Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты

О П И С А Н И Е (п)974293ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистичвскихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кд. 3 01 й 23/00 3 Ьеудеретвввй каентет СССР ео делен иеебретехий н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМ ЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ1Изобретение относится к контрольно-.измерительной технике и может быть использовано при сравнении образцовых частот с метрологической точностью.,Известное устройство для измерениякратковременной нестабильности частотысодержит фазовый детектор, на один входкоторого подан выход опорного генератора, а на второй - выход исследуемогогенератора. Выход фазового детектора через усилитель связан с анализатором 1 Оспектра1 3 .Недостаток известного- устройстваниэкое быстродействие.Наиболееблизким к предлагаемомупо технической суцности является устрой.35ство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор,усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот (ПфВЧ) и измеритель среднеквадратического 1 значения (ИСКЗ), Причем, на один вход фазового детектора подан выход источника опорного сигнала 2(опорного генератора), а на второй - выход источника исследуемого сигнала (исследуемого генератора)2 ) .Однако указанное устройство характе ризуется сушественнымк недостатками, так как для получения ряда данных необходимо переключать ПФВЧ, что приводит к усложнению и увеличению времени изме рений.Бель изобретения - повышение быстродействия устройства.Бель достигается тем, что в устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перес траиваемый фильтр верхних частот, а также измеритель средне- квадратического значения напряжения, введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый управляемый усилитель, последовательно соединенные коммутируемый накопитель, квадратор н второй управляемый усилитель, аО - напряжентеля 5.Это напряжение6. Напряжение натируем ого накопимацию об изменениза один период рабтора 1 1, они срав е на входе измер где подается на накопи входе и выходе ком теля 6 содержит инфи величины Кбр( оты тактового гене ниваются в блоке 7 те 3 97429 также последовательно соединенные перестраиваемый фильтр низких частот и пороговый блок, вход которого подключен также к выходу перестраиваемого фильтра верхних частот и к выходу генератора развертки, при этом выход перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу перестраиваемого фильтра низких частот, второй выход которого соединен с входом измерителя среднеквадратического 10 значения напряжения, выход последнего Соединен с первым входом коммутируемого накопителя, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, выход коммутируемого накопителя соединен с вторым входом первого управляемого усилителя и с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу измерителя среднеквадратического значения напряжения, а второй выход бло н) ка управления соединен с вторым входомl второго управляемого усилителя.На чертеже представлена блок-схема ус тройс тва.Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты содержит последовательно соединенные фазовый детектор 1, усилитель 2, перестраиваемый фильтр 3 верхних частот, перестраиваемый фильтр 4 низких частот, измеритель 5 среднеквадратического значения напряжения (ИСКЗ);коммутируемый накопитель 6, блок 7 управления, управляемые усилители 8 и 9, генератор 1 О. развертки, тактовый генератор 11, пороговый блок 12 и35 квадратор 13.Блок 7 управления состоит из делителя 14, аналого-цифрового преобразователя (АБП) 15, электронного переключателя 16 и блока Х 7 управляемых аттенюаторов.49 Причем входы делителя 14 соединяются со входом и выходом коммутируемого накопителя 6, а выход делителя 14 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 15, который подключен к электнронному переключателю 16, а электронный5 переключатель 16 подключен к блоку 17 управляемых аттенюаторов.При измерении ЙА(4(с- (дисперсия Аллана) методом высокочастотйой диспер 50 сии Ьч, предельная погрешность при наилучшей характеристике фильтра ЬВЧЯ составляет + 9% 4 (т)подчиняется в знаЬЧчительной степени закону" в случае, когда флуктуации фазы представляют собой белый шум и фликкер ( б р(Е) =К:55 В( Е) =-). Это означает невозможностьЕразделения этих двух видов фазовых шумов, т. е. в обшем случае нельзя исполь 3 зовать коррекцию результатов измерения () для получения точного соответствия их 4( ь ) - сигнала на выходе устройстваа,Возможный вариант исполнения блока управления представлен на чертеже. На . входы делителя подеются сигналы со входа и выхода коммутируемого ьакопителя. Сигнал с выхода делителя через АБП 15 1 подается на вход электронного переключателя 16, который в зависимости от величины сигнала подключает к управляемым усилителям 8 и 9 тот или иной делитель аттенюатора блока 17. Для получения на выходе устройства 6(ь) и 5, (Г) к усилителю подключается делитель 14,величина которого зависит от прикладываемо-. го к нему напряжения от генератора 10 развертки.Введение перестраиваемого фильтра низких частот позволяет получить на выходе ИСКЗ 5 величину Й(7). Это позволяет, сравнивая сигналы на вхоце и на выходе коммутируемого накопителя 6 определить характер поведения() иР Э (Е)и следовательно, выставить с помошью устройства управления необходимые коэффициенты усиления, чтобы получить точные значения Й(Т) и б(Ц.Тактовый генератор, генератор развертки и пороговое устройство обеспечивают получение на выходе управляемых усилителей 8 и 9 значений Й(7)и е(Е) меняющихся во времени синхронно с разверткой в заданном диапазоне, что делает возможным наблюдение этих характеристик на любом индикаторном устройстве.Устройство работает следуюшим образом.Сигналы измеряемого и опорного генераторов поступают на входы фазового детектора 1, с выхода фазового детектора 1оионап, пропорпионапьный.18 Дц , уоипивается усилителем 2, фильтруется перестраиваемым фильтром 3 верхних частот, затем перестраивается фильтром 4 низких частот и проходит через измеритель 5 среднеквадратического значения, на выходе которого получаемОвых=К 1 =К 6 (т). При необходвидам шумов м предварительную пример, анализа метром). мости дискретизациюжно увеличить, испкалибровку приборатором спектра и де Ьу) и Бфопф искре тнос тью перестраиваемыхей по видам фазоТочность измер ределяется в осно мешения частот с ильтров и дискре ых шумов. льзуя вном дрезовтизаци на 5 9742 равления, он корректирует усиление управляемых усилителей 8 и 9 для получения на них выходных сигналов, пропорциональных Йу и 5(У), причем для получения 5( 1 ) на входе управляемого усилителя 8 становится квадратор 13. Тактовый генератор 11 служит для запуска и синхронизации генератора 10 развертки, а также для управления коммутируемым накопителем 6. Скважность импульсов тактового 10 :генератора 11 равна единице. Длительность, импульсов определяет дискретизацию по Галя 6 (т) и по Е для э .Генератор 10 разверткй вырабатывает напряжения для управления перестраивае- И мыми фильтрами.З и 4, блоком 7 управления и пороговым блоком 12, а также выдает напряжение развертки, необходимое для внешнего индикатора.Пороговый блок 12 служит для возвра-щ шения генератора 10 развертки в исходное положение при достижении амплитудой выходного напряжения генератора 10 заранее установленной на пороговом блоке 12 величины. Тем самым ограничивается 25 диапазон максимальной перестройки перестраиваемых фильтров 3 и 4, т. е. диапазон изменения С дли ЬЩ и Е для 5Блок управления работает следующим образом. 30Делитель 14 находит отношение напря-. жений на входе коммутируемого накопи 93 6тедя 6 и на его выходе сигнал, пропорциональный этому отнощению, подается на аналого-цифровой преобразователь 15, .выход которого управляет электронным переключателем 16, который в зависимости от сигнала с аналого-цифрового преобразователя 15 подключает к управляемым усилителям 8 и 9 тот или иной управляемый аттенюатор блока 17, Аналого-цифровой преобразователь 15 совместно с выбранным максимальным числом переключений электронного переключателя 16 задает щаг дискретизации по видам шума (т, е. по видам зависимости 6 оти 5(Е) от Е ).Для получения навыкоде устройствадляизмерения кратковременной нестабильностичастоты величина 4(и 5 ФЮчастоты среза высокочастотного фильтра Е и низкочастотного фильтра Г выбираются из условия 1 ) Ф , скорость спада частотной характеристики фильтра должна быть не менее 12 дБ/октаву.Зависимость получаемого при этом напряжения на выходе измерителя 5 среднеквадратического значения напряжения от характера действуюше.о фазового шума при Е = н % = - , а также зна 1 4 т 2 4 гчения коэффициентов усиления усилителей,необходимые для получения на их выходе соответственно Ьу и 5 (Я)приведены и таблице.тк Составитель Е. ВинокуроваРедактор Н. Киштулинец Техред Л.Пекарь Корректор В, Прохненк 3 Тираж 717 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ЖРаушская набд, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 одписное аказ 8689/6 7 .9742Точность измерения Й и в,р(Е) определяется только погрешностью уста новки коаффициентовпередачи узлов, используемых в приборе, т. е. и отличие от прототипа - полностью исключена методи ческаа погрешность, так как в процессе3 измерения получают не дискретные значе иия Й (как в прототипе), а зависимость 6 (С), то естественно, по сравнению с прототипом, где требуется длительный 10 процесс получения 4 Щобщий процесс измерения существенно ускоряется. Предлагаемое устройство позволяет получить одновременно величину 5,Формула изобретения Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержа щее последовательно соединенные фазовый детектор; усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот, а также измери-. тель среднеквадратического значения напряжения, о тличающе еса тем, 23 что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор развертки, блок управления и первый управляемый усилитель, последовательно -30 соединенные коммутируемый накопитель, квадратор и второй управляемый усилитель,93 8а также последовательно соединенные перестраиваемый фильтр низких частот и по:роговый блок, вход которого подключентакже к выходу перестраиваемого фильтра верхних частот и к выходу генератораразвертки, при этом выход перестраиваемого фильтра верхних частот подключен квходу перестраиваемого фильтра низкихчастот, второй выход которого соединенс входом измерителя среднеквадратического значения напряжения, выход последнего соединен с первым входом коммути-.руемого накопителя, второй вход которогоподключен к выходу тактового генератора,выход коммутируемого накопителя соединен с вторым входом первого управляемого усилителя и е вторым входом блокауправления, третий. вход которого. подключен к выходу измерителя среднецьадратического значения напряжения, а второйвыход блока управления соединен с вторым входом второго управляемого усилители.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Нароков А. С., Панеев Г. П. Вопросы радиоэлектроники". Сериа радиоизмерительной техники. Вып. 2, 1970, с. 72.2. ЯИвйп Э.СЪогас 1 ег 1 гаОоп оЕ1 геоепсэ 8 аЫ 0. ЭЕЕЕ Тг Зпейг.Меев. Ю 74, Зй, и 1, 40-48 (прототип).