Цифровой фазометр

(51) 4 з 01 К 25 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ БРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ 26 Федоров СССР 5/04, 18.01.71.ство СССР25/00, 15.10.84.ОМЕТРсится к радиоизмежет быть использо 1 а сдвига фаз меж(54) ЦИФРОВОИ ФАЗ (57) Изобретение отно рительной технике и м вано для измерения уг у 7(46) 15.07 ф 87. Бюл.(72) В. П. Мокшанцев (53) 621.317.771 (088.8) (56) Авторское свидете351178, кл.01 ЯАвторское свидетель1118935, кл. (з 01 К ду двумя периодическими электрицсскими сигналами. Введение в цифровой фазомстр (ЦФ) коммутатора 13 опорного и исследуемого сигналов, дсшифрдтора 14, сумматора 15, элемента И 17, регистров8, 19, триггерформироватстеля 20 пьсдсс гдлов задержки, элементов 21, 22 задержки, д также выполнение формирователя опорн го игцдлд из формировдтеля 2 медцдров опорш го сигнала и формирователей 3 и 4 импульсов положительных и отрццате,ьцых цу 1 ь переходов опорного сигнала повьнцает тонность и расширяет функциональные возможности ЦФ.1 ил.Изобретение относится к радиопзмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя периодическими электрическими сиг. налами.Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения в наиболее характерных точках схемы.Цифровой фазометр содержит первый формирователь 1, состоящий из формирователя 2 меандров опорного сигнала и формирователей 3 импульсов положительных и формирователей 4 отрицательных нуль- переходов опорного сигнала, формирователь 5 импульсов положительных нуль- переходов исследуемого сигнала, счетчик 6 тактовых импульсов, триггер 7 выделения знака, первый 8 и второй 9 элементы И, к входам первого из которых подключен генератор 10 когерентных квантующих импульсов и управлясций триггер 11, а выход соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 12, коммутатор 13 опорного и исследуемого сигналов, дешифратор 14, сумматор 15, третий 16 и четвертый 17 дополнительные элементы И, первый 18 и второй 19 регистры, триггер-формирователь 20 пьедесталов задержки и два элемента 21 и 22 задержки. Входы формирователей 1 и 5 подключены через коммутатор 13 к источникам опорного и исследуемого сигналов, выход формирователя 4 отрицательных нуль-переходов опорного сигнала подключен к входу Сброс триггера 1 управления, к одному из входов второго элемента 9 И и к сбросовому входу триггера-формирователя 20 пьедесталов задержки и через элемент 21 задержки - к входу Занесение реверсивного счетчика 12 и к счетному входу счетчика 6 тактовых импульсов, выходы которого через дешифратор 14 подключены к входам первого слагаемого сумматора 15 и к второму входу второго элемента 9 И. Входы Сброс первого регистра 18 и счетчика 6 тактовых импульсов соединены с и+1 с выходом дешифратора 14, установочные входы первого регистра 18 соединены с выходами сумматора 5, соединенными также с установочными входами реверсивного счетчика 12, выходы первого регистра 18 соединены с установочными входами второго регистра 19 и входами второго слагаемого сумматора 15, импульсный выход реверсивного счетчика 12 подключен к стартовому входу триггера-форми.рователя 20 пьедесталов задержки, выход которого подключен к одному из входов третьего элемента 16 И, выход которого подключен к входу Занесение первого регистра 18, а второй вход соединен с выходом формирователя 5 положительных нуль-переходов исследуемого сигнала и одним из выхо 510 дон четверзог элемента 17 И, второй вход которого подклкгчен к инверсному выходу формирователя 2 меандров опорного сигналаи к входу формирователя 4 отрицательных нуль-переколов опорного сигнала, а выход подключен к стартовому входу триггера 7 выделения знака, прямой выход формирователя 2 меяндров опорного сигнала через формирователь 3 положительных нуль-переходов подключен к стартовому входу упрявляк)- щего триггера 11 и непосредственно - к управляющему входу генератора 10 когерентных квантуюгцих импульсов. Выход второго элемента 9 И через элемент 22 задержки подключен к сбросовому входу триггера 7 выделения знака и непосредственно - к входу Занесение второго регистра 19, выход трипера 7 выделения знака подключен к управляющму входу коммутатора 13 и к установочному входу второго регистра 19, выходы которого являются выходом х строй ства.Устройство работает следуюсцих 1 образом.Опорный периодический электрическийсигнал выбранной промежхточной (постоянной) частоты (фиг. 2 а) поступает через ком.мутатор 3 (фиг. 1) ня вход формирователя 2, на прямом и инверсном выходах которого вырабатываются противофазные меандры опорного сигнала (фиг. 2 в,г), поступаюгцие затем на входы формирователей 3 и 4, импульсов нуль-переходов опорного сигнала, на выходах корых вырабатывак)тся короткие импульсы с крутыми фронтами (фиг. 2 в,ж).Перед началом первого периода измерительного цикла, включаюгцего и периодов опорного сигналя, опережаюший на 180" импульс отрицательного нуль-перехода, иг.ряюгций роль тактового (фиг. 2 ж), с отводя элемента 21 задержки поступает на счетный вход счетчика 6, па выходе старшего разряда которого вырабатывается потенциал . Этот потенциал, поступая на вход де шифратора 14, вследствие программной прошивки шин дешифратора не приводит к появлению потенциалана выходе старшего разряда реверсивного счетчика 12, поскольку первый период измерительного цикла предназначен для выявления знака фазового сдви га между опорным и исследуемым сигналами.Меандр (фиг. 2 в), с прямого выхода формирователя 2 запускает генератор О когерентных квянтуюгцих импульсов, который 50 начинает генерировать квянтуюгцие им.пульсы, фронт первого из которых привязан к фронту меандря (фиг. 2 в). Генерация происходит только в течение положительного полхпериодя меандра (фиг. 2 в).Тактовый импульс (фиг. 2,ж) с выходаформирователя 4, пройдя через элемент 21 задержки заносит информацию о задержке первого периода измерительного цикла на выход реверсивного счетчика 12.Импульс положительного нуль-перехода опорного сигнала (фиг. 2 е) с выхода формирователя 3 запускает триггер 11 управления, который открывает первый элемент 8 И и квантующие импульсы (фиг. 2 и) поступают на списывание выставленной нд выходе счетчика 12 информации.Г 1 оскольку в первом периоде измерительного цикла на выходе старшего разряда реверсивного счетчика 12 имеет место О (знаковый разряд) и списывать нечего, то О на управляющем (импульсном) выходе реверсивного счетчика 12 импульс (фиш. 2 к) не выделяется и триггер-формирователь 20 пьедестала задержки не запускается.Затем приходит следующий импульс (фиг. 2 ж), сбрасывает триггер 11, прекращая прохождение квантующих импульсов на реверсивный счетчик 2.Меандр с инверсивного выхода формирователя 2 поступает на один из входов четвертого элемента 17 И, на другой вход которого поступает импульс (фиг. 2 д) положительного нуль-перехода исследуемого сигнала относительно опорного, на выходе четвертого элемента 17 И выделяется импульс, который запускает триггер 7 выделения знака, на выходе второго регистра 19 устанавливается потенциал(что означает знак +), а коммутатор 13 переключает каналы, т.е. опорный и исследуемый сигналы меняются местами.Перед началом второго периода измерительного цикла тактовый импульс (фиг. 2 ж) с отвода элемента 21 задержки снова поступает на счетный вход счетчика 6, на выходе следующего (более младшего) разряда этого счетчика выставляется потенциал 1, который поступает на соответствующий вход дешифратора 14 и после сумматора 15 на входе следующего (более младшего) разряда реверсивного счетчика 12 устанавливается потенциал 1.Импульс (фиг. 2 ж) после элемента 21 задержки заносит 1 на соответствующий 40 выход реверсивного счетчика 12.Меандр с прямого выхода формирователя 2 запускает генератор 10 квантующих импульсов, а импульс положительного нуль-перехода опорного сигнала (фиг. 2 е) вводит триггер 11 управления (фиг. 2 з), и 45 квантующие импульсы (фиг. 2 и) начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 12, списывая выставленное на его выходе число, характеризующее задержку во втором периоде цикла.По окончании списывания на управляющем выходе реверивного счетчика 12 выделяется импульс (фиг. 2 к), который запускает триггер-формирователь 20 пьедесталов задержки, и этот пьедестал (фиг. 2 п) поступает с выхода триггера 20 на управляющий 55 вход третьего элемента 16 И. В случае совпадения во времени выходного импульса формирователя 5 с пьедесталом задержки на выходе третьего элемента 16 И вылелястся импульс, который заносит на выхол первого регистра 18 ту выходную информацин лмматора 15, которая имела место в момент временного совпаления импульса (фиг. 2 д) с пьедесталом задержки. Как только это произойдет, на входах второго слагаемого сумматора 15 и на установочных входах второго регистра 19 появится информация, характеризуюгцая задержку, при которой произошло указанное совпадение. Начиная с этого момента выходная информация сумматора 15 представляет собой сумму лвоичного числа, соответствующего последующему разряду и того числа, прп котором произошло совпадение во времени импульса (фиг. 2 д) с пьедесталом задержки.Затем импульс (фиг. 2 ж) сбрасывает триггеры 11 и 20Таким образом, в следующем периодецикла передний фронт пьедестала задержки сдвигается в сторону временной позиции импульса (фиг. 2 д) на величину временного интервала, соответствующего следующему (более младшему) разряду счетчика 6 тактовых импульсов.Этот процесс приближения перелнеп фронта пьедестала задержки к временной позиции импульса (фиг. 2 д) происхолит в течение всего измерительного цикла, и с увеличением числа разрядов точность этого приближения растет.В последнем периоде цикла импульс(фиг. 2 ж) отрицательного нуль-перехолд опорного сигнала, поступив на олин из входов второго элемента 9 И, на другой вход которого подается потенциал шины млалшеп разряда дешифратора 14, совпадает во времени с этим потенциалом, на выходе второго элемента 9 И выделяется импульс, который заносит информацию о фазовом слвиге и его знаке на выход второго регистра 19 и после задержки на элементе 22 возвращает триггер 7 в исходное состояние.В конце каждого цикла выходной сиг.нал дешифратора 14 производит сброс счет- цика 6 тактовых импульсов и первого регистра 18.При использовании предлагаемого цифрового фазометра повышается точность измерения угла сдвига фаз между опорным и исследуемым сигналоми за счет когерентности квантующего и молулирующего сигналов, расширяются ф нкциональные возможности фазометра за счет его программной работы, сокращается число логическихи управляющих элементов, что погышдет нд. лежность работы устройства.Фор,пула кябр гтничЦифровой фазометр, солерждщий лвд формирователя опорного и исслслсмого сигналов, счетчик тактовы; импульсов, триг.сУэ эГ 15г --1 с.эс"(3 )с.и, (, Ку),3 1 (ссд Р Бсрсс Кррскт(р 3. Еэтига Ириж ТЗ 1(.( инос 113111 1: хр) э,ии(-и)(х Ввр. Гиии и к,:,"11 З) 1, Мс" эк ,э 1:, ис, и;С . л.1 иии и и ии.и , и рииси.с р( и ри, , Уис и;с,1, ) л р сии.с р ыдел(ния, Якя, гс нсрягп)р к:гер. и г НэК Кнсн 1 , 1 ОцИХ МИ.3 СО 3, ,НРЯ 3)5 К)Н 3 ", ри гср, ревсрсивньй счс"чик и т;)и згс 1 с :- ГИ, К ВХОЛЯМ ЦСР ВО 0 ИЗ О)ГОРХ ЦО- К К)С 1 Ы ВЫХО,ЕЕ 1 1(. СРЯ 0 с КОГС.РСЕТН 1., к 1 Янтт к)них иъньсОВ и ми 1 с 1 ВЛ Яон(105 тригеря, а выхо;1 сосдисц с вьчита 0 Ним )ХО,ОМ РСВЕР(. ИВЦОП) СиетЧИКЯ, От,гисаГ)- ЙС,с( 1 Е 1, ТО, С 1 СГЬО ЦОЕ)ЬННСНИ 51 10 Н 10- ТЦ И РЯСНИРСЦИЯ фмцк 1 Ноц 151 ЬНЫХ ВОЗМОЖ.НС)СТСЙ. фОР 1 ИРОВс 1 ТЕЛ 1 э ОНОРС)ГО СИНа 3 с 10 состо из формировяеля мсан,ров онсн).Ц 010 СИ 1 Нс 13 И,ВМХ С)ОРМ ИРОЕ)сЕТС,ЕЙ ИМИ,Л - СОВ НОЛОЖИТС.ЬЦЬХ Н ОТРИВсе,ЬНЫХ Н.,Ц- н(эРсхоДО 3 ОНОРНОГО снГН 113, В ИСГО ВВедсны .Оцо 1 Н ИТСХ Ь 10 К 01 Мэ ТС)ТОР 0 ОРОП)ИС., Нэ.)с , Х С М О ГО С Ц Г Н Я; 0 ВЕС ЦРР сТО Р, С М М 11 Я0 Р, ст)си ый злсмент 1, лвя ре 3.сра, триггерфо 1 ЦР 0133 (1 э ПС,С СГсГ:113 Зс 1.С Р)КИ 1;с Е,СМ(НТс 3 1 СрЖКН, Нр "10111 ход Ор МИ.Гов;ТСХЗСИ 1 .К ЗОЧЕНэ НРСЗ КОМ Мт ЯТГ)Р К ИСТОИИ КЯ ОЦОР НОГОНСС,С;ЛМОГО СИНс-О 3, В Ы Х 0 Л С) О Р М И Р 01 с 1 Г(Х 151 0 Г Р ис 1 (.,Ь Н Ы Х Нх,н.НСРСХО,ЕОВ ОНОРНОГО СИГНЯ.3 НО;ЕКГК)1(Н К ХО.1 (.,Г)РОС ТР 11 ГСР 1НР 1 В 1 сцис, К ОД- ном из Входов ВтОРО 0 3,1 эметс 1 И исоРО.(.1 ЯГОВ ЗяСэрЖКИ И сСр(:3 ;,1(.М(.Н;с 1,сэрЖК 1 25вход( .Ьнесецис рсв(рсчНого (. с Икяс с 10 мм Вхо,м (чстик Гякп)выхмэ(ОВ, ВЬс 0,11 КООРО 0 ЧС с,С ЦЦР 1 с)1 НО,К.с(ЧСЕН 1 К В 0,(3 1 Н(.Р 1010 (,с с 3 ХЦО С(ХМЯХ)Р;1 и К ГОР(31 хо,. ВГ(00 .1ЦТ , ВХОЛЫ Д)РГ)С НЕРОГО Р(1 СТсРЯ Ц 1(Чика Гс КТОВ 3 с э) Н. 1 эсс)В СОС.и НС Иэ С 1 . - ;Ц со.011 Л(эцИфРс 1 ТОР, С("сНОВ Н Цс 1( 1 хо,1, ПСРс)0 О: Г(тРЯ С,: ЛИЦЕНЫ С ВЬХО- .с 1 МИ с, ,1".с, С,11 СЦ Н:.:"1 Тя КЖЕ С МСТЯ ;ово Ны. Р(; ,(Их 11, .Всрсинцого счетчика, Выходы Он) (; р сгря соединены с уста- ;ЮВОЧЕЫ( и ВХ(;с, И ВСРОО РЕГИСтРа И ВХО. лямц Второго слягасмо,о сумматора, имНу,ЬСНЫй ВЫХО ревеСИВИОс) СЧЕтЧИКа ПОЛ- к к)чс ц к стр 0301 х Входу трнп сра-фор- М И 1 Н) ВЯ 1 (С 151 ГЕС,естсЗЛОВ Зс)ЛСРЖ КИ, ВЫХОЛ КО- горого цо,к,0 ец к о,Н 01 у из входов треть- СО ЗГСХСНПЕ И, ВЫХОЛ КГОРОГО ПО;.ЕКЛОЧЕН К Вхо;М ,Эс 1 ССЕНИЕ ЦСРВОГО РЕГИСТРЯ, Я второй вход соединен с выходом формиро 3 ТЕГ 51 НОГк ИТЕЛЬН 1 Х 1",ЛЬ-ИЕРЕХОЛОВ ИСС.1 Е ,уоемого (ц наля и олцим из Вхогеов четвер- ГОГО ЭЛЕМСТс И, ВОРОИ ВХО,Е КОТОРОГО 1 ОЛ- (л Очен к 1 е)ерс но 1 выходу фор м и рова- СЛЯ МЕЯН,РОВ ОПОРИГО СИГНаЛа И К ВХОДУ ОрМРр 01 СТЕГ 53 О рИсТЕ,;ЕЭНЫХ ус Ь-ГсрЕХОЮВ ОЦОРНОГО СЦГНЯЛЯ, 3 ВЫХОД НОЛКЛК)ЧЕН К "Гс Р 10 ВО)1" ,ВХО,(с ТР 1 ГЕРс) ВЫДСэ.1(.НИ 53;3133 КЯ,Р 5 11 0 й В Ь Х Ол,0 Р М И Р 0 В с) ТЕ;1 Я Х С Я Н Л ) 0 В Оюрюго сигналя через формирователь цолоэкитсльцых ИУль.неРеходов НОДКГк)ее к стаР- Т 0130 МУ Е)ХО;ЕУ НОЯС Я 10 НС.ГО ТРИГГЕРЯ И Нс., Ц;)ЯВЛЯОН(.эхХГСЦ(Ря ГГЗРЯ К(С Р.НТНЫХ КВ 31 Т К)НЗ РХ ИМ - нульсов, выдхс, второ о згсхсцт И через ЗЛЕМСЕТ;я;СрКЕ(1 НОЛКЛКсСИ К СГ)ро(ОВО 1молу трцггсря выделения:няка и н посре.- с гвсццо к входу ,)ацсссце торого репстра, выхгЛ три гера выдел(.ния знака ЦО; КГ К)ЕН К 1 Н Рс ВЛ 51 К) НСМС ВХО,с КО Х (- Г,ТОРа Рс К Уста НОВО НОМ )ХГ),Гс 3Г) Ро 0 Р.3 Ис Т 13, ВЬХС 1.э КОТ(Г(Ц 0 118,1 Я 03 С 51 ВэХО- .101 МСТРС 3(Твс).