Цифровой измеритель разбаланса квадратурных каналов

(19) (И) 369 6019 25 ГОС ПО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И(72) Н (53) 6 (56) 1фУ 9246 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ. Авторское свидетельство ССС11, кл. ( 01 к 25/00, 1980.2. Авторское свидетельство СССР В 278870, кл. 0 01 Й 25/04, 1968, (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗБАЛАНСА КВАДРАТУРНЬИ КАНАЛОВ, содержащий генератор импульсов,. Рб -триггер, Й -вход которого является входом начальной установки, регистр последовательных приближений, установочный вход которого соединен с выходом Яб -триггера, и блок управления фазой, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности, в него введены блок формирования экстремума, выход которого соединен с. 5 -входом Р 5 -триггера и С -входом регистра последовательных приближеннй, а тактовый входсоединен с выходом генератора, первый преобразователь напряжение код, выход которого соединен с первым входом блока управления фазой,а выход знакового разряда - с информационным входом блока формьрования экстремума, второй преобразователь йапряжение - код, выход которого соединен с вторым входом блока управления фазой, а тактовыевходы первого и второго преобразователей напряжение - код совдинейы свыходом генератора импульсов, блокинверторов, входы которого соединены с соответствующими выходамирегистра последовательных приближений, первый и второй формирователи, входы которых соединены с вы"ходом блока инверторов, а выходыс третьим и четвертым входамиблока управления фазой соответственно, выход знакового разряда регистра последовательных приближений сое.динен с пятым входом блока управления фазой, а между знаковым выходомблока управления фазой и информационным входом регистра последовательных приближений включен инвертор.Изобретение относи 1 ся к измерительной техникерадиотехнике, в частности к устройствам для измерения1 фазового угла между напряжениямиили токами, и может быть использовано в составе устройств различногоназначения, где требуется осущест"влять измерения разбаланса междуквадратурными каналами и производитькоррекцию Фазового сдвига между СОними.Известен компенсационный измери-тель разбаланса фаэ между двумя каналами, содержащий четыре автоматических переключателя, формирователь 15импульсов, индикатор нулевого Фазового сдвига, первый и второй пересчетные блоки, генератор импульсов,счетчик импульсов, триггер, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ, элемент 20совпадений, регистр памяти и цифровой отсчетный элемент 1,Недостатком устройства являетсято, что для обеспечения высокойточности измерений необходимо боль,шое количество циклов компенсации,приводящее к значительному снижениюбыстродействия.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является измери."тель разбаланса квадратурных каналов,содержащий генератор тактовых импульсов,Вб-триггер, К -вход которого явля-.ется входом начальной установки,регистр последовательных приближений, Зф 35установочный вход которого соединенс выходами 15 -триггера, н блок управления фазой 12.Недостатком устройства являетсянизкая точность, обусловленная отно Осительно низкой точностью полученияФазовых сдвигов аналоговыми Фазовращателями, расположенными в блокеуправления фазой в большом температурном диапазоне. Экспериментальные 4данные показали, что в интервалетемператур от -60 до .+70 оС точностьустановки Фазы не больше +5 о и узкий диапазон рабочих частот, обусловленный узкополосностью и неравномерностью ФЧХ фазовращателей и фазового детектора,Целью изобретения является повышение точности.Цель достигается тем, что в изме ритель разбаланса квадратурных каналов, содержащий генератор импульсов, 85 "триггер, к -вход которого является входом начальной установки, регистр последовательных приближений, установочный вход которого сое- Финеи с выходом Р 5 -триггера, и блок управления фазой, введены блок формирования экстремума, выход которого соединен с 5 -входом Йб -триггера и 0 -входом регистра последовательных приближений, а тактовый вход соединен с выходом генератора, первый преобразователь напряжениекод, выход которого соединен с первым входом блока управления фазой, а выход знакового разряда - с информационным входом блока формирования эстремума, второй преобразователь напряжение-код, выход которого соединен с вторым входом блока управления фазой, а тактовые входы первого и второго преобразователей напряжение-код соединены с выходом генератора импульсов, блок инверторов, входы которого Соединены с соответствующими выходами регистра последовательных приближений, первый и второй формирователи, входы которых соединены с выходом блока инверторов, а выходы ." с третьим и четвертым входами блока управления Фазой соответственно, выход знакового разряда регистра последовательных приближений соединен с пятым входом блока управления фазой, а между знаковым выходом блока управления фазой и информационным входом регистра последовательных приближений включен инвертор.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 пример выполнения блока формирования экстремума.Цифровой измеритель разбаланса квадратурных каналов содержит генератор 1 импульсов, 5 -триггер 2, регистр 3 последовательных приближений, блок 4 управления фазой, блок 5 формирования экстремума, первый преобразователь 6 напряжение-код (синусной составляющей входного сигнала), второй преобразователь 7 напряжение-код (косинусной составляющей входного сигнала), блок 8 инверторов, первый 9 и второй 10 фор" мирователи и инвертор 11.Блок 5 формирования экстремума содержит Формующий блок 12, счетчик 13, триггер 14, элемент 15 совпадения и регистр 16.35 При этом выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с.тактовыми входами блока 5 формирования максимума и первого и второго преобразователей 6 и 7 напряжение-код, 5-вход К 5 -триггера 2 является входом начальной установки, установочный вход регистра 3 последовательных приближений соединен с выходом 15 -триггера 2, 5 -вход которого соединен с синхронизирующим входом регистра 3 последовательных приближе- ний и выходом блока 5 формирования экстремума, выход первого преобразователя 6 напряжение-код синусной15 составляющей входного сигнала соеди-" нен с первым входом блока ф управления Фазой, а выход знакового разряда соединен с информационным входом блока 5 формирования экстремума, вы ход второго преобразователя 7 напряжение-код косинусной составляющей входного сигнала соединен с вторым входом блока 4 управления фазой, входы блока 8 инверторов соединены25 с соответствующими выходами информационных разрядов регистра 3 последЬвательных приближений, входы первого 9 и второго 10 формирователей соединены с.выходом блока 8 инверто ров, а выходы - с третьим и четвертым входами блока 4 управления фазой соответственно выход знакового разряда регистра 3 последователь" ных приближений соединен с пятым входом блока 4 управления фазой, между знаковым выходом блока 4 уп. - . равления фазойи информационным входом регистра 3 последовательных приближений включен инвертор 11, 40 при этом выход блока 8 инверторов и выход знакового разряда регистра 3 последовательных приближенийявляются соответствующими выходамиустройства,ф 45Устройство работает следующимобразом.На входы первого и второго преобразователей б и 7 входные сигналысоответственно 6 и д и С 05(И 1-), 50 где Ц - ошибка установления квадратуры (расквадратурность). После прохождения цикла измерения на выходе измерителя формируется код угла О соответствующий величине угла и зна ку расквадратурности ( , а также формируются коды мгновенных значений сигнала о и 1 и коды мгновенных значений сигнала Соб(И 1 1)где- расквадратурность сигналана выходе измерителя, соответствующая его точности. Алгоритмработы измерителя можно описать1 уравнением где в , - значение функции на выходе первого формироватебоб 3ля 9 при подаче на еговход кода 81 ф б - значение функции на выходевторого Формирователя 10при подаче на его входкода 8.Процесс измерения производитсякомпенсационным методом с использованием принципа последовательныхприближений, т.е. последовательногосравнения измеряемого угла Ч с1/2, 1/4; 1/8 и т,д. от его возможного максимального значения 2/,искерЭто позволяет для И -разрядногоизмерителя выполнить весь процессизмерения за Й последовательныхшагов приближения (итераций) вместой2 -1 при использовании единичныхприближений.Величину расквадратурности ;можно определить по формуле "213 мокс7,= - ,ИТак, для измерителя с числом8=12 и для о уое =45 , величина расквадратурностиравна 0,022 О.Следует отметить, что соответствующую разрядность кода могут обеспечить П 1 П( в широком температурномдиапазоне.Цикл измерения, содержащий 8итераций, начинается с установки85 -триггера 2 импульсом "Пуск" всостояние логического нуля. Генератор 1 Формирует серию, которая тактирует работу первого. преобразователя6, второго преобразователя 7 и блока 5 Формирования экстремума. Блок 5по знаковому разряду, поступающемус первого преобразователя 6, формирует импульсы экстремума в моментывремени, совпадающие с моментамипоявления максимальных положительныхзначений кодов сигнала 51 и Я 1,Первый импульс экстремума, поступаяна вход С (синхронизации) регистра 3одновременно с подачей логкческогонуля на вход 9 1 (" Установка 1") регистра 3, устанавливает на выходе старшего 8 -го разряда уровень логического нуля, а на выходах всех остальных Ц -1 разрядов уровни 5 логической единицы. Одновременно импульс экстремума устанавливает на выходе 15 -триггера 2 уровень логической единицы, переводя регистр 3 в рабочее состояние. Код с выходов 1 Н -1 регистра 3 инвертируется в блоке 8 инверторов. Код с выхода блока 8 поступает на выход измерителя и на входы первого и второго формирователей 9 и 10. Блок 4 управления Фазой, получая с выходов первого и второго формирователей 9 и 10 коды "/со:1 и Ч;3 =1 О, формирует на выходе сигнал соб(д 1), где= ц, т.е. в момент времени, соответствующий моменту уетановки на выходе измерителя угла О О, происходит передача сигнала с 05(63 И с входа блока 4 на его выход без25 изменений. Логический уровень знакового разряда кода сигналасо 56 РН +) в момент появления максимального значения кода сигнала 50 6 У соответствует знаку расквадратурности. Логический уровень знакового разряда кода сигнала со 5(и 1+1, проинвертированный инвертором 11, поступает на 3 -вход регистра 3.При поступлении второго импульса экстремума на вход 1 регистра 3, З 5 на вход й -го разряда регистра 3 перепишется информация, поступившая на его 3 -вход, а на выходе М -1 разряда блока 8 инверторов формирует ся сигнал с уровнем логической единицы. При этом код на выходах блока 8 инверторов и соответственно выходе измерителя соответствует 1/2 от максимального измеряемого угла. При поступлении третьего импульса 45 экстремума на вход С 1 регистра 3, в зависимости от логического уровня знакового разряда кода сигнала С 05(У), значение М -1-го разряда блока 8 инверторов остается 5 О прежним или изменится на противоположное, а в Я -2-м разряде блока 8 инверторов установится уровень логической единицы. При этом значение кода на выходе блока 8 инверторов 55 будет или равно 1/2-1/4 от максимального измеряемого угла, или рав, но 0-1/4 от максимального измеряемого угла. Этот процесс будет продолжаться до Полного заполнения регистра 3. Регистр 3 после заполнения автоматически переходит в режим хранения, информации. Новый цикл измерения начинается по ле подачи импульса "Пуск" на Ц -вход 85 -триггера 2.Блок 5 формирования экстремума работает следующим образом.Знаковый разряд кода с выхода ,первого преобразователя 6 через Формирующий блок 12 поступает на вход "Сброс" счетчика 13. На его счет ный вход поступают импульсы с выхода генератора 1, При воздействии фронта импульса, открывающего счетчик 13, он зарегистрирует некоторое количество счетных импульсов, пропор" циональное длительности импульса, ,соответствующее число записывается в регистр 16. Запись в регистр 16 управляется триггером 14 выход которого в исходном положении находится в состоянии логической единицы. Число двоичных разрядов регистра 16 выбирается на единицу меньшим, чем у счетчика 13, и запись чисел в регистр 16 происходит соответственно с уменьшенным вдвое весом. Спадом импульса триггер 14 устанавливается в положение "0", счетчик 13 сбрасывается в "О". Во время действия следующего Фронта счетчик 13 вновь эаполняется счетными импульсами и происходит сравнение кодов счетчика 13 и регистра 16 в элементе 15 сравнения кодов. При совпадении кодов на выходе элемента 15 появляется импульс, который установит триггер 14 в "1" и откроет запись в регистр 16 В момент спада импульса знакового разряда в регистре 16 будет записано число, соответствующее половине длительности этого импульса. Этот процесс продолжается до тех пор, пока в регистре 16 не будет записано число, равное половине длительности импульса знакового разряда кода с выхода первого преобразователя 6. Во время действия следующей положительной полуволны сигнала 5 П (а 1 это число сравнивается с текущими кодами счетчика 13, и в момент времени, соответствующий середине импульса знакового разряда первого преобразователя 6, на выходе элемента 15 Формируется импульсэкстремума. Таким образом, импульсы .экстремума формируются в каждом периоде сигнала.Введение блока 5 формирования экстремума, первого и второго форми рователей.,9 и 10, первого и второго преобразователей напряжение-код 6 и 7 вместо фазовращателей, ключей и фазового дискриминатора позволило избавиться от всех недостатков, та ких как температурная нестабильность ФЧХ, составляющая +5 ь, узкая полоса ,частот, в которой обеспечивается линейность ФЧХ с шириной +0,5%,. где 1 п - сРеДнЯЯ частота полосы, 15 температурная нестабильность коэффициента передачи, составляющая +10 Е, погрешность установки фазы, возникающая при различных вариациях.,замыкания ключей, равная +1 О.20За базовый объект принято устройство цифровой фазовой коррекции квадратурных каналов. Принцип дейст- вия основан на подсчете количества импульсов в интервале между перехо дами через ноль сигналов в квадратурных каналах. Устройство может работать только на одной фиксированной частоте, что значительно сужает его функциональные возможности. Кроме того, точность измерения и выравнивания.фазовых сдвигов за счет выполнения математических операций приблиоженными методами не превышает +1 при максимальйой расквадратурностио сигналов на входе не более 10 . Выполнение математических операций точными методами, позволяющими увеличить точность базового объекта, приводит к значительному увеличению объема аппаратуры. Предложенный измеритель работает в полосе .частот сигналов, начиная с долей Гц, до сотен мГц (верхняя граница полосы определяется быстродействием применяемых преобразователей напряжение-код), что позво- лило повысить точность устройства до количества разрядов преобразова" телей напряжение-код независимо от величины отношения частоты тактирования преобразователей напряжениекод к частоте входного сигнала.лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 711 Государств лам иэобре Москва, Ж Подписноенного комитета СССРений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5