр моугольный импульс с выхода компаратора 1, поступающий на S-вход триггера 2, подаетс и на управл ющий вход регистра 8 пам ти, Передним фронтом этого импульса , совпадающим с границей соседних периодов входного сигнала (фиг. 2а, б), производитс параллельна перезапись из счетчика 7 в регистр 8 пам ти двоичного числа, соответствующего значению AT, которое к концу очередного периода входного сигнала оказываетс записанным в счетчике 7.

Таким образом, после окончани каждого периода входного сигнала в регистре 8 пам ти фиксируетс двоичное число, соответствующее значению ДТ дл данного периода . На фиг. 2з показана временна диаграмма фиксируемых в регистре 8 пам ти цифровых значений А Т - отклонений длительности текущих периодов входного сигнала от минимально возможной длительности периода, равной TI.

При поступлении на входы цифрового функционального преобразовател 9 с выходов разр дов регистра 8 пам ти записанного в двоичном коде значени AT на выходе цифрового функционального преобразовател 9 по вл етс двоична запись числа, соответствующего f( AT) 1/(Тч + +АТ) - fо - значению отклонени мгновенной частоты входного сигнала от своего среднего значени f0 (фиг. 2и). Цифровой функциональный преобразователь 9 в принципе может представл ть собой или арифметическое устройство , точно либо приближенно выполн ющее операции в соответствии с приведенной выше функцией преобразовани , или логическую структуру (программируемое (репрограммируемое) запоминающее устройство, программируе- мую логическую матрицу и т.д.), в которую записаны значени функции f(AT). Пои поступлении на адресные входы цифрового функционального преобразовател 9 двоичной записи аргумента ДТ на его выходах по вл етс двоична запись значени функции f(AT), соответствующа значению аргу- мента ДТ. На практике требуема разр дность аргумента ДТ и функции f невелика .

Полученное на выходе цифрового функционального преобразовател 9 цифровое значение f - отклонени мгновенной частоты сигнала от центральной частоты f0 позвол ет однозначно определить мгновенную частоту сигнала при использовании устройства в измерительной аппаратуре, а при ис- пользовании его в радиоприемной аппаратуре оно повтор ет закон модул ции принимаемого сигнала.

При использовании устройства в измерительной технике цифровые значени f, поступающие с выхода цифрового функционального преобразовател 9, могут непосредственно поступать на индикаторное устройство или после алгебраического суммировани с значени ми f0. В случае использовани устройства в качестве демодул тора значени f, поступающие с выхода цифрового функционального преобразовател 9, с помощью АЦП 10 перевод тс в аналоговую форму, а затем сглаживаютс и очищаютс от помех фильтром 11 нижних частот. Частота среза этого фильтра совпадает с граничной частотой спектра модулирующего сигнала. Временна диаграмма напр жени на выходе фильтра 11 нижних частот приведена на фиг. 2к. Задержка сигнала в этом фильтре на временных диаграммах не показана (фиг. 2и, к). Таким образом, в устройстве измерени

частоты вначале выдел етс цифровое значение отклонени длительности каждого периода входного сигнала устройства от минимально возможной. Затем эти отклонени длительности преобразуютс в цифровые значени отклонений мгновенной частоты входного сигнала от его центральной частоты, а результаты преобразовани перевод тс а аналоговую форму и фильтруютс . Следовательно, при работе устройства в режиме частотного демодул тора основные операции, определ ющие крутизну и линейность детекторной характеристики , а также в значительной мере уровень линейных искажений, выполн ютс в цифровой форме. Это повышает точность демс- дул ции, исключает вли ние на нее дестабилизирующих факторов и позвол ет избавитьс отопераций настройки и регулировки как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации. Очевидно, что указанные достоинства еще более полно про вл ютс при работе устройства в режиме измерени частоты, поскольку в этом случае его аналоговые узлы не функционируют.

Благодар тому, что в устройстве на первой стадии цифровой обработки выдел ютс значени отклонени длительности каждого периода от минимально возможной , требовани к разр дности счетчика 7, регистра 8 пам ти, ПЗУ цифрового функционального преобразовател 9 и ЦАП 10 определ ютс соотношением между диапазоном измер емых частот и необходимой точностью измерени , т.е. требовани к разр дности этих узлов завис т от разности между максимально и минимально возможными измер емыми частотами и не завис т от абсолютных значений этих частот. Отсюда следует, что при фиксированной разр дности основных узлов аппаратуры устройство позвол ет расширить диапазон измер емых частот, одновременно повысив точность измерени , так как на практике разность между максимально и минимально возможными измер емыми частотами значительно меньше минимально возможной частоты (например, дл частотно модулированных сигналов максимальное отклонение мгновенной частоты от номинальной 0,5 ...6%). Дополнительное повышение точности измерений и демодул ции сигнала достигаетс благодар функции, заложенной в цифровой функциональный преобразователь , обеспечивающий линейную зависимость между выходным напр жением и отклонением мгновенной частоты сигнала от номинального значени .

Claims

Формула изобретени

Цифровое устройство измерени частоты , содержащее генератор тактовых импульсов , первый счетчик, выходы которого соединены с входами регистра пам ти, циф- роаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу фильтра нижних

частот, выход которого вл етс выходом цифрового устройства измерени частоты, отличающеес тем, что, с целью расширени диапазона измер емых частот и повышение точности измерений, в него

введены компаратор, триггер, два элемента И, второй счетчик и цифровой функциональный преобразователь, причем первый вход компаратора вл етс входом цифрового устройства измерени частоты, а второй

вход подключен к общей шине Земл , выход компаратора соединен с S-входом триггера с управл ющим входом регистра пам ти, выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, пр мой выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И, а инверсный выход триггера - с вторым входом второго элемента И, выход которого подключей к счетному входу первого счетчика, выход первого элемента И соединен с счетным входом второго счетчика, выход переноса которого соединен с входом сброса первого счетчика и с R-входом триггера, выходы регистра пам ти подключены к входам цифрового Функционального преобразовател , выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразовател .

Фкг. 2

t