Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 109243 С 01 К 25/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ С электронСР Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский институтной техники(56) 1, Авторское свидетельство СССУ 938197, кл. С 01 К 25/08, 1982(54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчик, выходной регистр, четыре ключа, три триггера, сдвиговый регистр, умно- житель частоты, инвертор, два управляемых инвертора, шесть формирователей импульсов, элемент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первой и второй входными шинами фазометра, первый выход первого формирователя импульсов подключен к первому входу первого управляемого инвертора, а второй выход - к первым входам второго и третьего ключей, выход второго формирователя импульсов подключен к входам пятого и шестого формирователей импульсов, к первому входу сдвигового регистра и через умножитель частоты к второму входу сдвигового регистра, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа и через инвертор - с вторым входом второго ключа, выход которого подсоединен к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа, выход первого управляемогоинвертора через третий и четвертыйформирователи импульсов подключенсоответственно к первым входам первого и третьего триггеров, выходыкоторых соединены с первыми входами первого и четвертого ключей, второй вход третьего триггера подключен к выходу пятого формирователяимпульсов и первому входу блока синхронизации, второй вход которогосоединен с первым выходом генераторатактовых импульсов, первый выход блока синхронизации подключен к третьимвходам первого и четвертого ключей,выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого подключенк входу первого разряда счетчика,второй и третий выходы генераторатактовых импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и четвертого ключей, выходысчетчика с (п-и+1)-го по бп)-йподключены к входам выходного регистра с 1-го по (и -1)-й соответственно, а гп-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к и-му входу выходногорегистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, подключенного третьим выходом к установочному входу счетчикавыход шестого формирователя соединен с вторым входом первого триггера,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измеренияпри малых соотношениях сигнал/шум,в него введены дополнительный счетчик и пятый ключ, первый вход кото1092430 рого соединен с третьими входамивторого и третьего ключей и третьимвыходом блока синхронизации, второйвход пятого ключа подключен к выходувторого триггера, а третий вход - квыходу шестого формирователя, выходпятого ключа соединен с первым вхо 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании цифровых фаэометров повышенной точности, а также высокоточных преобразователей фазакод для управляющих цифровых вычислительных систем.Известен цифровой фазометр, содержащий шесть формирователей, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, сдвиговый регистр, умножитель частоты, два управляющих инвертора, блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем выход первого триггера соединен с первым входом первого ключа, первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, выход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом умножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей, выход первого управляемого инвертора подключен к входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей при этом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа и через инвертор к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход вторО- го ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирователя соединен с первым входом третьего триггера, а дом дополнительного счетчика, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, а выход дополнительного счетчика соединен с вторыми входами первого и второго управляемых инверторов. 2выход пятого формирователя - с вторым входом того же триггера и первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, второй вькод генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа, а третий выход - к второму входу четвертого ключа, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика,первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй вькод - с входом записи выходного регистра, третий выход - с установочным входом счетчика, а четвертый выход с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с и-о+1)-го по (гп)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (о)-й соответственно, а в -й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к П-му входу выходного регистра. Это устройство является двухполупериодным цифровым фазометром с постоянным измерительным временем, в ко - тором с целью уменьшения систематической шумовой погрешности измерение проводится вблизи середины линейного участка фазовой характеристики, для чего перед началом интервала измерения производится определениеначального значения измеряемогосдвига фаэ, после чего входной сигнал30 в случае необходимости инвертируется 11,Недостатком этого фазометра является то, что начальное значение сдвига фаз определяется за один период 5,входного сигнала. При малых соотношениях сигнал/шум это может привестик возникновению грубых погрешностейизмеренияЦель изобретения - повышение точ Оности измерения при малых соотношениях сигнал/шум.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, 15блок синхронизации, счетчик, выходнойрегистр, четыре ключа, три триггера,сдвиговый регистр, умножитель частоты, инвертор, два управляемых инвертора, шесть формирователей импульсов, элемент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей соединены соответственно с первой и второй.входными шинами фазометра, первыйвыход первого формирователя подклю - 25чен к первому входу первого управляемого инвертора, а второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей, выход второго Формирователяподключен к входам пятого и шестогоформирователей импульсов, к первому .входу сдвигового регистра и через умножитель частоты к второму входусдвигового регистра, выход которогосоединен с вторым входом третьегоключа и через инвертор - с вторымвходом второго ключа, выход которогоподсоединен к первому входу второготриггера, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа, выходпервого управляемого инвертора черезтретий и четвертый формирователи импульсов подключен соответственно кпервым входам первого и третьего 45триггеров, выходы которых соединеныс первыми входами первого и четвертого ключей, второй вход третьеготриггера подключен к выходу пятогоформирователя и первому входу блокасинхронизации, второй вход которогосоединен с первым выходом генераторатактовых импульсов, первый выходблока синхронизации подключен к третьим входам первого и четвертого 55ключей, выходы которых соединенысоответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которогоподключен к входу первого разряда счетчика, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и четвертого ключей, выходы счетчика с (гп-и +1)-го по (т)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (и -1)-й соответственно, а го -й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к и -му входу выходного регистра, вход записи которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, третий выход которого подключен к установочному входу счетчика, выход шестого формирователя импульсов соединен с вторым входом первого триггера, введены дополнительный счетчик и пятый ключ, первый вход которого соединен с третьими входами второго и третьего ключей и третьим выходом блока синхронизации, второй вход пятого ключа подключен к выходу второго триггера, а третий вход - к выходу шестого формирователя, выход пятого ключа соединен с первым входом дополнительного счетчика, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, а выход дополнительного счетчика соединен с вторыми входами первого и второго управляемых инверторов.На Фиг.1 приведена .блок-схема Фазометра; на фиг.2 - блок-схема блока синхронизации.Цифровой фазометр содержит первый и второй формирователи 1 и 2 импульсов, причем первый формирователь 1 импульсов состоит из последовательно соединенных первого усилителя-ограничителя 3, первого компаратора 4 и Формирователя 5, второй формирователь 2 импульсов содержит последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 6 и второй компаратор 7, третий, четвертьп, пятый и шестой формирователи 8-11 импульсов, инвертор 12, вход которого через сдвиговый резистр 13 и умножитель 14 частоты подключен к входам пятого и шестого формирователей 10 и 11,выход и вход инвертора 12 соединены соответственно с вторыми входами второго и третьего ключей 15 и 16,первый и четвертый ключ 17 и 18,второй, первый и третий триггеры 19-21,первый и второй управляемые инверторы 22 и 23, генератор 24 тактовых им 3 10924 пульсов, состоящий из Формирователя 25 последовательностей импульсов, генератора 26 импульсов, блок 27 синхронизации, элемент 28 ИЛИ,выход которого соединен с входом счетчика5 29, выходы которого с (п-и+1)-го по (п)-й соединены соответственно с входами 1-го по (и)-й выходного регистра 30, последовательно соединенные пятый ключ 3 1 и дополнительный счетчик 32. Блок 27 содержит ключи 33 н 34, вход счетчика 35 соединен с выходом ключа 33, вход которого соединен с вторымвходом блока 24 синхронизации, счетчик 36 подключен к выходу ключа 34, первый вход которого соединен с первым входом блока 27, первый вход элемента 37 ИЛИ подключен к входу "Работа- останов" блока 27,второй вход соединен с выходом формирователя 38 и вторым выходом блока 27, триггер 39 подключен к выходу триггера 40 и инвертора 4 1 и включен между счетчиком Зб и триггером 40, выход триггера 39 соединен с первым выходом блока 27.Цифровой фазометр работает следующим образом.Синусоидальные нли прямоугольные напряжения Хи Х 2 подаются на первую и вторую входные шины, причем напряжение Х 2 является опорным.Входные сигналы, пройдя через первый и второй усилители-ограничители 3 и б, усиливаются и симметрич 35 но ограничиваются .по амплитуде. С помощью первого и второго компараторов 4 и 7 происходит преобразование входных сигналов в напряжение40 прямоугольной формы с уровнями, совместимыми с используемой серией микросхем.Полный диапазон значений измеряемого сдвига фаз Ч х разбивается на две области: 1) 0 + 90 и 2) 180 + 90Начальное значение сдвига Фаз, определяющее, в какую из областей попадает ЧХнаходится путем усреднения в течение нескольких периодов входных сигналов в интервале подготовки, .когда блок 24 синхронизации снимает блокировку ключей 15 и 16. Ключи 17 и 18 в этот момент заблокированы.Формирователь 5 выдает короткий импульс в момент появления переднего Фронта сигнал Х. Этот импульс попадает на первые входы ключей 15 и ЗО б16, на вторые входы которых с выхода сдвигового регистра 13 подается сигнал Х сдвинутый на 1/4 периода причем на ключ 15 - через инвертор 12. На тактовый вход сдвигового регистра 13 поступают импульсы с частотой следования Й, сформированные умножители 14 из сигнала Х, причем, если Г =:116, то выходом сдвигового регистра 13 служит выход четвертого его разряда. В этом случае колебания границ областей происходят в пределах 1/16 периодов входных сигналов независимо от частоты Г и практически не оказывают влиНхяния на точность измерения. Если 1 нахоцится в первой области,импульс, пройдя через ключ 15, попадает на первый вход триггера 19. При прохождении М во второй области импульс попадает на второй вход триггера 19, который запоминает начальное значение сдвига Фаз, определяемое в течение одного периода входных сигналов, На первый вход счетчика 32, в котором происходит усреднение начального значения сдвига фаз, через ключ 3 1 поступают импульсы с формирователя 11 в течение интервала подготовки, определяемого блоком 27 при условии наличия логической единицы на выходе триггера 19. Число периодов входных сигналов, входящих в интервал подготовки равно 2 , где 1 с - количество разрядов счетчика 32, Если начальное значение сдвига фаз, соответствующее логической единице на выходе триггера 19, больше, чем в половине периодов входных сигналов, входящих в интервал подготовки, на выходе счетчика 32,появляется логическая единица, что свидетельствует о нахождении Ч во второй области (вблизи точки разрыва Фазовой характеристики).По окончании интервала подготовки происходит измерение, При этом, если 1 находится в первой области, сигнал Х 1 проходит через управляемый инвертор 22 без инверсии и попадает на входы формирователей 8 и 9, Сигнал Х попадает на входы формирователей 10 и 11.Формирователи Я и 10 вырабатывают импульсы, привязанные к передним фронтам сигналов Х 1 и Х 2 а формирователи 9 и 11 - к задним фронтам. Триггеры 20 и 21 формируют фазовые интервалы7 10 и управляют ключами 17 и 19, которые в этот момент разблокированы. На вторые входы ключей 17 и 18 с выходов генератора 24 тактовых импульсов поступают последовательности счетных импульсов, сдвинутых по фазе на 180 друг относительно друга. Пройдя через ключи 17 и 18 эти последовательности попадают на элемент 28 ИЛИ и далее на тактовый вход счетчика 29.По окончании интервала измерения блок 27 синхронизации блокирует ключи 17 и 18 и вырабатывает строб записи содержимого счетчика 29 в выходной регистр 30. Если Ч находится в первой области, что старший разряд выходного кода Бпередается ,через инвертор 23 без инверсии.С началом ближайшего периода опорного сигнала происходит следующий цикл измерения, при этом, если находится во второй области, сигналинвертируется управляемым инвертором 22, что эквивалентно внесению дополнительного фазового сдвига в 180 . Для компенсации внесеноного фазового сдвига старший разряд кода И инвертируется инвертором 3.Блок 27 работает следующим образом.Перед началом работы (на входе "Работа - останов" - логическая единица) все триггеры и счетчики находятся в нулевом состоянии. При появлении на входе"Работа - останов" нулевого уровня первым же импульсом с выхода формирователя 10 через ключ 34 взводится триггер 40, при этом начинается интервал подготовки, а счетчик 29 устанавливается в ноль. Импульсы с выхода формирователя 10, проходящие через ключ 34, подсчитываются счетчиком 36, число разрядов которого равно К. При накоплении 92430 8счетчиком 36 2 х импульсов на его выходе появляется логический ноль,которьп через инвертор 41 сбрасываеттриггер 40. При этом взводится триггер 39, интервал подготовки заканчивается и начинается интервал измерения. Длительность интервала измерения определяется времязадающимсчетчиком 35, на тактовый вход ко торого через ключ 33 поступаютимпульсы с выхода генератора 26 импульса;формирователь 38 по оконча"нии интервала измерения вырабатывает короткий импульс, служащий стро бом записи с выходного регистра 30и, проходящий через элемент ИЛИ 37,сбрасывающий триггер 39фазовая характеристика цифровогофазометра непрерывна в пределах 20 от -180 до +180 , причем значению= -180 соответствует значениеокода И= О, а значению = +180- значение кода И = Ик псх 25 Таким образом, повышение точнос"ти измерений при малых соотношениях сигнал/шум достигается тем,что обработка сигналов производитсявблизи середины непрерывного участ ка фазовой характеристики при любыхзначениях Р. За счет усредненияначального значения сдвига фаз втечение нескольких периодов входныхсигналов значительно уменьшаетсявероятность возникновения грубыхпогрешностей измерения, обусловленных неправильным определением начального значения сдвига фаз за одинпериод входных сигналов при малых 40 соотношениях сигнал/шум. Влияниесмещения нулевых уровней входныхсигналов на точность измерения устраняется путем использования двухполупериодного способа формирования 45 фазовых интервалов.1092430 Составитель Каплин Редактор И. Каса ктор И. Эрдей ор ехред Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5