КОМПАРАТОР ЧАСТОТНЫЙ

Полезная модель относится к радионзмерительной технике, а именно к области измерения частоты, и может быть использована для измерения разности и нестабильности частот выходных сигналов стандартов частоты и времени, а также нестабильности частоты и фазы, вносимой четырехполюсниками.
Известен компаратор частотный типа ЧК7 - 51 (см. каталог 1999 года Нижегородского НИПИ Кварц с. 49), предназначенный для измерения относительного отклонения частот повторяемых сигналов 5 и 10 Мгц по опорному сигналу 5Мгц, основанное на измерении длительности стробимпульсов, вырабатываемых умножителем относительной разности частот, длительность которых связана с относительным отклонением частоты. Формирование основной и задержанной шкал времени основано на делении частоты высокостабильного сигнала частотой 10 Мгц, получаемого из опорного сигнала 5 Мгц до 1 Гц с помощью семидекадного делителя частоты.
Известен компаратор частотный типа 47 - 45 ( см. каталог 1999 года Нижегородского НИПИ Кварц с. 45), предназначенный
МКИ: НОЗД 13/00
для измерения разности и нестабильности частот выходных сигналов 5, 10 или 100 Мгц стандартов частоты и времени. Принцип действия прибора основан на преобразоваьши измеряемых сигналов 5,10 или 100 Мгц в сигнал частотой 100 кГц или 200 Гц с увеличением относительной нестабильности частоты. Измерителем интервалов времени измеряется интервал времени между преобразованным и опорным сигналами.
Недостатками данных компараторов являются малые функциональные возможности (невозможность оценки за одно измерение нестабильности частоты каждого из трех входных сигналов), их сложность из-за наличия большого количества блоков умножения и преобразования частоты, увеличивающих погрешность измерения нестабильности частоты.
В качестве ближайшего аналога технического решения выбран компаратор частотный типа 47-45, упрошенная структурная схема которого приведена на фиг. 1. В состав компаратора входит умножитель относительной разности частот (ОРЧ ) 1, на входы которого подаются исследуемый сигнал и опорный сигнал ( 5 или 100 Мгц). С выхода з ножителя ОРЧ 1 сигналы с умноженными флуктуациями поступают на схему формирования и измерения (ИВИ) 2, где измеряются интервалы времени, несушие информацию
lUoo /- 7 LIO
о частоте. Результаты измерений передаются через схему сопряжения 3 на устройства обработки информации (линии коллективного пользования КОП).
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей, снижение систематической погрешности измерения нестабильности частот входных сигналов, упрощение схемы компаратора, повышение его надежности.
Это достигается тем, что компаратор частотный, содержащий умножитель относительной разности частот со входами для исследуемого сигнала частотой fx и образцового сигнала частотой fo, выходы которого соединены со входами измерителя временных интервалов, выход которого через устройство сопряжения подключен к внешнему устройству обработки данных, содержит второй умножитель относительной разности частот со входами для исследуемого сигнала частотой fx и образцового сигнала частотой fo, а измеритель временных интервалов выполнен двухканальным, ко вторым входам которого подключены выходы второго умножителя относительной разности частот, причем вход образцового сигнала частотой fo первого умножителя относительной разности частот
п I  о
соединен со входом образцового сигнала частотой fo второго умножителя относительной разности частот.
В варианте выполнения умножителя относительной разности частот 5(10) МГц он содержит два одинаковых умножителя частоты 5 (10) - 100 МГц исследуемого сигнала частотой fx 5 (10) МГц и образцового сигнала частотой fo 5 (10) МГц, выходы которых подключены к первым входам соответствующих преобразователей частоты 100-0,1 МГц, вторые входы которых соединены с выходами гетеродина 99,9 Мгц, управляющий вход которого подключен к выходу частотно-фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом преобразователя частоты образцового сигнала, а второй вход которого через делитель частоты 99,9 - 0,1 МГц подключен к третьему выходу гетеродина и делителю частоты 100-1 Гц, выход которого соединен со входом формирователя выходных импульсов, выход которого является выходом образцового сигнала частотой FO, выход преобразователя частоты исследуемого сигнала соединен со входом преобразователя частоты 100 кГц - 100 Гц, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты 99,9 МГц - 99,9 кГц, вход которого соединен с выходом гетеродина, выход преобразователя частоты 100 кГц -100 Гц через второй делитель частоты 100 - 1 Гц
подключен ко второму формирователю выходных сигналов, выход которого является выходом исследуемого сигнала частотой F. Двухканаяьный измеритель временных интервалов содержит два запоминающих устройства, входы которых являются входами исследуемых сигналов частоты FX, и делитель частоты, вход которого является входом сигнала образцовой частоты fo, а выходы соединены со вторыми входами соответствующих запоминающих устройств, выходы которых являются выходами двухканального измерителя временных интервалов.
Отличия предлагаемого технического рещения и положительный эффект, который они обеспечивают:
- введение второго умножителя ОРЧ и соответственно двухканального РШИ позволяет за одно измерение оценить с малой погрешностью нестабильность каждого из трех сигналов в отдельности ( в прототипе же оценивается суммарная нестабильность частот исследуемого сигнала вместе с опорным сигналом и если нестабильность частоты опорного сигнала сравнима с нестабильностью частоты исследуемого сигнала, то появляется большая погрешность измерения ), т.е повышается точность оценки относительной нестабильности частоты
6-
исследуемого сигнала и расширяются функциональные возможности компаратора частотного;
- выбор частоты гетеродина равной 99,9 МГц ( в отличие от прототипа, где частота гетеродина 99 МГц ) позволяет за одно преобразование получить коэффициент умножения относительной нестабильности частоты 10, это позволяет значительно упростить схему умножителя ОРЧ ( исключив из его структуры два блока преобразователей частоты и два блока умножителей частоты, которые являются сложными и дорогими устройствами ), повысить надежность, упростить борьбу с помехами, вносимыми блоками.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.2 представлена структурная схема компаратора частотного, на фиг. 3 представлена реализация блока умножителя относительной разности частот, на фиг.4 представлена реализация двухканального измерителя временных интервалов.
Схема компаратора частотного (фиг.2) содержит два идентичных умножителя относительной разности частот ( ОРЧ) 1 со входами для исследуемого и опорного сигналов с частотами 5(10) Мгц , выходы которых соединены со входами ИВИ 2, выходы которого через устройство сопряжения 3 подключены к микро ЭВМ 4, причем
Г
вход образцового сигнала первого умножителя относительной разности частот соединен со входом образцового сигнала второго умножителя относительной разности частот.
В варианте выполнения умножителя относительной разности частот (фиг.З) он содержит два одинаковых умножителя частоты 5 (10)- 100 МГц исследуемого сигнала 5 и образцового сигнала 6, выходы которых подключены к первым входам соответствующих преобразователей частоты (100-0,1 Мгц) 7 и 8, вторые входы которых соединены с выходами гетеродина (99,9 Мгц) 9, управляющий вход которого подключен к выходу частотнофазового детектора 10, первый вход которого соединен с выходом преобразователя частоты образцового сигнала 8, а второй вход которого через делитель частоты ( 99,9 - 0,1 Мгц) 11 подключен к третьему выходу гетеродина 9 и делителю частоты (100 - 1 Гц) 12, выход которого соединен со входом формирователя выходных сигналов 13, выход которого является выходом образцового сигнала частотой FO, выход преобразователя частоты исследуемого сигнала 7 соединен со входом преобразователя частоты (100 кГц 100 Гц) 14, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты (99,9 МГц - 99,9 кГц) 15, вход которого соединен с выходом гетеродина 9, выход преобразователя частоты (100 кГц (P/27J
100 Гц) 14 через второй делитель частоты (100 - 1 Гц) 16 подключен ко второму формирователю выходных сигналов 17, выход которого является выходом исследуемого сигнала частотой FX.
Двухканальный измеритель временных интервалов (см. фиг.4) содержит два запоминающих устройства 18, 19, входы которых являются входами исследуемых сигналов частоты FX, и делитель частоты (100МГц - 1Гц) 20, вход которого является входом сигнала образцовой частоты fo, а выходы соединены со вторыми входами соответствующих запоминающих устройств 18, выходы которых являются выходами двухканального измерителя временных интервалов 2.
Компаратор частотный работает следующим образом.
Принцип действия прибора основан на преобразовании измеряемых сигналов 5(10) МГц с увеличением относительной нестабильности частоты и измерением относительного отклонения частот сигналов 5(10) МГц по опорному сигналу. Исследуемые сигналы (образцовой fo и исследуемых fx частот) 5 или 10МГц ( далее принцип работы компаратора будет описан для частоты исследуемых сигналов 5 МГц) подаются на соответствующие входы умножителей относительной разности частот 1, а именно, на входы его идентичных умножителей частоты ( 5-100 Мгц ) исследуемого
Za)./z7 SMc7 ,(;
сигнала 5 и образцового сигнала 6. Как видно из электрической структурной схемы умножителей ОРЧ 1 (фиг.З) в устройстве использовано и умножение частоты, и преобразование частоты. Входные умножители частоты 5, 6 умножают частоты входных сигналов 5 МГц (fo) и 5 МГц ± Д f (fx ) в 20 раз, при этом в 20 раз умножается и частота и А f ( разность входных частот). Затем сигналы частотой 100 МГц и 100 МГц ± 20 А f поступают непосредственно на входы соответствующих преобразователей частоты (100 - 0,1 МГц) 7, 8, на вторые входы которых подается сигнал 99,9 МГц с кварцевого генератора 9 , сам сигнал кварцевого генератора для уменьшения погрешности за счет нестабильности частоты гетеродина синхронизирован по частоте с опорным сигналом fo с помощью ЧФД 10, на первый вход которого поступает образцовый сигнал частотой 100 кГц с преобразователя частоты 8, а на второй вход поступает сигнал с кварцевого генератора после делителя частоты (99,9 - 0,1 МГц) также ЮОкГц. Поэтому в преобразователях частоты 7 и 8 происходит симметричное преобразование частоты 100 МГц обоих сигналов к частоте 100 кГц с помощью гетеродина (внутреннего кварцевого генератора ) с частотой 99,9 МГц. При этом благодаря выбранному удобному соотношению частот (100 МГц - 100 кГц) появилась возможность
за одно преобразование в тракте исследуемого сигнала получить коэффициент умножения относительной нестабильности частоты 10 . Сигнал частотой ЮОкГц ± 20 А f и умноженной в 1000 раз относительной нестабильностью Y поступает на преобразователь частоты (ЮОкГц - 100Гц), на второй вход которого подается поделенный сигнал 99,9 Мгц в 1000 раз в делителе частоты (99,9 МГц - 99,9 кГц) 15 для последующей ступени преобразования частоты до 100 Гц ± 20 А f и последующего деления частоты 100 Гц ± 20 А f в делителе частоты 16 до частоты выходного сигнала 1Гц ± 0,2 А f, который после формирователя 17 поступает на выход умножителя ОРЧ FX
Таким образом, если на входе умножителя ОРЧ входной исследуемый сигнал был частотой fx  fo + А f  fo (1+Y), то на выходе частота F  1Гц + 0,2 А f  1Гц (1+ 10 Y), т.е. с умноженной относительной нестабильностью, что позволяет провести ее измерение ИВИ.
Опорный выходной сигнал FO , равный 1 Гц, формируется из сигнала гетеродина с помощью делителя частоты (100- 1Гц) 12и формирователя выходных сигналов 13 и поступает на выход умножителя ОРЧ FO .
о
40 С выходов умножителей ОРЧ 1 сигналы с умноженными флуктуациями поступают на двухканальную схему формирования и измерения (ИВИ) 2. На запоминающие устройства 18, 19 делитель частоты 20 выдает код теьсущего времени с дискретностью 10 не (ЮОмгц). В момент прихода опрашиваемых сигналов с частотой FI (для первого канала) и р2 (для второго канала) значения кодов запоминаются в ЗУ 18 или в ЗУ 19 и измеряются интервалы времени, несущие информацию о частоте. Результаты измерений передаются через схему сопряжения 3 на внешнее устройство обработки информации 4 ( микроЭВМ).
Преимуществами компаратора частотного по сравнению с известными техническими решениями являются расширение функциональных возможностей за счет оценки за одно измерение с хорошей погрешностью нестабильности частоты трех сигналов (fxi, fx2, fo) менее сложная схема реализации за счет упрощения схемы умножителя относительной разности частот, большая надежность работы.
Схема устройства реализуется на интегральных микросхемах и программируемых логических схемах типа ЕРМ 7032STC44-7 (делитель частоты и ЧФД) , ЕРМ 7064STC44-10 ( делитель частоты),
ЕРМ 3256 АТС-144-7 ( ИВИ и интерфейс), отличается компактностью, небольшими весовыми характеристиками и малой энергоемкостью.