Формирователь ортогональных сигналов

(5 и 5 О 01 Я 25/04 ИЗОБ ЕТЕНИ САН ВТОРСКОМУ С ТЕЛ ЬСТВ 4ма формирователя на фиг. 2- диаграм ля.Формировател лов содержит источ выходные шины 2 зовращатель 6. фил шину 10 сигнала уп импульса, общую ш ь ортогональнь ник 1 входного и 3, смесители 4ьтры 7 и 8, гете равления, шину ину 12, шину 13 игнала, и 5,фародин 9, 1 строб- сточниГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение мв фазометрах с прмоноимпульсных сцией, а также в ка е устройства/Под ред.о и связь, 1984, с.42, рис. ожет быть использовано еобразованием частоты, хемах с фазовой пеленганалах приемных систем Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в фаэометрах с преобразованием частоты, моноимпульсных системах с фазовой пеленгацией, а также в каналах приемных систем при квадратурной обработке сигналов,Целью изобретения является повышение точности установки 900-ного фазового сдвига между сигналами на выходах формирователя.На фиг. 1 представлена структурная схеортогональных сигналов; мы работы формировате.Ы 2 1758581 А 1 при квадратурной обработке сигналов, Целью изобретения является повышение точности установки 900-ного фазового сдвига между сигналами на выходах формирователя, Формирователь ортогональных сигналов содержит источник входного сигнала, выходные шины, два смесителя, фазовращатель, два фильтра, гетеродин, шину сигнала управления, шину строб-импульса, общую шину, шину источника питания, генератор счетных импульсов, три компаратора, коммутатор, счетик, сумматор, регистр сдвига, цифроаналоговый преобразователь, два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, ключ, два источника опорных напряжений,ка питания, генератор 14 счетных импульсов, компараторы 15 и 16, коммутатор 17, счетчик 18, сумматор 19, регистр 20 сдвига, цифроаналоговый преобразователь 21, формирователи 22 и 23 коротких импульсов, элемент ИЛИ 24, компаратор 25, ключ 26, источники 27 и 28 опорного напряжения,Первые входы смесителей 4 и 5 объединены и подключены к источнику 1 входного сигнала, а вторые входы подключены соответственно к входу и выходу фазовращателя 6 на 90, вход которого соединен с выходом гетеродина 9, а выходы смесителей 4 и 5 соответственно через фильтры 7 и 8 подключены к выходным шинам 2 и 3,Выходы фильтров 7 и 8 соединены соответственно с первыми входами компараторов 16 и 15, вторые входы которых подключены к общей шине 12, а входы управления обьединены и соединены с шиной 11 строб-импульса и входами формирователей 22 и 23 коротких импульсов, а также седьмым входом коммутатора 17, первый вход которого подключен к основному, а второй - к инверсному выходам компаратора 16, третий и четвертый входы коммутатора подключены соответственно к основному и инверсному выходам компаратора 15, пятый вход коммутатора 17 соединен с выходом генератора 14 счетных импульсов, а шестой вход коммутатора 17 соединен с первым его выходом. Второй выход коммутатора 17 через счетчик 18, сумматор 19 и регистр 20 сдвига подключен к входу цифроаналогового преобразователя 21 и вторым входам сумматора 19, оыход цифроаналогового преобразователя 21 соединен с шиной 10 сигнала управления, которая подключена к входу управления фазовращателя б. Выход формирователя 22 коротких импульсов через элемент ИЛИ 24 подключен к входу сброса счетчика 18, а выход формирователя 23 коротких импульсов подключен к входу разрешения записи регистра сдвига 20,Шина 13 источника питания через ключ 26 и компаратор 25 подключена к второму входу элемента ИЛИ 24 и входу сброса регистра сдвига 20, другие входы компаратора 25 соединены соответственно с выходами источников 27 и 28 опорного напряжения.Формирователь ортогональных сигналов работает следу 1 ощим образом,Напряжение гетеродина 9 Ог 1= = Оосоз(2б т + р 1 ), где Оо - амплитуда сигнала гетеродина, гр 1 - начальная фаза сигнала гетеродина, 1 г - частота сигнала гетеродина, поступает непосредственно на вход смесителя 4. При этом через фазовращатель б на 90 на вход смесителя 5 поступает напряжение Ог 2.Ог 2 = Оо соз (2 ИХг т + ф + 90 ) =Ор СОЗ (2 Лтг т + г 2 ),1гдЕ гр 2 =гр 1 +90 О.Первые входы смесителей 4 и 5 обьединяют на время "калибровки" и на них подают напРЯжение Овх= 01 соз ( 2 л 1 о т + Р, ) с источника 1 входного сигнала, где 01 амплитуда входного сигнала, уэ - начальная фаза входного сигнала. С выхода смесителей снимают напряжения:Овых.см 1=Кпр 10 о 01 СОЗ2 Л ( то 1 г ) 1 + + фЗ ф 1 + Г/74 ) = Осм 1 СОЗ ( 2 Л тп р т ++ Ю Р+ гр) = Осму соз (2 л 1 пр т +Ю Р 2+ Р;.)Осм 2=Кпр 20 о 01, ГДЕ Кпр 2 - КОЭффИЦИЕНтпреобразования смесителя 2, фазовые сдвиги гр 4, гр 5 учитывают сдвиг фазы промежуточной частоты (Ьр) в смесителях 4 и 5.ПОСЛЕ фИЛЬтРОВ 7 И 8 СИГНалЫ Овых 1Овых 2 приобретут видОвых 1=0 см 1 Кф 1 соЗ (2 Лтпр + р 3 р 1 +20 +т 4+.р 7)Овых 2=0 см 2 Кф 2 СОЗ 2 Ктпр + язв25 - (Ю 1 +90)+Чъ - Юв).где фазовые сдвиги гр 7, грв учитывают сдвиг фазы промежуточной частоты о фильтрах 7 и 8; Кф 1 и Кф 2 - коэффициенты пере дач фильтров 7 и 8 соответственно.Разность фаз выходных сигналов на шинах 2 и 3 составит35Лгде д -- дополнительный сдвиг фаз,2обусловленный нелинейность о характеристики фаэовращателя б, а также еготемпературой, фазочастотной и т,д. нестабильностями,д у Р 4 Р 5(Р 7 + фв ) - дополнительный сдвиг фаэ, обусловленный неидентичностью каналов (смесителей и фильтров)фазовой системы, а также температурной,амплитудно-частотной, фазочастотной и т.д.нестабильностями системы. Очевидно, чтоЛчем меньше величина д - + д гр, тем меньше будет отличаться сдвиг фаз на выходеформирователя оротогональных сигналовна 90 О.Для поддержания между сигналами навыходных шинах 2 и 3 сдвига фаз 90 в55 устройстве используется преобразовательразности фаэ в напряжение, работающийследующим образом.Перед началом работы элементы формирователя, имеющие память, устанавлива5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ются в исходное состояние посредством подачи на входы сброса счетчика 18 и регистра 20 сдвига импульса сброса с двух- порогового компаратора 25. При этом в регистр 20 и счетчик 18 записывается постоянное число, пропорциональное сдвигу фаз в 90", Импульс сброса формируется при включении ключа 26, Включение клк- ча 26 приводит к нарастанию на входе компаратора 25 напряжения Ое, снимаемого с шины 13 питания, которое сравнивается с напрякениями 03 и О 2 источникОВ 27 и 28 опорных напряжений. При выполнении условия 01ОеО 2 на Выходе компаратора 25 формируется импульс сброса, который на шину сброса счетчика 18 поступает через элемент ИЛИ 24, а на шину сброса регистра 20 сдвиганепосредственно.Далее на шину 11 строб-импульса подают строб-импульсы (фиг. 2 ж), длительность которых определяется длительностью цикла усреднения значения вычисляемой ошибки разности фаз между сигналами на шинах 2 и 3, Строб-импульсы поступают на входы управления компараторов 15 и 16 и открывают их основание и инверсные логические выходы. При этом на основных выходах компараторов 15 и 16 формируются положительные импульсы (фиг. 2 а, б), соответствующие сдвигам фаз между сигналами (шина 2 и 3) при переходе их через ноль в положительном направлении, а на инверсных выходах - положительные импульсы при переходе сигналов через ноль в отрицательном направлении (фиг, 2 в, г), так как вторые выходы компараторов 15 и 16 обьединены и подключены к общей шине 12. Положительные импульсы с основных и инверсных выходов компараторов 15 и 16 поступают на второй, третий, четвертый и пятый входы коммутатора 17, на первый вход которого поступают строб-импульсы, а на шестой вход - счетные импульсы с выхода генератора 14 счетных импульсов (фиг.2,е). Следует отлетить, что в качестве кол 1 мутатора 17 может быть применена, например, микросхема типа 1331 Р 1, при подключении одного из. ее выходов к ее седьмому входу, При этом на первом выходе коммутатора 17 (фиг. 2 д), - входе счетчика 18 формируются пачки счетных импульсов в течение времени длительности строб-импульса. Коммутатор 17 совместно с компараторами 15 и 16, генератором 14 и счетчиком 18 представляют собой двухполупериодную схему преобразователя разности фаз в цифровой код (фиг. 2,з). Для выполнения выше функции микросхемой 133 ЛР 1 необходимо ее выводы (4 и 2, 5 и 3, 9 и 10, 13) подключить соответственно к инверсному и основному выходал 1 компар- тора 15, инверсному и основному выходам кол 1 паратора 16, входу управления компараторов 15 и 16, выходу генера гора 14 счетных импульсов, а выводы 6 и 1 соедл лить между собой.Таким образом, при поступле гии первого строб-импульса на входс счегчика буда; сформировано И пачек счетных импульсов, каждая из которых будет соответствоват разности фаз между сигналами на шинахи 3. Так как между сигналами на ьыходах устройства (шины 2 и 3) должен быть уст;- новлен постоянный сдвиг фаз, напримг-:,о-=90 то пачки счетных импуль сов дол.-ны соответствовать числу 90".Очевидно, из-за система 1 ических погрешностей каналов фазовой системы,уприводящих к ошибке р =д - ,-+д р в установке фазы на выходах устройства, пачки импульсов будут отличаться по длительности в большую либо меньшую сторону от истинной величины соответствующей разности фаз в 90 О. Для записи в счетчик 18 за время усреднения - время длительности одного строб-импульса - 1 нформации об ошибке установки необх, имаго фазового сдвига, пропорциональ ойЛвеличине д - + д р, в счетчик 18 п. здгарительно записывается .исло, пропорциональное величине сдвига фаз В 90 (исходное состояние счетчика 18) из которого вычитается количество импульсов всех пачек, сформированных на вычитающем Входе реверсивного счетчика:8 за время усреднения, Таким образом, через время длительности строб-импульса на выходе счетчика 18 будет записан цифровой код, отображающий усредненную величину ошибки необходимого сдвига фаз, т.е, код, соответствующий величинеЛд - +др, Следует отметить, что перед началом записи информации в счетчик 18 он устанавливается в исходное состояние посредством подачи на его вход сброса с выхода формирователя 22 коротких импульсов, через элемент 24 ИЛИ короткого импульса, соответствующего переднему фронту строб-импульса. После окончания первого строб-импульса, соответствующего Времени усреднения, информация с Выходов счетчика 18 переписывается через сумматор 19 в регистр 20 сдвига посредством подачи на вход записи регистра 20 сдвига короткого импульса с формирователя 23 коротких импульсов, сформирозанного на вы10 15 ходе вырабатываемого по заднему фронту входного импульса,Следует отметить, что схема приведенного соединения сумматора 19 и регистра 20 сдвига представляет собой сумматор с накоплением и может быть реализована с применением сумматора чисел с разныли знаками и регистров сдвига типа 155 ИР 13.Суммирование чисел с разными знаками сумматорпгл с накоплением вызвано ошибкой установки фазового сдвига (+ Лд на выходах устройс."л (шины 2 и 3), которая может иметь тот или иной знак относительно 90 О, например 90 ч. Л р = 10" . При этом на выходе счетчика 1 будет формироваться число, пропорциональное ошибке установки фазового сдвига + Лр за время усреднения, определяемое длительностью первого строб-импульса. Цифровое число, переписанное в регистр 20 сдвига, после воздействия первого строб-импульса преобразуется цифроаналоговыл преобразователем 21 в аналоговое напряжение управления Оупр=Оаыхцап 21. Напряжение управления правильного знака, соответствующее ошибке установки фазового сдвига + Лр, воздействует через шину 10 на вход управления фаэовращателя 6 и устанавливает его в положение, обеспечивающее на выходе устройства (шина 2 и 3) заданный фазовый сдвиг 90". Очевидно, что из-за нелинейности фазовой характеристики фазовращателя р аыхфа.в= 1(Оупр), а также из-за ее изменения при воздействии, например, температуры, полной компенсации ошибки фазового сдвига + Луза один интервал строб-импульса усреднения добиться невозможно. Для устранения остатка ошибки установки фазового сдвига (ЛЛр (Д р) на шину 11 подают второй строб-импульс, определяющий второй интервал усреднения. При этом на выходе формирователя 22 формируется короткий импульс, которым . счетчик 18 устанавливается в исходное состояние. Следует отметить, что информация на выходе регистра 20 сдвига остается неизменной. По окончании второго строб-импульса на выходе счетчика 18 будет сформировано цифровое число, соответствующее величине остатка ошибки фазового сдвига ЛЛр, которое с правильным знаком просуммируется с предыдущим значением, записанным в регистре 20 сдвига, после воздействия на его вход записи короткого импульса с выхода формирователя 23. 20 25 30 35 40 45 50 55 При этом на соответствующую величину изменится и напряжение управления на выходе ЦАП 21, а фазовый сдвиг на выходе устройства (шины 2 и 3) приблизится к истинному значению 90. Остаточная ошибка (ЛЛЛр) после воздействия второго импульса усреднения будет ЛЛЛрЛЛр( Лр, Очевидно, что полное устранение ошибки установки фазового сдвига ЛЛу 7, определяемой систематическими погрешностями фазовой системы с преобразованием часто 1 ы, произойдет после воздействия нескольких строб-импульсов усреднения. Следует отметить, что многоразовое последовательное усреднение уменьшающейся ошибки установки заданного сдвига фаэ позволяет устранить ошибки;а) определяемые нелинейностью и нестабильнос", ью фризовой характеристики управления электронного фазовращателя,б) грубые ошибки измерения, которые могут возникнуть при непредвиденных обстоятельствах во вреля того или иного интервала усреднения,в) ошибку, определяемую уходом частоты генератора 14 счетных импульсов, что снижает требования к высокой стабилизации его частоты и соответственно его сложности, габаритал, стоимости и надежности,г) ошибку дискретности, определяемую периодом следования счетных импульсов,д) случайную ошибку измерения, так как увеличивается время усреднения при сравнительно небольшой емкости счетчика 18 и сумматора с накоплением (с,мматор 19 и регистр 20 сдвига), что обеспечивает устройству калибровки фазового сдвига приемлемые габариты.Предлагаемое техническое решение позволяет автоматически за короткое время подучить высокую точность установки фазового сдвига на выходе фазовой системы с преобразованием частоты эа счет многоразового повторения процесса усреднения уменьшающейся от интервала к интервалу усреднения фазовой ошибки. Полу сение высокой точности установки фазовоо сдвига на выходе фазовой системы с преобразованием частоты позволяет использовать ее а точных фазометрах для устранения систематических фазовых погрешностей измерения, в моноимпульсних системах с фазовой пеленгацией, для получения точных пеленгационных характеристик с центральной симметрией, в каналах приемных системпри точной квадратурной обработке сигналов, для устранения неоднозначности и т.д,Формула изобретенияФормирователь ортогональных сигналов, содержащий два смесителя, первые входы которых обьединены и подключены к источнику входного сигнала, а вторые входы соединены соответственно со входом и выходом фазовращателя на 90 О, вход которого соединен с выходом гетеродина, а выходы смесителей соответственно через первый и второй фильтры подключены к выходным шинам, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности установки 90- ного фазового сдвига, в него введены генератор счетных импульсов, три компаратора, коммутатор, два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, сумматор, регистр, цифроаналоговый преобразователь, два источника опорных напряжений и ключ, при этом выходы первого и второго фильтров соединены соответственно с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, а прямые и инверсные выходы соединены с соответствующими входами коммутатора, пятый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов.шестой вход - с первым выходом коммута тора, а седьмой - с шиной строб-импульсов,входами управления первого и второго компараторов и входами первого и второго формирователей коротких импульсов, выход первого из которых соединен через элемент 10 ИЛИ с первым входом счетчика, второй входкоторого соединен со вторым выходом коммутатора. а выход соединен через последовательно соединенные сумматор, регистр и цифроаналоговый преобразователь с управ ляющим входом фазовращателя, выходы регистра соединены со вторыми входами сумматора, вход разрешения записи регистра соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а вход сброса - со 20 вторым входом элемента ИЛИ и выходомтретьего компаратора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорных напряжений. а вход управления 25 третьего компаратора через ключ соединенс шиной источника питания,( Г Ы.ЫШШЫШШИШШ Ш тавитель М,Каганоед М.Моогентал едактор Т.Орловская Техр Корректор З.Салко Заказ 2998 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, МосПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Юп 10 йпБ/ ГОАР У/л 4 китаюдю Подписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРЖ, Раушская наб 4/5