Цифровой фазометр

1064224 Цифровой фазолетр характеризуется недостаточной надежностью и большими аппаратурными затратили, обусловленными большим количеством кана лов совпадений.Известен цифровой фазометр, реализуюций способ, измерения сдвига фаз основанный йа трансформации фазового сдвига на низкую частотуФ55 путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с эталонной последовательностью импульсов. Этот фазометр содержит после довательно соединенные формирователи, генератор эталонной частоты, элементы И, блоки селекции, электронный коммутатор, индикаторы совпадений, блокирующее устройство, триг геры, ключи импульсов и арифметическое устройство 2 3.Недостатком известного устройстваявляется пониженное быстродействиепри его раоуе в ждуцем режиме (т.е.однократном запуске фазометра по импульсу,поступающему в произвольный момент времени), обусловленное необходимостью ожиданияпервого совпадения импульсов, сформированного.из исследуемого сигнала,с импульсом эталонной частоты, которое является началом преобразованияФазового сдвига во временной интервал,Действительно, период между совпадениями импульсов исследуемого иэталонного сигналов Т 1,(т.е. времянепосредственного изиерения фазовогосдвига) определяется выражением где Т - период исследуемого. сигнала;Т - период эталонного сигнала.А так как в общем случае начальная фаза эталонной последовательности импульсов относительно импульса запуска не равна начальной фазе исследуемых сигналов относительно того же импульса запуска, то время ожидания первого совпадения импульсов начала непосредственного измерения мойет достигать значения Т 2, т.е. суммарное общее время измерения сучетом времени ожидания его началаранно удвоенному значению. Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового Фазометра при его работе в хцущем режиме. Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой фазометр, содер. жащий первый формирователь, вход которого соединен с шиной опорногонапряжения, последовательно соединенные первый блок селекции, первыйтриггер, первый ключ и первый счетчик, причем второй вход первого ключа соединен с первым входом первогоэлемента И и первым входом второгоключа, выход которого соединен свходом второо счетчика, а второйвход в .с выходом нторого триггера,первый вход которого соединен с перным выходом первого триггера, а вто-.рой " с выходом второго блока селекции, вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй входкоторого соединен с выходом второгоформирователя, перный вход. которогосоединен с шиной измеряемого напряжения, а второй - с вторым входомпервого формирователя и выходом блока запуска, вход которого подключенк шине запускающего напряжения, генератор и первую шкалу совпадений,содер:хацую третий триггер,.секццонированную линию задержки, первыйэлемент ИЛИ и п каналов совпадений,каждый из которых содержит третий,четвертый и пятый ключи, второй эле.мент И и второй элемент ИЛИ, причем первый вход третьего ключа соединен с выходом второго элемента ИЛИ,входы которого соединены с выходамипятых ключей всех каналов ыкалы,кроме своего, и выходами четвертых 10ключей всех каналов ыкалы, кроме .своего, предыдущего и последующего,первый вход пятого ключа соединенс выходом третьего триггера, а второй вход - с выходом второго элемента И и первым входом четвертогоключа, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего триггера, первый вход второго элемента Исоединен с выходом первого Формирователя, а второй вход - с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые входы третьего,ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированной линии задержки, введенытретий элемент ИЛИ, а также дополнительно(и) ыкала совпадений, содержащая дополнительно вторую линиюзадержки и в каждой из и шкал совпадений - третиц Формирователь, причем вход третьего Формирователя первой шкалы соединен с выходом генератора, а выходы Формирователя вовсех шкалах - с вторым входом третьего ключа и входом секционированнойлинии задержки, входы третьих формирователей остальных шкал соедине,ны с выходом первого элемента ИЛИпредыдущей ыкалы,входы вторыхлиний задержки соединены с выходом 40первого формирователя, а выходы с входами третьих триггеров, выходтретьего элемента ИЛИ соединен свходами третьего триггера первойшкалы совпадений и первого блока 45селекции, а входы - с выходами пя"тых ключей последней ыкалы и вторым выходом первого триггера, причем в последней шкале выходы четвертых ключей каналов соединены с входами вторых элементов ИЛИ.На Фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового фазометра;на Фиг, 2 - временные диаграммыего работы,55Цифровой Фазометр содержит формирователи 1 и 2, генератор 3 импульсов с эталонной частотой следования, блок 4 запуска, линию 5 задержкиэлемент Иб, блоки 7 и 8 селекции, триггеры 9 и 10, элементИЛИ 11, ключи 12 и 13, счетчики 14и 15 импульсов, ыкалы 16 (до К-й)совпадений, содержащие фориирователия 17-1 (до К-го), триггеры 18-1" (до К-го), секционированные линии 65 19-1 (до К-й) задержки, элементы ИЛИ 20-1 (до К-го) .и каналы 21 (до 1-го)совпадений, каждый из которых состоит из ключей 22-24, элемента И 25 и элемент ИЛИ 26.Фазометр работает следувщим образом.При отсутствии входных сигналов импульсы эталонной частоты длительностью Г с выхода генератора 3 импульсов с эталонной частотой следования Г (фиг. 2 а) поступают на первый вход первой ыкалы 16 - вход Формирователя 17.С выхода формирователя 17 импульсы длительностью т поступают на первый вход первого канала - первый ключ 22 - и на вход секционированнои линии 19 задержки, с выходов которой импульсы эталонной частоты, сдвинутые олин относительно другого на время Т, т, задержки между выводами, поступают на первые входы остальных каналов 21. Таким образом образуется первая шкала сдвинутых импульсов длительностью Т, T, (фиг. 20 ) .Количество каналов первой шкалы и определяется из выражения(2)1 зад где ейск - округленное до большего целого значение частного.С выходов ключеи 22 первого канала импульсы эталонной частоты поступают на первые входы элементов И 25 каналов первойыкалы 16, выходы которых в каждом канале соединены с двумя ключами; нормально открытыми 23 и нормально закрытыми 24. Выходы нормально закрытых ключеи 24 соединены с входами элементов ИЛИ 26 всех каналов, кроме своего, а нормально открытых - кроме своего, пре дыдущего и последующего (по номеру), считая, что нумерация кольцевая, Ключи 23 и 24 каналов управляются триггером 18,С выходов ключей 23 всех каналов первой шкалы 16 импульсы поступают через элемент ИЛИ 20 на первый вход следувщей ыкалы 16 - формирователь 17, в котором формируются импульсы длительностью Т 2, задерживаемые второй секционированной линией 19 заДеРжки на величинУ 2 д и 7 .от вывода к выводу. Так образуется вторая шкала совпадений (фиг. 2 в).Таким образом, за период следования импульсов эталонной частоты Т 9, на вход каждого из каналов второй шкалы поступит и импульсов. Количество каналов во второй.ыкале может быть определено из выраженияи = ей т - .-"ф"- (3)2 с задТочно так же образованы последующие шкалы. Количество каналов в них определяется из выражения(5) ф+Т (" г+С (ТС +ь (Т, (6эт что необходимо для обеспечения разрывов между пакетами совпадений,При поступлении первого после импульса запуска опорного импульса на вход первой шкалы 16 н элементах И 25, выделяются его совпадения с импульсами эталонной частоты, Им пульсы с выхода элементов И 25 поступают через соответствующий нормально открытый ключ 23 на элементы ИЛИ 26 всех каналов, кроме канала, в котором произошло совпадение предыдущего канала и последующего. Таким образом, если первый опорный импульс совпадает только в в-ом канале первой шкалы, то остаются открытыми ключи-каналов 21. Если же имеет место совпадение в двух 60 соседних каналах, то остаются от- . крытыми ключи 21, либо (а), щ, лиДо в, (п 1+1) каналов. Следовательно, в дальнейшем через элемент ИЛИ 20 на вход формирователя 17 65 п, еп 1 - 1 Ы 2 Й- (4)зад 5С. выхода предпоследней шкалы 16 .(элемента ИЛИ 20) импульсы поступают на первый вход последней шкалы 16 (формирователь 17), которая опреде-. ляет точность измерения и управляет 10 началол и окончанием отсчета, Причемдлительность импульсов с формирователя 17 минимальна и равна Образование шкалы сдвинутых импульсов длительностью с :С,. анало гично предыдущим шкапам. Следовательно, количество каналов н ней определяется по выражению (4) и состав элементов в каналах аналогичен этим шкалам. Однако во всех каналах пос ледней шкалы нормально открытые ключи 23 соединены с элементами ИЛИ 26 .своих каналов, а нормально закрытые ключи 24 - с всеми каналами, кроме своего, Кроме того, выходы нормаль но закрытых ключей всех каналов соединены с входами элемента ИЛИ 11,Опорный 01 и измеряемый 02 сигналы частотои Г поступают соотнетственно на формирователи 12, которыми они преобразуются н последовательности прямоугольных импульсов длительностью привязанные к переходам через нуль соответствующих сигналов (фиг. 2 г, д) при наличии разрешения с блока 4 запуска. Длительности формируемых импульсов должны удовлетворять следующим условиям:оГ эт/40 второй шкалы 16 поступят импульсы только с открытых ключевых устройств.Аналогичное выделение открытых каналов происходит и в шкалах 16, кроме последней, которая определяет точность измерения и управляет началом и окончанием отсчета.При поступлении первого после импульса запуска опорного импульса на вход последней шкалы 16 в соответствующих элементах И 25 также выделяются совпадения, которые могут произойти последовательно в нескольких элементах И (их количество определяется соотношением междуси кзадп 1 о эсад )Если начать отсчет с момента совпадения в первом или последнем из этих элементон, то погрешность неопределенности положения импульсов будет достигать ск. Поэтому ключи 22 из рида каналов, в которых произошли первые совпадения, закрываются импульсали с выходов элементов И этих каналов, прошедшими через соответствующие нормально открыте первые ключи 23 и элементы ИЛИ 26. Импульс опорного напряжения 01, пройдя через линию 5 задержки, которой он задерживается на время болншее перебрасывает овновной триггер 18. В результате первые ключи 23 закрываются,а вторые ключи 24 открываются. Если- ковлер канала, в котором произошло совпадение переднего фронта импульса опорной последовательности, а- то же для заднего фронта, то отсчет начинается с момента появления первого совпадения с каналов 1-1 или +1, что зависит от того леньше или больше. период Т периода Т . Погрешность неопределенности момента начала отсчета достигает н этом случае лишь значения разности периодов Т-Т ), на которую происходит сдвиг соответствукщих фронтов сонпадаюцих импульсов.Поскольку частоты Г исследуемых сигналов и частота Т эталонного сиг нала близки и соблюдаются условия. (5) и (б), то на выходах соответст" вующих элементов И 25 (фиг. 2 е) преобразуются пакеты импульсов совпадений,.число которых в пакетах прямо пропорционально Г и обратно пропорционально разности периодов (Т 1-ТПервый импульс пакета совпадений в этом случае с соответстнующих ключей 24 поступает через элементы ИЛИ 26 на второй вход соответствующих ключевых устройств 22 (кроме ключа данного канала), закрывая те из них, которые оставались открытыми. Одновременно первый импульс пакета совпадений поступает через элемент ИЛИ 11 на установочные нхо10 ды триггеров 18 и перебрасывает ихв противоположное состояние. В ре-, зультате этого первые ключи в каналах шкал 16-1 - 16-(К) закрываются, а вторые ключи открываются. Так как вторые ключи соединены .через соответствуицие элементы ИЛИ с вторыми,входами ключевых устройств всех каналов, кроме своего, то импульс совпадения, выработанный в каждой.шкале, закрывает ключевые устройства, которые оставались открытыми в этих шкалах, кроме своего канала.Таким образом, в каждой шкале выцеляется только один канал (рабочий), который соответствует совпа-. 15 дению импульса на выходе линий 19 задержки с опорным импульсом, соответствующил началу отсчета, в дальнейшем этому каналу и соответствующим его элементам. Первый импульс 20 пакета совпадений с соответствующих ключей 24 поступает через элемент ИЛИ 11 на блок 7 селекции.В дальнейшем работа фазометра аналогична работе прототипа. Выделенные, блоком 7 селекции соответствующие импульсы пакетов совпадений (опорных) поступают на вход тригге" ра 9, формируюцего временной интервал Т(Фиг, 8 ж), равный периоду совпадений опорных иэталонных им- .30 пульсов. Число эталонных импульсов, поступающих с выхода Ключа 22 рабочего канала через элементИЛИ 20 и квантующих временной интервал Т подсчитываются счетчиком 14 (Фиг. 8 э),З 5Импульс напряжения, полученный дифференцированием передного Фронта временного интервала Т л , поступает на вход установки единицы триггера 10 и перебрасывает последний. 40 В исходное состояние триггер 10 возвращается импульсом пакета совпацении (измеряемого), поступающим через блок 8 селекции и выделенным из пакета импульсов совпадений, образован ного в результате сравнения во времени в элемента И б импульсов измеряемого сигнала с импульсами эталонноИ частоты, поступакщими через ключ 22 и элемент ИЛИ 20 (фиг. 8 и). Таким образом, триггер 10 формирует временной интервал с, (Фиг. Ок), равный временному сдвигу между опорными и измеряемыми пакетами совпадений.Число й 2 эталонных импульсов, квантуюцих временной интервал подсчитывается счетчиком 15 импульсов (фиг. 8 л).Цикл измерения фазового сдвига заканчивается после того, как триггером 9 будет сформирован временной ичтервал Т. Импульс напряжения, полученный дифференцированием заднего фронта временного интервала Т.2 , поступая через элементы ИЛИ 26 на вторые входы ключа каналов К-й шкалы, закрывает последний из них, бывший открытым.Далее значение кодов й, и й 2 вводится в ЭЦВМ, где искомый фазовый сдвиг определяется по формулеЧ= - - . 360Таким образом, предлагаемый Фазометр позволяет снизить максимальное время ие;кду моментом поступления импульса запуска и моментом начала измерения с .величины, присущей прототипу, до величины -"- в -я-т, -тКроме того, точность изготовления секционированной линии 19 задержки не влияет на точность описываемого преобразователя, так как и в этом случае выделяются первые совпадения импульсов в одном или нескольких каналах совпадений, выделяется один из этих каналов и ожидается соответствующий импульс второго пакета совпадений. Точность измерения зависит от неопределенности положения импульсов при совпадениях, которая равна Т -Т 1