Цифровой калибратор девиации частоты

СО 103 СОЯЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЯО,4601 К 23 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОВОЙ КАЛИ 54) ЦИФР ЧАСТОТЫ57) Изобретение змерительной те БРАТОР ДЕВИАЦИИ относится к ради хнике и может быт использова поверки измеритеи аттестации чных установок. - повьвение быстости автоматичестакже стабилизазначений девиаци о в устройство, тор 1 модулирующе лей девиации чаобразцовых повеЦель изобретенияродействия и токой калибровки,ции калибровочньчастоты. Для эт тоты ровдру- С знаы в ержащее гене Рь УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) ГОСТ 14016-68, с, 17,Авторское свидетельство СССРВ 930142, кл. С 0 1 К 23/00, 1981 го напряжения, умножитель 16 частоты, анализатор 19 спектра, генератор 10 частотно-модулированногосигнала, кодоуправляемый аттенюатор4, делитель 2 частоты модулирующегонапряжения, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, задатчик 3 индексов, введены второйкодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9,корректирующий фильтр 11, фазовыйманипулятор 14, фазовый модулятор13, генератор 15 тактовых импульсов, элементы И 12 и 18, детектор17 пересечения нулевого уровня,разделительная цепь 20, компаратор21. Цель достигается за счет отслеживания влияний изменений уня модулирующего напряжения игих возмущающих воздействий начение выходной девиации частотИзобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для поверки измерителей девиации частоты (ИДЧ) и аттестации образцовых поверочных уста новок.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности автоматической калибровки, а также стабилизации калиброванных значений девиации частоты за счет отслеживания влияний изменений уровня модулирующего напряжения и других возмущающих воздействий на значение выход.ной девиации частоты, 5На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - зависимость выходного напряжения с выхода анализатора спектра при настройке на несущую частоту и изменении индекса модуляции ЧИ сигнала, 5," на фиг. 3 - осциллограммы сигналов в характерных точках схемы на фиг. 4 - иллюстрация алгоритма25 подстройки.Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 модулирующего напряжения, делитель 2 частоты модулирующего напряжения, задатчик 3 индексов, первый кодоуправляемый аттенюатор 4, электронно-счетный частотомер 5, делитель 6 частоты, второй кодоуправляемый аттенюатор 7, реверсивный счетчик 8, селектор 9, генератор 10 частотно-модулированного 35 сигнала, корректирующий фильтр 11, первый элемент И 12, фазовый модулятор 13, фазовый манипулятор 14, генератор 15 тактовых импульсов, умножитель 16 частоты, детектор 17 40 пересечения нулевого уровня, второй элемент И 18, анализатор 19 спектра, разделительная цепь 20, компара" тор 21.В устройстве первый выход генера торамодулирующего напряжения подключен к входу первого кодоуправляемого аттенюатора 4, второй выход - к делителю 2 частоты модулирующего сигнала, управляющий вход кодоуправ ляемого аттенюатора 4 соединен с выходом кода электронно-счетного частотомера 5, первый вход которого подключен к выходу делителя 2 частоты модулирующего сигнала, а второй 55 вход соединен с выходом делителя 6 частоты, Вход делителя частоты 6 соединен с выходом опорной частоты электронно-счетного частотомера 5, а его управляющие входы - с задатчиком 3 индексов. Выход первого кодо- управляемого аттенюатора 4 подключен к второму кодоуправляемому аттенюатору 7 и корректирующему фильтру 11, выход второго кодоуправляемого аттенюатора 7 подключен к генератору 10 частотно-модулированногосигнала, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом фазового модулятора 13, последовательно соединенным с умножителем 16 частоты ЧИ сигнала и анализатором 19 спектра. Выход последнего соединен с детектором 17 пересечения нулевого уровня через разделительную цепь 20, а с компаратором21 непосредственно. Выход детектора 7 пересечения нулевого уровня присоединен к первым входам первого 12 и второго 18 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора 15 тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор 9 подключены к входам реверсивного счетчика 8, управляющий вход которого присоединен к выходу компаратора 2 1, третий выход генератора 5 тактовых импульсов подключен к управляющему входу фазового манипулятора 14, сигнальный вход которого соединен с выходом корректирующего фильтра 11, а выход - с вторым входом фазового модулятора 13.Устройство работает следующим образом.Выходной сигнал генератора 1 модулирующего напряжения поступает навход первого кодоуправляемого аттенюатора 4, коэффициент передачи которого определяется кодом на выходеэлектронно-счетного частотомера 5. С выхода первого кодоуправляемогоаттенюатора модулирующий сигнал пос" тупает на второй кодоуправляеьей аттенюатор 7 и с его выхода - на вход ЧИ генератора.Сигнал со второго выхода генератора 1 модулирующих напряжений поступает через делитель 2 частоты модулирующего сигнала с коэффициентом деления и на первый вход (А) электронно-счетного частотомера 5, На второй вход (В) электронно-счетного частотомера 5 включенного в режим измерения отношения частот А/В, по12509 75 1 О 1 д Р/й Р Г, ,Т, и даются импульсы с выхода делителя 6 частоты, коэффициент деления которого задается переключением эадатчика 3 индексов в соответствии с номером корня функции Бесселя 1 и равен 1 6 Ъ - численная опорная частота кварцевого генератора ЭСЧ, к которому подключен вход делителя частоты) .Показание электронно-счетного частотомера соответствует девиации частоты на выходе ЧМ генератора при обращении в нуль и-й гармоники несущей ЧМ сигнала, полученной с помощью умножителя 16 частоты ЧМ сигнала. Код на 20 выходе электронно-счетного частотомера 5 определяет коэффициент передачи первого кодоуправляемого аттенюатора и величину индекса модуляции выходного сигнала, 25Работа описанных блоков совпадает с работой устройства-прототипа и служит для вхождения системы в зону действия точного автоматического регулирования вблизи заданного индек са ; , а также для индикации калиброванных значений ЬЕ. Автоматическая подстройка девиации частоты обеспечивается экстре 5 мальной цифровой автоматической системой с принудительным поиском, регулирующей коэффициент передачи второго кодоуправляемого аттенюатора 7. Поиск осуществляется путем дополни тельной модуляции выходного ЧМ сигнала по параметру. Модуляция про" изводится в фазовом модуляторе 13, благодаря чему сохраняется спектральная частота выходного ЧМ сигна ла калибратора н исключаются "рыскания" вокруг , . Для дополнительной модуляции используется Фазоманипулированный сигнал модулирующей частоты с частотой рР ;, опреде ляемой генератором 15 тактовых импульсов. Фаза сигнала на входе Фазового модулятора 13 определяется Фазовым манипулятором 14, который имеет коэффициент передачи +1 в зависи мости от логического уровня на третьем выходе генератора тактовых импульсов (фиг. 30, 8 ). 4При коэфФициенте передачи фазового манипулятора К =+ 1 ЧМ сигнал найвыходе Фазового модулятора имеетположительное приращение индекса модуляции а- (, ,д. Л +ЛФпЯ).где и, - несущая частота (й =2 вГ);- индекс модуляции на выходеЧМ генератора 10,Амплитуда спектральной составляющей несущей частоты пропорциональнаФункции Бесселя от индекса модуляции=Ф Й , т. е . 1 (1, + Ь(1) .При коэффициенте передачи фазового манипулятора 1 -1 ЧМ сигнал навыходе фазового модулятора имеетотрицательное приращение индекса иамплитуда спектральной составляющейнесущей частоты пропорциональнаТ,(-аР) .Таким образом, за счет фаэовойманипуляции модулирующего сигналаФазового модулятора (фиг, 4) выходной сигнал анализатора спектра содержит прямоугольные импульсы с частотой генератора тактовых импульсов,фаза которых различна при / /3; и9, ;, Выходной сигнал детектораанализатора спектра содержит такжепостоянную составляющую (Фиг. 2)Для получения устойчивого выходного сигнала анализатора спектра используется ЧМ генератора со стабильной средней частотой.Импульсы с выхода детектора анализатора 19 спектра поступают черезразделительную цепь 20 на вход детектора 17 пересечения нулевогоуровня, который формирует импульсын приводит их к логическим уровнямприменяемых цифровых элементов.Приращение индекса модуляции Ьвблизи -го нуля Функции Бесселя; вызывает различную фазу выходныхимпульсов на выходе детектора пересечения нулевого уровня. Если выходной сигнал анализатора спектраимеет отрицательную полярность, тоФазовые соотношения между модуляционными импульсами на выходе детектора нулевых пересечений иллюстрируются фиг. 4: при ,с ; положительным приращением ь соответствует появление логической "единицы" (4 Г),при , ) р; - логического "нуля"(4 5 ), при , = ; - на выходе детектора пересечения нулевого уровня5 12509появляются короткие импульсы логической "единицы" с частотой 2 ш (4 ц),Величина модуляционного шага осогласована на абсолютной величинес рабочим шагом регулирования, равным приращению индекса модуляциина выходе ЧИ генератора ь, при изменении управляющего кода второгокодоуправляемого аттенюатора на единицу. Корректирующий Фильтр 11 служит для сохранения соответствия между рабочим и модуляционным шагомпри изменении модулирующей частотыР,поскольку для получения одинаковыхприращений индекса в частотном и фазовом модуляторах необходимо на входе последнего включить цепь с коэффициентом передачи, обратно пропорциональным частоте.Подстройка происходит следующим 20образом,После предварительной установкииндекса модуляции 3, =2,405 на любой иэ модулирующих частот Р регулировкой уровня модулирующего напрякения система блоков 1-б устанавливает заданный индекс модуляции,близкий к заданноиу 3; . При 3 о 1импульс логической "единицы" с выхода детектора пересечений открывает ЗОпервый элемент И 12. С первого выхода генератора 15 тактовых импульсов(представляющего собой иультивибратор, счетчик и распределитель импульсов, собранные по стандартнойсхеме) через открытый элемент И 12импульс поступает на вход селектора 9 и далее - на суммирующий входреверсивного счетчика 8. Благодаряразновреиенности иипульсов на первом 49и втором выходах генератора тактовыхимпульсов, следующих но времени"внутри" импульса на третьем выходе, через второй элемент И 18 импульсы не проходят. Код реверсивного счетчика 8 увеличивается на единицу, коэффициент передачи второгокодоуправляемого аттенюатора 7 н индекс модуляциина выходе ЧИ генератора увеличивается на один шаг. 5 ОПри следующем совпадении выходногоимпульса детектора пересечения нулевого уровня с импульсом с первоговыхода генератора тактовых импульсов(фиг. 3 о и 4 о) схеиа приблизится 55к Я; еще на адик рабочий шаг и т.д,Если;, то при модуляционномприращении ь детектор пересечения нулевого уровня выдает импульс, совпадающий с нмпульсои с второго выхо" да генератора тактовых импульсов (фиг. 3 о и 4 6 ) и поступающий через селектор на вычитающий вход реверсивного счетчика. При достижении минимума амплитуды спектральной составляющей несущей частоты на выходе детектора пересечения нулевого уровня следуют короткие импульсы (фиг. 4 о ), не совпадающие с иипульсаии с второго и третьего выхода генератора тактовых импульсов. На входы реверсивного счетчика 8 импульсы не поступают и схема устанавливается в состояние равновесияДля повышения быстродействия обработка= , в устройстве используется коипаратор 21, уровень сраба тывания которого устанавливают равныи постоянной составляющей на выходе анализатора спектра при отличииот ;, соответствующего 10 - 16 ед. младшего разряда. При постоянной составляющей больше этого значения на выходе коипаратора 21 имеется уровень логического "нуля" и селектор 9 подает выходные импульсы элементов И 12 и 18 на входы старшей тетрады двоичного реверсивного счетчика 8, благодаря чему регулирование происходит ступенями старших разрядов, т,е. с повышенным быстродействием, После уменьшения постоянной составляющей ниже порога срабатывания компаратора 21 на его выходе появляется уровень логической 1 1единицы, который переключает се-лектор 9, и выходные импульсы элементов И 12 и 18 поступают на вход младшей тетрады, т,е. окончательный процесс подстройки осуществляется ступеняии младшего разряда. Селектор содержит также управляете цени переноса между младшей и старшей тетрадой, благодаря чему не предъявляется высоких требований к уровню срабатывания коипаратора 21. С целью исключения промахов, т,е. перестройки к соседним нуляи +1, самее старшие разряды второго кодоуправляеиого аттенюатора 7 постоянно включены и его коэффициент передачи изменяется с малой дискретностью в пределах 0,75-1. При увеличении мадулирующего напряжения до 1333 от номинального значения сис 7 1 тема поддер;кивает заданное значение девиации частоты.Калибровка индексов модуляции 42,405 производится настройкой анализатора спектра на и-ю гармонику несущей н установкой делителя 2 частоты модулирующего сигнала аналогично устройству-прототипу. Соотношение между рабочим и модуляционным шагом г.ри этом сохраняется, поскольку при умножении частоты приращения индексамодуляции одинаково преобразуются в и раз.Быстродействие системы возрастает в 6-8 раз, поскольку в каждой из проверенных точек калиброванные значения ЬГ устанавливаются эа время 2,5-3,5 с, тогда как в устройстве- прототипе после автоматической установки за время 2-3 с приходилось производить ручную подстройку минимума спектральной составляющей в течение 15-25 с.Точность установки 3 = 1; по сравнению с устройством-прототипом повышается за счет устранения влияния изменений уровня модулкрующего напряжения, крутизны ЧИ генератора, погрешности, возникающей иэ-за не- линейности модуляционной характеристики ЧИ генератора, неравномерности АЧХ тракта. Точность автоматической настройки на , близка к наилучшей достижимой в ручном режиме (О, 1 Х), но превосходит ее в том отношении, что позволяет отрабатывать кратко" временные случайные изменения индекса модуляции, уследить эа которыми оператор не в состоянии.Формула изобретенияЦифровой калибратор девиации частотц, содержащий генератор частотно- модулированного сигнала, последова" тельно соединенные умножитель частоты и анализатор спектра, а также генератор модулирующего напряжения, первый выход которого подключен к входу кодоуправляемого аттенюатора, второй выход - к делителю частоты модулирующего сигнала, управляющий 250975 8вход кодоуправляемого аттенюаторасоединен с выходом кода электронносчетного частотомера, первый вход1 которого подключен к выходу делителя частоты модулирующего сигнала, авторой вход соединен с выходом делителя частоты, ход делителя частотысоединен с выходом опорной частоты, электронно-счетного частотомера, а 1 О его управляющие входы - с задатчиком индексов, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повьппениябыстродействия и точности калибровки, введены второй кодоуправляемыйаттенюатор, реверсивный счетчик, селектор, корректирующий фильтр, Фазовый манипулятор, фазовый модулятор,генератор тактовых импульсов, первыйэлемент И, детектор пересечения ну левого уровня, второй элемент И, разделительная цепь и компаратор, прпчем выход первого кодоуправляемогоаттенюатора подключен к второму кодоуправляемому аттенюатору и коррек тирующему фильтру, выход второго кодоуправляемого аттенюатора подключенк модуляционному входу генераторачастотно-модулированного сигнала,выход которого является выходом уст ЗО ройства и соединен с первым входомФазового модулятора, выход которогосоединен с входом умножителя частоты, выход анализатора спектра соединен с входом компаратора через раэ"делительную цепь со входом детектора пересечения нулевого уровня, выход которого присоединен к первымвходам первого и второго элементов И,вторые входы которых соедйнены сор ответствейно с первыми и вторымивыходами генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И через селектор подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход се лектора присоединен к выходу компаратора, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу Фазового манипулятора,сигнальный вход которого соединен с о выходом корректирующего фильтра, авыход - с вторым входом Фазового модулятора.1250975 а Составитель В. Новоселоедактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Обруча каз 4405/ ное Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,Тираж 728 НИИПИ Государст по делам изобр 3035, Москва, ЖПодписенного комитета СССРтений и открьггий35, Раувская наб д.