Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А в 1 Д ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ юл. Р 12 нститут электронно В.Ф.Петров(57) Изобретение от Изобретение относится к измеритель технике и может быть использовапрц создапи быстродействующих ровых фазометров повьппенной точнос а также высокоточных преобразоваей фаза-код для управляющих цифровычислительных систем.Цель изобретения - увеличени она частот входных сигналов ранении точности измерения на фаз для заданнои разряд и сНа чертеже показана бло хе рового фазометра.Цифровой фазометр содержит генЕратор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхронизации, первый 3 и второй 4 счетчики, первый 5, второй б, третий 7, четертый 8 и пятый 9 элементы И, первый 10, второй 11 и третий 12 триггеры, первьп 13, второй 14, третий 15, четвертьп 16, пятьп 17 и шестой 18 формирователи импульсов, первый элетельноц технике и может быть использовано при создании быстродействующхцифровых фазометров повьппенной точности, а также высокоточных преобразователей фаза-код для управляющихцифровых вычислительных систем. Цельизобретения - увеличение диапазоначастот входных сигналов при сохранении точности измерения сдвига фаздля заданной разрядной сетки счетчиков. Поставленная цель достигаетсягведением в устройство по авт. св.В 1406515 третьего счетчика, постоянного запоминающего устройства, регистра и делителя частоты.ил. мент ИЛИ 19, четвертый 20, пятыц 21,шестой 22, седьмой 23, восьмой 24, де.вятьп 25 и десятый 26 триггеры, второй 27, третиц 28 и четвертый 29 элементы ИЛИ, элемент И 5 П 1-НЕ 30, шестойэлемент И 31, генератор 32 импульсов,седьмой формирователь 33 импульсов,одиннадцатьп триггер 34, распределитель 35 импульсов, первьп усилительограничитель 36, первый компаратор32, второй усилитель-ограничитель 38,второй компаратор 39, третий счетчик40, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 41, регистр 42 и делитель43 частоты, причем первый выход генератора .1 тактовых импульсов соединенс вторым входом четвертого элемента ЬДИ 8 и первым входом третьего элемента ИХБ 28, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И 5 и вторым выходом генератора 1тактовых импульсов, третий выход которого соединен с тактовым входом третьего счетчика 40, четвертый выход генератора 1 тактовых импульсов подключен к второму входу делителя 43 частоты, первый выход блока 2 синхро 5 низации подсоединен к информационным входам триггеров 10, 21 и 22, второй выход - к входу установки "0" счетчиков 4 и 40, третий выход - к входам установки "0" седьмого триггера 23 и первого счетчика 3, четвертьп выход - к входу установки "0" девятого триггера 25, пятьп выход - к входам установки "О" триггеров 20, 21 и 26, вход синхронизац одиннадцатого триггера 34 является входом блока 2 синхронизации и третьим входом 44 цифрового Фазометра, его инверсньп выход является первым выходом блока 2 синхронизации и соединен с вторым входом распределителя 35 импульсов, первый, второй, третий, четвертый выходы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым 25 выходами блока 2 синхронизации, пятьп выход распределителя 35 импульсов соединен с входом установки "0" одиннадцатого триггера 34, информационньп вход которого подключен к шине с уровнем "1", первый вход распределителя 35 импульсов соединен с выходом третьего элемента ИЛИ 28 и входом синхро - низации второго счетчика 4, выход первого элемента ИЛИ 19 соединен с входом синхронизации первого счетчика 3, вход разрешения которого подключен к прямому выходу восьмого триггера 24 и первому входу элемента ИЛИ-НЕ 30, вход разрешения второго счетчика 4 соединен с прямым выходом седьмого триггера 23, входом разрешения третьего счетчика 40, входом синхронизации восьмого триггера 24, вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 30, выходы первого 3 и второго 4 счетчиков являются соответственно первым 45 и вторым 46 выходами цифрового Фазометра, прямой выход первого триггера. 10 соединен с первым входом первого элемента И 5, выход которого .оединен с вторым входом первого элемента ИЛ 1 19, первый вход второго элемента И 6 соединен с выходом третьего формирователя 15, входом синхронизации пятого триггера55 21, первым входом третьего элемента И 7, информационньп вход второго триггера 11 соединен со своим инверсным выходом и вторым входом второго элемента И 6, выход которого соединен свторым входом четвертого элементаИЛИ 29, выход пятого триггера 21 соединен с вторым входом третьего элемента И 7, выход которого подключенк входу синхронизации второго триггера 11, прямой выход третьего триггера 12,подключен к первому входу четвертого элемента И 8, выход которогосоединен с первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход пятого элемента И 9 соединен с прямым выходомвторого триггера 11, выход четвертого формирователя 16 импульсов подключен 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 шестого элемента И 31 и входами синхронизации первого 10 и нестого 22 триггеров, выход второго элемента ИЛИ 27соединен с входом установки "0" первого триггера 10, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации четвертого триггера 20, прямойвыход шестого триггера 22 подключенк первому входу шестого элемента И 31и информационному вход третьеготриггера 12, выход установки "0" которого соединен с входом установки"0", восьмого триггера 24 и выходомчетвертого элемента ИЛИ 29, выход пятого формирователя 17 импульсов соединен с входом синхронизации третьеготриггера 12, инверсный выход которого связан с входом синхронизации десятого триггера 26, первьй усилительограничитель 36 соединен с входом первого компаратора 37, выход которогоподключен к входам третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульсов,выход второго усилителя-ограничителя38 соединен с входом второго компаратора 39, выход которого подключен квходам пятого 17 и шестого 18 формирователей импульсов, входы первого36 и второго 38 усилтеней-ограничителей являются входами первого 13 ивторого 14 Формирователей импульсови соответственно первым 47 и вторым48 входами цифрового фазометра, прямые выходы четвертого 20 и десятого26 триггеров соответственно подключены к первым входам второго 27четвертого 29 элементов,ИЛИ, прямойвыход девятого триггера 25 соединенс входом установки "О" шестого триг 5 1553918 бгера 22, фораноньп вход седьмо- выходах последего внрабатьпаетс: пого триггера 23 подключен к своему ин- следопател.ость импульсов, При .том- версному выходу, первьп и второй вы- тактовыеьпульсы с выхода третьего ходы седьмого формирователя 33 явля- элемента ИЛИ 28 поступают на первьйются соответственно первым и вторым вход распределителя 35 импульсов, яа5выходами генератора 1 тактовых импуль- выходах которого начинает врабатысов, первьп и второй выходы генератора вэться последовательность импульсов.32 импульсов являются соответственно Импульсом с первого выхода обнулятретьим и четвертым выходами генерается второй 4 и третий 40 счетчики, тора 1 тактовых импульсов, выход тре- а имульсом с второго выхода - седьтьего счетчика 40 соединен с первым мой триггер 23 и первьп счетчик 3. входом постоянного запоминающего уст- Импульс с третьего выхода обнуляет ройства 41, второй вход которого сое- девятый триггер 25, импульс с четвердинен с вторым входом регистра 42 и 15 того выхода - четвертый 20, пятый 21 является четвертым входом 49 ("Режимп) и десятьп 26 триггеры. Импульсы с цифрового Фазометра, выход постоянно- . пятого выхода распределителя 35 имго запоминающего устройства соединен пульсов на выходе одиналцатого тригс первым входом регистра 42, выход ко- гера 34 устанавливается уровень "1", торого соединен с первым входом дели срывающий работу распределителя 35 теля частоты 43, вход седьмого форми- импульсов и поступающий на информароватепя 33 импульсов является входом ционные входы пятого 21, первого 10 генератора 1 тактовых импульсов и сое- и шестого 22 триггеров,динеи с выходом делителя 43 частоты, Процесс измерения сдвига фаз провыход шестого элемента И 31 соединен 25 ходит в два этапа. На первом этапе в с входом синхронизации седьмого триг- зависимости от частоты входного снггера 23, выход элемента ИЛИ-НЕ 30 нала определяется частота заполнесоединен с входом синхронизации девя- ния интервалов разрешения счетчиков, того триггера 25, к нформационным На втором этапе происходит измерение . входам четвертого 20, восьмого 24, 30 фазового сдвига входного сигнала и педевятого 25, десятого 26 триггеров риода опорного сигнала. подключена шина с уровнем . Первый этап. После обнуления треЦифровой фазометр работает следую- тьего счетчика 40 на его вход разрещим образом. .шения поступает интервал с прямогоСинусоидальные или прямоугольные35выхода седьмого триггера 23 соответФнапряжения подаются на первый 47 и ствующий периоду опорного сигнала. На второй 48 входы цифрового фазометра, тактоньп вход третьего счетчика 40 .причем напряжение по вдоу 47 являет- поступает частота Г на выходекотося информационным сигналом. Входные рого вырабатывается, цифровой код, сосигналы, пройдя через первый 36 и 40 ответствукщий периоду опорного сигнавторой 38 усилители-ограничители, уси" ла. Этот код в качестве адреса постуливаются и симметрично ограничиваются пает нэ первый вход ПЗУ 41. По коман- по амплитуде. С помощью первого 37 и де "Режим" с четвертого входа 49 цифвторого 39 компараторов входные сиг- рового фаэометра по этому адресу выналы преобразуются в напряжение пря бирается коэффициент деления К и па моугольной формы с уровнямю, совмес- реписывается в регистр 42. С выхода тимьви с уровняи используемой серии регистра 42 коэффициент деления посту- микросхем. Пятьй 17 и вестой 18 фор- пает Аа первый вход делителя 43 часмирователи импульсов вырабатывают им- тоты, на второй вход которого посту-. пульсы, привязанные соответственно к 50 пает частота й, с генератора 32 имзаднему и переднему фронтам опорного пульсов. В делителе 43 частоты чассигнала. тота й делится на коэффициент К.Ь начальный период работы схемы Поделенная частота поступает на васою происходит запуск одиннадцатого триг- формирователя 33 в качестве опорно гера 34 импульсов с входа 44, Одкн- частоты.иадцатый триггер 34 вьрабатывает интер. Если частота входного сигналавал с уровнем "0", который снимает уменьшается, т.е. увеличивается пер- запрет с второго входа распределителя од входного сигала, частота 1 с35 импульсов, в результате чего на генератора 32 импульсов заполняатболее длинный интервал решения постум ., ч1пФющий на третий счетчик 40. На ПЗУ41 поступает адрес, по которому выбнрается коэффициент деления К сбльшим числовым значением. С делителя 43 частоты частота заполнения меньшая частоты заполнения до уменьшенияьчастоты входного сигнала, поступаетнЬ Формирователь 33, откуда попадаетнв счетчики 3 и 4. Таким образом,действие схемы коррекции, собраннойна третьем счетчике 40, ПЗУ 41,регистре 42, делителе 43 частоты,пдволяет менять частоту заполнения,поступающую на счетчики в соответст"вии с изменением частоты входного иопорного сигналов, удерживая относительную погрешность на постоянномуровне, Повышение точности предлагае"20истого цифрового фазометра по сравненцю с известным происходит за счетиопользования всех разрядов разряднойсетки,Далее следует основной этап 25э 1 ап измерения фазового сдвига входного сигнала относительно опорного.Третий 15 и четвертый 16 фориирователи импульсов вырабатывают импульсы,привязанные соответственно к переднему и заднему фронтам входного сигнала,Импульс с третьего формирователя 15иьпульсов поступает на первый входвторого элемента И 6, а импульс с четвртого формирователя 16 импульсов -нЩ первый вход пятого элемента И 9.35Первый импульс с выхода третьего формирователя 15 импульсов, поступающийна; вход синхронизации пятого триггера 21, устанавливает на его выходеЪуровень "1", который разрешает прохождение импульса с выхода третьегоФдриирователя 15 импульсов черезтретий элемент И 7 иа вход синхронизации второго триггера 11 и.устанавливает на прямом выходе второго триг"гера 11 уровень "1", который разрешает прохождени" импульса с выходачетвертого формирователя 16 импульсов через пятый элемент И 9 и второйэлемент ИЛИ 27 на вход установки "0"первого триггера 10 и срывает егоработу, Формируя конец интервала, поступающего на первый вход первого элеиента И 5. Второй импульс с выходатретьего формирователя 15, поступающий чеРез третий элемент И 7 на входсинхронизации второго триггера 11,устанавливает на инверсном выходе второго триггера 11 уровень "1", позволяющий импульсу с выхода третьего формирователя 15 импульсов проходить через второй элемент И 6, четвертый элемент ИЛИ 29 на вход установки "0" третьего триггера 12, запрещая его работу, Этий формируется конец интервала, поступающий 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 1 О триггерами, на инверсных выходах этих триггеров появляется положительный перепад, поступающий на входы синхронизации десятого 26 и четвертого 20 триггеров, который на выходах этих триггеров устанавливает уровень 1", который через четвертый 29 и вторОй 27 элементы ИЛИ запрещает дальнейшее переключение третьего 12 и первого 1 О триггеров до начала следующего этапа измерения фазы. С первого выхода генератора 1 тактовых импульсов на второй вход четвертого элемента И 8 поступает последовательность импульсов, которая заполняет. интервал, сформированный третьим триггером 1.2 и поступающий на первый вх д четвертого элемента ИЛИ 29. С второго выхода генератора 1 тактовых импульсов последовательность импульсов,- сдвинутая на полперйода относительно последовательности на первом выходе генератора 1 тактовых импульсов, поступает на второй вход первого элемента И 5 и заполняет интервал, сформированный триггером 10. Интервалы, за" полненные,импульсами, с выходов четвертого 8 и первого 5 элементов И поступают на первый и второй входы первого элемента ИЛИ 19, Так как импульсы, заполняющие интервалы, разнесены на полпериода, то область перекрытия интервалов отмечается удвоением частоты следования импульсовПоследовательность импульсов с выхода первого элемента ИЛИ 19 поступает на вход синхронизации первого счетчика 3, на выходе которого получается код, соответствующий произведению двойного сдвига фаз (2 Ч) между опорными входным сигналом на часТотный коэффициент (Ку), На втором счетчике 4 из"за того, что частота счетных импульсовв два раза вьппе, чем при счете фазы, формируется код, соответствующий произведению двойного периода (2 Р) опорного сигнала на частотный коэффициент (К). Полученные коды 2 К и 2 Р К,5 соответственно с первого и второго выходов цифрового фазометра поступают в устройство, которое вычисляет угол (Ч), соответствующий фазовому сдвигу 10 между опорным и входным сигналомц = --360.2 с К о2 РКТаким образом, из данной формулы видно, что с зависит только от у и Р и не зависит от частоты входного сигнала, так как коэффициент К,зависящий от частоты входного сигнала, сокращается. Следовательно, точность определения определяется только разрядной сеткой счетчика, а она постоян. на для всех частот входных сигналов. Формула изобретения 25Цифровой фазометр по авт, св. У 1406535, о т л и ч а ю щ и й с и 30тем, что, с целью увеличения диапазссна частот входных сигналов прп сохранении точности измерения сдвигафаз для заданной разрядной сетки счетчиков в него введены счетчик, постоянное запоминающее устройство, регистр,делитель частоты, причем выход седьмого триггера соединен с входом разрещения счетчика, второй выход блокасинхронизации соединен с входом сброса счетчика, тактовый вход которогоподключен к третьему входу генераторатактовых импульсов, четвертый выходгейератора тактовых импульсов соединен с вторым входом делителя частоты,выход счетчика соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен спервым входом регистра, второй входкоторого соединен с вторым входом постоянного запоминающего устройства иявляется четвертым входом цифровогофазометра, выход регистра соединен спервым входом делителя частоты, выходкоторого соединен с входом генераторатактовых импульсов,1553918 Составитель С.ХаинацкииРедактор, Л.Пчолинская Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Ревская ГКНТ СССР суда Ороиэвоцствечно-издательский комбинат "Патент",л, Гагарина, 101 гор ЗаказВНИИ 1 И Тираж 546венного комитета113035, Москва, Ж Подписноезобретениям и открытиям Раущская наб., д, 4/5