Способ определения времени задержки сигналов

/О ГОС ПО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВбраэователя вниваемых С шнос азового п ависят от частоты с а ют слераз исслефазее. По РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССРУ. 864238, кл. С 04 Р10/06, 1979.Авторское свидетельство СССРВ 1061248, кл. Н 03 Н 7/30, 1981. 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕЕРЖКИ СИГНАПОВ(57) Способ определения време держки сигналов (С) осуществлядуюшим образом. Гармонический С деляют на ойорный и испытател Испытательный С проходит чере дуемую цепь. Его сравнивают п с опорным С на заданной часто неравенства амплитуд этих С. Фиксируют результат первого измерения напряжения на заданной частоте. Ступенчато изменяют частоту сравниваемых С.задерживают опорный С на дополнитель.ную задержку, которую выбирают изусловия изменения фазы в пределаходного линейного участка характеристики. Восстанавливают первоначальноезначение частоты сравниваемых С ификсируют полученное напряжение, Порезультатам четырех измерений напряжений, пропорциональных разности фаэсравниваемых С, ступенчатому изменению частоты срваниваемых С и дополнительно вводимой задержке, определяют контролируемую задержку при минимальном времени измерения с новышенной точностью. 1 ил, 1328790 2Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения времени задержки в линиях связи, в блоках задержки сигналов, в аналоговых микросхемах с большой степенью интеграции, а также в узкопопосных радиотехнических цепях,Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения времени задержки сигналов,На чертеже приведен пример выполнения устройства для осуществленияпредлагаемого способа.Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, к выходукоторого подключена исследуемая цепь 2с контролируемой задержкой линия 3дополнительной задержки, линейный Фазовый детектор 4, второй вход которого через аттенюатор 5 и линию 6 дополнительной задержки соединен с выходом генератора 1, Выход Фазовогодетектора 4 через аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) 7 соединен сшинами данных микро-ЭВМ 8. Выходныешины микро-ЭВМ 8 соединены с цифровым индикатором 9 и цифроаналоговымипреобразователями (ЦАП) 10 - 12. Выход ЦАП 10 соединен с управляющимвходом генератора 1, а выходы ЦАП 11и 12 соответственно соединены с уп. равляющими цепями ключей 13 и 14,включенных параллельно линиям 3 и 6дополнительной задержки.Способ осуществляется следующимобразом.Гармонический сигнал П=П сов (Ы++ ч ) разделяют, на опорный и испытательный сигналы. Испытательный сигнал проходит через исследуемую цепь, Ъс контролируемой задержкоии коэффициентом передачи, Выходнойсигнал исследуемой цепи= Я П соз д(г. -ь) +Ю сравнивают пофазе с опорным сигналом на заданнойчастоте ЯПри изменении частоты испытательного и опорного сигналов фазовыйсдвиг сравниваемых сигналов % = Ы2 ь (и + А), где и - число целыхциклов изменения разности фаз;доли Фазового цикла. Выходное напряжение линейного Фазового детектора,выполненного, например, на триггерахили логических схемах, изменяется вфункции от частоты по пилообразнойзависимости. Каждый линейный участокпреобразовательной характеристики соответствует изменению разности Фаз сравниваемых сигналов от 0 до 2или от -до +в зависимости от схемных особенностей фазового детектора.При измерении задержки ь на залданной частоте Ь) выходное напряжение фазового детектора соответствует од ному из линейных участков преобразовательной характеристики Б(1+ К), + ,= Б(1+ ,М+ ,(1) 401081 (дИ10 где 8 Ч - порог чувствительности Фазового детектора,При таком увеличении частоты сигналов выходное напряжение фазового 45детектора изменяется в пределах одного линейного участка характеристикии возрастает до значения П=Б(1+, ) (И+И)" + 8, (2) гдеи 8 - погрешности преобразования второй разностиФаз ч -(Сд+дИ)прикоэффициенте передачицепи Я (И+Од),Если первоначальная доля фазового1 55 9 лбольшея10 цикла ь Г, = ы - 2 и 15где Б - крутизна преобразования разности фаз 4, = ыФ в напряжение;= в , -- относительная мультипликативьБ20 ная погрешность преобразования;8 - абсолютная аддитивная погрешность преобразования.Мультипликативная 1 и аддитив ная 8, погрешности Фазового преобразования зависят от частоты сравниваемых сигналов И , неравенства амплитуд этих сигналов, т.е. коэффициента передачи исследуемой цепи на дО этой частоте р (И), измеряемой разности фаз Ю (И, температурной ивременной нестабильности параметровфазового детектора.Фиксируют результат первого измерения П на заданной частоте д . Затем ступенчато изменяют частоту сравниваемых сигналов Я на величину Ьд,которую выбирают из условия(15) 4045 50 Из полученных отношений определяют контролируемую задержку- д 4(14)ь и 2-ди,Таким образом, по результатам четырех измерений напряжений Б Ц,Б, пропорциональных разности фаз сравниваемых сигналов, ступенчатому изменению частоты сравниваемых сигналов и дополнительно вводимой задержке д определяют контролируемую задержку ь при минимальном времени измерения с повышенной точностьюУстройство работает следующим образом.Гармонический сигнал генератора 1проходит через исследуемую цепь 2 с контролируемой задержкой , линию 3 задержки с дополнительной задержкой д 7 и воздействует на один вход линейного фазового детектора 4, на другой вход которого воздействует сигнал генератора 1, проходящий через аттенюатор 5 и линию 6 задержки с дополнительной задержкой дT. Выходное напряжение фазового детектора 4 с помощью АЦП 7 преобразуется в код, запоминаемый в оперативной памяти микро- ЭВМ 8. С помощью ЦАП 10 устанавливается требуемая частота генератора. 1, а с помощью ЦАП 11 и 12 - положение ключей 13 и 14, шунтирующих линии 3 и 6 задержки.По команде ЭВМ с помощью ЦАП 10 устанавдивается начальное значение частоты сд гармонического сигнала, с помощью ЦАП 11 и 12 ключи 13 и 14 пе реводятся в замкнутые состояния. Выходное напряжение Ц фазового детектора 4, пропорциональное разности фаз Ч, , кодируется в АЦП 7 и запоминается в памяти микро-ЭВМ 8. Далее на выходе ЦАП 10 Формируется второй уровень напряжения, который изменяет частоту генератора на малую величину ди . Полученное на выходе фазового детектора 4 напряжение О преобразуется в код и сравнивается в ЭВМ 8 с предыдущим результатом измерения Б . Если напряжение возрастает, то оно запоминается в памяти ЭВМ,если уменьшается или изменяет знак, 5 ЭВМ выдает команду, по которой ЦАП11 формирует третий уровень напряжения, и генератор 1 уменьшает своючастоту на ту же величину дЫ . Уменьшенное значение напряжения Б запоминается в памяти ЭВМ, С приходомочередной команды размыкается ключ13, и вводится дополнительная задержка в опорный сигнал фазового детектора 4. Уменьшенное выходное напряжениеБ кодируется и запоминается в памяти ЭВМ. Если происходит увеличениенапряжения, то по команде ЭВМ с помощью ЦАП 11 и 12 ключ 13 замыкается,а ключ 14 размыкается. Соответствующее выходное напряжение фазового де/тектора Б кодируется и запоминает 3ся. После этого командой от ЭВМ ЦАП10 переводится в первоначальное состояние, при котором дИ = О, и формируется напряжение первого уровня, устанавливающее начальное значение частоты И генератора 1. Выходное напряжение Б фазового детектора 4 кофдируется и запоминается в ЭВМ, Послевыполнения вычислений по запрограммированным формулам (14) и (15) результат измерения времени задержки ,отображается на цифровом индикаторе 9.35В программу ЭВМ 8 введен алгоритм выбора знака приращения частоты генератора 1 и положения ключей 13 и 14 из условия работы устройства на одном линейном участке преобразовательной характеристики фазового детектора 4. В память ЭВМ 8 также введено в виде константы значение дополнительной задержки ь ь, которая вводится ключом 13 или 14. КоэФфициент передачи аттенюатора 5 устанавливают примерно равным коэффициенту передачи исследуемой цепи 2 на частоте й , чтобы уравнять амплитуды сравниваемых по Фазе сигналов.Использованиепредлагаемого способа определения. времени задержки позволяет значительно уменьшить время измерения за счет ступенчатого (не 55 калиброванного) изменения частоты ивозможности автоматической обработкирезультатов дискретных измерений спомощью микропроцессорных средств,При этом не предъявляются жесткиетребования к долговременной стабильности генератора гармонических колебаний и приращениям его частоты, так как эти параметры не входят в рас 5 четные формулы. Малые отклонения частоты в окрестностях заданной частоты существенно уменьшают влияние неравномерности амплитудно-частотной характеристики исследуемой цепи на точ О ность измерения ее задержки, При выборе фазовых приращений ди и м ь порядка единиц градусов возможно измерение времени задержки узкополосных цепей, что недоступно известному 15 способу. Кроме того, исключение мультипликативной и аддитивной погрешностей преобразования разности фаз в напряжение обеспечивает повышение быстродействия и точности измерения 2 О времени задержки.Формула изобретенияСпособ определения времени задерж ки сигналов, заключающийся в том, что гармонический сигнал разделяют на опорный и испытательный, который воздействует на исследуемую цепь с контролируемой задержкой, сравнивают ЗО фазу прошедшего через исследуемую цепь сигнала с фазой опорного сигнала, фиксируют на заданной частоте разность фаз сравниваемых сигналов,изменяют частоту и дополнительно задерживают один из сравниваемых сигна-: лов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, линейно преобразуют разность фаз сравниваемых сиг О налов в напряжение, фиксируют значение напряжения на заданной частоте, ступенчато изменяют частоту сигнала в направлении увеличения, анализируют величину напряжения, при этом если 45 оно увеличилось относительно величи где А У =П - Б -аБ =Б -Б - 2 3 разность напряжений, соответствующих измененной и заданной частотам сравниваемых сигналов;разность напряжений, соответствующих дополнительной задержке сигналов измененной и заданной частот; дополнительная эадерж. ка сравниваемых сигна: лов. ны напряжения на заданной частоте,то его значение фиксируется, еслиуменьшилось или изменило знак, тоступенчато изменяют частоту в сторону уменьшения относительно заданногозначения и фиксируют полученное напряжение, ступенчато задерживают опорный сигнал и анализируют величинунапряжения при этом, если напряжение уменьшилось по сравнению с напряжением, соответствующим измененнойчастоте, то его значение фиксируется,если напряжение увеличилось или изменило знак, то исключают задержкуопорного сигнала и задерживают испытательный сигнал, фиксируют значе-,ние напряжения, устанавливают заданное значение частоты и фиксируют полученное напряжение, при этом ступенчатые изменения частоты и задержкисигналов осуществляют в таких пределах, при которых дополнительно вводимая разность фаз сравниваемых сигналов больше порога чувствительностипо фазе в десять раз и меньше десятой доли полупериода сравниваемыхсигналов в радианах, а контр ируемую задержку определяют по формулеРедактор О, Голов орректор А.Зимокосо Заказ 3487/4 Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул,Проектная,4 9 Тираж 370ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушск Подписноекомитета СССРоткрытийя наб., д, 4/5