Цифровой измеритель фазовых флуктуаций сигналов

(46) 23 .0 1,88, Бюл, Мд (72) В.Б, Белоусов (53) 621.317.77(088.8 (56) Авторское свидет У 970257, кл, С 01 КАвторское свидетел У 993148, кл, С 01 К льство СССР 5/00, 1980, ство СССР 5/00, 198 1. ФАЗОВЫХ ть испольцс флуктуамонических ния являетерителя. жит источ а импульОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ФЛУКТУАЦИЙ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может б зовано при анализе фазов ций высокостабильных гар колебаний. Целью изобрет ся повышение точности из Цифровой измеритель соде ник 1 стробирующего пото сов, блоки 2 и 5 выборки и хранения,преобразователи 3 и 6 аналог - код,широкополосный фазовращатель 4, блок 7 вычисления арктангенса, запоминающий блок 8, состоящий иэ последовательно соединенных регистров 9 и 1 О, арифметические блоки 11-13, блок 14 усреднения, состоящий иэ накапливающего сумматора 15 и делителя 16, цифровую линию 17 задержки и элемент 18 задержки, Использование второго и третьего арифметических блоков, блока усреднения и цифровой линиизадержки позволяет обеспечить одинаковую относительную чувствительностьизмерителя к флуктуациям фазы с различной частотой в пределах всегорабочего диапазона. 2 з.п. ф-лы,1 ил,1 13Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при анализе фазовых флуктуаций высокостабильных гармоническихколебаний,Целью изобретения является повышение точности измерителя,На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя.Цифровой измеритель фазовых флуктуаций сигналов содержит источник 1стробирующего потока импульсов, последовательно соединенные первыйблок 2 выборки и хранения и первыйпреобразователь 3 аналог - код, последовательно соединенные широкополосный Фазовращатель 4, второйблок 5 выборки и хранения и второйпреобразователь 6 аналог - код, атакже блок 7 вычисления арктангенса,запоминающий блок 8, состоящий изпоследовательно соединенных первого 9 и второго 10 регистров, первый11, второй 12 и третий 13 арифметические блоки, блок 14 усреднения,состоящий из накапливающего сумматора 15 и делителя 16, цифровую линию17 задержки и элемент 18 задержки,причем вход широкополосного фазовращателя 4 соединен с первым входомблока 2 выборки и хранения и входнойклеммой измерителя О выходы преобразователей 3 и 6 аналог - код соединены с соответствующими входамиблока 7 вычисления арктангенса, выход последнего соединен с первымрегистром 9 запоминающего блока 8,выходы регистров 9 и 10 подсоединенык соответствующим входам арифметического блока 11, выход которого соединен с первым входом арифметическогоблока 12 и входом накапливающегосумматора 15, входящего в блок 14усреднения, выход накапливающего сумматора 15 соединен с входом делителя 16,выход которого соединен с вторымивходами накапливающего сумматора 15и арифметического блока 12, выходПоследнего соединен с первым входомарифметического блока 13, второй входКоторого соединен с выходом цифровойлинии 17 задержки, входом соединенной с выходом арифметического блока13 и выходом измерителя, вход элемента 18 задержки соединен с входомисточника 1 стробирующих импульсови клеммой опорного сигнала У , выход источника 1 стробирующих импуль 68805 5 10 1 20 25 30 35 40 45 50 55 сов соединен с управляющими входамиблоков 2 и 5 выборки и хранения, выход элемента 18 задержки подключен куправляющим входам преобразователей3 и 6 аналог - код.Измеритель работает следующим образом,Из исследуемого сигнала при помощи широкополосного Фазовращателя4, вносящего в исследуемый сигналофазовый сдвиг в 90 , формируютсяквадратурные составляющие, поступающие на соответствующие входы блоков2 и 5 выборки и хранения, Равенствоамплитуд квадратурных составляющихподдерживается настройкой коэффициентов передачи блоков выборки и хранения. Источник 1 стробирующего потока импульсов формирует иэ опорного сигнала высокой стабильности фиксированной частоты периодическуюпоследовательность стробирующих импульсов, поступающих на управляющие входы обоих блоков выборки и хранения, В моменты прихода стробирующихимпульсов на управляющие входы блоков выборки и хранения в них осуществляется запоминание мгновенных значений напряжений квадратурных сигналов. 1 реобразователи 3 и 6 аналогкод преобразуют запомненные значениянапряжений квадратурных сигналов вцифровые коды, которые подаются насоответствующие входы блока 7 вычисления арктангенса, Последний вычисляет значение фазы исследуемого сигнала в моменты прихода стробирующихимпульсов на входы блоков выборки ихранения. Вычисленное значение фазызаносится в регистр 9 запоминающегоблока 8, при этом значение фазы,вычисленное на момент прихода предыдущего стробирующего импульса, переписывается иэ регистра 9 в регистр 10запоминающего устройства, По окончании записи информации в регистр 9арифметический блок 11 перевычисляетразность между регистрами 9 и 10 запоминающего блока. Таким образом,на выходе арифметического блока 11всегда присутствует значение набегафазы исследуемого сигнала между моментами прихода двух последовательныхстробирующих импульсов. Блок 14 усреднения вычисляет средний набег фазы между моментами прихода двух стробирующих импульсов, следующих подряд. Накапливающий сумматор 15, вхо40 45 55 дящий в состав блока 1 ч усреднения, вычитает из набега фазы, вычисленного арифметическим блоком 11, величину своего содержимого, поделенного5 на М делителем 16, и полученную разность суммирует со своим содержимым, Если М = 2 , где ш - целое, то операция деления реализуется простым отбрасыванием ш младших разрядов10 сумматора. Для достижения точности вычисления среднего 57. блок усреднения должен обработать значения набега фазы для ЗМ стробирующих импульсов, прошедших подряд. Арифметический 15 блок 12 вычисляет отклонение набега фазы от среднего набега, вычисленного для группы последних последовательно прошедших стробирующих импульсов. При этом гармоническая флуктуа 20 ция фазы исследуемого колебания с частотой Й на выходе арифметического блока 12 имеет вид цифровых отсчетов гармонической функции частоты й, если 0ЙОо/2, где Лоо 25 частота опорного сигнала, и амплитудой, пропорциональной 30 следующих с частотой й, . Последнее выражение обусловлено алгоритмом вычисления набегов фазы эа равные интервалы времени Гармоническая флуктуация фазы исследуемого колебания с частотой й ) й /2 на выходе арифметического блока 12 имеет вид цифровых отсчетов гармонической функции более низкой1частоты й лежащей в диапазоне час 9тот 0йй/2, и амплитудой, пропорциональной (1),Рабочий диапазон частот, воспринимаемых измерителем флуктуаций фазы, простирается до частот, сигналы с которыми уверенно обрабатываются блоками 2 и 5 выборки и хранения,Арифметический блок 13, складьвающий выходной код арифметического блока 12 с выходным кодом цифровой линии 17 задержки, которая задерживает предыдущий выходной код измерителя на один период частоты следования стробирующих импульсовимеет коэффициент передачи для гармонической функции частоты й й2 з 1 п(о - - -)оп для , ф 1 где 1 с 01,2 за счет чего происходит выравнивание чувствительности измерителя к флуктуациям фазы различной частоты Д Измеритель не воспринимает только фазовые флуктуации с частотой, точно совпадающей с частотой следования стробирующих импульсов Я о, что свойственно всем дискретным устройствам. Этот недостаток можно исключить, используя при анализе фазовых флуктуаций высокостабильных генераторов поочередно два опорных сигнала с некратными частотами До.Элемент 18 задерживает запуск преобразователей 3 и 6 аналог - код по отношению к положению стробирующих импульсов на время, соответствующее инерционности блоков выборки и хранения, Каждый из блоков 7-17 измерителя запускается в очередной цикл работы после получения признака окончания работы предыдущего блока, а блоки, имеющие два входа, - по окончании работы блока, подключенного к их пергому входу,Использование второго и третьего арифметических блоков, блока усреднения и цифровой линии задержки, позволяющих обеспечить одинаковую относительную чувствительность измерителя к флуктуациям фазы с различной частотой в пределах рабочего диапазона, выгодно отличает предлагаемый цифровой измеритель фазовых флуктуаций от известного, При использовании известного измерителя при анализе фазовых флуктуаций сигналов для восстановления истинной картины фазовых флуктуаций необходимы обработка разностей набегов фазы на различных микро-ЭВМ в зависимости от требуемого быстродействия и необходимости работы в реальном времени по формулам цифровой фильтрации и наличие магнитных запоминающих устройств для хранения программ обмена и обработки для этой микро-ЭВМ, Реализация предлагаемого цифрового измерителя фазовых флуктуаций, новые элементы которого могут быть реализованы на микросхемах серии 500, 155 в зависимости от требуемого быстродействия в объеме одной печатной платы, исключает необходимость такой обработки, чем достигается экономический эффект.5 1368805Формула и з обретения к Составитель А,СтаростинаТехред А. Кравчук Корректор М.Максимишинец Редактор О.Юрковецкая Заказ 287/47 Тираж 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1. Цифровой измеритель фазовых флуктуаций сигналов, содержащий источник стробирующего потока импульсов, блок вычисления арктангенса, запоминающий блок, арифметический блок, последовательно соединенные первый блок выборки и хранения, первый преобразователь аналог - код, а также последовательно соединенные широкополосный фазовращатель, второй блок выборки и хранения, второй преобразбватель аналог - код,"причем вход широкополосного фазовращателя соединен с входом первого блока выборки и хранения и входной клеммой измерителя, вход источника стробирующего потока импульсов соединен с клеммой опорного сигнала измерителя, а его выход - с управляющими входами блоков выборки и хранения, выходы преобразователей аналог - код подключены к соответствующим входам блока вычисления арктангенса, выход которого соединен с входом эапоминающего блока, соединенного выходом с входом арифметического блока, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен элементом задержки, вторым и третьим арифметическими блоками, цифровой ли. нией задержки и блоком усреднения, причем дополнительный выход запоминающего блока подключен к соответствующему входу первого арифметичесого блока, выход которого соединенс первым входом второго арифметического блока и входом блока усреднения, выход которого соединен с вторым входом второго арифметического блока, при этом выход второго арифметического блока соединен с первым входом третьего арифметического блока, вы ход которого, являющийся выходом измерителя, соединен с входом цифровой линии задержки, соединенной своим выходом с вторым входом третьего арифметического блока, вход элемента 1 Б задержки соединен с клеммой опорного сигнала измерителя, а его выход - с управляющими входами преобразователей аналог - код. 2 О 2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок усреднения содержит накапливающий сумматор и делитель, причем первый входнакапливающего сумматора является 25 входом блока усреднения, выход делителя, являющийся выходом блока усреднения, соединен с вторым входомнакапливающего сумматора, а выходнакапливающего сумматора - с входом 3 О делителя.3. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что запоминающий блок содержит два последователь"но соединенных регистра, выходы которых являются выходами запоминающегоблока, а вход первого регистра - входом запоминающего блока.