Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕОЧУБЛИК 01 К 25 08 Гембицкийрев,ин, Л,Н,Дм ССР985.Р984льство 25/08, ство С 25/08,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение может быть использовано при создании быстродействующих;,801406515 А 1 цифровых фаэометров ЦФ) повьппеннойточности, а также высокочастотныхпреобразователей фаза-код для управ"ляющих цифровых вычислительных систем. ЦФ содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхрвнизации,счетчики 3,4, элементы И 5-9, 31формирователи 10-18,33 импульсов,элементы ИЛИ 19, 27-29, триггеры 20-26,34, элемент ИЛИ-НЕ 30, генератор 32импульсов, распределитель 35 импульсов, усилители-ограничители 36, 38,компараторы 37, 39. ЦФ имеет повьппенное быстродействие за счет исключения цикла усреднения начального значения сдвига фаз. 1 э.п,ф-лы, 2 ил.изобретение относится к измерительной технике иможет быть использовано при создании быстродействующих цифровых фазометров повышенной точности, а также высокочастотных преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных сис-. тем.Цель изобретения - повышение быст родействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начального значения сдвига фаз,На фиг. 1 приведена блок" схема предлагаемого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.Цифровой фазометр содержит генера" тор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхройизации, первый 3 и второй 4 счетчики, первый 5, второй 6, третий 7, 20 четвертый 8, пятый 9 элементы И, первый 10, второй 11, третий 12 триггеры, первый 13, второй 14, третий 15, четвертый 16, пятый 17, шестой 18 формирователи импульсов, первый элемент 25 ИЛИ 19, четвертый 20, пятый 21, шестой 22, седьмой 23, восьмой 24, де" вятый 25, десятый 26 триггеры, вто рой 27, третий 28, четвертый 29 элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ 30, шестой 30 элемент И 31, генератор 32 импульсов, седьмой Формирователь 33 импульсов,одиннадцатый триггер 34, распределитель 35 импульсов, первый усилитель- ограничите,пь 36, первый компаратор 37, у 5второй усилитель-ограничитель 38, второй компаратор 39, причем первый выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с вторым входом четвертого элемента И 8 и с первым входом 40 третьего элемента ИЛИ 28, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И 5 и вторым выходом генератора 1 тактовых импульсов, пер"вый выход блока 2 синхронизации при соединен к информационным входам первого, пятого и шестого триггеров 10,21 и 22, второй выход блока синхро.низации соединен с входом установкив "0" второго счетчика 4, третий вы ход блока 2 синхронизации подключен к входам установки "9" седьмого триггера 23 и первого счетчика 3, четвер" тый выход блока 2 синхронизации соединен с входом установки "9" девятого 55 триггера 25. Пятый выход блока 2 синхронизации соединен с входами установки "9" четвертого, пятого и десятого триггеров 20,21 и 26, вход синхронизации одиннадцатого триггера 34 является входом блока синхронизации и третьим входом цифрового фазометра, инверсный выход одиннадцатого триггера 34 является первым выходок блока 2 синхронизации и соединен с вторым входом распределителя 35 импульсов, первый, второй, третий, четвертый выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 2 синхрониэа ции, пятый выход распределителя 35 импульсов соединен с входом устанозки Т одиннадцатого триггера 34,информационный вход которого подКлючей к шине с уровнем логической "3", пер" вый вход распределителя 35 импульсов соединен с выходом третьего элемента ИЛИ 28.и входом синхронизации второго счетчика 4, выход первого элемента ИЛИ 19 Соединен с входом синхронизации первого счетчика 3, вход установки "6" которого подключен к прямому выходу восьмого триггера 24 и первому входу элемента ИЛИ-НЕ ЭО, входустановки "9" второго. счетчика 3,соединен с прямым выходом седьмоготриггера 23, входом синхронизациивосьмого триггера 24, вторым входомэлемента ИЛИ-НЕ 30, выходы первого 3и второго 4 счетчиков являются соответственно выходами "2 Ч" и "4 Г циф- . рового фазометра, прямой выход первого триггера 10 соединен с первым входом первого элемента И 5, выход которого соединен с вторым входом перво 4го элемента ИЛИ 19, первый вход второго элемента И 6 соединен с выходом третьего формирователя 15, входом синхронизации пятого триггера 21,первым входом третьего элемента И 7, .информационный, вход второго тригге" ра 11 соединен со своим инверсным вьгходом и с вторым входом второго элемента И 6, выход которого соединяет" ся с вторым входом четвертого элемента ИЛИ 29, выход пятого триггера 21 соединен с вторым входом третьего элемента И 7, выход которого подключен к входу синхронизации второго триггера 11, прямой выход третьего триггера 12 подключен к первому входу четвертого элемента И 8, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход пятого эле"мента И 9 соединен с прямым выходом второго триггера 11, выход четвертого формирователя 16 импульсов подклю 1406515чен к первому входу пятого элементаИ 9, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 27.Выход шестого формирователя 18 импульсов соединен с вторым входом шестогоэлемента И 31 и входами синхронизации первого 1 О и шестого 22 тригге"ров, выход второго элемента ИЛИ 27соединен с входом установки в пОп пер ваго триггера 10, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации четвертого триггера 20, прямойвыход швстого триггера 22 подключен кпервому входу шестого элемента И 31 15и информационному входу третьего триггера 12, вход установки "6" которого .соединен с входом установки "6" вась"мого триггера 24 и выходом четвертого элемента ИЛИ 29 выход пятого формирователя 17 импульсов соединен свходом синхронизации третьего триггера 12, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации десято"го триггера 26, первый усилитель-оградичитель 36 соединен с входом пер"ваго компаратора 37, выход которогосоединен с входами третьего 15 и четвертого 16 Формирователей импульсов,выход второго усилителя-ограничителя 38 соединен с входом второго компаратора 39, выход которого, в своюочередь, подключен к входам пятого 17и шестого 18 формирователей импульсов,входы первого 36 и второго 38 усилителей-ограничителей являются входамипервого 13 и второго 14 формирователей импульсов и соответственно первыми вторым входом цифрового фазометра,прямые выходы четвертого 20 и десятого 26 триггеров соответственно подключены к первым входам второго 27 ичетвертого 29 элементов ИЛИ, прямойвыход девятого триггера 25 соединенс входом установки шестого тригге.ра 22, информационный вход седьмоготриггера 23 подключен к своему инверсному выходу, генератор 32 импульсовсоединен с входом седьмого формирователя 33, первый и второй выходы которого являются соответственно первыми вторым выходом генератора тактовыхимпульсов. К информационным входамчетвертого 20, восьмого 24, девятого 25, десятого 26 триггеров подключена шина с уровнем логической "1",Цифровой фазометр работает следующим образом,Синусоидальные или прямоугольныенапряжения Х 1 (Фиг.2 д) и Х 2 (фиг,2 а)подаются на первую и вторую входные шины,причем Х 1 является информационнымсигналом,а Х 2 - опорным сигналом. Входные сигналы, пройдя через первый 36 ивторой 38 усилители-ограничители, усиливаются и симметрично ограничиваются по амплитуде. С помощью первого 37и второго компараторов 39 происходитпреобразование входных сигналов в напряжение прямоугольной формы с уровнями, совместимыми с уровнями используемой серии микросхем (фиг.2,б,е).Формирователи 17 и 18 импульсов вырабатывают импульсы, привязанные соответственна к заднему (фиг.2 г) и переднему (фиг.2 в) фронтам опорного сигнала. В начальный период работы схемыпроисходит запуск одиннадцатого триггера 34 импульсов с входа ХЗ (фиг.2 м).Одиннадцатый триггер 34 вырабатываетинтервал (фиг.2 н) с уровнем логическа"го нуля, который снимает запрет = второго входа распределителя 35 нмпуль"сов. В результате чего на выходах последнего вырабатывается последовательность импульсов. Причем тактовые импульсы с выхода третьего элементаИЛИ 28 поступают на первый вход распределителя 35 импульсов, на. выходахкоторого начинает вырабатываться последовательность импульсов. Импульсомс первого выхода обнуляется второйсчетчик 4, а импульсом с второго выхода - седьмой триггер 23 и первыйсчетчик 3, Импульс с третьего выходаобнуляет девятый триггер 25, импульсс четвертого выхода обнуляет деся-.тый 26, четвертый 20 и пятый 21 триггеры, Импульсом с пятого выхода распределителя 35 импульсов на выходеодиннадцатого триггера 34 устанавливается уровень логической единицы,срывающий работу распределителя 35 импульсов и поступающий на.информационные входы пятого 21, первого 10 ишестого 22 триггеров,Далее следует режим измерения фазы.Третий и четвертый формировате;ли 15 и 16 импульсов вырабатывают имспульсь, привязанные соответственно кпереднему (фиг.2 ж) и заднему(фиг.2 з) фронтам входного сигнала,Импульс с третьего формирователя 15импульсов (фиг,2 ж) поступает на первый вход второго элемента И 6, а им14 06515 5пульс с четвертого формирователя 16 импульсов поступает на первый вход пятого элемента И 9. Первый импульс с выхода третьего формирователя 15 импульсов, поступающий на вход син" хронизации пятого триггера 21, устанавливает на выходе уровень логической единицы, который разрешает прохождение импульса с выхода третьего формирователя 15 импульсов и через третий элемент И 7 на вход синхронизации второго триггера 11 и устанавливает на первом выходе второго триггера 11 уровень логической единицы, который разрешает прохождение импуль,са с выхода четвертого формирователя 16 импульсов, через .пятый элемент И 9 и элемент ИЛИ 27 на вход установ,ки Ь "0" первого триггера 10 и срыва;ет его работу, Формируя тем самым конец интервала, поступающего на первый вход первого элемента И 5 (фиг.2 с). Второй импульс с выхода третьего формирователя 15, поступающий через третий элемент И 7 на вход ,синхронизации второго триггера 11, устанавливает на втором выходе (НЕ) второго триггера 11 уровень логической единицы, позволяющий импульсу с Выхода третьего формирователя 15 импульсов проходить через второй элеМент И 6, четвертый элемент ИЛИ 29 на вход установки в 0 третьего триг- ера 12 и запреЩает его работу, Этим Формируется конец интервала (Фиг.2 р), цоступающий на четвертый элемент И 8. Десятый 26 и четвертый 20 триггеры разрешают третьему 12 и первому 10 триггерам вырабатывать свои интервалы только по одному разу в процессе одного измерения фазы. Это достигается тем, что по окончании интервалов, выРабатываемых третьим 12 и первым 10 триггерами, на вторых выходах (НЕ) этих триггеров появляется положительНый перепад, поступающий на входы синХрониэацин десятого 26 и четверто-. го 20 триггеров, который на выходах этих триггеров устанавливает уровни Логической единицы, который через четвертый 29 и второй 27 элементы ИЛИ запрещает. дальнейшее переключение третьего 12 и первого 1 0 триггеров до начала следующего этапа измерения фазр, С первого выхода генератора 1 тактовых импульсов на второй вход четвертого элемента И 8 поступает последовательность импульсов, которая 6заполняет интервал, сформированныйтретьим триггером,12 и поступающийна первый вход четвертого элементаИЛИ 29 (фиг.2 и). С второго выхода ге 5нератора 1 тактовых импульсов .последовательность импульсов, сдвинутая наполпериода относительнопоследова-.тельности на первом выходе генератора 1 тактовых импульсов, поступаетна второй вход первого элемента И 5и заполняет интервал, сформированныйтриггером 10 (фиг,2 у). Интервалы, заполненные импульсами с выходов чет",вертого 8 и первого 5 элементов И,поступают на первый и второй входы первого элемента ИЛИ 19. Так как импульсы, заполняющие интервалы, разнесенына полпериода, то область перекрытия20 интервалов отмечается удвоением частоты следования импульсов (фиг,2 ф).По"следовательность импульсов (фиг,2 ф)с выхода первого элемента ИЛИ 19 по"ступает на вход синхронизации счетчн 2 Ц ка 3, на выходе которого получен код,соответствующий двойному сдвигу фаз(2), На втором счетчике 4 из-за того, что частота счетных импульсов вдва раза выше, чем при счете фазы,ЗО формируется цифровой код, равный непериоду, а двум периодам (2 р). Цифровые коды двойной фазы и двойногопериода поступают в устройство, кото"рое проводит с ним дальнейшую обработку по формуле2 ЧИ = в в " р2 р,где- сдвиг фаз между опорным ивходным сигналом;4 р " р, - период опорного сигнала (измеренный);р - период опорного сигнала (ногминальный).Временные диаграммы работы цифрово 46 го фазометра (фиг.2) содержат:а) второй вход цифрового Фазометра Х 2;б) выход второго компаратора 39;в) выход шестого формирователя 1850 импульсов 1г) выход пятого формирователя 17импульсов;д) первыи вход цифрового фазометра Х 1;55е) выход первого компаратора 37;ж) выход третьего формирователя 15импульсов;з) выход, четвертого формирователя 16 импульсов;и) первый выход генератора 1 тактовых импульсов;к) второй выход генератора 3 тактовых импульсов;л) выход третьего элемента ИЛИ 28;5м):третий вход цифрового фаэомет" ра ХЗ;н) выход (НЕ) одиннадцатого триггера 34;10о) выход второго элемента И 6;п) выход элемента И 9;р) первый выход третьего триггера 12;с) первый выход первого тригге ра 10;т) выход четвертого элемента И 8;у) выход первого элемента И 5;ф) выход первого элемента ИЛИ 19;х) выход шестого триггера 22; 20ц) выход седьмого триггера 23;ч) выход восьмого триггера 24. Формула и э о б р е т е н и я251. Цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, первый, второй счетчи ки, первый, второй, третий, четвер-. тый, цятый элементы И, первый, вто- З 0 рой, третий триггеры, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой фор" мирователи импульсов, первый эле- мент ИЛИ, причем входы первого и второго формирователей импульсов являются первым и вторым входами цифрового фазометра, выход второго формирователя импульсов соединен с входами пятого и шестого формирователей импуль сов, выходы которых подключены .соот ветственно к входам синхронизации третьего и первого триггеров, .первый выход первого триггера подключен к первому входу первого элемента И,вто" рой вход которого подключен к второ" 445 муфвыходу генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с первым выходом третьего триггера, выходы 5 первого и четвертого элементов И соединены соответственно с вторым и первым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации первого счетчика, вход уста новки которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, выход третьего элемента И соединен с входом синхронизации второго триггера,первый выход которого соединен с вто,рым входом пятого элемента И о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целЬю повышения быстродействия цифрового фазометра за счет устранения интервала усреднения начальногозначения сдвига фаз, в него введены четвертью, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый триггеры, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и шестой элемент И,выход шестого триггера соединен с первым входом шестого элемента И и информационным входом третьего триггера, выход шестого формирователя импульсов подключен к входу синхронизациишестого триггера и второму входу шестого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации седьмого триггера, у которого информационный вход и второй выход (НЕ) соединены, вход установки седьмого, триггера соединен с третьим выходом блока синхронизации, вход установки шестого триггера подключен к выходу девятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, а, вход установки подключен к четвертому выходу блока синхронизации, первый выход седьмого триггера подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ, входу синхронизации восьмого триггера и входу разрешения второго счетчика, выход восьмого триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ.и входом разрешения первого счетчика, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом установки восьмого триггера и входом установки третьего триггера, второй выход (НЕ) которого соединен с входом синхронизации десятого триггера, пятый выход блока сИнхронизации соединен с входами установки четвертого, пятого и десятого триггеров, первый выход блока синхронизации соединен с информационными. входами первого, пятого ишестого триггеров, второй вход блокасинхронизации соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и.входом синхронизации второго счетчика, выход третьего формирователя импульсов соеди- нен с входом синхронизации пятого триггера и с первыми входами третьего и второго, элементов И, выход второго элемента И соединен с вторым входомчетвертого элемента ИЛИ, выход пято"го элемента И соединен с вторым вхо14065 дом второго элемента ИЛИ, выход пятого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, второй вход второго элемента И соединен с информационным входом и выходом (НЕ) второ"5 го триггера, второй выход блока син, хронизации подключен к входу установ, ки второго счетчика, выход первогоформирователя импульсов подключен к,входам третьего и четвертого формиро, вателей импульсов, выход десятого , триггера соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй выход (НЕ) первого триггера соединен с 15 входом синхронизации четвертого триггера, выход, которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в"Рпервого триггера, выход четвер" 2 О того формирователя импульсов подключен к первому входу пятого элемента И, первый вход блока синхронизации является третьим входом цифрово,го фазометра, высокий потенциал под включен к информационным входам четвертого, восьмого, девятого, десятого триггеров, выходы первого и второФие, 8 Составитель С,СафрохинТехред Л.Сердюкова Корректор И.Муска Редактор Ю. Середа Заказ 3188/41 Тираж 2 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 а 6 в В .д в в Эп.п.л.д-г и о и . Р В а У У Ц 15 10го счетчиков являются соответственнопервым и вторым выходами цифрового фазометра, первый и второй выходы генератора тактовых импульсов соединенысоответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ,2. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что блок синхронизации состоит иэ распределителя импульсов и одиннадцатого триггера, причемвыход (НЕ) одиннадцатого триггера со"единен с вторым входом распределителя импульсов и является первым выходом блоке синхронизации, первый,втброй, третий, четвертый выходы распределителя импульсов являются вторым,третьим, четвертым, пятым выходамиблока синхронизации, пятый выход распределителя импульсов соединен с вхо-:дом установки "И" одиннадцатоготриггера, вход синхронизации которого является первым входом блока син"хронизации, высокий потенциал подключен к информационному входу одиннад"цатого триггера, а первый вход распределителя импульсов соединен с, вторым входом блока синхронизации.