Цифровой фазометр

)5 601 К 25 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ 54) УФРОВОГ А 301 1 ЕТ 16/21.91. Бю ошелев, ышов 17.77 ( е может бы рения сдви ь испольа Фаз при) 9 а 7. ское св вмеренияетр саде1 и 2 рован фаза граничител е свиде кл. С 0 ль ство К 25/О гг;ры 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(5 7) 11 заб р ег ен Завано для изм несимметричных нических сигнал ния - новышени сдвига фаа. Ци жит усилителиинвертар 3, Е1622834 1 О сумматоры 6 - 9, блок 10 управления,включающий триггеры 1 1, - 14, элементИ 15, инвертор 16, задающий генератор 17,времяэадающий блок 1 Я,одновибраторы 19 и 20,блок 21 задания максимального кода, блок 22 вычитания,инвертор 23 знака, блок 24 выборки,регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 форИзобретение относится к технике радиоиэмерений и предназначено для 15 измерения сдвига фаз при несимметричных ограничениях гармонических сигналов.Целью изобретения является повышение точности измерения сдвига фаз. 20На Фиг.1 изображена функциональная схема цифрового фазометра; на Фиг.2 - пример выполнения времяэадающего блока; на фиг. 3 - пример выполнения блока задания максимально го кода; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового Фазометра; на Фиг. 5 - характеристики основного и дополнительного каналов измерения и способ коррекции результата измерения; на фиг. 6 и 7 - временные диаграммы формирования дополнительных последовательностей на Е-триггерах; на фиг.8 - характеристика цифрового фазометра с провалом вблизи 180; на фиг. 9 и 10 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления при наличии и отсутствии дополнительной последовательности на соответствующем Е-триггере. 40Цифровой газометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, инвертор 3, Е-триггеры 4 и 5, полусумматоры 6 - 9, блок 10 управления, содеожащий первый 11, второй 12, третий 13 и д 5 четвертый 14 триггеры, элемент И 15 и инвертор 16, задающий генератор 17, времязадающий блок 18, одновибраторы 19 и 20, блок 21 задания максимального кода, блок 22 вычитания,инвертор 23 знака, блок 24 выборки, регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 формирования квантующих импульсов,выполненные на элементах И 28 - 31, и блоки 32 и 33 измерения, выполненные сьответственно на счетчиках 34,35 и 36, 37 и блоках 38 и 39 вычитания.Выход усилителя-ограничителя 1 соединен с входами установки Е-тригмирования квантующих импульсов,содер.жащие элементы 28 - 31, и блоки 32и 33 измерения, содержащие счетчики34 - 37 и блоки 38 и 39 вычитания.Цель достигается за счет устраненияэон нечувствительности путем исключения неопределенных состояний управляющих элементов, 10 ил. геров 4 и 5 и первыми входами полу- сумматоров 6 и 8. Выход усилителя- ограничителя 2 соединен с входом обнуления Е-триггера 4, первым входом полусумматара 9 и входом инвертора 3, выход которого соединен с входом обнуления Е-триггера 5 и первым входом лолусумматора 7. Инверсный выход Е-триггера 5 соединен с тактовым входом триггера 12,являющимся первым входом блока 1 О управления. Прямые выходы Е-триггеров 4 и 5 соединены соответственно с вторыми входами полусумматоров 6 и 7 и вторыми входами полусумматоров 8 и 9. Прямой выход Е-триггера 5 соединен также с тактовым входом триггера 13, являющимся вторым входом блока 10 управления. Выходы триггеров 12 и 13 через элемент И 15 соединены с информационным входом триггера 14. Выходы полусумматоров 6 - 9 соединены соответственно с первыми входами элементов И 28,29 и 30,31 блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов, вторые входы которых соединены между собой, выходом задающего генератора 17 и входом время- задающего блока 18, выход которого соединен с входом одновибратора 19, третьими входами элементов И 28 - 31, с входом обнуления триггера 11,являющимся входом стробирования блока 10 управления, и через инвертор 16 с тактовым входом триггера 14.Выход триггера 11 соединен с входами обнуления триггеров 12 и 13.Выходы элементов И 28 и 29 блока 26 формирования квантующих импульсов соединены со счетными входами счетчиков 34 и 35 блока 32 измерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 38 вычитания, а выходы элементов И 30 и 31 блока 27 Формирования квантующих импульсон соединены со счетными входа162ми счетчиков 36 и 37 блока 33 измерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 39 вычитания.Входы обнуления счетчиков 3437 соединены с входом обнуления триггера 14, являющимся входом обнуленияблока 1 О управления, тактовым входомтриггера 11 и выходом одцовибратора20, вход которого соединен с выходомодновибратора 19 и ;актовым входомрегистра 25 памяти, ицОрмационцыйвход которого соединен с выходом блока 24 выборки, селектируюший входкоторого соединен с выходом триггера 4, являющимся выходом блс ка 10управления. Информационный выход бло. а 38 вычи."ания блока 32 измерениясоединен с первым входом блока 22вычитания, вторсй вход которого соединен с выходом блока 21 задания максимального кода, а ыхсд - с первьмвходом блока 24 выборки, втг рой входкоторого соединен через ицвертор 23знака сс знаковым выходом блока 38вычитания, а третий и четвертый входы - соответственно с ццформационными знаковым выходами блока 39 вычитания блока 33 измерения.Времязадающий блок 18 (фиг.2)может быть выполнен на сдвигаюемсчетчике 40 с разрядностью п и РЯтриггере 41, причем первый выходсдвигающего счетчика 40 соединен свходом установки, а к-й выход - свходом обчуления КБ-триггера 41.Блок 2 задания максимальногокода (фиг3) может быть выполненкак набор ключей 42 с подавлениемдребезга,Триггеры 11 - 14 могут быть выполнены как г)-триггеры, причем наинформационные входы триггеров 1113 постоянно подается логическаяццЦифровой фазометр работает следующим образом,Гармонические сигналы (наиг.4 а,б) поступают на входы усилителейограничителей 1 и 2, с выходов которых снимаются прямоугольные импульсы (на Фиг.4 в,г), Фронты которьгх совпадают с моментом пересечения гармоническими сигналами порогового уровня усилителей-ограничителей 1 и 2.Импульсы с выхода усилителя-ограничителяпоступают ца входь уста 2834 6новки Е-триггеров 4 и 5 и первыевходы полусумма горов 6 и 8. Импульсьс выхода усилителя-ограничителя 2поступают ца вход обнуления Е-триггера 4, первый вход полусумматора 9и вход инвертора 3, с выхода которого импульсы (фиг.4 е) поступают навход обнуления Е-триггера 5 и первыйвход полусумматора 7.11 ри этом ца выходах Е-триггеров4 и 5 образуется первая и вторая доолцительные последовательности импульсов (фиг, 4 ж, з) . У первой дополнительной последовательности (Фиг.4 ж) положительный фронт импульса фооми - ру тся ПСЛОжнтЕЛЬН.М ФрОцтОМ, а Отрицательный Фронт импульс: - отрицагельцьм Фронтом импульса Опережаю ысй по Фазе последовательности импульсов, ггоступакщих с выходов усилиелей-огр цичцт:.ей 1 и 2. У второцд.полнтельой гослед звательностирцг.4 з) полсжитсльгый фронт имтуль а Формируется положительным Фронтом,а отрицательц:.й Фронт импульса - отринатечьным Фр 1 цтом импульса отстаю - щей по Фазе последовательности им,".псов, поступдючих с выходов уси 30 лителей - ог рацичителей 1 и 2. При помони полусуммат 1 ров 6 - с первую дополнительную последовательцос"ь суммируют по модулю два с импульснойпоследовательцост;ю с выхода усилителя - ограничителя 1 и инверсной импульсной последовательностью с усилителя-ограничителя 1, а вторую дополнительную импульсную последовательность с уммируют по модулю два с им О пульсными последоватечьцостями с выходовсилитепг й-ограничителейи 2соответствецго.По."ученные импульсные последовательности поступают соответственно на 45 первье входы элементов И 28,29 и 30,3 блоков 26 и 27 Формирования квантующих импульсов, где заполняютсяимпульсами высокой частоты задающегогенератора 17 в течение действия им 5 р пульса стробирования (фиг.4 и), задаваемого времязадающим блоком 18(фиг.4 к,л,м,н). С выходов блоков26 и 27 формирования квантующих импульсов пачки импульсов поступаютна счетные входы счетчиков 34, 35 ц36, 37 блоков 32 и 33 измерения,Ба выходе блока 38 вычитаня образуется код, соответствующий модулюи знаку фазового сдвига между импульс 1622834ными последовательностями на выходах усилителя-ограничителя 1 и инвертора 3, а на выходе блока 39 вычита.ния - на выходах усилителей-ограничи 5 телей 1 и 2. При этом характеристика фазометра на выходе блока 32 измерения сдвинута относительно характеристики на выходе блока 33 измерения нд180 (фиг.5 а,б). 10Для коррекции результата, получаемого с выходов блока 32 измерения, код, соответствующий модулю разности фаз, вычитается с помощью блока 22 вычитания из максимального кода, за даваемого ключами 42 блока 21 задания максимального кода (фиг.5 в), а код, соответствующий знаку, инвертируется с помощью инвертора 23 знака. По управляющему сигналу, поступающему с 2( выхода блока 10 управления, блок 24 выборки пропускает код результата измерений с выхода блока 33 измерения или код скорректированного результата измерения с блока 26 на информационный вход регистра 25 памяти.Длительность импульса стробирования (Фиг.4 и) Формируется равной требуемому времени измерения с помошью 30КБ-триггера 41 времяэадающим блоком18 как интервал между появлением импульсов нд первом и К-м выходах сдвигдющего счетчика 40. За время, равноеинтервалу между появлением импульсовна К-м и и-м выходах сдвигаюшегосчетчика 40, на одновибраторе 49формируется тактовый импульс, с помощью которого результат измеренияпереписывается в регистр 25 памяти, 40а на одновибраторе 20 - импульс,обнуляющий счетчики 34 - 37 блоков 32 и33 измерения, блок 10 управления иприводящий схему фазометр в исходное состояние. 45При фазовых сдвигах армоническихсигналов (фиг.ба,б), близких к 0 ио180 , из которых формируется последовательность прямоугольных импульсов(фиг.бв,г), возможна ситуация, когдадополнительная последовательность неформируется на одном из Е-триггерсв4 и 5 (Фиг.бд,е), тогда дополнительная последовательность должна формироваться на другом Е-триггере.55При формировании выходного сигнала блока 10 управления, подаваемогона селектирующий вход блока 24 выборки, пропускающего на вход регистра 25 памяти результат измерения с выхода блока 39 вычитания блока 33 измерения или скорректированный результат измерения с выхода блока 22 вычитания и инвертора 23 знака, которые формируются из выходных сигналов усилителей-ограничителей 1 и 2 (Фиг.7 а,б), возможно появление ситуации, когда интервал времени перекрытия Ф становится настолько мал,что соответствующий Е-триггер перестает формировать дополнительную последова-. тельность импульсов, в то же время интервал перекрытия указанных импульсов может оказаться достаточным для срабатывания блока 1 О управления из-за разных порогов и времени срабатывания триггеровПодача, для устранения зон нечувствительности, на входы полусумматоров 6,7 или 8,9 выходного сигнала Е-триггера 4 или 5, несформировавшего дополнительную последовательность, приводит к резкому искажению результата измерения (Фиг.8 а,б) соответствующего капал:;. После компенсации сдвига харак геристики первого канала на 180 ипвертором 23 знака,блоком 21 задания максимального кода и блоком 22 вычитания участок диапазона, где Е-триггер 5 перестает Формировать дополнительную погрешность, а блок 10 управления еще не переключался, приобретает вид узкогс провдпа иа характеристике Фазсметра(Фиг.8 н).Б предлагаемом техническом решении импульс стробирования (Фиг.9 а), вырдбдтываемый времязадаюшим блоком 18, сбнуляет триггер 11 блока 10 управления, выходной сигнал которого(фиг.9 б) снимает обнуление с триггеров 12 и 13Если дополнительная последовательность на выходе Г-триггерд 5 Формируется (фиг."в), то иолсжительиый Фронт импульса на прямомвыходе Е-триггера 5 (Фиг.9 в) устанавливает в состояние логической "1"триггер 12 (фиг.9 г), а положительный фронт импульса на инверснсм выходе Е-триггера 5 (фиг.9 д) устанавливает в состояние и" триггер 13(фиг.9 е). Если оба триггера 12 и 13устдновятся в состояние "1", тс черезэлемент И 5 "1" устанавливается наинформационном входе триггерд 14(фиг,9 ж). По окончании импульса стрсбировдния (Фиг.9 а) положится ига9 1622834 О фронт инвертированного инвертором 16 блок, первый и второй формирователи импульса стробирования (Фиг.9 э), по- квантуюших импульссв, первьп, второй, даваемого на тактовый вход триггера , третий и четвертый полусумматоры;11 111 4 , э аписыв а е т в него 1 , которая первый и второй Е - т ри г г е р и , и е р выйс выхода триггера 1 4 ( Фи г . 9 и ) подает- и второй усилители-ограничители , рес я н а сел е ктируюший вхо д блока 2 4 вы- г и с тр памяти , блок выборки , и нв е рборки, который пропускает н а вход т ор э н ак а, блок вычитания , блок з а- регистра 2 5 памяти результат с выхо- дания максимального кода , первый и да блока 3 9 вычитания блока 3 3 изме-0 второй одно виб ра т оры , пе р вьп и втор ения . ро й блоки измерения , блок управленияЕслидополнительная поспел:,ватель- и игзертор вход которого соединен ность на выходе Е-триггера 5 не корми- с выходом второго усилителя-огранируется (фиг.10 а), то в течен:е им- чителя, первым входом четвертого по- пульса стробирования (Фиг.10 б) па 5 лусумматора и К-входом первого Е- райней мере один иэ триггеров 12 и триггера, а выход соединен с первым 3 не устанавливается в состояние входом второго полусумматора и К - 11 111 , с выхода элемента И 1 5 н а и нфо р- входом второго Е -три г г ера , выход ма ци о нный вход триггера 1 4 подается которого соединен с вторыми входами10 (фиг,10 в). По окончании импульса 20 третьего и четвертого полуеумматоров, стробирования (фиг.Об) положитель- зыхоцы которых соединены соответстныи фронт инвертированного инверто- венчо с первым и вторым сигнальными ром 16 импульса стробирования входами второго Формирователя кван(фиг.10 г), подаваемого на тактовьп тующих импульсов, а Б-вход второго вход триггера 14, записывает в него 25 Е-триггера соединен с первыми вс первыми входа , который с выхода триггера 14 ми первого и третьего полусумматоров, подается на селектирующий вход блока выходом первого усилителя-ограничите выборки, который пропускает на ля и Б-входом первого К-триггера выВггера,вывход регистра 2 э памяти скорректиро- ход которого соединен со вторыми вхованный результат с выхода блока 22 30 дами первого и второго полусумматовычитания и инвертора 23 знака, рсв, выходы которых соеп.нены с перИмпульс с вьхода одновибратора 19 вым и вторым сигнальными входами пер(фиг.9 к,фиг.10 е) перепи"ывает инфор- вого Формирователя квантуюпих импульмацию с выхода блока 24 выборки в сов, тактовый вход которого соединен регистр 25 памяти. Импульс обнуле 35с выходом задающего генераторератора,вхония с выхода одновибратора 20 дом времязадающего блока и тактовым (фиг.9 л, фиг.10 ж), приводящий схему входом второго формирователя квантуюфазометра в исходное состояние,обну- щих импульсов, первый и второй выхоляет триггер 4 (Фиг.9 и) блока 10 ды которого соединены соответственно управления и поступает на тактовый 4 О с первым и вторым счетными вчетными входамиг овход триггера 1, записывая в него второго блока измерения входьвходы пер-.(фиг.96), которая обнуляет триг- вого и второго формирователей кван- геры 12 и 1 3 блока 10 управления тующих импульсов стробирования сое(фиг.9 г,е), приводя в исходное сос- динены с входом стробирования блока тояние блок 10 управления, 45 управления, выходы времяэадающегоСравнительные испытания цифровых блока соединены с входом перодом первого одфазометров показали, что известный новибратора выховыход которого соединен фазометр при асимметрии ограничения с тактовым входом регистра памяти, входных сигналов и Фазовых сдвигах входом второго одновибо1 о однови ратора, первый близких к 130 , имеет провал на ха О и второй счетные входы первого блорактеристике Фаэометра шириной ка измерения соединесоединены с выходами О, , редлагаемое техническое0 05-0. П первого формирователя квантующих имрешение позволяет исключить провалы пульсов, информационный выход первона характеристике Фаэометра при лю- ия соединен с первымго блока измерения бой асимметрии ограничения входных 55 входом блока вычитания, знаковый сигналов при любых фазовых сдвигах. выход через инвертор соединен с пер- Ф о р м у и а и з о б р е т е н и я вым входом блока выборки, а вход обЦифрове ФазометФ етр, содержащий нуления соединен с входом обнулениязадающий генератор, времяэада 1 ощий блока управления, выходом второгсТираж комитета по и Москва, Ж,рытиям и 4/5бретениям и отк ри ГКНТ СССР аушская наб., д