ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

Полезная модель относится к радиоизмерителыюй технике, предназначена для формирования высокоточных по частоте импульсных сигналов с широким диапазоном периодов повторения и возможностью прецизионного изменения задержки. Основные области применения: в метрологии при работе в системах хранения и передаче размера единицы времени и частоты, в аппаратуре навигационных систем, в системах синхронизации цифровой синхронной связи, в различного рода научных исследованиях.
-8
-10
Известен синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012 (Разработка ННИПИ «Кварц», г. Нижний Новгород. Система поверки частотомеров и вольтметров. Руководство по эксплуатации ЯНТИ.411711.032РЭ, 2002 г.), который предназначен для формирования регулируемых по длительности интервалов времени с дискретом 10 с в пределах от 0 до (1000-10) с.
Известен синтезатор интервалов времени по патенту на полезную модель RU №126153, в котором в отличие от синтезатора ЯНТИ.41 1661.012 функции кварцевых генераторов 100 и 99, (0099) МГц и систем ФАПЧ1 и ФАПЧ2, для обеспечения формирователя временных интервалов сигналами с периодами 10.0 и 10.1 не соответственно, используются блоки синтезаторов частоты и делителя частоты.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбран синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012 автоматизированного комплекса метрологического обслуживания 14Б328.
Структурная схема синтезатора-прототипа изображена на фиг. 1 патента на полезную модель RU №126153. В нем используется нониусный метод формирования требуемого интервала времени в виде разности двух интервалов, формируемых прямым счетом периодов двух опорных последовательностей.
Технической проблемой указанных синтезаторов интервалов времени является ограниченная дискретность шага сдвига сигнала (временных интервалов) по фазе, что ограничивает задержку сигнала и возможность ее коррекции.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является создание формирователя интервалов времени с широким диапазоном периодов повторения и возможностью прецизионного изменения задержки.
Сущность технического решения задачи заключается в том, что в формирователе интервалов времени (ФИВ), включающем устройство для измерения фазовых соотношений сигналов, на первый вход которого подается опорный сигнал, формирователь сигналов основной шкалы времени (ШВ), формирователь сигналов вспомогательной ШВ, два управляемых кварцевых генератора, управляющий вход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму выходу устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, первые выходы кварцевых генераторов соединены соответственно со вторым и третьим входом устройства для измерения фазовых соотношений сигналов, а вторые выходы кварцевых генераторов подключены ко входу соответствующих формирователей сигналов ШВ, устройство для измерения фазовых соотношений сигналов выполнено в виде двухканального частотного компаратора (двухканальный измеритель разности фаз), (первый и второй) выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих кварцевых генераторов одинаковой частоты, через дополнительно введенную цепочку из последовательно соединенных процессора фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).
ФИВ содержит формирователь сигналов сетки частот, на вход которого подается сигнал 100 МГц с выхода формирователя сигналов основной ШВ, расширяя его функциональные возможности.
На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого ФИВ, где обозначено: 1 - двухканальный частотный компаратор (ДЧК); 2, 3 - управляемые кварцевые генераторы (КГ); 4 - формирователь сигналов основной ШВ; 5- формирователь сигналов вспомогательной ШВ; 6, 7 - процессоры цифровой ФАПЧ кварцевых генераторов; 8, 9 - ЦАП; 10 - формирователь сетки частот; 11 - центральный процессор; 12 - устройство индикации. В приложении приведена структурная схема ФИВ с названиями входящих в него блоков. На фиг. 2 приведена структурная схема выполнения ДЧК 1.
Практическая реализация блоков ФИВ может быть выполнена на выпускаемых серийно микросхемах, дискретных элементах, программным образом. ДЧК 1 построен по принципу компаратора частотно-фазового модульного двухканального (фиг. 2); процессоры ФАПЧ 6, 7 выполнены на программируемой логической интегральной микросхеме TMS320VC5402 - PGE100; ЦАП 8, 9 выполнены на микросхемах AD5541; формирователь сетки частот 10 представляет собой делитель частоты; центральный процессор выполнен на микросхеме AT89C51RD2.
ФИВ содержит ДЧК 1, на первый вход которого подается внешний опорный сигнал, ко второму и третьему входу компаратора подключены соответственно управляемые КГ 2 и 3, вторые выходы которых соединены с входом формирователя сигнала основной ШВ 4 и формирователя сигналов вспомогательной ШВ 5 соответственно. Входы управления частотой кварцевых генераторов 2 и 3 подключены к выходам соответственно процессоров ФАПЧ 6 и 7 через ЦАП 8 и 9, входы процессоров 6 и 7 соединены шиной данных с выходом соответственно первого и второго каналов компаратора 1. Формирователь сигналов сетки частот 10 подключен к выходу (100 МГц) формирователя сигналов основной ШВ 4. Центральный процессор 11 организует связь между всеми узлами ФВИ, задает их режимы и осуществляет связь с внешним компьютером через стандартные интерфейсы связи (для работа ФИВ в составе автоматизированных измерительных комплексов). Устройство управления и индикации 12 (клавиатуру и дисплей ЖКИ) предназначено для ручного управления режимами работы ДЧК 1 и контроля его состояния.
Работа формирователя интервалов времени заключается в следующем. Компаратор ДЧК 1 (фиг. 2) проводит измерения разности фаз двух исследуемых сигналов относительно одного общего сигнала. Частота всех сигналов может быть любой из ряда 5; 10; 100 МГц, поскольку все три сигнала умножаются до частоты 100 МГц независимо от частоты входных сигналов. Далее в ДЧК они преобразуются к частоте 100 кГц с помощью гетеродинного сигнала 99,9 МГц, получаемого от (входящего в состав ДЧК) синхронизируемого местного кварцевого генератора (генератор синхронизируется по частоте и фазе по частоте 100 кГц в тракте опорного сигнала компаратора). В трактах исследуемых сигналов компаратора первая промежуточная частота 100 кГц преобразуется ко второй промежуточной частоте 909 Гц и в импульсном виде поступает на соответствующие измерители моментов времени (ИМВ), цифровая информация с которых поступает на процессоры ФАПЧ, далее на ЦАП, формируя управляющее напряжение для перестройки частоты управляемых прецизионных кварцевых генераторов 2 и 3, которые обеспечивают формирователи сигналов ШВ 4 и 5 спектрально-чистыми сигналами с периодами 10 нс. Управление частотой кварцевых генераторов 2 и 3 осуществляется с помощью цепочки блоков: процессор ФАПЧ (6 или 7) - ЦАП (8 или 9), фиксируя информацию о фазе входных импульсов по отношению к сигналам ШВ. Используя эти данные процессоры ФАПЧ рассчитывают поправки в коды 16-ти разрядных ЦАПов, напряжения с которых поступают на вход управления частотой соответствующих КГ (2 или 3), обеспечивая полный диапазон перестройки управляющего напряжения для автоматической подстройки частоты КГ по опорному сигналу. Поправки в ЦАП вводятся в каждом цикле измерений. В состоянии «захвата» фаза выходного сигнала будет следить за расчетной фазой. Если расчетное значение фазы постоянно, то частота выходного сигнала (с КГ на вход формирователей сигналов ШВ) равна частоте опорного сигнала. В целом формирователи сигналов ШВ совместно с компаратором ДЧК автоматически подстраивают частоты КГ по опорному сигналу, формируя когерентные с входным опорным сигналом синусоидальные выходные сигналы частоты 5 и 100 МГц, а также импульсные частоты 1 Гц (сигналы шкалы времени) выходные сигналы с возможностью сдвига по фазе с прецизионным шагом 1 пс. Сигнал частоты 100 МГц с формирователя сигналов основной ШВ 4 подается на формирователь сетки частот 10, который формирует импульсные сигналы сетки частот (1 МГц, 100; 10; 1 кГц, 1/10 и 1/60 Гц), расширяя функциональные возможности синтезатора временных интервалов.
В отличие от нониусного метода, где интервал времени формируется методом сравнения двух импульсных последовательностей с близкими периодами (как в аналоге и прототипе), в предлагаемом формирователе интервалов времени независимые управляемые кварцевые генераторы 2 и 3 одинаковой частоты формируют с помощью цифровой ФАПЧ свою ШВ, каждая из которых имеет возможность прецизионного сдвига, формируя интервал времени на сравнении сдвигаемых шкал, имея возможность устанавливать любую задержку вспомогательной шкалы времени относительно опорной шкалы в пределах 1с с шагом 10 нс и возможностью прецизионной коррекции задержки в пределах ±30 не с шагом 10 пс (в прототипе ≈100 нс).