Устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты

ОЮЭ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Зд) 601 К 23 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 779896, кл, С 01 К 23/00, 11. 12.78.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯКРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ по авт.св, Р 779896, о т л ич а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные детектор, усилитель постоянного тока, триг.гер, ключ и блок управления, а такжепоследовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор,причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второйвход фазового детектора - с входом детектора и выходом умножителя, второйвход которого подключен к выходуэталонного генератора, при этом второй вход триггера соединен с вторьмвыходом синхрогенератора, а выходблока управления " с входом опорногогенератора.10911Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике.По основному авт,св, У 779896 известно устройство для измерения крат ковременной нестабильности частоты, содержащее частотомер, последовательно соединенные опорный генератор, смеситель, умножитель,последовательно соединенные синхрогенератор, кинп-. реле и ключ, последовательно соединенные первый генератор задержанных импульсов, первый временной селектор и второй временной селектор, а также второй генератор задержанных импуль сов, вход которого подключен к первомувыходу синхрогенератора, второй выход последнего соединен с входом первого генератора задержанных импульсов, при этом выход второго генера тора задержанных импульсов подключен, к второму входу второго временного селектора, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход последнего подключен к выходу первого временного селектора, второй вход которого соединен с выходом умножителя 1.Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения 30 кратковременной нестабильности частоты, роялщу в том, что при измерении кратковременной нестабильности частоты после окончания пере" ходного режима установления колебанийз накладывается нестабильность частоты, обусловленная медленными ее уходами за счет влияния окружающей температуры и нестабильности питающего напряже ния на исследуемый кварцевый генера тор. Кратковременная нестабильность частоты, измеренная с задержкой после момента подачи питающего напряжения на исследуемый кварцевый генератор, складывается из самой кратковременной 4 нестабильности частоты, обусловленной различными шумовыми характеристиками генератора, и из нестабильности частоты, обусловленной температурным влия нием и изменением питающего напряжения 0 на элементы кварцевого генератора,Цель изобретения - повышение точности измерения кратковременной неста- . бильности частоты.Поставленная цель достигается тем, что в устройство дпя измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее частотомер, последо 085вательно соединенные опорный генератор, смеситель, умножитель, последовательно соединенные синхрогенератор,кипп-реле и первый ключ, последовательно соединенные первый генераторзадержанных импульсов, первый временной селектор и второй временной селектор, а также второй генераторзадержанных импульсов, вход которогоподключен к первому выходу синхрогенератора, второй выход последнегосоединен с входом первого генераторазадержанных импульсов, при этом выход второго генератора задержанныхимпульсов подключен к второму входувторого временного селектора, выходкоторого соединен с первым входомчастотомера, второй вход последнегоподключен к выходу первого временногоселектора, второй вход которого соединен с выходом умножителя, введеныпоследовательно соединенные детектор,усилитель постоянного тока (УПТ),триггер, ключ и блок управленияатакже последовательно соединенные эта"лонный генератор и фазовый детектор,причем выход фазового детектора соединен с вторым входом ключа, а второйвход фазового детектора соединен свходом детектора и выходом умножителя,второй вход которого подключен к выходу эталонного генератора, при этомвторой вход триггера соединен с вторым выходом синхрогенератора, а выходблока управления соединен с входомопорного генератора,На чертеже изображена схема устрой" ства.Синхрогенератор 1 соединен с входом кипп-реле 2, выход которого соединен с первым входом первого ключа 3, к второму входу последнего подсоединен источник 4 питания, выход ключа 3 подключен к исследуемому генератору 5, выход которого подсоединен к первому входу смесителя 6, к второму входу последнего подсоединен выход опорного генератора 7, выход смесителя 6 через умножитель 8 подключен к первому входу первого временного селектора 9, выход которого подключен к первому входу частотомера 1 О, пер-. вый выход синхрогенератора 1 через генератор 11 задержанных импульсов подключен к второму входу первого временного селектора 9, второй выход синхрогенератора 1 через последова" тельно соединенные. генератор 12 за3 10910 держанных импульсов, второй временный селектор 13 подсоединен к второму входу частотомера 10, выход первого временного селектора 9 соединен с вторым входом второго временного селектора 13, выход умножителя 8 соединен с входом последовательно соединенной цепочки, состоящей из детектора 14, усилителя 15 постоянного тока (УПТ), триггера 16 и второго ключа 17, второй вход ключа 17 соединен с выходом фазового детектора 18, первый вход которого соединен с выходом умножителя 8, а второй вход фазового детектора 18 соединен с выходом эталонного. генератора 19, выход которого также соединен с вторым входом умножителя 8, выход ключа 17 через блок 20 управления соединен с входом опорного генератора 7, второй вход триггера 16 соединен с вторым выходом синхрогенератора 1.Устройство работает следующим образом.Запускающий импульс с синхрогенератора.поступает на кипп-реле 2, генераторы 1 1 и 12 запускающих импульсов и второй вход триггера 16. Киппреле 2 формирует бланкирующий импульс который открывает ключ 3. Через последний напряжение питания с источника 4 питания поступает на исследуе мый генератор 5. Длительность бланкирующего импульса с кипп-реле 2 определяет время в течение которого наФ35 пряжение питания с источника 4 питания через ключ 3 подается на исследуе" мый генератор 5. Длительность бланкирующего импульса устанавливается на кипп-реле от 0,5 с и более. Запускающий импульс с синхрогенератора 1 запускает триггер 16, импульс с которого (с уровнем логической единицы) поступает на ключ 17 и закрывает его. Сигнал с исследуемого генератора 5 ,4 поступает на смеситель 6, где смешивается с сигналом опорного генератора 7. Выходной сигнал разностной частоты со смесителя 6 многократно умно-, жается умножителем 8 после смещения с частотой от эталонного генератора 19, Сигнал с умножителя 8 поступает параллельно на вход фазового детектора 18, детектора 14 и временного селектора 9. На второй вход фазового детектора поступает сигнал с эталонного генератора 19. С выхода фазового детектора 18 сигнал поступает навторой вход ключа 17. Сигнал с фазового 85 адетектора не проходит на выход ключа17, следовательно не изменяется ем"кость варикапа. в блоке 20 управлениячастоты при наличии выходного импульса с уровнем логической единицы стриггера 16, Опорный генератор 7 приотключении по выходу фазового детектора 18 от блока 20 управления частотыработает на средней частоте, определяемой средним значением емкостиварикапа блока 20 управления частоты.На выходе детектора 14 выделяетсяогибающая переходного процесса (установления колебаний) исследуемогогенератора 5, которая усиливается УПТ15 и поступает на первый вход триггера 16. Как только нарастающий по.амплитуде сигнал на выходе УПТ 15 достигает установившегося значения напервом входе триггера 16 триггер перебрасывается в состояние логическогонуля, ключ 17 открывается и сигнал сфазового детектора 18 поступает наблок 20 управления частоты, в результате чего изменяется средняя емкостьварикапа в блоке 20 управления частотыи изменяется частота опорного генератора 7 под изменение частоты исследуемого генератора, изменение которойпроизошло в результате воздействияокружающей температуры или за счетизменения напряжения источника 4 питания. Детектор 14,. УПТ 15, триггер16 и ключ 17 выполняют роль задержкивключения кольца фазовой подстройкичастотыопорного генератора 7, когдакратковременная нестабильность частотыизмеряется во время переходного процесса установления, колебаний исследуемого генератора 5. Роль кольца фазовой подстройки частоты особенносущественна, когда измерение кратко"временной нестабильности частоты исследуемого генератора производитсячерез большое время, после включенияисточника питания, а кратковременнаянестабильность оценивается за довольно большое время измерений (1-3 с).Селектор 9 пропускает сигнал на пер"вый вход частотомера 10 при наличииимпульса с генератора 11 на второмвходе временного селектора 9. Сигнална втором входе частотомера 10 поступает при наличии импульса на второмвходе временного селектора 13 с генератора 12 задержанных импульсов. Изменяя задержку импульсов с генераторов 11 и 12 задержанных импульсовотносительно импульса с синхрбгенера"тора 1, можно проводить измерения кратковременной нестабильности часто- ты от момента подачи напряжения питания на исследуемый генератор 5 до еговыключения. Время усреднения (изме рения) частоты устанавливается на частотомере. Частотомер может выдавать информацию в виде отсчетов, соответствующих началу и концу времени измерения, за которое определяется кратковременная нестабильность частоты. В качестве частотомера может быть использован частотомер реверсивного типа.Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения кратковременной нестабильности после окончания переходного процесса установления колебаний исследуемого генератора за счет того, чтомедленные уходы 20 частоты исследуемого генератора, обусловленные воздействием окружающей температуры и нестабильностью напряжения источника питания, выбираются кольцом фазовой подстройки частоты, которое подстраивает частоту опорного генератора 7 под частоту исследуемого генератора 5. Кольцо Фазовой подст" ройки частоты имеет временную задержку по его включению, равную длитель ности переходного процесса установления колебаний исследуемого генератора, и таким образом не влияет на измерение кратковременной нестабильности частоты при установлении коле- З 5 баний исследуемого генератора. По сравнению с базовым прибором, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерейия кратковре- менной нестабильности частоты после окончания процесса установления колебаний исследуемого генератора за счет исключения медленных ухопов частоты исследуемого генератора,обус 45 ловленных воздействием окружающей температуры и нестабильностью напряжения источника питания. Медленные уходы частоты в устройстве эа счет дестабилизирующих факторов выбираются кольцом фазовой подстройки частоты,50 которое включается после установления амплитуды колебаний исследуемого ге" нератора. Задержка включения фазового детектора выполняется с помощью детектора, УПТ, триггера и второго клю чаеВ известном устройстве использован компараторный умножитель частоты типа Ч 7-12. Погрешность измерения длительности периода частотомером определяется известным выражениемт( Тгде о - относительная нестабильностьчастоты эталонного кварцевого генератора (для стандартачастоты типа Ч 1-40 о+ 10 Е);Т - период повторения меток времени (для частотомера ЧЗАЕ = 100 ИГц, т.е, То =0,01 мкс);Т - длительность периода измеряемой частоты;и - множитель периода, устанавливаемый на частотомере.Погрешность измерения длительности периода частотомером ЧЗА сигнала частотой Е = 10 кГц (Т =100 мкс), поступающего с выхода компаратора частоты Ч 7-12, равна-Э 0 01 -44 1(10 ЬО100Таким образом, абсолютная погрешность измерения частоты 10 кГц с выхода компаратора частоты Ч 7-12, измеренная частотомером Ч 3-34 А, равна4 -фь = Г= 10 10 = + 1 ГцС учетом коэффициента умножения 0 компаратора частоты н при измерении одного периода выходной частоты с компаратора относительное значение погрешности измеряемой частоты составляетатьй Сгде Йо- частота сигнала исследуемогокварцевого генератора;Я - коэффициент умножения компараторного умножителя.Среднеквадратичная относительная погрешность измерения периода по первому и второму. входам частотомера определяется выражением4 иГРк9.Так для исследуемого кварцевого генератора с частотой 170 МГц и при 0=107 1091085генератора + 2 х 10 на 1 С, то при изменении окружающей температуры на + (0,01 - 0,001) С за 1 с относительный уход частоты исследуемого кваруе ваго генератора составляет + 2(10 10 ). При изменении напряжения источника питания на й 5 Ж от номинального значения относительные уходы частоты составляют (1-5) х 10 . При нестабильности источника питания +0,053 за 1 е относительные уходы частоты составляют + (1-5) х 10Иэ приведенных расчетов относи" тельных уходов частоты за счет изменения температуры и питающего напряжения видно, что медленные уходы частоты превышают разрешающую способность измерения кратковременной нестабильности частоты (й 0,85 х 10 ) устройства и не позволяют с достаточной точностью измерить кратковременную нестабильность частоты исследуемого генератора, обусловленную шумовыми характеристиками исследуемого ЗО генератора. Кроме того, наличие медленных уходов частоты у исследуемого кварцевого генератора не позволяет использовать компараторный умножитель ЬГ И А 1000 Гц,где ДЕ - абсолютный уход частотыисследуемого генератора отноминального значения;Я - коэффициент умножения компаратора.ф Таким образом, при коэффициентах умножения 10 , 10 уход частоты от номинального не должен превышать 1 1 Гц, что .невозможно выполнить при измерении кратковременной нестабильности у генераторов со средней нестабильностью частоты + 5(10 -10 ) беэ постоянной подстройки частоты опорного генератора. Введение фазового кольца подстройки частоты опорного генератора, которое включается после установления колебаний исследуемого генератора, позволяет повысить точность измерения кратковремен" ной нестабильности частоты эа счет исключения иэ результатов измерения медленных уходов частоты исследуемого генератора и использования больших коэффициентов умножения компараторного умножителя. Составитель Л. Воронина РедактоР А. КУРах, ТехРед М.Тепер Корректор М. ШарошиЗаказ 3075/41 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Медленные уходы частоты исследуе" частоты при больших коэффициентах мого кварцевого генератора опреде- умножения И, Абсолютный уход частоты ляются изменением окружающей темпера-. исследуемых генераторов для умножитуры и нестабильностью напряжения ис- телей типа Ч 7-5, Ч 7-12 связан с коточника питания, Так, например, если 5 эффициентом умножения компаратора температурный коэффициент частоты следующей зависимостью: