Импульсно-фазовый дискриминатор
Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в системах фазовой синхронизации и системах прецизионного синхронно-синфазного электропривода. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия демодуляции выходного широтно-импульсного модулированного сигнала импульсно-фазового дискриминатора. Для этого в известное устройство, содержащее блок фазового сравнения, RC-цепь и блок выборки-хранения, дополнительно введены: блок выборки-хранения, вычислительное устройство и фильтр нижних частот. 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. 2 ил.
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.
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 Tэ 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.
Недостатком данного устройства является наличие погрешности измерения фазового рассогласования контролируемой fк и эталонной fэ 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.
Первый и второй входы блока фазового сравнения 1 являются первым и вторым входами импульсно-фазовый дискриминатора и подключены соответственно к источникам эталонной fэ и контролируемой fк 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 fк. Информационный вход блока выборки-хранения 4 подключен к выходу блока выборки-хранения 3, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты fк , 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.
Импульсы эталонной fэ и контролируемой fк частот поступают на вход блока фазового сравнения 1. Блок фазового сравнения 1 формирует последовательность импульсов, период следования которых равен периоду Tэ 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;
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 Up. разделительной цепи 2 отсутствует и амплитуда отрицательного импульса U2 выходного сигнала равна среднему за период напряжению входного сигнала
где Uср - среднее значение напряжения на выходе блока фазового сравнения;
U - амплитуда выходных импульсов блока фазового сравнения;
1 - длительность выходных импульсов блока фазового сравнения;
Tэ - период выходных импульсов фазового сравнения.
Так как постоянная составляющая в выходном сигнале разделительной RC-цепи отсутствует, то
Отсюда
Подставляя (2) в (4), получаем
.
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 U2. Таким образом, на выходе блока выборки-хранения 3 формируется ступенчатое напряжение Ui, из которого с помощью фильтра нижних частот может быть выделена медленно меняющая составляющая UФ пропорциональная фазовому рассогласованию 
(UВХ) сравниваемых импульсных последовательностей.
В переходных режимах является переменной величиной, в результате на выходе блока выборки-хранения 3 формируется ступенчатое напряжение U i, из которого с помощью фильтра нижних частот может быть выделена медленно меняющая составляющая UФ пропорциональная фазовому рассогласованию (UВХ) сравниваемых импульсных последовательностей, но имеющее временную задержку з, 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 Ui-1 (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
Ui - выходной сигнал первого блока выборки-хранения (выходной сигнал наиболее близкого технического решения к заявленному устройству);
Ui-1 - выходной сигнал второго блока выборки-хранения.
При этом осуществляется корректировка выходного сигнала первого блока выборки-хранения Ui на величину, равную половине разности настоящего Ui и предыдущего Ui-1 значений выходного сигнала демодулятора.
Фильтр нижних частот позволяет выделить из ступенчатого сигнала U медленно меняющуюся составляющую, пропорциональную фазовой ошибке сравниваемых частот.
В результате в выходном сигнале импульсно-фазового дискриминатора устраняется временная задержка, имеющаяся в выходном сигнале UФ известного 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.
Импульсно-фазовый дискриминатор, содержащий блок фазового сравнения и блок выборки-хранения, входы блока фазового сравнения подключены к источникам эталонной и контролируемой частот, разделительную RC-цепь, вход которой подключен к выходу блока фазового сравнения, выход разделительной RC-цепи подключен к информационному входу блока выборки-хранения, а управляющий вход блока выборки-хранения подключен к источнику контролируемой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности демодуляции выходного широтно-импульсного модулированного сигнала, введены второй блок выборки-хранения и вычислительное устройство, информационный вход второго блока выборки-хранения подключен к выходу первого блока выборки-хранения, управляющий вход второго блока выборки-хранения подключен к источнику контролируемой частоты, первый суммирующий вход вычислительного устройства подключен к выходу второго блока выборки-хранения, второй суммирующий вход подключен к выходу первого блока выборки-хранения, вход фильтра нижних частот подключен к выходу вычислительного устройства, выход которого является выходом импульсно-фазового дискриминатора.
