Фазосдвигающее устройство

Союз СоветеиикСоциапистичвеиикРеспубпми ОПИСНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 957124Опубликовано 07. 09. 82 Бюллетень33Дата опубликования описания 09. 09.82 по делам пзобретеккй и открытий(71) Заявитель расноярский политехнический институ 4) ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО мет нт Известно такие устроиство, содер"жащее формирователь входного сигнала, и связанный с ним инвертор (формирователь входного сигнала с прямым и инверсным выходами) тактовые генераторы частоты Г и 2 Г, формирователь сдвинутого по фазе выходного сигнала и блок временной привязки, включающий в себя два реверсивных счетчика и четыре элемента совпадений, первые входы которых, соединенные попарно (у первого и ,третьего, второго и четвертого элементов совпадений), подключены к прямому и инверсному выходу формирователя входного сигнала, вторые входы первого и четвер 2 о того, второго и третьего элементовсовпадений, также соединенные попарно, подключены к выходам тактовых генераторов частоты Г и 2 Р, третьи входы второго и третьего элементов Изобретение относится к радио- измерительной технике и может быть использовано для построения квадратурных фазосдвигающих устройств, работающих в широком диапазоне амплитуд и частот входных сигналов.Известно устройство для формирования двух импульсных последовательностей с регулируемым фазовым сдвигом, содержащее последовательно вклю ченные счетный триггер, первый ис" точник зарядного тока, времязадающий конденсатор и пороговое устройство, связанное выходом со входом начальной установки с раздельными входами, соединенными с выходами счетного триггера, а выходом - со входом второго источника зарядного тока обратной полярности, подключенного выходом к времязадающему конденсатору 11,Недостаток этого устройства - ни я точность задания фазового сдвиг условленная нестабильностью пара 2спользуемых аналоговых эле 957124совпадений соединены с первыми потенциальными выходами фиксации нулевого состояния реверсивных счетчи.ков, соединенных вторыми импульсными выходами фиксации нулевого состояния с входами формирователя выходного сдвинутого по фазе сигнала,а входами суммирования и вычитания - с выходами первого и второго,третьего и четвертого элементовсовпадений 2 .Недостатком известного устройстваявляется низкая точность и помехоустойчивость сильная зависимостьзадаваемого фазового сдвига от уходов нулевой линии формирователявходного сигнала, вызывающих смещение моментов привязки относительноэкстремальных значений сигнала; устройство также чувствительно к широкополосным шумам, поскольку ложныеимпульсы на выходе формирователявходного сигнала, обусловленныешумами, воспринимаются и обрабатываются блоком временной привязкитакже, как и положительные и отрицательные полуволны чистого сигнала).Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости фазосдвигающего устройства.Эта цель достигается тем, что фазо сдвигающее устройство, содержащее формирователь входного сигнала, вход которого связан с входным зажимом устройства, два тактовых генератора, блок временной привязки, состоящий из двух реверсивных счетчиков и четырех элементов совпадений, первый и второй из которых первыми входами . подключены к прямому выходу формирователя входного сигнала, инверсный выход последнего соединен с первым входом третьего и четвертого элементов совпадения, вторые входы первого и четвертого элементов совпадений связаны с выходом первого тактового генератора, вторые входы второго и третьего элементов совпадений подключены к выходам второго тактового генератора, выходы первого и .третьего элементов совпадений подсоединены соответственно к первому и второму входам первого реверсивного счетчика, а выходы второго и четвертого элемен" тов совпадений связаны с первым и вторым входами соответственно второго реверсивного счетчика, первые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к третьим входам соответственно15 ъо 25 30 35 40 45 50 55 второго и третьего элементов совпадений, оно снабжено управляемым триггером, двумя счетными триггерами, четырьмя дополнительными элементами совпадений, двумя дополнительными блоками временной привязки, элементом ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и двумя дополнительными управляемыми триггерами, причем вторые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к первому и второму входам управляемого триггера, один выход которого связан с входом первого счетного триггера, а другой выход - с входом второго счетного триггера, подсоединенного прямым выходом к первому входу первого дополнительного элемента совпадений, а инверсный выход подключен к первому входу второго дополнительного элемента совчпадения, прямои выход первого счетного триггера подсоединен к первому входу третьего дополнительного элемента совпадения, инверсный выход первого счетного триггера связан с. первым входом четвертого дополнитель-. ного элемента совпадения, вторыевходы первого и второго, третьего и четвертого дополнительных элементовсовпадения попарно соединены и подключены соответственно к прямому иинверсному выходам формирователявходных сигналов, выходы первого ивторого дополнительных элементовсовпадений связаны соответственно спервым и вторым входами одного дополнительного блока временной привязки,выходы третьего и четвертого элементов совпадений соединены соответственно с первым и вторым входами другого дополнительного блока времен-,ной привязки, при этом третьи входыобоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключенык выходу второго тактового генератора, связанного с входом первого тактового генератора, четвертые входыобоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключенык выходу первого тактового генератора, первый и второй выходы одногодополнительного блока временной привязки подключены к одному и другомувходам первого дополнительного управляемого триггера, первый и второйвыходы другого дополнительного блока временной привязки связаны с первым и вторым входами другого допоя"нительного управляемого триггера,выходы одного и другого дополнительных управляемых триггеров подключенысоответственно к первому и вторбму.входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, связанного выходом с выходным зажимомустройства.На фиг. 1 приведена блок-схемафазосдвигающего устройства 1 нафиг. 2 и 3 - временные диаграммы.сигналов,фазосдвигающее устройство содержитформирователь 1 входного сигнала исвязанные между собой тактовые генераторы 2 и 3 соответственно частот2 Г и Е, соединенные с блоком М временной привязки, включающим в себячетыре элемента совпадений 5-8 и подключенные к их выходам реверсивныесчетчики 9 и 10, соединенные с управ"ляемым триггером 11, выходы которогосвязаны со счетными элементами совпадений 11-17, соединенными входами попарно с выходами формирователя 1, авыходами - с дополнительными блоками18-19 временной привязки, связаннымитакже по входам с тактовыми генераторами 2 и 3, а выходами - с дополнительными управляемыми триггерами20 и 21, соединенными с логическимэлементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22,Рассмотрим работу устройства безучета шумов при наличии уходов нулевой линии входного Формирователя.Соответствующие этому случаю временные диаграммы сигналов представленына фиг. 2. Входной гармоницеский сигнал с помощью формирователя 1 преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов, полярность кото рых, или соответствующий им логицес"кий уровень ("0" или "1") определяютрежим работы реверсивных счетчиков9 и 10. Во время действия положительной полуволны сигнала реверсивныйсчетчик 9 работает в режиме суммирования, а реверсивный счетчик 10вычитания, во время действия отрицательной полуволны сигнала их режимыработы изменяются на обратные. Приэтом на вход суммирования через элементы 5 и 8 совпадений поступаютсчетные импульсы с .тактового генератора 3, а на вход вычитания черезэлементы 6 и 7 совпадений - с тактового генератора. Моменты достижениявыходным кодом реверсивных счетчиков9 и 10 нулевого значения во времядействия положительной (для реверсивного счетчика 10) и отрицательной (для реверсивного счетчика 9) полуволн сигнала соответствуют приотсутствии ассиметрии серединамэтих полуволн, т.е. Фазовым сдвигамЯ/2 и 3/2. Моменты привязки фиксируются по уровню логического нуляна потенциальных выходах реверсивных счетчиков, которым они через элементы 6 и 7 совпадений поддерживаются в нулевом состоянии до прихода 16 следующей полуволны сигнала, а такжепоявлением на импульсных выходахкоротких импульсов привязки, которыми запускается управляемый триггер 11При наличии уходов нулевой линии, 1 з моменты привязки смещаются по фарена величину + 2 ьц,фиг. 2), определяющую погрешность задания Фазовогосдвига. Для ее исключения с помощьюсчетного триггера 12 и связанных с р ним дополнительных элементов 11 и 15совпадений, а также счетного триггера 13 и связанных с ним дополнительных элементов 16 и 17 совпадений выделяются соответственно положитель ные и отрицательные полуволны сигнала, которые управляют дополнительнымиблоками 18 и 19 временной привязки,На выходах дополнительных блоков 18,и 19 временной привязки формируютсяимпульсы, точно (с погрешностью дискретности) привязанные к серединамположительных и отрицательных полу"волн сигнала, которые с помощью дополнительных управляемых триггеров 20 и21 и логического элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ 35ИЛИ преобразуется в последовательностьпрямоугольных импульсов с частотойвходного сигнала, но сдвинутых относительно его на 90оТочность задания фазового сдвига 40в устройстве не зависит от точностиустановки частот тактовых генераторов 2 и 3 и их нестабильностей засчет введения жесткой связи междуупомянутыми генераторами, обеспеыи-45вающей постоянство соотношения ихчастот, которое и является определяющим с точки зрения точности Фиксации момента привязки, Практически вкачестве тактового генератора 3 частоты Г может быть использован триггер-делитель частоты на 2, подключенный к выходу тактового генератора 2 частоты 2 Г.Рассмотрим работу устройства сучетом широкополосных шумов, приводящих к формированию ложных импульсов (выбросов и пауз) на выходе формиро" вателя 1. Соответствующие этому слу 9571чаю временные диаграммы приведенына фиг. 3. Выбросы и паузы аддитивной смеси сигнала и шума на выходеформирователя 1 стандартизированныепо амплитуде, воспринимаются блоком4 также, как и положительные и отрицательные полуволны сигнала. Приэтом в области перехода через нульи нарастания сигнала, где выбросыи паузы соизмеримы по длительности, 10на выходе реверсивного счетчика 9формируются ложные импульсы привязки. Однако по мере увеличения мгновенных значений .сигнала время пребывания смеси сигнала и шума выше ну злевого уровня становится преобладающим и текущий код реверсивного счетчика 9 возрастает, достигая некоторого максимального значения в области,близкой к переходу сигнала через нуль 20с отрицательной производной, Далеепреобладающим становится время пребывания смеси сигнала и шума ниже нулевого уровня и выходной код уменьшается со скоростью, примерно в 2 2 зраза больше, чем при его нарастании, достигая нулевого значения вобласти отрицательной полуволны сигнала, Для второго реверсивного счетчика 10 ложные импульсы привязки Фор- З 0мируются в области перехода сигналачерез нуль с отрицательной производной, а истинный импульс привязкиФормируется в области положительнойполуволны сигнала. Из временных диа 35грамм фиг, 3 видно, что истинныеимпульсы привязки опережают по времени ложные импульсы и определяют таким образом состояние управляемоготриггера 11, в то время как ложные40импульсы только подтверждают эти состояния, не оказывая никаксго влиянияна работу устройства. В результатена выходе управляемого триггера 11,также как и для чистого сигнала,45будут иметь место: последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутых по Фазе на угол, близкий к 90Однако по мере уменьшения соотно-.шения сигнал-шум момент привязки засчет шумов смещается влево, что приводит к дополнительной амплитуднозависимой погрешности задания фазового сдвига. Эта погрешность существенно уменьшается путем дальнейшей обработки сигнала в дополнительных О блоках 18 и 19 временной привязки. В этих блоках формируются импульсы привязки к центрам тяжести положительных и отрицательных полуволн сигнала, искаженных шумами, временное положение которых практически соответствует фазовым сдвигам, равным/2 и 3 ь/2Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность и помехоустойчивость Фазосдвигающего устройства, расширить снизу его динамический и частотный диапазон. Практически точность задания фазового сдвига при достаточно больших соотношениях сигнал-шум определяется погрешностью, дискретности, а предельная помехоустойчивость устройства может достигать соотношений сигнал-шум порядка (1,5 2)Формула изобретенияФазосдвигающее устройство, содержащееформирователь входного сигнала, вход которого связан с входным зажимом устройства, два тактовых генера-, тора, блок временной привязки, состоящий из двух реверсивных счетчиков и четырех элементов совпадений, первый и второй из которых первыми входами подключены к прямому выходу формирователя входного сигнала, инверсный выход последнего подсоединен к первым входам третьего и четвертого элементов совпадений, вторые входы первого и четвертого элементов совпадений связаны с выходом первого тактового генератора, вторые входы второго и третьего элементов совпадений подключены к выходу второго тактового генератора, выходы первого и третьего элементов совпадений подсоединены соответственно к первому и второму входам первого реверсивного счетчика, а выходывторого и четвертого элементов совпадений связаны с первым и вторым входами соответственно второго реверсивного счетчика, первые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к третьим входам соответственно второго и третьего элементов совпадений, о т л и ч а ю щ в е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, оно снабжено управляемым триггером, двумя счетными триггерами, четырьмя дополнительными элементами совпадений, двумя дополнительными блоками временной привязки, элементом ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и двумя дополнительными управляемыми тоиг9571герами, причем вторые выходы обоих реверсивных счетчиков подключены к, первому и второму входам управляемого триггера, один выход которого связан с входом первого счетного триггера, а другой выход - с входом второго счетного триггера, подсоединенного прямым выходом к первому входу первого дополнительного элемента совпадений, а инверсный выход под ключен к первому входу второго дополнительного элемента совпадения, прямой выход первого счетного триггера подсоединен к первому входу третьего дополнительного элемента 1 з совпадения, инверсный выход первого счетного триггера связан с первым входом четвертого дополнительного элемента совпадения, вторые входы первого и второго, третьего и четвертого дополнительных элементов совпадений попарно соединены и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам формирователя входных сигналов, выходы первого д и второго дополнительных элементов. совпадений связаны соответственно с первым и вторым входами одного дополнительного блока временной привязки, выходы третьего и четвертого элементов совпадений соединены соответственно с первым и вторым 24 10входами другого дополнительного блока, временной привязки, при этом третьи входы обоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу тактового генератора, связанного с входом первого тактового генератора, четвертые входы обоих дополнительных блоков временной привязки объединены и подключены к выходу первого тактового генератора, первый и второй выходы одного дополнительного блока временной привязки подключены к одному и другому входам первого дополнительного управляемого триггера, первый и второй выходы другого дополнительного блока временной привязки связаны с первым и вторым входами другого дополнительного управляемого триггера, а выходы одного и другого дополнительных управляемых триггеров под" ключены соответственно к первому и второму входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, связанного выходом с выход" ным зажимом устройства.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 405172, кл. Н 03 К 5/153 19732. Авторское свидетельство СССР М 451019,. кл. С 01 К 2 У 04 1974 (прототип)ираж 717ного комитета СССРений и открытийРаушская наб.,писно 591133 Т Под ИПИ Государственпо делам изобрет035, Москва, Жд, 4/5 л ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Составитель О. Кибовскаяэктор Г. Волкова Техред И,Гергель КорректорЕ. Рошк