Синтезатор интервалов времени

 

Полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована для формирования регулируемых по длительности с дискретом 10-8 с и менее импульсов схр, 1 и 2 таким образом, что срез импульса схр совпадает с фронтом импульса 1, а интервал времени между фронтами импульсов 1 и 2 может регулироваться с дискретом 10-8 с в пределах от 0 до 1000 с.

Полезная модель может быть использована в автоматизированных метрологических комплексах и автоматизированных измерительных системах для настройки, проверки, отладки и поверки различной частотно-временной измерительной аппаратуры (частотомеры, измерительные генераторы, измерители интервалов времени и т.д.).

Сущность технического решения заключается в том, что в синтезатор интервалов времени (СИВ), содержащий последовательно соединенные опорный генератор 5 МГц и обнаружитель внешнего опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом «ВНУТР» внутренней опорной частоты СИВ, а второй вход которого является входом «ВНЕШ» внешней опорной частоты СИВ; последовательно соединенные формирователь временных интервалов (ФВИ), микроконтроллер и интерфейс КОП, второй вход/выход которого является входом/выходом «КОП» СИВ; второй, третий, четвертый и пятый выходы ФВИ являются соответственно выходами импульсных последовательностей «схр», «1+2», «1», «2»; устройство клавиатуры и индикации, вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом микроконтроллера; введены последовательно соединенные синтезатор частоты 1, делитель частоты на 101 и синтезатор частоты 2, выход которого 99,(0099) МГц соединен с вторым входом ФВИ, третий вход которого соединен с выходом 100 МГц синтезатора частоты 1, вход которого соединен с выходом обнаружителя внешнего опорного сигнала.

СИВ содержит последовательно соединенные опорный генератор 5 МГц (6) и обнаружитель внешнего опорного сигнала (5), первый вход которого соединен с выходом «ВНУТР» внутренней опорной частоты СИВ, а второй вход которого является входом «ВНЕШ» внешней опорной частоты СИВ; последовательно соединенные ФВИ (4), микропроцессор (3) и интерфейс КОП (1), второй вход/выход которого является входом/выходом «КОП» СИВ, второй, третий, четвертый и пятый выходы ФВИ (4) являются соответственно выходами импульсных последовательностей «схр», «1+2», «1», «2»; устройство клавиатуры и индикации (2), вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом микроконтроллера (3); последовательно соединенные синтезатор частоты 1 (7), делитель частоты на 101 (9) и синтезатор частоты 2 (8), выход которого 99,(0099) МГц соединен с вторым входом ФВИ (4), третий вход которого соединен с выходом 100 МГц синтезатора частоты 1 (7), вход которого соединен с выходом обнаружителя внешнего опорного сигнала (5).

Технической задачей, решение которой достигается предлагаемым устройством, является повышение надежности СИВ, его технологичности, снижение его массогабаритных характеристик и стоимости, сокращение времени его настройки.

Полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована для формирования регулируемых по длительности с дискретом 10-8 с и менее импульсов схр, 1 и 2 таким образом, что срез импульса схр совпадает с фронтом импульса 1, a интервал времени между фронтами импульсов 1 и 2 может регулироваться с дискретом 10-8 с в пределах от 0 до 1000 с.

Полезная модель может быть использована в автоматизированных метрологических комплексах и автоматизированных измерительных системах для настройки, проверки, отладки и поверки различной частотно-временной измерительной аппаратуры (частотомеры, измерительные генераторы, измерители интервалов времени и т.д.).

Известны устройства для формирования сигналов времени (устройство формирования сигналов времени по авторскому свидетельству СССР 1220115 [1], устройство формирования сигналов времени по патенту РФ 2390925 [2]), которые формируют сдвигаемые во времени импульсы с малым временным дискретом (до 1 нc) по нескольким каналам (до 4-х). Однако указанные устройства не формируют импульсы с регулируемой длительностью и указанные выше длительные интервалы времени.

Известен синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012, который предназначен для формирования регулируемых по длительности с дискретом 10-8 с в пределах от 0 до (1000-10 -10) с.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбран синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012, который входит в состав серийно выпускаемого автоматизированного комплекса метрологического обслуживания 14Б328 [3].

Работа синтезатора интервалов времени (СИВ) осуществляется следующим образом.

СИВ реализует нониусный метод формирования интервалов. Сущность метода заключается в получении требуемого интервала времени в виде разности двух интервалов, формируемых прямым счетом периодов двух опорных последовательностей. Частоты f1 и f2 опорных последовательностей связаны соотношением:

где k - коэффициент нониусного преобразования.

Существуют моменты времени, когда фазы сигналов f 1 и f2 точно совпадают, причем период совпадений Tсовп. равен

где t1=1/f1, t 2=1/f2 - периоды опорных последовательностей.

В случае импульсных сигналов совпадение фаз соответствует совпадению фронтов импульсов, и калибровка СИВ заключается в привязке начала цикла синтеза к этому моменту.

Дискретность временных интервалов при нониусном методе:

В СИВ реализовано:

k=100; f1=100 МГц (t1=10,0 нс); f2=99,(0099) МГц (t1=10,1 нс); t=0,1 нс.

Импульсы схр и 1 формируются методом прямого счета периодов последовательности f1. Срез синхронизирующего импульса схр совпадает с фронтом 1.

Импульсы 2 формируются методом прямого счета периодов последовательности f2. Поскольку дискретность длительности 2 на 1% крупнее дискретности длительности 1, реальная длительность 2 на 1% больше установленной на соответствующем табло.

Структурная схема СИВ (прототип) приведена на фигуре 1.

Основными функциями СИВ являются:

- генерация импульсных последовательностей с периодами повторения 10,0 и 10,1 нс;

- синтез на их основе импульсов напряжения схр, 1, 2 и совмещенного 1+2,

- управление временными параметрами синтезируемых импульсов.

Термостатированный опорный кварцевый генератор 5 МГц является источником опорного сигнала для системы ФАПЧ и определяет погрешность по длительностям синтезируемых импульсов и интервалу Т.

Термостатированные управляемые кварцевые генераторы 100 МГц и 99 МГц обеспечивают формирователь временных интервалов (ФВИ) спектрально-чистыми сигналами с периодами 10,0 и 10,1 не соответственно. Системы ФАПЧ 1 и 2 поддерживают номинальное значение частоты каждого из них для соблюдения условий нониусного метода синтеза интервалов времени. При наличии сигнала на входе обнаружитель внешнего опорного сигнала проверяет его частоту относительно генератора 5 МГц, в случае, если частота находится в пределах допуска, сигнал воспринимается в качестве внешнего опорного.

ФВИ, синхронизируемый сигналами 100 МГц и 99,(0099) МГц, определяет оптимальные для синтеза моменты времени (калибруется) и в привязке к ним синтезирует импульсы напряжения с заданными параметрами применительно к активной нагрузке 50 Ом.

Управление работой СИВ осуществляется с помощью микроконтроллера, выполненного на ПЛИС. Обмен информацией между микроконтроллером и ФВИ осуществляется через шины данных и управления.

Работа СИВ в составе автоматизированной измерительной системы обеспечивается интерфейсом КОП.

Устройство клавиатуры и индикации индицирует значения параметров синтезируемых импульсов, состояния и режимы прибора; обеспечивает задание параметров и режимов синтеза.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность, большая трудоемкость (стоимость) в изготовлении и в настройке, большие массогабаритные характеристики за счет использования отдельно изготавливаемых термостатированных управляемых кварцевых генераторов 100 и 99,(0099) МГц, которые являются достаточно дорогими устройствами в силу жестких требований, предъявляемых к ним по точности и по рабочему диапазону температур (+5÷+40°C); а также за счет использования достаточно точных систем ФАПЧ1 и ФАПЧ2, которые должны обеспечивать управление указанных кварцевых генераторов и синхронизацию формируемых на их выходах сигналов 100 и 99,(0099) МГц по отношению к опорному сигналу (внутреннему или внешнему) с относительной погрешностью по частоте 1·10-10÷1·10-11 .

Технической задачей, решение которой достигается предлагаемым устройством, является повышение надежности СИВ, его технологичности, снижение его массогабаритных характеристик и стоимости, сокращение времени его настройки.

Сущность технического решения заключается в том, что в СИВ, содержащий последовательно соединенные опорный генератор 5 МГц и обнаружитель внешнего опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом «ВНУТР» внутренней опорной частоты СИВ, а второй вход которого является входом «ВНЕШ» внешней опорной частоты СИВ; последовательно соединенные ФВИ, микроконтроллер и интерфейс КОП, второй вход/выход которого является входом/выходом «КОП» СИВ, второй, третий, четвертый и пятый выходы ФВИ являются соответственно выходами импульсных последовательностей «схр», «1+2», «1», «2»; устройство клавиатуры и индикации, вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом микроконтроллера; введены последовательно соединенные синтезатор частоты 1, делитель частоты на 101 и синтезатор частоты 2, выход которого 99,(0099) МГц соединен со вторым входом ФВИ, третий вход которого соединен с выходом 100 МГц синтезатора частоты 1, вход которого соединен с выходом обнаружителя внешнего опорного сигнала.

На фигуре 2 представлена структурная электрическая схема предлагаемого СИВ.

СИВ содержит последовательно соединенные опорный генератор 5 МГц (6) и обнаружитель внешнего опорного сигнала (5), первый вход которого соединен с выходом «ВНУТР» внутренней опорной частоты СИВ, а второй вход которого является входом «ВНЕШ» внешней опорной частоты СИВ; последовательно соединенные ФВИ (4), микропроцессор (3) и интерфейс КОП (1), второй вход/выход которого является входом/выходом «КОП» СИВ, второй, третий, четвертый и пятый выходы ФВИ (4) являются соответственно выходами импульсных последовательностей «схр», «1+2», «1», «2»; устройство клавиатуры и индикации (2), вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом микроконтроллера (3); последовательно соединенные синтезатор частоты 1 (7), делитель частоты на 101 (9) и синтезатор частоты 2 (8), выход которого 99,(0099) МГц соединен с вторым входом ФВИ (4), третий вход которого соединен с выходом 100 МГц синтезатора частоты 1 (7), вход которого соединен с выходом обнаружителя внешнего опорного сигнала (5).

Работа СИВ в части назначения и работы блоков: обнаружителя внешнего опорного сигнала (5), опорного генератора 5 МГц (6), ФВИ (4), микроконтроллера (3), устройства клавиатуры и индикации (2), интерфейса КОП (1) осуществляется аналогично прототипу и описана выше.

Блоки: синтезатор частоты 1 (7), делитель частоты на 101 (9) и синтезатор частоты 2 (8) выполняют функции термостатированных управляемых кварцевых генераторов 100 МГц и 99,(0099) МГц и систем ФАПЧ1 и ФАПЧ2, обеспечивая ФВИ (4) сигналами с периодами 10,0 и 10,1 не соответственно.

Практическая реализация блоков предлагаемого СИВ может быть выполнена на выпускаемых серийно микросхемах, дискретных радиоэлементах или программным образом.

Опорный генератор 5 МГц (6) может быть выполнен аналогично прототипу в виде термостатированного опорного кварцевого генератора.

Обнаружитель внешнего опорного сигнала (5) может быть выполнен аналогично прототипу программным образом на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) XC2S50-5TQ144I (фирма «XILINX», США).

ФВИ (4), микроконтроллер (3), устройство клавиатуры и индикации (2), интерфейс КОП (1) могут быть выполнены аналогично прототипу на ПЛИС XC2S50-5TQ144I (фирма «XILINX», США) и дискретных радиоэлементах.

Синтезатор частоты 1 (7), делитель частоты на 101 (9) и синтезатор частоты 2 (8) могут быть выполнены программным образом на ПЛИС XC3S200-4PQ208I (фирма «XILINX», США).

Предлагаемый СИВ обладает большей надежностью за счет исключения из его схемы аналоговых термостабилизированных кварцевых генераторов 100 и 99,(0099) МГц и аналоговых схем ФАПЧ1 и ФАПЧ2 и включением вместо них делителя частоты на 101 и цифровых синтезаторов частоты 1 и 2, выходные сигналы которых 100 и 99,(0099) МГц будут точно синхронизированы по частоте с внутренним опорным генератором 5 МГц или с внешним опорным сигналом 5 МГц с относительной погрешностью ~10-12, обусловленной джиггером цифровых синтезаторов частоты 1 и 2. Цифровые синтезаторы частоты 1 и 2 и делитель частоты на 101 могут быть выполнены на одной ПЛИС XC3S200-4PQ208I, не требуют настройки и калибровки, что повышает технологичность СИВ и снижает его массогабаритные характеристики и потребление от сети питания.

Библиографические данные:

1. Устройство формирования сигналов времени. А.с. СССР. 1220115

2. Устройство формирования сигналов времени. Патент РФ 2390925

3. Система поверки частотомеров и вольтметров. Руководство по эксплуатации. Книга 3. ЯНТИ.411711.032РЭ. Синтезатор интервалов времени ЯНТИ.411661.012 (прототип)

1. Синтезатор интервалов времени (СИВ), содержащий последовательно соединенные опорный генератор 5 МГц и обнаружитель внешнего опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом «ВНУТР» внутренней опорной частоты СИВ, а второй вход которого является входом «ВНЕШ» внешней опорной частоты СИВ; последовательно соединенные формирователь временных интервалов (ФВИ), микроконтроллер и интерфейс КОП, второй вход/выход которого является входом/выходом «КОП» СИВ, второй, третий, четвертый и пятый выходы ФВИ являются соответственно выходами импульсных последовательностей «схр», «1+2», «1», «2»; устройство клавиатуры и индикации, вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные синтезатор частоты 1, делитель частоты на 101 и синтезатор частоты 2, выход которого 99,(0099) МГц соединен со вторым входом ФВИ, третий вход которого соединен с выходом 100 МГц синтезатора частоты 1, вход которого соединен с выходом обнаружителя внешнего опорного сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что синтезатор частоты 1 (7), делитель частоты на 101 (9) и синтезатор частоты 2 (8) выполнены на одной программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) XC3S200-4PQ208I (фирма «XILINX», США).



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к вычислительной технике, в частности, к выполнению работ по созданию инновационных продуктов в процессе проведения научно-исследовательских или опытно-конструкторских работ
Наверх