Цифровой фазометр мгновенных значений

Цифровой фазометр мгновенных значений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разности фаз. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. Фазометр содержит формирователь 1, блок 2 управления, элемент И 3, счетчик 4, элемент И 5, блок 6 сравнения кодов, счетчик 7, регистратор 8, элемент И 9, триггер 10, блок 11 сравнения кодов, регистр 12, инвертор 13, элемент И 14, фазовый детектор 15, ФНЧ 16, перестраиваемый генератор 17, счетчик 18, D-триггеры 19 и 20 и элемент И 21. Поставленная цель достигается устранением ложных сбросов информации о минимальном и максимальном значениях фазового сдвига путем устранения появления сигнала сброса при нестабильности временных параметров входного сигнала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, Я 0 „„155И2 (51) 5 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ 1 ННТ СССР (21) 4465623/24-21 (22) 21.07.88 (46) 30.03.90. Бюл. И - 12 (72) В.С.Зимин, К.К.Колодяжный, Л.И.Гриба -oa и В.В.Богданов (53) 621,317.373(088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1027638, кл. G 01 R 25/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 14 15198, кл. G 01 К 25/00, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР ИГНОВЕННЫХ

ЗНАЧЕНИЙ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разности фаз.

Цель изобретения — повышение надежнос2 ти работы устройства. Фазометр содержит формирователь 1, блок 2 управления, элемент И 3, счетчик 4, элемент

И 5, блок 6 сравнения кодов, счет шк .

7, регистратор 8, элемент И 9, триггер 10, блок 11 сравнения кодов, регистр 12, инвертор 13, элемент И 14, фазовый детектор 15, ФНЧ 16, перестраиваемый генератор 17, счетчик 18, D-триггеры 19 и 20 и элемент И 21.

Поставленная цель достигается устранением ложных сбросов информации о минимальном и максимальном значениях фазового сдвига путем устранения появления сигнала сброса при нестабильности временных параметров входного сигнала. 2 ил.

1 553920

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительныхх системах для измерения раз}

Ности фаз сигналов в цифровой форме.

Цель изобретения — повышение надежности работы за счет устранения ложных сбросов информации о максималь.

«1ом и минимальном значениях сдвига 10 фаз.

На фиг. 1 показана структурная зззектрическая схема циФрового фазоз1етра мгновенных значений, на фиг.2 цмаграммы, поясняющие его работу. фазометр содержит формирователь 1, Входы которого подключены к входным нам устройства,, а выход — к входу ока 2 управления и первому входу ервого элемента И 3, Выход последне- 20

r!o подкпючен к счетному входу первог, о счетчика 4 импульсов H первому вхо1 ду второго элемента И 5, второй вход которого в свою очередь подключен к в моду первого блока 6 сравнения коpîâ, à ВЫход — к счетному входу второго счетчика 7 импульсов, первый в иод которого подключен к регистра,тору 8. Вторые выходы счетчика 7 имп ульсов подключены к первым входам первого блока 6 сравнения кодов, B òoðûå входы которого подключены к ! выходам первого счетчика 4 импуль( сов, вход "Сброс", которого объединен с, первым входом третьего элемента

9 И, а также с первым выходом блока

2 управления. Второй выход блока 2 п одключен к первому входу триггера

10, второй вход -которого подключен .к выходу второго блока 11 сравнения кодов. Первые входы блока 11 сравнен я кодов соединяются с соответствуюп ими выходами первого счетчика 4 импульсов и .входами "Перезапись" рег1юстра 12. Второй вход " Перенос" регйстра 12 подключен к выходу третьего элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом триггера 10.

Фазометр содержит инвертор 13, четверт и элемент И .14, выход которого подкнючен к входам Сброс второго счетlit 1f

50 чИка 7 импульсов и регистра 12, а . также последовательно соединенные фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот и перестраиваемый генератор

17 импульсов, выход которого соединен

55 ,с входом третьего счетчика 18, вторым вкодом первого элемента И 3, первым входом четвертого элемента И 14, Свходом первого динамического D-тригге. ра 19 и через инвертор 13 с С-входом второго динамического D-триггера 20 °

О-входы первого и второго динамических D-триггер ов 19 и 20 объединены и подключены к выходу третьего счетчика

18 импульсов. Прямой выход первого

0-триггера 19 подключен к второму входу фазового детектора 15, первый вход которого подключен к входной шине устройства и к второму входу четвертого элемента И 14, третий вход которого подключен к выходу пятого, элемента И 21, первый1 и второй входы которого подключены к инверсным выходам первого и второго В-триггеров

19 и 20. формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напряжения

U (ôèã . 2а) и U< (фиг . 2б) формирует прямоугольные импульсы с длительHocTblo». (фиг. 2В), пропОрциОнальнОй измеряемому фазовому сдвигу. Эти импульсы открывают на время элемент И 3, при этом тактовые импульсы перестраиваемого генератора 17 поступают на вход счетчика 4, и при условии наличия на управляющем входе элемента И

5 разрешающего потенциала с выхода первого блока 6 сравнения на счетный вход счетчика 7.

Входной сигнал U поступает также на первый вход фазового детектора 15, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с прямого выхода первого динамического D-триггера 19 (фиг. 2е) . Импульсы управляемого генератора 17 (фиг. 2г), поступая на вход третьего счетчика 18, формируют на его К-м выходе меандровое напряжение частоты Р, определяемой соотноо шением Рр = f /2, где К вЂ” разрядность счетчика 18, fo — частота следования импульсов управляемого генератора .17. Сигнал с К-го выхода счетчика 18 поступает на информационный

D-вход первого динамического D-триггера 19, на тактовый С-вход которого поступают импульсы с перестраиваемого генератора 17. В случае, если на информационном D-входе динамического

D-триггера 19 присутствует сигнал логического.нуля (фиг. 2а) до момента то импульсы, поступающие на Свход динамического D-триггера 19 с выхода перестраиваемого генератора

17 (фиг. 2г), своим передним фронтом устанавливают нулевое состояние это5 15539 го триггера, т.е. на выходе последнего имеет место сигнал нулевого уровня (фиг. 2е, до момента t ) ..

Если на информационном входе дина.мического D-триггера 19 сигнал логической единицы сменит сигнал логического нуля (фиг. 2а, момент t ), то первый же импульс с выхода перстраиваемого генератора 17 (фиг . 2г), поступая на тактовый С-вход D-триггера 19, своим передним фронтом изменит его состояние (фиг. 2е, t ) и на второй вход фазового детектора 15 поступит сигнал логической единицы. 15

Состояние Р-триггера 19 вновь изменится на нулевое (фиг. 2е, момент

t ) после установления на информаци" л онном D-входе этого D-триггера сигнала логического нуля (фиг. 2а, мо- 20 мент t ),,когда на тактовый С-вход

D-триггера 19 поступит очередной импульс с выхода перестраиваемого генератора 17 импульсов (фиг. 2г, момент

t ). 25

Сигнал с К-ro выхода счетчика 18 поступает также на информационный

D-вход второго динамического В-триггера 20, на тактовый С-вход которого подаются проинвертированные инверто- 30 ром 13 импульсы с вькода перестраиваемого генератора 17 (фиг.3э) . В этом случае на выходе этого D-триггера 20 также будет сформирован меандр частоты F (фиг. 2и). Однако поскольку второй динамический D òðèããåð 20 по С-входу управляется инверсньии импульсами перестраиваемого генератора

18, то его выходной меандр частоты

F (фиг. 2и - сигнал инверсного выхо- щ да D-триггера 20) будет смещен относительно выходных сигналов первого. динамического D-триггера 19 на длительность Г,импульса перестраиваемого генератора 17.

1 леандр частоты F,, сформированный на выходе первого динамического

D-триггера 19, поступает на второй вход фазового детектора 15. При несовпадении частот сигналов, поступающих на входы фазового детектора 15, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 16 нижних частот регулирует частоту перестраиваемого генератора

17 до равенства частот сигналов на прямом выходе динамического 9-триггера 19 (фиг. 2е) и входного П„ (фиг.

2а) .

20 6

В процес се подстройки системы

ФАПЧ информация о текущем сдвиге в соответствии с логикой работы устройства в течение импульса длительностью „с выхода формирователя 1 заносится в первый 4 и второй 7 счетчики импульсов, а также в регистр 12.

Однако хранения информации о экстремальных значенйях фазового сдвига за интервал времени, в течение кото рого осуществляется подстройка системы ФАПЧ, не производится иэ-за обнуления второго счетчика 4 импульсов и регистра 12 перед каждым новьи измерением текущего значения сдвига фаэ.

Обнуление второго счетчика 4 и регистра 12 перед каждым новым измерением текущего значения фазового сдвига до наступления условия синхронизма в системе ФАПЧ рассмотрим на примере рассогласования входного сигнала U (на фиг. 2а, пунктир) и сиг- нала на выходе первого динамического

9-триггера 19 (фиг . 2е). В этом случае сигналы с инверсных выходов первого 19 (фиг. 2ж) и второго 20 (фиг.

2и) динамических В=триггеров, поступая соответственно на первьй и второй входы пятого элемента И 21, формируют на его выходе уровень логической единицы (фиг.. 2к, до момента t,).

Этот уровень подается на третий вход . четвертого элемента И 14, на втором входе которого сигналом U, (фиг. 2а, пунктир) с входной шины устройства с момента t> также формируется уровень логической единицы. Таким образом на втором (фиг „ 2а пунктир) и третьем (фиг . 2к) входах четвертого элемента

И 14 в интервале времени t -t соэда3 t ются логические уровни, разрешающие прохождение через этот элемент импульсов с выхода перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2 л) . Поступая далее на входы "Сброс" регистра 12 и второго счетчика 4 импульсов, эти импульсы обнуляют их, предотвращая накопление ложной информации об экст.ремальных значениях фазового сдвига.

Однако сразу после наступления условия синхронизма сигналы Hcl первом и втором входах фазового детектора

15 оказываются синфазньаки (фиг. 2а, е, момент t,,). При этом первый дина- . мический D-триггер 19, формирующий на своем выходе меандр частоты Р (фиг. 2е), оказывается жестко засиихронизированньик импульсами перестраи1553920 чаемого генератора t 7 (фиг. 2г, момент t<), Одновременно уровни логи-. еского нуля, сформированные на инверс ом выходе первого динамического 9 триггера 19 в момент времени t„(фиг„

2ж), а на инверсном выходе второго ф-триггера 20 в момент времени t „+ фиг. 2и), поступая соответственно на ервый и второй входы пятого элемента 1U

21, создают на его выходе уровень огического нуля в момент „(фиг .2к). аким образом, момент установления овня логического нуля на выходе ля ого элемента И 2.1 засинхронизирова,:-,.

15 о переднему фронту импульсов перестаиваемого генератора 17 (фиг. 2е,к, омент t, ) .

Переход уровня логического нуля в иницу на выходе пятого элемента И

1 (фиг. 2к, момент t ) осуществляетя одновременно с установлением по аднему Фронту импульса перестраиваеorî генератора 17 (фиг . 2г, t ) овня логической единицы на инверс" 25 ом выходе второго динамического Dиггера 20 (фиг. 2и, момент t<). Та м образом, момент установления уров1 логической единицы на выходе пятог, элемента 21 И засинхронизирован по 3п заднему фронту импульсов перестраивае oro генератора 17 (фиг, 2е,к, момеент t ).

Соответствующим образом засинхрозированный импульсами перестраивае" м го генератора 17 уровень логическо35

r нуля поступает на третий вход четв ртого элемента И 14, запрещая прох ждение в интервале времени t „-t g (иг. 2к) импульсов с выхода генерат ра 17 через этот элемент на входы

" брос" второго счетчика 7 и регист" рЬ 12.

После установления условия синхро-4 нйзма в системе ФАПЧ устройство переходит к режиму измерений текущего Фазового сдвига. Поскольку к моменту вХождения системы ФАПЧ в синхронизм содержимое счетчиков 4 и 7 одинаково, так как первый обнуляется импульсами

9 с первого выхода блока 2 управления перед каждым измерением, а второй бЫп обнулен импульсаМи с перестраиваемого генератора 17 да соблюдения ус55 ловия синхронизма, то первый блок 6 сравнения кодов выдает разрешающий . уровень логической единицы на второй ,вход элемента 5 H. В этом случае при поступлинии с выхода формирователя

1 импульса с длительностью о (фиг.

2в), пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу, управляющего первым элементом И 3, на входы счетчиков

4 и 7 с выхоца перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) поступает такое число импульсов, которое соответствует истинной величине текущего значения фазового сдвига (фиг . 2д) .

В момент времени, соответствующий зацнему Фронту выходного импульса

Формирователя 1, импульсный сигнал с первого выхода блока 2 управления сбрасывает счетчик 4 в нуль по входу

"Сброс". В счетчике 7 при этом остается код, пропорциональный временному интервалу, который передается в регистратор 8. Разрешающий потенциал с управляющего входа второго элемента И 5, снимается, так как условие равенства кодов на входах блока 6 нарушается.

Дальнейшая работа устройства точно соответствует работе прототипа.

Так, например, если последующее значение измеренного фазового сдвига окажется больше хранящегося в счетчике 7, то содержимое этого счетчика дополнится пропорциональным приращением кода, в противном случае содержимое остается без изменений. Если же последующее значение меньше значения измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдвиге будет перенесена со счетчика

4 в регистр 12. Таким образом, фазометр измеряет текущее значение фазового сдвига,а также фиксирует его экстремальные значения эа интервал времени измерений. При этом ложных сбросов полученной за интервал времени полезной информации о экстремальных значениях текущего фазового сдвига из-за случайного от периода к периоду разброса моментов времени формирования фронтов входного сигнала U„, являющегося опорным для системы ФАПЧ, не происходит. Это обусловлено тем, что начало и конец формирования запрещающего уровня логического, нуля на выходе элемента И 14 (фиг. 2к, моменты t, и е ) синхронизированы соответственно по переднему и заднему фронту соответствующих импульсов перестраиваемого rенератора

17 (фиг. 2г, „,t ). В этом случае разброс моментов времени формирова1553920 10 тов входного сигнала, являющегося опорным для системы ФАПЧ.

55

9 ния фронтов опорного для системы

ФАПЧ входного сигнала U не создает на выходе элемента И 14 ложных (по-. меховых) импульсов обнуления счетчика 7 и регистра 12 из-зг отсутствия

5 в интервале времени 2Т„- „импульсов с выхода перестраиваемого генератора

17 (фиг. 2а,г, интервал 2Т вЂ” С,).

Если происходит измененйе частоты F входных сигналов,.то нарушаются условия синхронизма между входным сигналом U и сигналом на прямом выходе первого динамического Dтриггера 19. 15

В этом случае требуется подстройка частоты Й перестраиваемого генератора 17 для восстановления условия синхронизма в системе ФАПЧ устройства. В процессе подстройки системы 20

ФАПЧ, на входах четвертого элемента

И 14 создаются условия для формирования на выходах этого элемента импульсов обнуления счетчика 7 и регистра 12. Так на фиг. 2а пунктирной 25 линией показан пример рассогласования входного сигнала U, относительно сигнала на выходе первого динамического D-триггера 19 (фиг, 2е). В этом случае на третьем (фиг. 2к) и втором 30 (фиг . 2а) входах четвертого элемента

И в интервале времени 1:>-t, создаются условия для прохождения через первый вход этого элемента импульсов перестраиваемого генератора 17 (фиг. 2г) на входы "Сброс" счетчика ? и регистра 12 (фиг. 2п).

После установления синхронизма в системе ФАПЧ в счетчике 4 формируется достоверная информация о теку- 40 щем фазовом сдвиге между входными сигналами, а в регистре 12 и счетчике 7 будет обеспечиваться фиксация соответственно его минимального и максимального значений, полученных за 45 интервал времени.

Технико-экономический эффект данного технического решения по сравнению с прототипом заключается в том, что путем введения двух динамических D-триггеров, элемента И и дополнительных связей, повышена надежность работы цифрового фазометра мгновенных значений за счет устранения лож,ных сбросов информации о экстремальных значениях фазового сдвига, возникающих из-за случайных разбросов моментов времени формирования фронФормула из обр ет ения

Цифровой фазометр мгновенных значений, содержащий формирователь, входы которого подключены к входным шинам фа з ометр а, а выход - к входу блока управления и первому входу первого элемента И, выход которого под; ключен. к счетному входу первого счетчика импульсов и первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого блока сравнения кодов, а выход — к счетному входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистратору, а вторые выходы — к первым входам первого блока сравнения кодов, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход "Сброс" которого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого подключен к S-входу триггера, R-вход которого подключен к выходу второго блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов и входам

"Перезапись" регистра, а вторые входы — к первым выходам регистра, второй вход "Перенос" которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и перестраиваемцй генератор, выход которого соединен с входом третье.

ro счетчика, вторым входом первогоэлемента И и первым входом четверто. го элемента И, второй вход которого подключен к первому входу фазового детектора и входной шине фазометра, а выход подключен к входам "Сброс" второго счетчика импульсов и регистра, а также инвертор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности в работе за счет устранения ложных сбросов информации о максимальном и минимальном значениях сдвига фаз, в него дополнительно введены первый и второй динамические Dтриггеры, D-входы которых объединены и подключены к К-му выходу третьего счетчика импульсов, а также пятый элемент И, первый и второй входы которого подключены к инверсным выходам

ll 1553920 l2 первого и второго динамических D-триг- ческого D-триггера, а через инвертор— геров соответственно, а выход - к с С-входом второго динамического Dтретьему входу четвертого элемента триггера, прямой выход первого динаИ, выход перестраиваемого генератора мического D-триггера подключен к втосоединен с С-входом первого динами- рому входу фазового детектора. 5

Л;-б

Ю

В О

Ю

V

0?Ð кV

О

0 ф

Составитель N. Катанова

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Ревская . аказ 454 Тираж 546 Подпис ное

9НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101