Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций

Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)602876 (Я) M. Кл.

01 R 25/00

% /-. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.0775 (21) 2153368/18-21 с присоединением заявки ¹

Гевтдеретвенный немнтет

6еввта авнневтрев CCCP ве делам наебрвтвнвй н етнрытвй (23) Приоритет (43) Опубликовано 150478.Бюллетень №14 (о3) УДК 621. 317. 77 (088.8) (45) Дата опубликования описания 280378 (72),Авторы изобретения и.я. Вилинский, A.é. скагерис и А.к. микелсон (71) Заявитель

Институт электроники и вычислительной техники

АН Латвийской ССР (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ФАЗОВЫХ

ФлюктуАций

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения фазовых соотношений сигналов в технике связи, в навигации, в производстве и испытаниях микроэлектронных 5 усилителей, фильтров, в автоматизированных системах регистрации результатов научных экспериментов.Известен цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций, в качест- 10 ве которого импольэуется цифровой фаэометр, содержащий входные формирователи опорного и фаэосдвигающего сигналов, устройство выделении интервалов времени, соответствующих фазовому сдвигу, 15 время-импульсный преобразователь счетчик результатов, счетчик масштаба, источник детерминированного потока стробирующих импульсов и блок управления(1). Ю

Недостатком известного цифрового измерителя является ограниченный диапазон частот исследуемых процессов.

Известен цифровой фазометр, используемый в качестве цифрового измерителя CÁ характеристик фазовых флюктуаций, имеющий входы опорного и фазосдвигающего сигналов, отдельный стробируемый амплитудный дискриминатор для каждого из этих сигналов, источник стационарного стробирующего потока импульсов с ограниченным последствием, блок логической обработки сигналов (антисовпадения), счетчик результата, счетчик масштаба и блок управления f2).

Указанный цифровой фазометр позволяет измерить характеристики только достаточно больших медленных фазовых флюктуаций, когда в течение времени одного измерения измеряемый фазовый сдвиг можно считать постоянным и когда величина фазовых флюктуаций значительно превышает величину фазового сдвига, соответствующего дискретности отсчета. Если имеют место достаточно большие фазовые флюктуации, сравнимые или превышающие по скорости изменения фазового сдвига время измерения, тогда результат измерения, полученный при помощи цифровых фазометров, является практически несмещенной оценкой математического ожидания разности фаз, но не содержит информации, необходимой для определения дисперсии и других высших моментов неизвестного распределения флюктуирующей разности фаз.

С целью повышения точности в предлагаемый цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций, содержащий стробируемые амплитудные дискрнминато602876 ры опорного измеряемого сигналов, вы- .ходы которых через блок логической обработки соедннены со входом счетчика результата, счетчик масштаба, источник введены дополнительный строби- 5 руемый амплитудный дискриминатор, ге нератор .псевдослучайных чисел, управляемая линия задержки, электронный ключ и оперативное запоминающее устройство) при этом выход дискриминато- 10 ра измеряемого сигнала соединен с одним из входов блока управления, другой вход блока управления через дополнительный стробируемый амплитудный дискриминатор подключен к входу 15 стробируемого амплитудного дискриминатора опорного сигнала, управляющий вход дополнительного стробируемого амплитудного дискриминатора соединен с источником стробирующего потока 20 импульсов и входом управляемой линии задержки) выход которой соединен с суммирующим входом счетчика масштаба Й через электронный ключ — с управляющими входами стробируемых амплитудных дискриминаторов опорного и измеряемого сигналов, первый выход блока управления подключен а; вторым входам счетчика результатон и счетчика масштаба, выходы последних присоединены соответственно к входам оперативного запоми- ® нающего устройства, второй, третий и четвертый выходы блока управления сое-. динены соответственно с управляющими входами электронного ключа, оперативного запоминающего устройства и гене- 35 ратора псевдослучайных чисел, выходы которого подключены к управляющим вхо" дам управляемой линии задержки, оперативного запоминающего устройства и третьему входу счетчика результата, 40 выход оперативного запоминающего устройства подсоединен к третьему входу блока управления °

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. 45

Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций содержит стробируемый амплитудный дискриминатор 1 опор" ного сигнала,. стробируемый амлпитудный дискриминатор 2 измеряемого сиг- . 50 нала, блок 3 логической обработки сиг» иалов, счетчик 4 результата, блок 5 управления, дополнительный стробируемый амплитудный дискриминатор б, источник 7 стробирующего потока импульсов, управляемую линию задержки 8, счетчик 9 .масштаба, электронный ключ 10, оперативное зайоминающее устройство 11 и генератор 12 псевдослучайных чисел.

Устройство в исходном состоянии работает следующим образом. 60

В начале производится сброс счетчиков 4 и 9, сигнал с первого выхо. да 5 блока управления запрещает работу

) этих счетчиков, электронный ключ 10 разомкнут, на выходах генератора 12, 65 псевдослучайных чисел находится код какого-либо числа, поступающий на оператинное запоминающее устройство 11 и на управляющие нходы линии задержки 8, стробимпульсы от источника 7 поступают на вход стробимпульсов дискриминатора б и через линию задержки 8, имеющую время задержки, соответствующее поступающему коду псевдослучайного сигнала, на вход электронного ключа 10 и на сумьиру.ощий вход счетчика 9 масштаба. Па входы измерителя поступают опорный сигнал Uо и фазосдвинутый сигнал Ц ., — дополнительный амплитудный дискриминатор б находится в рабочем состоянии, на его выходе появляются пачки стробимпульсов, прошедаих через этот дискриминатор и соответствующих по времени полупериодам опорного сигнала Уз, a aTH nanna стробимпульсов поступают на второй вход блока 5 управления. Амплитудные дискриминаторы 1 и 2 находятся в нерабочем состоянии, так как ключ 10 ðàзомкнут и к ним не поступают стробимпульсы.

После запуска измерения блок 5 управления анализирует сигналы, поступающие по второму входу и ждет начало нового периода опорного сигнала. Первый стробимпульс, поступивший по второму входу блока 5 управления.и соответствующий началу нового периода опорного сигнала, вызывает сигнал на втором выходе блока 5 управления, включающий электронный ключ 10, сигнал на четвертом выходе этого блока„ переключающий следующее псендослучайное число и сигнал на первом выходе этого блока, разрешающий работу счетчиков 4 и 9. Сразу по третьему входу происходит запись кода старшего разряда псевдослучайного числа н младшего разряд счетчика 4 результата..

Этот же первый стробимпульс и дальнейшие стррбимпульсы задерживаются линией задержки 8 на время Сь

Задержанные стробимпульсы поступают на упранляющий вход счетчика 9 и через электронный ключ 10 на входы стробимнульсов дискриминаторов 1 и 2 °

Выходные импульсы этих дискриминаторов также сдвинуты на времяС 1по отношению к соотнетствующим имйульсам на выходе дискриминатора б, и через блок 3 логической обработки сигналов поступают на суммирующий вход счетчика 4 результатов, кроме того, выходные импульсы дискриминатора 2 поступают на первый вход блока 5 управления.

Этот процесс продолжается до момента, когда по первому входу в блок управления поступает первый импульс, соответствующий началу ближайшего но soro полу фазосдвинутого сиг.= нала. Первый импульс с второго выхода

602876 блока 5 управления выключает-электронный ключ 10, в этот момент работа амплитудных дискриминаторов 1 и 2 блока 3 логической обработки сигналов и счетчика 4 результата прекращается, но суммирование стробимпульсон счетчиком 9 продолжается. В таком режиме измеритель действует до начала следующего нового полупериода опорного сигнала. l(Следующий первый стробимпульс, поступающий через второй вход в блок 5 управления и соответствующий началу нового полупериода опорного сигнала, через второй выход блока 5 управления 15 включает повторно электронный ключ 10.

Этот первый и последующие стробимпульсы с задержкой времени снова поступают на дискриминаторы 1 и 2, начинают работать зти дискриминаторы, блок 3 ло- 20 гической обработки сигналов и счетчик результата 4. Работа их продолжается до прихода первого стробимпульса, соответствующего началу следующего нового полупериода фазосдвинутого сигнала 25 по первому входу блока 5 управления, Импульс повторно выключает электронный ключ 10, работа дискриминаторов 1 и 2, блока 3 логической обработки сигналон и счетчика 4 результата прекращается, но суммирование стробимпульсов счетчиков 9 продолжается до прихода по второму входу блока 5 управления первого стробимпульса, соответствующего началу нового периода опорного сигнала.

В этот момент по сигналу с третьегс выхода блока 5 управления оперативное запоминающее устройство 11 производит запись поступающего кода псевдослу- 40 чайного числа и кодов чисел, накопленных н счетчиках 4 и 9, присваивает и записывает номер периоду опорного сигнала, в течение которого накапливаются эти данные. Сразу после этого блок управления 5 по первому выходу короткими импульсами осуществляет сброс счетчиков 4 и 9 и снова разрешает их работу, а по четнертому выходу включает новое значение псевдослучайного числа,.вырабатынаемого генератором 12.

Далее изложенный выше процесс накоп" ления и регистрации результата измерения повторяется, но уже в новом периоде опорного сигнала и т.д.

В целом процесс измерения и регист- 55 рации фазовых сдвигов производится в течение заранее определенного количества периодов опорного сигнала или до заполнения информацией всего объема оперативного запоминающего устройства. 60

В первом случае блок 5 управления подсчитывает необходимое количестно пе( риодов опорного сигнала, во втором случае оперативное запоминающее устройство выдает сигнал переполнения, 65 который поступает через третий вход в блок 5 управления и прекращает работу измерителя. В конце измерения измерительная часть измерителя возвращается в исходное состояние, а блок 5 управления выдает сигнал о завершении измерения. Далее следует ввод накопленной информации в 3ВМ или в другой цифровой статистической .анализатор и освобождение оперативного запоминающего устройства. После этого измеритель готов к новому измерению.

Теоретически при а - плотность распределения погрешности измерения

Ч"(E,) стремится к треугольной форме с математическим ожиданием М (Я)= 0 и дисперсией 2 (81 = - В пределе плотности распределения Ч" Ы) становится независимой от плотности распределения флюктуирующей разности фаз Р(9).

Это свойство независимости Я) от

7(Ф) позволяет по статистике взаимно независимых результатов измерения определить несмещенные оценки начальных и центральных моментов одномерной плотности распределения Р(Ч) флуктуирующей разности фаз, при этом частота входных сигналов принимается,настолько высокостабильной, что флюктуациямн ее можно пренебречь. Указанные преимущества достигаются без увеличения частоты следования стробимпульсов. Практически величина O. выбирается, исходя из требуемой точности и допустимой сложности измерителя. Для приближенной оценки погрешности, вносимой отклонением 3 (E) от идеально треугольной формы при небольших значениях а можно пользоваться следующей формулой, показывающей насколько максимагьная дисперсия погрешности измерения В (Ц отличается от значения .Р мАкс М „„„.=p !(- l..")

Если принята, напрймер, двоичная система счисления, тогда а= 2 и отклонения 2 (63 от Р составляет не бомакс лее при и 2 .... 3,125Ъ, при и = 3 .... 0,781%, при и = 5 .... 0,049% и т.д., то есть практически достаточная незанисимость распределения Ж и Р() достигается уже при незначительном количестве разрядов псевдослучайного числа, и соответственно с небольшими дополнительными затратами аппаратуры.

Формула изобретения

Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций, содержащий стробируемые амплитудные дискриминаторы опорного и измеряемого сигналов, выходы которых через блок логической обработки соединены с входом счетчика ре602В76

Составитель М. Барашков

Редактор Т. Янова Техред» 3,Чужик КорректорН.Ковалева

Заказ 1841/41 Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 эультата, счетчик масштаба, источник стробирующего потока импульсов и блок управления, о т л и ч"а ю шийся тем, что, с целью повйшения точности, он снабжен дополнительным стробируемым 5 амплитудным дискриминатором, генера.— тором псевдослучайных чисел, управляемой линией задержки, электронным ключом и оперативным запоминающим устройством, причем выход дискриминатора из в 10 меряемого сигнала соединен с одним из входов блока управления, другой вход блока управления .через дополнительный стробируемый амплитудный дискриминатор подключен ко входу стробируемого амплитудного дискриминатора опорного сигнала, управляющий вход дополнительного стробируемого амплитудного дискриминатора соединен с источником стробирующего потока импульсов и входом управляемой линии задержкиу выход которой соединен с суммирующим входом счетчика масштаба и через электронный ключ с управляющими входами стробируемых амплитудных дискриминаторов опорного и измеряемого сигналов, первый выход х5 блока управления подключен ко вторым входам счетчика результата и счетчика масштаба, выходы которых присоединены соответственно ко входам оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами электронного ключа, оперативного запоминающего устройства и генератора псевдослучайных чисел, выходы которого подключены к управляющим входам уйравляемой линии задержки, опе> ративного запоминающего устройства и третьему входу счетчика результата, выход оперативного запоминающего устройства подсоединен к третьему входу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Смирнов П. Т, Цифровые фазометры, энергия", 1974, с . 15-26.

2. Сборник материалов научно-технической конференции Фазоизмерительные системы и устройства; Томск, 1974,. с. 170-174.