Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 20545 19 г гК 25 00 ОМУ СВИДЕ СТВ Н АВТ ределя ервым переп етчика 7, В неки ующегоен прим писанилока 5ил с иеал эации-лы,и авления. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(71) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола(57) Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаздвух сегментов в широком диапазонечастот. Цель изобретения - повышение точности измерения разности фаз. У ройство содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов (С), формирователи 3 и 4 опорного и измерительного С, блок 5 управления, реверсивнъй счетчик 6, суммирующие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата,групповые элементы И-ИЛИ 10 и 11. генератор 13 импульсов, двухвходовыеэлементы И 14 и 15. Введение импульсного вычитателя 12 и образование новых функциональных связей повышаетточность измерения, т.к. с ростомчастоты автоматически увеличиваетсячисло периодов в такте измерения, опИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаздвух сигналов в широком диапазоне5частот,Цель изобретения - повьпдение точности измерения разности фаз.На Фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг2 - схемаблока управления,Цифровой фазометр содержит вход 1опорного и вход 2 измеряемого сигналов, входные Формирователи опорного 3и измеряемого 4 сигналов, блок 5 управления, реверсивный счетчик 6, суммирующие счетчики 7 и 8, счетчик 9результата, групповые элементы И:ИЛИ10 и 11, импульсный вычитатель 12,генератор 13 импульсов и элементыИ 14 и 15.В цифровом фазометре входы опорного 1 и измеряемого 2 сигналов подключены соответственно к входным Фор.мирователям 3 и 4, выходы которых 25подключены соответственно к первому16 и второму 17 входам блока 5 управления, первый 18 и второй 19 выходыкоторого подключены соответственно ксуммирующему и вычитающему входам 30реверсивного счетчика 6, выход обнуленин которого подключен к третьемувходу 20 блока 5 управления, третий21 и четвертый 22 выходы которогоподключены соответственно к вторымвходам первого и второго элементов35И 14 и 15, к первым входам которыхподключен выход генератора 13 импульсов, выход второго элемента И 15 подключен к входу первого суммирующегосчетчика 7, выход переполнения которого подключен к четвертому входу 23блока 5 управления, к выходам разрядов первого суммирующего счетчика 7подключены первые входы групповогоэлемента И-ИЛИ 10, выход которого45подключен к входу 24 вычитания импульсного вычитателя 12, к второмувходу 25 которого подключен выходпервого элемента И 14, выход импульсного вычитателя 12 подключен к входу суммирующего счетчика 8, выходыразрядов которого подключены к вторымвходам первого первым входам второгогрупповых элементов И-ИЛИ 10 и 11,При этом вторые входы второго группо вого элемента И-ИЛИ 11 подключены кшине 26 установки коэффициента, а выход - к входу счетчика 9 результата,пятый выход 27 блок 5 управления подключен к входам сброса в ноль реверсивного счетчика 6 и суммирующихсчетчиков 7 и 8, шестой выход 28 блока 5 управления подключен к входусброса в ноль счетчика 9 результата,На фиг,2 представлен один из возможных вариантов реализации блока 5управления устройства,Блок 5 управления содержит первый29 и второй 30 КБ-триггеры, первый31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 Р-триггеры, инвертор 35, первый 36, второй 37 и третий 38 элементы И-НЕ и элемент И 39.В блоке 5 управления первый и второй входы 16 и 17 подключены соответственно к Б- и К-входам первогоКБ-триггера 29, выход которого подключен к первому входу элемента И 39,выход которого подключен к третьемувыходу 21 блока 5 управления, первыйвход. 16 блока 5 управления подключенк С-входам Р-триггеров 32-34 и инвертору 35, выход которого подключенк первым входам элементов И-НЕ 36 и37, выходы которых подключены соответственно к выходам 18 и 19 блока 5управления, прямой выход третьегоР-триггера ЗЗ подключен к второмувходу элемента И-НЕ 36 и второму входу элемента И 39, инверсный выходР-триггера 33 подключен к К-входуР-триггера 34, прямой выход которогоподключен к второму входу элементаИ-НЕ 37, четвертому выходу 22 блока5 управления и первому входу элемента И-НЕ 38, выход которого подключенк шестому выходу 28 блока 5 управления, четвертый вход 23 блока 5 управления подключен к входу КБ-триггера 30, прямой выход которого подключен к Р-входу третьего Р-триггера 33и второму входу элемента И-НЕ 38, наР-входы Р-триггеров 31 и 32 подаетсяуровень "1", прямой выход Р-триггера32 подключен к Р-входу Р-триггера34 и К-входу Р-триггера 31, С-входкоторого подключен к третьему входу20 блока 5 управления, инверсный выход Р-триггера 31 подключен к К-входам КБ-триггера 30, Р-триггеров 32и 33 и пятому выходу 27 блока 5 управления,Цифровой Фазометр работает следующим образом,В исходном состоянии реверсивныйсчетчик б и суммирующие счетчики 7 из 142058 обнулены, а в счетчике 9 результатанаходится результат предыдущего измерения. На выходах 21 и 22 блока 5управления находятся уровни "0", навыходах 27 и 28 блока 5 управленияБуровни "1".Устройство работает в два такта,В первом такте работы в момент появления на входе 16 блока 5 управления фронта опорного сигнала на выходе 22 блока 5 управления появляетсяуровень "1"Импульсы с генератора 13импульсов через элемент И 15 начинают поступать на вход суммирующегосчетчика 7, а импульсы с первого выхода 18 блока 5 управления, следующиес частотой опорного сигнала, начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 6.20При поступлении на вход первогосуммирующего счетчика 7 Н импульсов(И - коэффициент пересчета счетчиИков 7 и 8) последний переполняетсяи импульс с его выхода поступает на 25вход 29 блока 5 управления. На выходе28 блока 5 управления появляется уровень "О". Счетчик 9 результата, в котором находился, результат предыдущего измерения, обнуляется. Поступление импульсов на вход первого суммирующего счетчика 7 продолжается, Припоступлении на вход 16 блока 5 управления очередного фронта опорного сигнала прекращается поступление импуль-,35сов с выхода 18 блока 5 управления на1суммирующий вход реверсивного счетчика 6, на выходе 22 блока 5 управления появляется уровень "0", на выходе 28 - уровень 1 разрешающий работу счетчика 9 результата. Подсчетимпульсов суммирующим счетчиком 7прекращается. Начинается второй тактработы устройства.К концу первого такта в Реверсивном счетчике б находится число п,равное числу периодов опорного сигцала, прошедших на вход устройства,Длительность первого тактаТ, = пТ, (1)где Т- период опорного сигнала.За это время на вход суммирующегосчетчика 7 поступает М, импульсов:И, = пТГ (2)где Е, - частота повторения импульсовгенератора 13 импульсов,С началом второго такта работыустройства на третьем выходе 21 блока 5 управления начинают появляться 454положительные импульсы длительностью6, соответствующей временному сдвигумежду Фронтами сигналов на опорноми измерительном входах устройства,В течение этих импульсов длительностьюимпульсы с генератора 13импульсов через элемент И 14 поступают на вход 25 импульсного вычитателя 12. На выходе устройства Формируется результат измерения.Импульсы со второго выхода 19 блока 5 управления, следующие с частотойопорного сигнала, поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика б.При поступлении на реверсивныйсчетчик 6 п импульсов, на его выходеобнуления появляется импульс, поступающий на третий вхсд 20 блока 5 управления,На третьем выходе 21 блока 5 управления появляется уровень 0, прохождение имт:ульсов через элемент И 14,на вход 25 импульсного вычитателя 12 прекращается. Формирование результата измерения заканчивается,На выходе 27 блока 5 управленияпоявляется уровень "0", сбнуляющкйреверсивный счетчик 6 и суммирующиесчетчики 7 и 8 и подгставливающийустройство к следующему измерению,Длительность второго такта Т равна длительности первого такта:Т = Т= пТ, (3)За время пТ. второго такта работыустройства на вход 25 импульсноговычитателя 12 поступает М импульсов:И = пса (4)Число импульсов Ы на выходе импульсного вычитателя 12 можно определить из соотношения:э 12 1 ос (5)где И, - число импульсов на входе 24 иатульсного вычитателя 12.Суммирующие счетчики 7 и 8 групповой элемент И-ИЛИ 10 представляют со"бой двоичный умножитель, причем значение коэффициента умножения определяется числом, находящимся в сующрующем счетчике 7.Количество импульсов на выходедвоичного умножителя, а значит и навходе 24 импульсного вычитателя 12(6)где И - число, зафиксированное впервом суммирующем счетчике 7;(8) 5 14М " коэффициент пересчета счетчиков 7 и 8.Так как за время поступления на вход первого суммирующего счетчика 7 М, импульсов происходит одно его переполнение, то:М= М+ М, (7) М=М, - М,. Из уравнений (2)-(8)М 1 ММ = в в в -М = М - = М . (9)М + М г - .М - тСуммирующий счетчик 8 и групповой элемент И-ИЛИ 11 представляют собой второй двоичный умножитель, коэффициент умножения которого задается с помощью шины 26 установки коэффициента.Количество импульсов М на выходе второго двоичного умножителя, поступающих на вход счетчика 9 результата, может быть определено из соотношения: М = М Мд 4 М Зф(10) где М - код на шине 26 установки 4 коэФФициента. Из уравнений (9) и (10)(11) 4 М 111 Тф Т Результат измерения зависит от значения кода М и от значения от ношения в , которое определяет сдвиг фаз между сигналами на входах устройства и .не зависит от частоты исследуемого сигнала.При выборе кода М, равным, например, 360000 единица младшего разряда счетчика 9 результата соответствуето0,001 разности фаз сигналов на входе устройства,Блок 5 управления работает следующим образом.В исходном состоянии Р-триггеры 31-34 и КБ-триггер 30 находятся в нулевом состоянии.Первый КБ-триггер 29 переключаетсяпоступающими на входы 16 и 17 блока5 управления импульсами от входных формирователей 3 и 4, формируя такимобразом импульсы длительностьюсоответствующей временному сдвигумежду фронтами сигналов на входах устройства. Эти импульсы поступаютна первый вход элемента И 39. В момент поступления на вход 16 блока 51 20545 . 6управления первого Фронта сигналаР-триггер 32 переводится в единичноесостояние, На К-входе первого Р-триггера 31 и Р-входе Р-триггера 34 устанавливаются единичные уровни, В момент поступления на вход 16 блока 5управления следующего Фронта сигналаР-триггер 34 устанавливается в единичное состояние. На выходе 22 блока5 управления и на первом входе элемента И-НЕ 38 устанавливается уровень"1". Этим же уровнем разрешается прохождение через элемент И-НЕ 37 навыход 18 проинвертированных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5управления.При поступлении на вход 23 блока 5управления импульса с выхода переполнения суммирующего счетчика 7 КБтриггер 30 переходит в единичное состояние. Единичный уровень на второмвходе элемента И-НЕ 38 вызывает появление на его выходе и на выходе 28 25 блока 5 управления "0", обнуляющегосчетчик 9 результата, Единичный уровень появляется и на Р-входе Р-триггера 33.При поступлении на вход 16 блока5 управления фронта очередного импульса Р-триггер 33 переходит в единичное состояние. Уровень "0", появляющийся при этом на его инверсномвыходе, сбрасывает в ноль Р-триггер34, Элемент И-НЕ 37 закрывается, На 35выходе 22 блока 5 упРавления устанав- .ливается уровень "О", а на выходе28 - уровень "1", Уровень "1" с выхода Р-триггера 33 разрешает прохождение через элемент И 39 навыход 21блока 5 управления импульсов длительностью , формируемых КБ-триггером29, Этот же уровень разрешает прохождение через элемент И-НЕ 36 на выход19 блока 5 управления проинвертированных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5 управления,При поступлении на вход 20 блока5 управления сигнала обнуления с реверсивного счетчика 6 на инверсном 50выходе Р-триггера 31 устанавливается,уровень "0". Этот уровень появляетсяна выходе 27 блока 5 управления ииспользуется для сброса в ноль реверсивного б, суммирующих 7 и 8 счетчиков. Этим же уровнем сбрасываются вноль Р-триггеры 32 и 33 и КБ-триггер30. При этом на прямом выходе Р-триггера 32 появляется уровень "0", ко 7 14торый сбрасывает Р-триггер 31 в нулевое состояние и на выходе 27 блока 5управления появляется уровень "1",Цикл работы устройства заканчивается.Принцип, положенный в основу работы фазометра, предполагает не болееодного переполнения первого суммирующего счетчика 7, Следовательно, прип = 1 должно выполняться неравенство:2 И -1Т с - - -- ,"МоКсВ фазометре с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемоепервым переполнением счетчика 7, чтопозволяет обеспечивать повышение точности измерения.Формула изобретения1. Цифровой фазометр, содержащий первый, второй, третий и четвертый счетчики, первые и вторые групповые элементы И-ИЛИ, первый и второй формирователи, генератор импульсов, первый и второй элементы И и блок управления, при этом выход генератора импульсов соединен с первыми входамл первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с первыми входами первого группового элемента И-ИЛИ, вторые входы которого соединены с разрядными выходами третьего счетчика и первыми входами второго группового элемента И-ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен импульсный вычитатель, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй - с выходом первого группового элемента И-ИЛИ, а выход - с входом третьего счетчика, при этом первый счетчик выполнен реверсивным, а входы сложения и вычитания первого счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей, третий - с выходом первого счетчика, а четвертый - с вьмодом второго счетчика, третий и четвертый выходы блока уп 20545 5 10 15 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 разления соединены соответственно свторыми входами .первого и второгоэлементов И, пятый - с установочнымивходами первого, второго и третьегосчетчиков, а шестой - с установочным .входом четвертого счетчика, при этомвторые входы второго группового элемента И-ИЛИ соединены с шиной установки коэффициента.2, Цифровой фазометр по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления содержит первый и второйКБ-триггеры, первый, второй, третийи четвертый Р-триггеры, первый, второй и третий элементы И-НЕ, инвертори элемент И, причем первый и второйвходы блока управления соединены соответственно с Б- и К-входами первогоКЯ-триггера, выход которого соединенс первым входом элемента И, выход которого соединен с третьим выходомблока управления, первый вход блокауправления соединен с С-входами второго, третьего и четвертого Р-триггеров и с инвертором, выход которогосоединен с первыми входами первогои второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, прямой выход третьего Р-тригге ра соединен с вторыми входами элементов И и первого элемента И-НЕ, инверсный выход третьего Р-триггера соединен с К-входом четвертого Р-триггера, прямой выход которого соединенс вторым входом второго элемента И-НЕ,четвертым выходом блока управления и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен сшестым выходом блока управления, приэтом, четвертый вход блока управления соединен с Б-входом второго КЯтриггера, прямой выход которого соединен с Р-входом третьего Р-триггераи вторым входом третьего элементаИ-НЕ, Р-вход первого и второго Ртриггеров соединены с "1", прямойвыход второго Р-триггера соединенс Р-входом четвертого Р-триггера иК-входом первого Р в тригге, С-входкоторого соединен с третьим входомблока управления, а инверсный выходпервого Р-триггера соединен с Р-входами второго КБ-триггера, второго итретьего Р-триггеров и с пятым выхо-дом блока управления,.Патай Пчолинская т аказ 432 б/5 и аушская наб. роиз дственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород,Проектная,ВПИИПИ Го по дел 13035, Москрстве зобре Ж,2 Подписноеного комитета СССРений и открытий