Цифровой фазометр

,ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленинаи ордена Октябрьской Революцииавиационный институт им, СергоОрджоникидзе(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 499539, кл. б 01 1( 25/08, 1974,2. Авторское свидетельство СССРР 464857, кл, б 01 К 25/08, 1973,(54)(57) 1, ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР,содержащий фаэовращатель, реверсив,ный счетчик, блок отсчета результатов измеренйй и фазочувствительныйблок, причем выход фазовращателя сое-динен с первым входом фаэочувствительного блока, первый выход которо-го соединен с входом сложения, а второй - с входом вычитания реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я,тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых сигна"лов, повышения точности и сокращениявремени измерения, в него введен ум"ножитель частоты, а фазовращательвыполнен. дискретным, фазочувствительный блок состоит иэ измерительногои опорного параметрических генераторов, модулятора, делителя частоты идвух фазовых раэличителей, причемвходная клемма измеряемого, сигналасоединена со вторым входом фазочувствительного блока, при этом второйвход соединен с сигнальным входомизмерительного параметрического гене"ратора, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и втоРого фазовых различителей, вторыевходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходамиопорного параметрического генератора,а их выходы соединены с первой и второй выходными клеммами фазбчувствительного блока, первый вход которого соединен непосредственно с входо накачки опорного параметрического генератора и через модулятор с вхо" дом накачки измерительного параметрического генератора, третий вход фаэочувствительного блока соединен через делитель частоты с входом управления модулятора, причем выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами управления дискретного фазовращателя, а вход дискретного фаэовращателя и третий вход фазочувствительного блока соединены через умножитель частоты со входной клеммой опорного сигнала, при этом первый и второй входы блока отсчета результатов измерения соединены соответствен но с первым и вторым выходами фаэоувствительного блока. Й.Фазометр по п. 1, о т л,и ч а ю ,щ и й с я тем, что,блок отсчета результатов измерений содержит блок управления и 1 разрядных ячеек, каж" дая из которых включает первый и вто рой четырехраэрядные полные сумматоры, регистр памяти, дешифратор, инди катор и инвертор, при этом разрядные выходы первого сумматора начиная с младшего разряда соединены с соответствующими первыми разрядными входами второго сумматора, вторые разрядные входы первого и третьего разрядов и вход переноса которого соединены между собой и соединены с об щей шиной, а вторые разрядные входы второго и четвертого разрядов соединены между собой и соединены через инвертор с выходом переноса первого сумматора, разрядные выходы второго суМматора соединены с соответствую" щими разрядными входами регистра па. мяти, каждый разрядный выход которого, начиная с младшего раэряда, соединен с соответствующими соединенны1061062 ми вместе первым разрядным входом,первого сумматора и разрядным входомдешифратора, выходы которого соединены с соответствующими выводами индикатора, причем вход переноса первогосумматора первой разрядной ячейки соеДинен с общей шиной, а в каждой последующей разрядной ячейке ан соединен с выходом переноса первого сум"матора предыдущей разрядной ячейки,вторые разрядные входы первых сумматоров всех разрядных ячеек соединеИзобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и мажетбыть использована для измерения разности Фаз двух радиосигналов в различных радиоэлектронных устройствах,Известен фазометр, используемыйдля контроля и измерения фазовогосднига двух радиосигналов в радиоэлектронной аппаратуре и содержащийчувствительный элемент, счетчики,дискретный фаэовращатель, делитель,частоты, блок коммутации, преобразователь, блок включения блок анализаи индикатор И .Недостатком его является узкийдинамический диапазон измеряемых сигналов, малая чунствительность и точность вследствие испольэанания в чувствительном элемента усилителей иограничителей,Наиболее близким к предложенчомупо технической сущности является Фаэометр состоящий из фазочувствительного блока и подключенных к нему пос.ледовательно соединенных фазовращате.ля, циФроаналогового преобразователяи реверсивного счетчика, состояние. которого пропорциональное измеренному фазовому сдвигу, отображается вцифровой Форме, Фазочувствительныйблок содержит фазовый детектор, кодному входу которого подключен усилитель измеряемого сигнала, а к дру, гому - компенсирующий Фазовращательи нуль-орган, к одному входу которого подключен выход фазового детевтора, а к другоМу " генератор тактсвыхимпульсов 2,Недостатком этого устройства является узкий динамический диапазонизмеряемых сигналов, низкая точность щи большое время измерения.Узкий динамический диапазон обусловлен применением усилителя н цепиизмеряемого сигнала в Фазочувстнигель.ном блоке, Наличие укаэанного усилителя, имеющего конечную стабильна:тьамплитудно-частотной и фазочастотнай ны каждый со сноим выходом установкиконстант блока управления, первый ивторой входы которого являются соответственно первым и втарьж входамиблока отсчета результатов измерений,при этом счетные входы регистровпамяти всех разрядных ячеек соединены с информационным выходом блокауправления, а с ега выходом установки нуля соединены объединенные входыустановки нуля регистров памяти всехразрядных ячеек,характеристики во времени и при дййствии дестабилизирующих Факторов, а также наличие цифроаналогового преобразователя в цепи управления фазовращателя обуславливает низкую точность устройства.Для изменения амплитуды измеряемых сигналов з ряде случаев требуется использовать дополнительные аттенюаторы или усилители, на подключение которых требуется дополнительное вре" мя Кроме того, результаты измерения в известном устройстве отображаются в цифровой форме лишь в виде числа пропорционального измеренному значению Фазового сдвига и поэтому требуется дополнительное время на вычисление фазового сдвига в градусной мере.Цель изобретения - расширение дина мическога диапазона измеряемых сигналов, повышение точности и сокращение времени измерения.Поставленная цель достигается тем, что н цифраной фазометр, содержащий Фазовращатель, ренерсивный счетчик, блок отсчета результатов измерений и фаэачунствительный блок, причем выход фаэавращателя соединен с первым входом фазочувствительного блока, первый выход которого соединен с входом сложения, а второй - с входом вычитания реверсивного счетчика, введен умножитель частоты, а Фазовращатель выпал" нен дискретным, фаэочунствительный блок состоит иэ измерительного и опор. ного параметрических генераторов, модулятора, делителя частоты и двух Фазовых различителей, причем входная клемма измеряемого сигнала соединена со вторым входом фазачувствительного блока, при этом второй вход соединен с сигнальным нходом измерительного параметрического генератора, прямой выход которого соединен с перными входами первого и второго Фазовых раэ личителей, вторые входы которых соединены соответстненна с прямым и ин" версным выходами опорного параметри"1061062 ческого генератора, а их выходы соедииены с первой и второй выходнымиклеммами фазочувствительного блока,первый вход которогб соединен непо-.средственно с входом накачки опорного параметрического генератора и че. - 5рез модулятор с входом накачки измерительного параметрического генератора, третий вход фазочувствительногоблока соединен через делитель частоты с входом управления модулятора, 10причем выходы реверсивного счетчикасоединены с соответствующими входамиуправления дискретного фазовращателя, а вход дискретного фаэовращателяи третий вход фазочувствительного 15блока соединены через умножитель частоты со входной клеммой опорного сигнала, при этом первый и второй входыблока отсчета результатов измерениясоединены соответственно с первым ивторым выходами фаэочувствительногоблока,Блок отсчета результатов измерениясодержит блок управления и й разрядных ячеек, каждая иэ которых включает первый и второй четырехраэрядныеполные сумматоры, регистр памяти,дешифратор, индикатор и инвертор, приэтом разрядные выходы первого сумматора начиная с младшего разрядасоединены с соответствующими первымиразрядными входами второго сумматора, вторые разрядные входы первогои третьего разрядов и вход переносакоторого соединены между собой и сое-,динены с общей шиной, а вторые раэ- З 5Рядные входы второго и четвертогоразрядов соединены между собой и соединены через инвертор с выходом пере.ноаа первого сумматора, разрядныевыходы второго сумматора соединены 40с соответствующими разрядными входами регистра памяти, каждый разрядныйвыход которого начиная с младшегоразряда соединен с соответствующимисоединенными вместе первым разрядным 45входом первого сумматора и разряднымвходом дешифратора, выходы которогосоединены с соответствующими выводами индикатора, причем вход переносапервого сумматора первой разряднойячейки соединен с общей шиной, а вкаждой последующей разрядной ячейкеон соединен с выходом переноса перво"го сумматора предыдущей разряднойячейкиу Вторые разрядные Входы первых 55сумматоров всех разрядных ячеек соединены каждый со своим выходом установкц констант блока управления, первый и второй входы которого являютсясоответственно первым и вторым входами, блока отсчета результатов измере Оний, при этом счетные входы регистровпамяти всех разрядных ячеек соединены с информационным выходом блокауправления, а с его выходом уставов"ки нуля соединены объединенные вхо 4ды установки нуля регистров памяти всех разрядных ячеек.На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - пример выполнения фазовых различителей; на фиг. 3 и 4 - приме" ры выполнения отсчетного блока,устройство содержит измерительный параметрический генератор 1, умножитель 2 частоты, дискретный фаэовращатель 3, модулятор 4, делитель 5 частоты, опорный параметрический генератор 6, фазовые раэличители 7 и 8, реверсивный счетчик 9, блок 10 отсчета результатов измерений,. входную клемму 11 измеряемого сигнала, входную клемму 12 опорного сигнала, элемент 13 ИЛИ-НЕ, элемент 14 И-НЕ, элемент 15 выделения заднего фронта, триггер 16 установки нуля, кноцку 17 установки нуля, триггер 18 эле-, мент 19 И-НЕ, шину 20 логической единицы, шину 21 логического нуля, сумматор 22 аналоговых сигналов, усилитель 23, амплитудный детектор 24 формирователь 25 логических уровней, блок 26 управления, разрядные ячейки 27.1-27.8, четырехраэрядные полные сумматоры 28 и 29, регистр 30 памяти, дешифратор 31, индикаторы 32 инверторы 33, триггер 34 знака.Сигнальный вход измерительного параметрического генератора 1 (ИПГ) подключен к входной клемме 11 измеряе мого сигнала Ов, вход умножителя 2 подключен к входной клемме 12 опорного сигнала 0 р, а выход через последовательно соединенные фазовращатель 3 и модулятор 4 соединен с вхо-дом накачки ИПГ 1. Делитель частоты 5 включен между выходом умножителя частоты 2 и входом управления модулятора 4, вход накачки опорного параметрического генератора 6 соединен с выходом фаэовращателя 3,прямой и инверсный выходы соединены с .одними входами фазовых различителей 7 и 8 соответственно, к объединенным другим входам которых подключен прямой выход ИПГ 1. Выход фазового различителя 7 подключен к объединенным входу сложения реверсивного счетчика 9 и первому входу блока 10 отсчета, а выход фазового различителя 8 подключен к объединенным входу вычитания реверсивного счетчика 9 и второму входу блока 10. Каждый выход. реверсивного счетчика 9 начиная с младшего разряда подключен к соответствующему входу управления Фазовращателя 3 начиная с младшего разряда. Фазовый сдвиг, даваемый каждой разрядной ячейкой фаэовращателя, определяется из формулыЦ 360 /24где- номер разряда.Измерительный параметрический генератор 1 построен, например, по балансной схеме и для обеспечения вы.1061062 Таблица 1. Вы хо бл 26 сокой чувствительности и точности фазометра тщательно отсимметрирован,для чего в его схеме могут быть предусмотрены соответствующие элементырегулировки.Опорный параметрический генератор(ОПГ) 6 построен так же, напримерпо балансной схеме, но его схема специально рассимметрирована (напримерв балансной схеме выбраны неодинаковые одноименные реактивные элементыконтура) для обеспечения надежногопреобладания одного из устойчивыхсостояний колебаний субгармоники,Частота напряжения накачки 1 н навыходе Фазовращателя 3 и частота модуляции напряжения накачки ИПГ 1связаны соотношениемк ) (10-100)1 цКоэффициент умножения умножителя 2выбирается равным коэффициенту деле 2ния частоты в параметрических генеоаторах 1 и 6, Например, при отношениичастоты накачки к частоте субгармоники в контурах ИПГ и ОПГ равномвФазометре необходимо использоватьудвоитель частоты,Разрядные выходы сумматора 28 блока 10 отсчета подключены к соответствующим первым разрядным входам сумматора 29, в котором вторые разрядныевходы первого и третьего разрядов ивход переноса объединены и соединеныс общей шиной, а вторые разрядные вхофды второго и четвертого разрядовобъединены и подключены через инвертор 33 к выходу переноса сумматора. 28Разрядные выходы сумматора 29 соединены с соответствующими разряднымивходами регистра 30 памяти, каждыйРазрядный выход которого соединен ссоответствующими объединенными первым 40Разрядным входом сумматора 28 и разрядным входом дешифратора 31, Выходыдешифраторв 31 подключены к соответствующим выводам семисегментного индикатора 32, Вход переноса сумматора 28 первой разрядной ячейки 271подключен к общей шине, а в каждой последующей разрядной ячейке соединен с выходом переноса сумматора 28 пРедыдущей разрядной ячейки, Счетные входы регистров памяти 30 всех разрядных ячеек объединены и подключены к информационному выходу блока 26 управления, к выходу установки нуля которого подключены объединенные вхо ды установки нуля регистров 30 памяти всех разрядных ячеек. ВходыЯ иК, триггера 34 знака блока 26 управления являются соответственно первым и вторым входами блока 10 отсчета результатов измерений. С входами Б и )( триггера 34 знака соединены входы элемента ИЛИ-НЕ 13, выход которого подключен непосредственно к первому входу элемента И-НЕ 14 и через элемент 15 выделения заднего фронта к информационному выходу блока 26 управнения, К 5 - и к - входам триггера 16 установки нуля подключена кноп-, ка 17 установки нуля, а его прямой выход соединен с выходом установки нуля блока 26 управления, вторым входом элемента И-НЕ 14 и 5 -входом триггера 18, Ц -вход которого соединен с выходом элемента 14. Прямой выход триггера 18 подключен к первому входу элемента И-НЕ 19, к второму входу которого подключен инверсный выход триггера 34 знака.В блоке управления его выходами установки констант являются: первым выходом - выход элемента И-НЕ 19, вторым выходом - прямой выход триггера 34 знака, третьим выходом - инверсный выход триггера 34 знака, четвертым выходом - шина логической еди,ницы 20, подключенная к своему источнику постоянного напряжения, пятым выходом - шина логического нуля 21, подключенная к общей шине.Соединение выходов блока 26 управления с вторыми разрядными входами сумматоров 28 разрядных ячеек 27.1- 27.8 производится в соответствии "с табл. 1 (соединения отмечены знаком 1,Ф В)1061062 1011 1000 1100 0110, 1010 0111 0110 0110 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1011 1101 1001 1111 1011 1110 1011 1001 1011 1101 1001 1111 1011 1110 1111 1111 Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии, когда на фазометр не поданы входные сигналы, реверсивный счетчик 9 находится в нулевом состоянии, предварительно установленном, а дискретный фазовращатель 3дает нулевой фазовый сдвиг. При подаче на входы фазометра опорного иизмеряемого сигналов ОПГ б возбуждается в режиме непрерывных колебанийс заданной фазой, жестко привязаннойк фазе опорного сигнала на выходедискретного фаэовращателя 3, а фазасубГармоники ИПГ 1 при поступлениина него с модулятора 4 каждого радио. 15импульса накачки определяется фазойвходного сигнала.На выходе фазового различителя 7появляется видеоимпульс, который поступает на вход сложения реверсивного 2счетчика 9 и изменяет состояние егомладшего разряда. При этом фаза напряжения накачки на выходе дискретно.го фаэовращателя 3 изменяется на величину одного дискрета 25Ьср= 360 о/2 п,где п - количество разрядов реверсивного счетчика 9 (или дискретногофазовращателя).Напряжение накачки с измененнойна д фазой поступает на вход накачки ОПГ б и через модулятор в видерадиоимпульсов на вход накачки ИПГ 1,Параметрические генераторы возбуждаются, но поскольку Фаза напряжениянакачки изменяется на угол д, тосепаратрисы ОПГ 6 и ИПГ 1 поворачиваются относительно вектора измеряемого сигнала (или своего исходногоположения) на угол д/2, Если Яс ) И/2,то ИПГ 1 опять возбуждается в фазе. 40с ОП 1 б и на выходе фазового различителя 7 вновь появляется видеоимпульс, который поступает на входсложения реверсивного счетчика 9 ивызывает изменение фазы накачки на 45выходе дискретного фазовращателя 3еще на д . Циклы изменения фазы дискретного Фазовращателя 3 повторяютсядо тех пор, пока сепаратрисы неповернутся относительно исходного 50положения на уголв цМ2 ЧсВ этом случае ИПГ 1 возбудится с фазой субгармоники противоположнойфазе субгармоники ОПГ 6. Теперь видео Номер разряднойячейки 27.1 27.2 27.3 импульс появится на выходе фазового.различителя 8 и поступит на входвычитания реверсисного счетчика 9,в результате чего Фаза накачки навыходе дискретного Фаэовращателя 3уменьшится на величину одного дискрета дскб, что в свою очередь приведетк изменению положения сепаратрисы наугол д 9 /2. Опг б и ИПГ 1 вновь возбуждаются синфазно, что вызываетпоявление видеоимпульса на выходефазового различителя 7 и, следовательно, на входе сложения реверсивного счетчика 9, увеличение фазынапряжения накачкина выходе дискретного фазовращагеля 3 на величину дискрета д и поворот сепаратрисы наугол ду /2. При этом, если фаза измеряемого напряжения ц сопъ 1, тоуказанное стационарное состояние фаэометра сохраняется. При изменениифазы измеряемого сигнала опять производится определенное число цикловизменения Фазы дискретного фаэовращател3 и в фазометре устанавливается стационарное состояние, соответствующее измененной фазе измеряемого сигнала,Блок 10 отсчета результатов измерений работает ледующим образом.Перед началом измерений произво;.,:дится установка нуля блока 10 и реверсивного счетчика 9. Для этого спомощью кнопки 17 установки нуля навход К триггера 16 установки нуляподается напряжение, соответствующеелогическому нулю, на его прямом выходе также появляется напряжение,соответствующее логическому нулю врезультате чего триггер 18 устанавливается в единичное состояние, ареверсивный счетчик 9 и регистра 30памяти всех разрядных ячеек обнуляются,В исходном состоянии при поступ"ленин первого информационного импульса на первый вход блока 10 передним фронтом этого импульса триггер 34 знака устанавливается в единичное состояние и на выходе элемента И-НЕ 19 устанавливается логическая единица. При этом на вторых раэ"рядных входах сумматоров 28 разрядных ячеек устанавливается двоичнс-десятичный код дискрета (1,40625 ) сизбытком 6 (см. первую строку табл,2где представлены коды констант).,Таблица 2,27.4 27,5 27,6 27.7 27.8На выходах сумматоров 28 всех разрядных ячеек (поскольку на их вто. рые разрядные входы поступает код нуля с выходов регистров памяти 30) также образуется двоично-десятичный.код дискрета. с избытком 6, который затем в сумматорах 29 складывается с корректирующим кодом (см. вторую строку таб. 2), и результат в дноично-десятичном коде записывается в ре1 гистры 30 памяти при поступлении на них с информационного выхода блока 26 импульса, сформированного элементом 15 по заднему фронту информационного импульса.Если в исходном состоянии инфор мационный импульс поступает на нторой вход блока 10, то его передним фронтом триггер 34 устанавливается в нулевое состояние и на ныходеэлемента И-НЕ 19 устанавливает логи ческий ноль. При этом на вторыхразрядных входах сумматоров 28 нсех разрядных ячеек устанавливается код, записанный в третьей строке табл. 2. Это соответствует установке н суммаоторах начальной константы 360 н дополнительном двоично-десятичном коде с дополнительной единицей н младшем разряде с вычетом одного дискрета, соответствующего этому первому импуль 30 су. Задним фронтом первого информационного импульса скорректированный код с ныходом сумматоров 29 переписывается в регистры 30, и одновременно триггер 18 устанавливается н нуленое состояние. При этом на вторых разрядных входах сумматоров 28 седьмой и восьмой разрядных ячеек код изменяется, а н.остальных ячейках не изменяется.(см. четвертую строку табл. 2), Это соответствует установке на вторых 40 входах сумматоров 28 дискрета в дополнительном коде.Далее в процессе измерения при поступлении каждого информационного импульса на первый или второй входыблока упранления 26 происходит сложение дискрета с результатом или вычи-тание дискрета иэ результата, хранящегося в регистрах 30, По окончаниипроцесса измерения результат индицируется на индикаторах 32.использование новых элементов всхеме фазочувствитеяьного блока-изме"рительного и опорного параметричес"ких генераторов, двух фаэоьых различи;елей, делителя частоты и модулятора, а также дискретного фазовраща"теля и умножителя частоты н каналеопорного сигнала, выгодно отличаетпредлагаемый цифровой фазометр отукаэанного прототипа по точности,Поскольку предварительное преобразование измеряемого сигнала перед подачей его на фаэочувствительный элемент(измерительный параметрический генератор) не производится, а в канале опорного сигнала отсутствует дополнитель"ное преобразование сигналон управления дискретным фазовращателем, тоточность предлагаемого фазометра может достигать 20 двоичных разрядови более,Благодаря применению в фаэочувстнительном блоке параметрических генераторов динамический диапазон измеряемых сигналов фазометра расширяется до 120 дБ, который снизу ограни-чивается уровнем собственных шумовконтура параметрического генератора,а сверху - возникновением основногорезонанса н контуре параметрическогогенератора на частоте субгармоники. Вследствие того, что предложенныйфазометр может работать в широкомдиапазоне входных сигналов и отсчетрезультатов измерений произвОдитсянепосредственно в градусной мере,время измерения сокращается примернона порядок,1061062 Риф Фиг.Ф.Составитель едактор Л.Веселовская Техред М.Теп каз 10 1130 Патент, г,ужгород, ул,Проектная илиал 3/47 Ти ВНИИПИ Государстпо делам нзоб 35, Москва, Жж 710нного коми тений и от Раушская и фанасьев Корректор М,Шароши Подписиета СССРрытийб д. 4/5