SU1723533A1 - Устройство дл измерени разности частот - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике электро- и радиоизмерений, может быть использовано дл  измерени  разности частот высокостабильных опорных генераторов и  вл етс  дополнительным к авт.св. СССР № 1624345. Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости измерени  при наличии паразитной фазовой модул ции сравниваемых колебаний. Цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  разности частот введен регистр 14, информационные входы которого подключены к выходу регистра 13, тактовый вход подключен к выходу формировател  7 коротких импульсов, а выходы подключены к третьим входам блока 8 сравнени  кодов. Устройство также содержит умножитель 1 частоты, делители 2,3 частоты , счетчик 4 импульсов, регистры 5,12, формирователь 6 временных интервалов, элемент задержки 9, интегратор 10, аналого-цифровой преобразователь 11.1 ил. сл

Description

Изобретение относитс  к электро- и радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерений разности частот, необходимых, в частности, при подстройке частот опорных генераторов аппаратуры св зи по источнику эталонной частоты .

Известно устройство дл  измерени  разности частот (по основному авт.св. № 1624345. Один вход этого устройства через последовательно соединенные умножитель частоты, формирователь временных интервалов (ФВИ), интегратор, аналого- цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй регистры, блок сравнени  кодов (БСК), формирователь коротких импульсов (ФКЙ) и счетчик подключен к третьему регистру . Другой вход устройства через последовательно соединенные первый и второй

делители частоты подключен ко вторым входам счетчика и третьего регистра. Выход ФВИ через элемент задержки подключен ко вторым входам интегратора, ФКИ, первого и второго регистров. Выход первого регистра подключен ко второму входу БСК, а выход первого делител  частоты - ко второму входу ФВИ. Последний вырабатывает импульсы , длительность которых пропорциональна текущей разности фаз входных колебаний. Разность фаз измер етс  с помощью интегратора и АЦП, а скорость ее изменени  (т.е. разность измер емых частот) преобразуетс  в частоту потока импульсов на выходе ФКИ с помощью первого и второго регистров и БСК. Этот поток во врем  мерного интервала , полученного из образцовой частоты с помощью первого и второго делителей частоты , заполн ет счетчик, а после окончани 

ч го

OJ

ел

CJ

со

го

мерного интервала результат переписываетс  в третий регистр.

Благодар  интерпол ционному принципу измерени  разности частот в указанном устройстве удалось уменьшить мерный интервал (по сравнению с электронно-счетными частотомерами) при сохранении высокой точности измерени .

Однако устройство имеет недостаточно высокую помехоустойчивость при измерении малых разностей частот. Действительно , в этом случае разность фаз измен етс  относительно медленно и даже небольша  паразитна  фазова  модул ци  (ПФМ) одного из сравниваемых колебаний нарушает монотонность изменени  разности фаз. Из- за этого при прохождении текущей разности фаз (преобразованной в интеграторе в напр жение) очередного уровн  квантовани  АЦП код на его выходе может мен тьс  неоднократно (то увеличива сь на единицу, то возвраща сь к исходному). Так как каждое изменение кода вызывает формирование в ФКИ импульса, поступающего затем на счетчик, то результат измерени , полученный в счетчике, при наличии ПФМ будет завышенным, причем погрешность тем больше, чем меньше разность измер емых частот и больше уровень ПФМ.

Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости устройства дл  измерени  разности частот.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  разности частот по авт.св. № 1624345 вводитс  четвертый регистр, причем его информационные входы подключены к выходам регистра, тактовый вход - к выходу ФКИ, а выходы - к третьим входам БСК.

Благодар  тому что новый код текущей разности фаз записываетс  в четвертый регистр лишь при первом пересечении этой функцией очередного порога срабатывани  АЦП, а БСК выдает на ФКИ разрешающий сигнал только при неравенстве кодов в первом , втором и четвертом регистрах, возможные из-за ПФМ повторные пересечени  функцией текущей разности фаз того же уровн  квантовани  АЦП не вызовут формировани  дополнительных импульсов в ФКИ, т.е. не увеличат погрешности измерени  разности частот.

Так как предлагаемое устройство отличаетс  от прототипа новым элементом (четвертым регистром) и св з ми, то оно обладает новизной. При этом за вителю неизвестны устройства, в которых использование сходных технических решений приводило бы к достижению поставленной в за вке цели (повышению помехоустойчивости измерител  разности частот при наличии ПФМ сравниваемых колебаний). Поэтому указанные отличи  следует считать существенными.

На фиг.1 представлена структурна 

электрическа  схема за вл емого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу измерител : а,б,в,г,д - сигналы на выходах умножител  частоты 1,

первого ДЧ, ФВИ, элемента задержки и интегратора соответственно; е,ж,з - коды чисел в регистрах: первом, втором и четвертом; и,к - сигнал на выходе ФКИ и состо ние счетчика.

Измеритель разности частот состоит из умножител  частоты 1, первого делител  частоты (ДЧ) 2, второго ДЧ 3, счетчика 4, третьего регистра 5, формировател  6 временных интервалов (ФВИ), формировател  7 коротких импульсов (ФКИ), блока 8 сравнени  кодов (БСК), элемента задержки 9, интегратора 10, АЦП 11, а также регистров: первого 12, второго 13 и четвертого 14. Второй вход устройства через последовательно соединенные умножитель частоты 1, ФВИ 6, интегратор 10, АЦП 11, первый 12, второй 13 и четвертый 14 регистры, БСК 8, ФКИ 7 и счетчик 4 подключен к третьему регистру 5. Первый вход устройства через первый ДЧ 2

и второй ДЧ 3 соединен со вторыми входами счетчика 4 и третьего регистра 5. Выход первого ДЧ 2 подключен ко второму входу ФВИ 6, а выход последнего через элемент задержки 9 соединен со вторыми входами

интегратора 10, ФКИ 7, первой 12 и второго 13 регистров, Выходы первого 12 и второго 13 регистров подключены ко второму и третьему входам БСК 8, а выход ФКИ 7 - ко второму входу четвертого 14 регистра. Второй выход БСК 8 и выход третьего 5 регистра  вл ютс  информационными выходами устройства.

Измеритель разности частот работает следующим образом.

Частота колебаний, поступивших на второй вход устройства, в умножителе частоты 1 увеличиваетс  в К раз (фиг.2,а), а пришедших на первый вход - уменьшаетс  в п раз в первом ДЧ 2 (фиг.2,б). ФВИ 6

вырабатывает импульсы (фиг,2,в), начинающиес  в момент фронта сигнала с первого ДЧ 2 и заканчивающиес  по приходу второго (после этого) фронта сигнала с умножител  частоты 1. Их длительность if Ti/K,

2Ti / К, где TI - период колебаний на втором входе измерител , в интеграторе 10 преобразуетс  в напр жение U (фиг.2,д), которое с помощью АЦП 11 переводитс  в код числа L и фронтом импульса с выхода элемента

задержки 9 (фиг.2,г) записываетс  в первый

регистр 12 (фиг.2,е). Так как длительность импул ьсаг характеризует текущую разность фаз сравниваемых колебаний (его изменение на Ti/K соответствует изменению разности фаз на In /К), то изменение числа L на единицу соответствует изменению разности фаз на In /КР, где Р - разность чисел, соответствующа  At Тч/К.

Врем  измерени  задаетс  вторым ДЧ 3. Если он имеет коэффициент делени  N, то врем  каждого измерени  в устройстве tnsM n«N«T2. где Т2 - период колебани  на первом входе измерител .

Пусть А,В и С - коды чисел, записанных соответственно в первый 12, второй .13 и четвертый 14 регистры. БСК 8 выдает разрешающий сигнал на ФКИ 7 при выполнении услови 

(А В) А (А С) л (В С),(1)

т.е. когда все три кода разные. По сигналу от БСК 8 из фронта импульса от элемента задержки 9 в ФКИ 7, формируетс  короткий импульс, поступающий на счетчик 4, который суммирует все поступившие на него за мерный интервал импульсы. По окончании tnsM содержимое счетчика 4 фронтом импульса со второго ДЧ 3 переписываетс  в третий регистр 5, а счетчик 4 обнул етс .

Информаци  во второй регистр 13 переписываетс  из первого регистра 12 по фронту импульса, поступающего с элемента задержки 9. Так как одновременно происходит запись в первый регистр 12 кода числа L с АЦП 11, то код во втором регистре 13 всегда равен коду, бывшему в первом регистре 12 на предыдущем такте: Bi Аи. где i - номер такта (период тактовых импульсов на выходе элемента задержки 9 равен пТ2).

Информаци  в четвертый регистр 14 переписываетс  из второго регистра 13 по фронту импульса, поступающего с ФКИ 7. Он формируетс  лишь при выполнении услови  (1), которое контролируетс  БСК 8.

Как видно из временных диаграмм (2,е- и), условие (1) выполн етс  лишь в течение одного такта после первого превышени  напр жением U очередного уровн  квантовани  АЦП 11. Если за врем  Т.ИЗМ это произошло два раза, то в ФКИ 7 будет сформировано М импульсов, а после окончани  гизм в третьем регистре будет записано число М.

Так как разности соседних уровней квантовани  АЦП 11 соответствует изменение разности фаз сравниваемых колебаний на 2 jr/kP, a Af л /2 гизм, то 1 М 2 1

Af I

In Mf2

k P

n N T2

n N k P

т.е.М характеризует модуль измер емой разности частот. Знак разности указываетс  сигналом, формируемым на втором выходе БСК 8 в соответствии с условием:

если (А С) i/ (В С), то fi f2 (при

положительных крутизне интегратора 10 и характеристике АЦП 11).

В за вл емом измерителе разности частот умножитель частоты 1 может быть вы0 полней, например, на кольце фазовой автоподстройки частоты (см. В.А.Левин. Стабилизаци  дискретного множества частот . М., Энерги , 1970, с. 271, 295). Должно быть обеспечено целочисленное значение

5 К. Первый 2 и второй 3 делители частоты должны иметь коэффициенты делени  n и N соответственно. Они могут быть выполнены на цифровых микросхемах, например К555ИЕ7(см. В.А.Шило. Попул рные цифро0 вые микросхемы. М., Радио и св зь, 1987, с. 37). Счетчик 4 должен иметь емкость не менее N и сброс в нулевое состо ние по фронту сигнала со второго ДЧ 3. Может быть выполнен на микросхемах К555ИЕ10 (см.

5 там же, с. 39). Первый 12, второй 13, третий 5 и четвертый 14 регистры должны обеспечивать параллельную запись по фронту. Их можно выполнить на К555ИР27 (см. там же, с. 46). ФВИ 6 может быть выполнен в виде

0 схемы И и двухразр дного регистра сдвига, тактируемого импульсами с умножител  частоты 1, на информационный вход которого и схему И подан сигнал с первого ДЧ 2, а инверсный выход регистра соединен со вто5 рым входом схемы И.

Дл  ФКИ 7 можно использовать микросхему типа К155АГЗ(см.тамже, с.46), а БСК8 выполнить на К555СП1 и логических элементах . Элемент задержки 9 можно выпол0 нить на двух последовательно включенных ФКИ из микросхемы К155АГЗ.

Интегратор 10 можно выполнить в виде генератора тока, зар дного ключа, управл емого от ФВИ 6, интегрирующего конденса5 тора и разр дного ключа, управл емого от элемента задержки 9. Напр жени  на выходе интегратора 10 при т Ti/K и Т 2Ti/K должны соответствовать границам диапазона преобразовани  АЦП 11. Последний мо0 жет быть асинхронного типа, Можно применить также и микросхему К1107ПВ1 (см. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы./ Под ред. Якубовский С.В. М.: Радио и св зь, 1985, с, 365), котора  выпол5 нит функции АЦП и первого регистра 12.

Как следует из изложенного, предлагаемый измеритель разности частот нечувствителен к ПФМ измер емых колебаний, вызывающей немонотонность изменени  их разности фаз. У прототипа наличие такой

ПФМ приводит к по влению систематической дополнительной погрешности измерени . Оценим предельный уровень ПФМ, при котором за вл емое устройство не имеет такой погрешности. Погрешность измерени  возникает тогда, когда или при неоднократном пересечении функцией U очередного уровн  квантовани  АЦП 11 в ФКИ 7 формируетс  более одного импульса, или же когда при пересечении очередного уровн  квантовани  импульс не формируетс . Оба случа  возможны лишь тогда, когда ПФМ вызывает неоднозначность преобразовани  в АЦП 11, превышающую единицу его квантовани , В наихудшем случае, когда текуща  разность фаз сравниваемых чистых (т.е. без ПФМ) колебаний такова, что преобразуетс  в напр жение U, равноотсто щее от соседних уровней квантовани  (при этом на выходе АЦП 11 будет код числа L), наличие ПФМ с размахом, превышающим 2  /kP, приведет к по влению в разные моменты времени на выходе кодов чисел L-1, L и L+1, а это, в свою очередь, вызовет формирование в ФКИ 7 ложных импульсов, привод щих к погрешности измерени .

Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает отсутствие дополнительной систематической погрешности измерени  разности частот, которую могла

бы вызвать ПФМ сравниваемых колебаний,

при размахе последней до величины 2 л /kP.

Введение нового элемента (четвертого

регистра) и новых св зей выгодно сличает

предложенный измеритель от прототипа, так как обеспечивает его помехоустойчивость - отсутствие дополнительной систематической погрешности измерени  из-за паразитной фазовой модул ции сравниваемых колебаний.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве обеспечиваетс  помехоустойчивость измерений при размахе ПФМ сравниваемых колебаний до величины

2  /kP. Так, при К 3 и Р 64 допустима ПФМ с размахом пор дка 2°, что легко обеспечиваетс  опорными кварцевыми генераторами , дл  сравнени  частот которых предназначен предложенный измеритель.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  разности частот по авт.св. № 1624345, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости , в него введен четвертый регистр , информационные входы которого подключены к выходам второго регистра, тактовый вход соединен с выходом формировател  коротких импульсов, а выходы четвертого регистра подключены к третьим

   входам блока сравнени  кодов.

   О

   6 6

   г

   IIIIIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

   п

   ПЛ П П П

   ;лЈ/ тмзр

   Фиг.2