ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации.
Известен импульсно-фазовый дискриминатор (Бубнов А,В, Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: Монография - Омск, 20005. - С. 151-153), содержащий логическое устройство сравнения, функциональный преобразователь и блок выборки-хранения, причем входы логического устройства сравнения подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частот, а выход подключен к управляющему входу функционального преобразователя, измерительный вход функционального преобразователя подключен к выходу блока выборки-хранения, который является выходом устройства, управляющий вход блока выборки-хранения подключен к клемме источника эталонной частоты, а измерительный вход подключен к выходу функционального преобразователя, при этом функциональный преобразователь может быть выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и интегратора напряжения.
э
Недостатком такого устройства можно считать узкий диапазон сравниваемых частот из-за наличия зависимости времени переходного процесса преобразования от изменения фазовой ошибки и отношения периода квантования T к постоянной времени интегратора Т.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является импульсно-фазовый дискриминатор (а.с. СССР №1688381 кл. H03T) 13/00, 1991 г.), содержащий блок фазового сравнения, разделительную RC-цепь и блок выборки-хранения, причем входы блока фазового сравнения подключены к клеммам источников эталонной и контролируемой частот, а выход через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты, а выход блока выборки-хранения является выходом устройства, при этом блок выборки-хранения состоит из запоминающего блока и формирователя импульсов, при этом первый вход запоминающего блока является информационным входом блока выборки-хранения, а второй вход подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого является управляющим входом блока выборки-хранения, а выходом блока выборки-хранения является выход запоминающего блока.
к
э
Недостатком данного устройства является наличие погрешности измерения фазового рассогласования контролируемой f и эталонной f частот, проявляющаяся во временной задержке выходного сигнала дискриминатора.
Техническим результатом полезной модели является повышение быстродействия демодуляции выходного широтно-импульсного модулированного сигнала.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный импульсно-фазовый дискриминатор, содержащий блок фазового сравнения, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами импульсно-фазового дискриминатора, выход блока фазового сравнения через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен ко второму входу блока фазового сравнения, согласно заявляемому техническому решению, введены второй блок выборки-хранения и вычислительное устройство, при этом информационный вход второго блока выборки-хранения подключен к выходу первого блока выборки-хранения, управляющий вход второго блока выборки-хранения подключен к источнику контролируемой частоты а выход подключен к первому входу вычислительного устройства, кроме того второй вход вычислительного устройства подключен к выходу первого блока выборки-хранения, при этом выход вычислительного устройства является выходом устройства.
Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора.
Импульсно-фазовый дискриминатор содержит блок фазового сравнения 1, разделительную RC-цепь 2, блоки выборки-хранения 3 и 4, вычислительное устройство 5.
э
к
к
к
Первый и второй входы блока фазового сравнения 1 являются первым и вторым входами импульсно-фазовый дискриминатора и подключены соответственно к источникам эталонной f и контролируемой f частот. Выход блока фазового сравнения 1 через разделительную RC-цепь 2 подключен к информационному входу блока выборки-хранения 3, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты f. Информационный вход блока выборки-хранения 4 подключен к выходу блока выборки-хранения 3, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты f, а выход подключен к первому входу вычислительного устройства 5, второй вход которого подключен к выходу блока выборки-хранения 3. Выход вычислительного устройства 5 подключен ко входу фильтра нижних частот 6, выход которого является выходом импульсно-фазового дискриминатора.
Импульсно-фазовый дискриминатор работает следующим образом.
э
к
э
Импульсы эталонной f и контролируемой f частот поступают на вход блока фазового сравнения 1. Блок фазового сравнения 1 формирует последовательность импульсов, период следования которых равен периоду T эталонной частоты, а длительность пропорциональна величине фазового рассогласования сравниваемых частот. Если параметры разделительной RC-цепи 2 выбраны так, что
, где
R - сопротивление разделительной RC-цепи;
p
2
C - емкость разделительной RC-цепи; то разделительная цепь не искажает форму входного сигнала, т.к. его частота лежит за частотой среза передаточной функции RC-цепи (а.с. СССР №1688381 кл. H03B 13/00, 1991 г.). При этом постоянная составляющая в выходном сигнале U. разделительной цепи 2 отсутствует и амплитуда отрицательного импульса U выходного сигнала равна среднему за период напряжению входного сигнала
ср
где U - среднее значение напряжения на выходе блока фазового сравнения;
U - амплитуда выходных импульсов блока фазового сравнения;
1
τ - длительность выходных импульсов блока фазового сравнения;
э
T - период выходных импульсов фазового сравнения.
Так как постоянная составляющая в выходном сигнале разделительной RC-цепи отсутствует, то
Отсюда
Подставляя (2) в (4), получаем
.
2
i
Ф
ВХ
Выходной сигнал разделительной RC-цепи 2 поступает на информационный вход блока выборки-хранения 3, в котором по переднему фронту импульсов контролируемой частоты запоминается амплитуда отрицательных импульсов U. Таким образом, на выходе блока выборки-хранения 3 формируется ступенчатое напряжение U, из которого с помощью фильтра нижних частот может быть выделена медленно меняющая составляющая U пропорциональная фазовому рассогласованию Δφ(U) сравниваемых импульсных последовательностей.
i
Ф
ВХ
з
i-1
В переходных режимах Δφ является переменной величиной, в результате на выходе блока выборки-хранения 3 формируется ступенчатое напряжение U, из которого с помощью фильтра нижних частот может быть выделена медленно меняющая составляющая U пропорциональная фазовому рассогласованию Δφ(U) сравниваемых импульсных последовательностей, но имеющее временную задержку τ, приблизительно равную половине периода эталонной частоты (Фиг. 2). Для исключения временной задержки вводятся второй блок выборки-хранения 4 и вычислительное устройство 5. Во второй блок выборки-хранения 4 по переднему фронту импульсов контролируемой частоты переписывается информация из первого блока выборки-хранения 3, соответствующая предыдущему значению фазовой ошибки, и на его выходе формируется напряжение U (Фиг. 1).
Выходные сигналы блоков выборки-хранения 3 и 4 поступают на первый и второй входы вычислительного устройства 5. Выходной сигнал вычислительного устройства формируется в соответствии с выражением:
,где
i
U - выходной сигнал первого блока выборки-хранения (выходной сигнал наиболее близкого технического решения к заявленному устройству);
i-1
U - выходной сигнал второго блока выборки-хранения.
i
i
i-1
При этом осуществляется корректировка выходного сигнала первого блока выборки-хранения U на величину, равную половине разности настоящего U и предыдущего U значений выходного сигнала демодулятора.
Фильтр нижних частот позволяет выделить из ступенчатого сигнала U медленно меняющуюся составляющую, пропорциональную фазовой ошибке сравниваемых частот.
Ф
В результате в выходном сигнале импульсно-фазового дискриминатора устраняется временная задержка, имеющаяся в выходном сигнале Uизвестного устройства.
Это позволяет повысить качество демодуляции выходного широтно-импульсного модулированного сигнала импульсно-фазового дискриминатора, за счет использования корректирующего сигнала, пропорционального разности настоящего и предыдущего значений выходного сигнала демодулятора.