Цифровое устройство формирования фазового сдвига

(ц Я 6185 ОПИС Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Свез Сееетскнн Саииалистических2) Заявлено 12.07.74 (21) 20464582 рзсосд;шешОм заягк; 3) При Государстеенны комитет Соеета Мнннстиое СССР по делам изобретений пте(088,8) но 30.05.76, БОл;е Он блико снь Ъо 2 30.07.76 н лткйнтн." а опуоликован писания Авторпзобрстсп 1 гя ловье,РОИЗ МСРЕН 11задержек радиол Изобретение приспользования в области ра В частнос 1 и, для имитации окационных сигналов.Известно цифровое устройство формирования фазового сдвига, содержащее задающий ге 1 ерат 01 О, подклюоепныи через первыи делитель частоты к псрвоз 1 Вход 1 основного фазового детекто 1 за, Второй Вход которого подкл:О- :еп к Выходу 1 зторого делителя частоты, уста:1 новочный вход которого соединен с выходом управляющего генератора, и датчик кода фазы, старшие разряды которого подкгпочены ко входам второго элемента сравнения, другие входы которого соединены с выходами 15 Второго делителя частоты. другие 1 зыходы вто- РОГО ДЕЛИТЕЛЯ ЧВСТОТЬ ПОЛКЛОоЕНЫ К ВЫХОДаМ первого элемента сравнения.Однако В известном устройстве требуемый фазовый сдвиг хежду выходными сигналами 2) 11 е ожет оыть сфо 1 зе 1 ирова 1 непосредственно, Осз дополнительных вычислении, из управляющего двоичного кода.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.- )Указанная цель достигается за счет того, что в устройство дополнительно введены преобразователь прямого кода в дополнительный, фазовый детектор, делитель напряжения и сумматор, причем первый вход дополнитель ного фазового детектора соединен с выходом первого элемента сравнения, второй вход дополнительного фазового детектора подключен к Выходу первого делителя частоты, а выход ,помянутого фазового детектора через дели - ,ель напряжения подкгпочен к первому входу сумматора, второй Вход которого соединен с выходом основного фазового детектора, а выход сумматора соединен со входом управляющего генератора, при этом входы преобразователя прямого кода в дополнительный подкгпочены к младшим разрядам датчика кода фазы, а выходы преобразователя прямого кода в дополнительный соединены со входами первого элемента сравнения.На чертеже представлена структурная электрическая схема цифрового устройства формирования фазозого сдвига.Устройство содержит задающий генератор 1, управляющий генератор 2, перестраиваемые по частоте второй 3 и первый 4 делители частоты, содержащие соответственно р н 7 двоичных разрядов, первый 5 и второй 6 элементы сравнения кодов, датчик 7 кода фазы, преобразователь 8 прямого кода в дополнительпьш, дополнительный 9 и основной 10 фазовые детекторы, делитель 11 напряжения и лмматор 12.На чертеже введены следующие дополнительные обозначения:а - управляаг, . ат, ат+1ющий двоичный код;аг а - двоичный код т-младших разрядов датчика 7;ат+, ап - двоичный код (сг - т) старших разрядов датчика 7;111 от, бр - КОД С ВЫХОДОВ р-разрядного делителя 3;аг . ст - выходной код преобразователя 8 прямого кода в дополнительный.Управляющий генератор 2, второй делитель 3, первый элемент 5 сравнения кода, фазовые детекторы 9, 10, делитель напряжения 11 и сумматор 12 образуют систему фазовой авто- подстройки частоты, которая осуществляет слежение за фазой выходного сигнала первого делителя 4. Управление управляющим генератором 2 осуществляется сигналом ошибки фазовых детекторов 9 и 10, поступающим с выхода сумматора 12. Весовые коэффициенты сумматора 12 различны благодаря наличию делителя напряжения 11 в цепи дополнительного фазового детектора 9, причем коэффициент передачи делителя напряжения 11 меньше единицы. В случае частотной или фазовой расстройки сигналов, действующих на входах фазовых детекторов 9, 10, возникает сигнал рассогласования, который воздействует на управляющий генератор 2 до тех пор, пока не выполняется равенствоУв .г(1)2 2"где 1, - частота задающего генератора 1;1 - частота управляющего генератора 2.Формирование выходных импульсов, сдвинутых относительно опорного сигнала, снимаемого с выхода первого делителя 4, производится при помощи элементов 5, 6 сравнения кода. Вначале рассмотрим более простой случай, когда значения т-младших разрядов управляющего кода, поступающего с выходов датчика 7, равны нулю. В этом случае выходной импульс элемента 5 сравнения кода синфазен выходному сигналу второго делителя 3, а выходные импульсы элемента 6 сравнения кода при нулевом управляющем коде совпадают по фазе с выходным сигналом первого делителя 4. Как известно, разность фаз сигналов на выходах фазового детектора в системе фазовой автоподстройки частоты в установившемся режиме зависит от типа дискриминационной характеристики фазового детектора. В дальнейшем будем исходить из того, что фазовые детекторы 9, 10 имеют пилообразную характеристику, линейную вдиапазоне180. В этом случае постоянный фазовый сдвиг между сигналами равен 180 и может быть легко скомпенсирован съемом выходного сигнала с инверсного выхода триггера старшего разряда делителя 3. При других дипах дискриминационной характеристики компенсация постоянного фазового сдвига не вызывает затруднений, С учетом вышеизложенного выходные импульсы элемента 6 сравнения ко дов совпадают по фазе с выходными импульсами первого делителя 4 при нулевом управляющем коде, Формирование требуемого фазового сдвига осуществляется элементом 6 5 сравнения кодов, выходные импульсы которого вырабатываются в моменты совпадения кодов разрядов делителя 3 и датчика 7. Величина фазового сдвига может изменяться от 0 до 360 с дискретом, определяемым периодом 10 частотыи равным 360вы х -2(2) величина фазового сдвига в градусах;значение (и - т) -старших разрядов кода фазы, выраженное в десятичной системе. определяемое по фор:еле2 п + а 2 т-г- а 2 п - 1. - ат ГдЕ ат+1, а - дВОИЧНЫй КОд (И -- т) -старших разрядов датчика 7.Формирование фазовых сдвигов с дискре том, равным доле периода тактовой частоты,производится при помощи элемента 5 сравнения кода преобразователя 8 и фазового детектора 9. Предположим, что необходимо сформировать фазовый угол, опредляемый ко дом т-младших разрядов датчика 7, численное значение которого равно у, причем 0 . у .:2 п, у = а,2 + а 2 +, сгп, 2 и -(3) где а, а - двоичный код т-млад ших разрядов датчика 7.На входы элемента сравнения кодов 5 поступают следующие коды: т-младших разрядов делителя 3 и выходной код преобразователя 8, который формирует дополнительный 40 код из прямого кода первых разрядов датчика 7. Элемент сравнения кода 5 формирует импульсную последовательность, опережающую выходные импульсы второго делителя 3, на фазовый угол, определяемый значением у.45 Величина фазового сдвига на выходе элемента сравнения кодов 5 относительно выходного делителя 3 определяется выражением360в -- у. (4) 502 пЗнак минус в выражении (4) показывает, что выходной сигнал элемента сравнения кодов 5 является опережающим. Фазовое рассогласование с вызывает появление сигнала ошибки 55 на выходе дополнительного детектора 9, чтоприводит к изменению частоты управляющего генератора 2, в результате чего фаза выходного сигнала делителя 3 будет отставать от своего первоначального значения. Этот фа зовый сдвиг в свою очередь приведет к появлению сигнала ошибки на выходе основного фазового детектора 10, которая будет иметь знак, противоположный ошибке на выходе дополнительного фазового детектора 9, т. е. бу дет стремиться вернуть фазу выходного сиг(7) нала в исходное положение, В результате действия этих двух сигналов после окончания переходного процесса фаза выходного сигнала изменится на некоторый угол- с, так как коэффициент передачи К делителя 4 К ( 1. При определенном выборе коэффициента передачи делителя К можно добиться того, что изменение фазового угла между опорным сигналом с выхода делителя 4 и выхода делителя 3 будет изменяться пропорционально управляющему коду с дискретом, кратным доле периода тактовой частоты. Действительно, допустим, что величина кода фазы датчика 7 изменилась на величину у. Тогда после окончания переходного процесса фаза выходного сигнала делителя 3 изменится на величину ср, а рассогласование на входах фазового детектора 9 будет, очевидно, равно с - ср, так как система находится в установившемся состоянии, то будет справедливо равенство( - )Кд К= Кд,где К - крутизна дискриминационной характеристики.Подставляя в последнее выражение (4), получим Если коэффициент К будет удовлетворять условиюК=- (6) то подставляя (6) в (5) получим,360 .- гр -Тупп Итак, можно сделать важный вывод: импульсы с выхода делителя 3 при выполнении условия (6) могут быть сдвинуты на фазовый угол, величина которого определяется значением кода фазы, а дискрет равен доле периода тактовой частоты задающего генератора. Величина фазового сдвига выходного сигнала относительно опорного с выхода делителя 4 с учетом выражения (3) и (7) примет вид:360 х 360 т 360" ( у 1 живых - 2 п + 2 тп-,п2 п2 п 1( )х - . Цифровое устройство формирования фазового сдвига может быть использовано и в качестве цифрового фазовращателя, осуществляющего задержку входных импульсов в зависимости от управляющего кода датчика 7. В этом случае возможно два варианта работы устройства: фазовращатель высокочастотного сигнала и фазовращатель низкочастотных импульсо 25 30 35 40 45 50 55 В первом случае выходные сигналы снимаются с выходов генераторов 1 и 2, при этом элемент 6 может отсутствовать.Во втором случае входной сигнал поступает непосредственно на входы фазовых детекторов 9 и 10, при этом генератор 1 и делитель 4 должны быть исключены из схемы,Таким образом, цифровое устройство формирования фазового сдвига имеет преимущества по сравнению с прототипом, так как позволяет формировать фазовый сдвиг с дискретом, равным доле периода тактовой частоты непосредственно от управляющего двоичного кода без применения специального арифметического устройства и, следовательно, аппаратурно оно является более простым и экономичным. Кроме того, предложенное устройство имеет более широкую область применения, так как может быть использовано не только в качестве двухканального фазосдвигающего устройства, но и в качестве фазовращателя. Формула изобретенияУстройство формирования фазового сдвига, содержащее задающий генератор, подключенный через первый делитель частоты к первому входу основного фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, установочный вход которого соединен с выходом управляющего генератора, и датчик кода фазы, старшие разряды которого подключены ко входам второго элемента сравнения, другие входы которого соединены с выходами второго делителя частоты, другие выходы второго делителя частоты подключены ко входам первого элемента сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно введены преобразователь прямого кода в дополнительный, фазовый детектор, делитель напряжения и сумматор, причем первый вход дополнительного фазового детектора соединен с выходом первого элемента сравнения, второй вход дополнительного фазового детектора подключен к выходу первого делителя частоты, а выход упомянутого фазового детектора через делитель напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом основного фазового детектора, а выход сумматора соединен со входом управляющего генератора, при этом входы преобразователя прямого кода в дополнительный подключены к младшим разрядам датчика кода фазы, а выходы преобразователя прямого кода в дополнительный соединены со входами первого элемента сравнения.Заказ 1588/12 Изд. М 1407 Тираж 1029 Подписное Ц 11 ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии 13035, Москва, Л(-35, Раушская наб., д. 415 Типография, пр. Сапунова, 2