Устройство цифрового сопровождения фазы периодического сигнала

Союз СоветскикСоциалистическихРесттублик ОП ИСАНЫЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 978363(51)М. Кл. с присоединением заявкиНОЗ Ь 7/00 Ьаударстаеный комнтет СССР пю депам нзаеретеннй н открмтнй(53) УД К 621 ,371,5 (088.8) Дата опубликования описания 30,11,82 кР РС, В. Демидов, В, А. Казанский, А. Я. МальчикЭ. С. Мучник и В Рыдов Особое конструкторское бюро станкостроенитт- ,.- щ(54) УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ФАЗЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА1Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в фазометрах, регулирующих и управляющих устройствах электрических и радиотех йических систем для получения информации о мгновенном текущем значении фазы периодического сигнала.Известно цифровое устройство для измерения мгновенных значений фазы периодически повторяющихся процессов, основанное на заполнении счетчика импульсами образцовой частоты в течение измеряемого интервала времени, т.е. в течение периода процесса. На цифровых выхопах счетчика образуются мгновенные значения кода, соответствующие фазе периодического процесса, Такое устройство содержит соединенные последовательно генератор импульсов обра цовой частоты и счетчик, а также детек тор нулей периодического сигнала, вход которого является входом устройства, а выход подключен к входу установки счетчика импульсовЦ. 2Это устройство формирует информацию о текущей фазе периодического процесса с высокой точностью и быстродействием, но обеспечивает точность топько при строгом взаимном соответствии 5эталонной частоты и частоты сопровождаемого переодического сигнала. Недоотатком устройства является также резкое увеличение погрешности сопровождения при отклонении частоты переодического процесса от основной частоты, на кото рую настроено это устройство.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство цифрового сопровож дения фазы периодического сигнала, со держащее последовательно соединенные генератор импульсов, измерительных счет чиков импульсов, регистр памяти, параллельный сумматор-накопитель, сумматор 20 импульсных последовательностей, на второй вход которого подключен выход генератора импульсов, и счетчик импульсов, выходы которого являются выходами уст ройства, а также содержащее детектор3 978363 4сигнала, вход ко- генератор 1 импульсов, выходной счетом устройства, а вы- чик 2 импульсов, измерительный счетдам установки обе чик 3 импульсов, детектор 4 нулей пеуправления регистр риодического сигнала, вход 5 устройства,выход сумматора 5 блок 6 памяти, параллельный сумматортельностей соеди- накопитель 7, дополнительный разряд 8ования параллель- параллельного сумматора-накопителя,пителя. вход 9 дополнительного разряда, выходечивает точное циф устройства, шина 11 переноса с вызы периодического 1 й хода параллельного сумматора-накопителяи при значитель- в дополнительный разряд,оты сопровождаемо- Устройство работает следующим обра.- ала от основной зом.настроено устройсъ- На вход 5 поступает периодическийализации отклонение 15 сигнал с периодом Т, Детектор 4 нулей50% 2. при переходе сигнала через нуль от "-фустройство облада- к ф+ф вырабатывает импульс, по которородействием из-за му содержимое измерительного счетчикаичия в тракте про импульсов записывается в блок 6 паатора импульсных о, мяти, а затем измерительный счетчик 3, работающего в 2- импульсов, выходной счетчик 2 импупьедовательно, оно об- сов и дополнительный разряд 8 сумматочностью сопровож тора-накопителя устанавливаются в наких частотах сопро- чальное, в данном случае нулевое полоеского сигнала. жение. Таким образом, в этот моментя является повышь содержимое счетчиков 2 и 3 соответсчи точности, вует нулевому значению фазы периодичесостигается тем, что кого сигнала, а на выходе 10 устройсто сопровождения фа- ва существует нулевое значение цифровоигнаиа, содержацеего кода, Генератор 1 вырабатывает имвательно измеритель пульсную последовательность с частотой Г,ов, блок памир, па- вырабатываемую исходя из разрядностир-накопитель, а так- измерительного счетчика 3 импульсовв, выход которого и допустимого отклонения периода Т входройства, генератор ного сигнала так, чтобы при максимальномный со счетными35периоде входного сигнала счетчик 3ков и входом парал- не был переполнен.накопителя, детектор В промежутке между импульсами усо сигнала, вход кото- тановки измерительный счетчик продвим устройства, а вы- гается частотой Г . За период Т входногоаоктора соединен с пер- сигнала счетчик 3 принимает ГТ имодом блока памяти и пульсов.оих счетчиков, снаб- В первый регистр блока 6 памятиразрядом параллель число из счетчика 3 импульсов записыопителя, первый выход вается в обратном коде, в результате;ельного разряда яв получается разность45 нулей периодическоготорого является входход подключен к вхоих счетчиков и входура памяти. При этомимпульсных последованец с входом стробирного сумматора-накоУстройство обеспровоЬ обеспечение фасигнала, в том численых отклонении частго периодического сигичастоты, на котороево. В конкретной речастот допустимо доОднако описанноеет пониженным быстпринципиального налхождения сигнала суммпоследовательностейтактном режиме. Слладает и пониженнойдения фазы цри высовождаемого периодичЦелью изобретениние быстродействияУказанная цель дустройство цифровогзы периодического ссоединенные последопый счетчик импульсраллельный сумматоже счетчикимпульсоявляется выходом устимпульсов, соединенвходами обоих счетчилельного сумматоранулей периодическогрого является входоход указанного детевым управляющим вхвходами установки обжено дополнительнымного сумматора-накуказанного доцолнитляется одним из выходов устройства, авторой выход дополнительного разрядасоединен с третьим входом счетчика иьпульсов, при этом выход параллельногосумматора-накопителя соединен с вторым 5"управляющим входом блока памяти и первым входом дополнительного разряда,второй выход которого соединен с выходомдетектора нулей периодического сигнала.На чертеже представлена схема предльгаемого устройства,Устройство цифрового сопровожденияфазы периодического сигнала содержит 6=5-ГТ, О) где- емкость счетчика 3.Одновременно по импульсу детектора 4 нулей в другой регистр блока 6 памя- ти записывается число 2 Ь 5 (удвоенное значение разности), Это удвоение может быть сделано, например, путем сдвига входов второго регистра памяти на один разряд при подключении их к входу блока 6 памяти. Учитывая функциональную простоту операции удвоения значвния двоичного числа и разнообразия возмож-, 5, 9783 ных технических реализаций (например, сдвиг по входу, сдвиг в регистре, сдвиг по выходу, коммутация и т.д.), эта операция в функциональную схему не введена.Таким образом, после прихода импуль 63 бостатка). Количество импульсов, строби рующих параллельный сумматор-накопи тель 7 в очередном цикле наполнения, равно20 45 зает, и цикл заполнения параллельного сумматора-накопителя 7 возобновляется.Таким образом, при каждом переполнении сумматоранакопителя 7 в него дополнительно вводится число Ь 5, которое является начальным при последующем цикле его заполнения, При наличии55 остатка в момент переполнения исходной величиной является сумма остатка и бЬ(В дальнейшем для упрощения понимания работы схемы описание дается без учета са с детектора 4 нулей в блоке памяти находится два числа ЬЬи 2 ь.Импульсы частотыс выхода генератора 1 поступают на счетный вход счетчика 2 импульсов и стробирующий вход параллельного сумматора-накопителя 7. Одновременно на параллельный вход сумматора-накопителя 7, емкость которого равна емкости счетчика 3 импульсов, из блока 6 памяти подается двоичное число, равное рассогласованию. Следовательно, каждым импульсом чаототы Р величина накопленной суммы в параллельном сумматоре-накопителе 7 увеличивается на Ь 5. В то же время на вход 9 дополнительного разряда 8 суьмматора-накопителя постоянно подается единица. При непрерывном стробировании параллельного сумматора-накопителя 7 дополнительный разряд 8 работает в режиме двоичного счетчика. Импульсы пьреноса из дополнительного разряда 8 поступают на второй вход (вход переноса) счетчика 2 импульсов, обеспечивая функционирование первого (младшего) разряда счетчика 2 импульсов в режиме второго разряда композиционного счеч- чика. Одновременно при непрерывном стробировании параллельного сумматоракакопителя 7 накопленная в нем сумма увеличивается. Наступает момент, когда ма шине 11 переноса в дополнительный разряд 8 появляется сигнал.Шина 11 подсоединена также к второму (адресному) входу блока 6 памяти, По сигналу переноса на выходах блока 6 образуется число 2 в, котороеочередным строб-импульсом суммируется с содержимым сумматора-накопителя 7. При этом содержимое разрядов (кроме дополнительного разряда) сумматора-накопителя 7 переходит через нулевое значение, сигнал переноса по шине 11 исче 1 О 15 25 30 35 40 где ЕИ 1 - целая часть выражения, стоящего в скобках;5- емкость параллельного сумматора накопителя 7, без учета дополнительного разряда, после введения дополнительного (начального) числа ЬЯ.Период заполнеия этих разрядов сум матора-накопителя 7 равенс учетом (1)Т: тЬ.При этом общее количество циклов переполнения разрядов параллельного сум матора-накопителя 7 ( без дополнительного разряда 8) за период входного сит- нала Т составляетК =ТТ=ЪВТаким образом, на шине 11 переноса из параллельного сумматора-накопителя 7 сигнала переноса за период Т образуеч- ся Йбраз.Как показано выше, при подаче единицы на вход 9 дополнительного разряда 8 сумматора-накопителя 7 этот разряд работает в режиме счетчика (при отсутствии сигнала переноса). Дополнительный разряд 8 и счетчик 2 вместе образуют композиционный счетчик, первым разрядом которого является дополнительный раз. ряд 8, а вторым - первый разряд счетсчика 2 импульсоз и т.д. Работая в режь ме счетчика, за период 1 этот композиционный счетчик принимает (5 - Ь 5) ив- пульсов и на его параллельном выходе 10 образуется цифровая последовательность. При появлении сигнала переноса на шине 11 эта система перестает работать как счетчик. В момент появления строб- импульса из генератора 1 импульсов вследствие наличия сигнала переноса в дополнительный разряд 8, т.е, в младший разряд композиционного счетчика, добавляется единица. Счетчик делает скачок на дополнительную единицу, тем самым компенсируя накопленную ошибку сопровождения, т.е. синхронизируя значения цифровых сигналов выходной цифровой последовательности со значениями фазы сопровождаемого периодического сигнала. Количество скачков равноМную аппаратуру, т.е. увеличить в 2 раза объем блока памяти, предусмотреть возможность различной установки начального значения (О и 180 и т.д,).Устройство может быть реализовано на одной БИС.На предложенных принципах можно строить обладающие повышенной точностью и быстродействием цифровые узлы электронных и радиотехнических систем, синхронизатора, устройства фазовой обработки различных периодических сигналов,Формула изобретения Устройство цифрового сопровождения фазы периодического сигнала, содержащее соединенные последовательно измерительный счетчик импульсов, блок памяти, параллельный сумматор-накопитель, а также счетчик импульсов, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, соединенный со счетными входами обоих счетчиков и входом параллельного сумматора-накопителя, детектор нулей периодического сигнала, вход кото рого является входом устройства, а. выход указанного детектора соединен с первым управляющим входом блока памяти и входами установки обоих счетчиков, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, оно снабжено дополнительным разрядом параллельного сумматора-накот- теля, первый выход указанного дополнительного разряда является одним из выходов устройства, а второй выход дополнительного разряда соединен с третьим входом счетчика импульсов, при этом выход параллельного сумматора-накопителя соединен с вторым управляющим входом блока памяти и первым входом дополнительного разряда, второй вход которого соединен с выходом детектора нулей периодического сигнала. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Цифровые электроизмерительные приборы, Под ред. Шляндина, М. Энергия,1972, с. 92-3,51. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2794547/09,кл. НОЗ Ь 7/00, 1979.7 9783 числу сигналов переноса в дополнительный разряд из параллельного сумматора- накопителя 7, так как равно Д 6 .Следовательно, число на выходе 10 устройства не зависит от величины периода входчого сигнала и частоты заполнения Г при установившейся частоте входного сигнала.Темп поступления корректирующего сигйала из параллельного сумматора-на 30 . копителя 7 в дополнительный разряд 8 обеспечивает точность цифрового сопровождения фазы не хуже +1 дискреты. "Таким образом, на выходе 10 устройства формируется цифровая развертка, синх 1% ронизированная и совмещенная с началом и концом периода входного сигнала, Мгновенное значение этой развертки соответствует текущему значению фазы входного сигнала с погрешностью, не превышающей й единицы младшего разряда устройства.Предлагаемое устройство работает в однотактном режиме и позволяет по сравнению с прототипом использовать в два раза более высокую частоту стробирования Г, что либо повышает в два раза точность соровождения, либо расширяет вдвое диапазон частот сопровождае мых сигналов.В рассмотренном примере реализации устройства детектор 4 нулей идентифицирует за период входного сигнала чФлько одйо известное значение фазы - переход ,от ф-" к 5.ф. В этот момент значение фазы входного сигнала равно нулюДля33 некоторых периодических сигналов имеется возможность в течение периода идентифицировать несколько моментов, когда фаза входного сигнала точно известна. Например, для синусоидального периоди 40 ческого сигнала детектор нулей может легко идентифицировать переход сигнала как от "-" к "+ф, так и от ф+ф к ф-ф, когда значение фазы входного сигнала равно 180. В случае идентификации нескольких известных точек фаз входно 45 го сигнала точность цифрового сопровождения предлагаемым устройством повышае .ся, так как текущие погрешности интерполяции (внутри идентифицируемого перисопя) и дискретизации уменьшаются. Ро для ф 6 того, чтобы реализовать эту возможность даже для двух известных точек (от ф-ф к ф+ф и от +ф к ф-") в предлагаемое устройство необходимо ввести дополнитель978363 Составитель В. Афанасьевактор И. Михеева Техред Т,фанта Корректор О, Била Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, уи. Проектная, 4 9241/75 Тираж 959ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская Подписное ета СССР ытий наб., д, 4/5