ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2007, № 4, с. 94-95
_ ЭЛЕКТРОНИКА _
- И РАДИОТЕХНИКА -
УДК 621.3.018.12
ЦИФРОВОЕ ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
© 2007 г. В. В. Казаков
Институт прикладной физики РАН Россия, 603950, Н. Новгород, ГСП-120, ул. Ульянова, 46 Поступила в редакцию 09.01.2007 г.
Описано цифровое фазосдвигающее устройство с линейным изменением сдвига фазы с шагом п/Ы, где Ы - общий коэффициент деления используемых делителей частоты. Устройство просто в реализации, позволяет легко устанавливать и изменять шаг сдвига, осуществлять реверсивное (ручное или автоматическое) изменение фазы с заданной скоростью. Устройство полезно для использования в технике фазовых и ультразвуковых измерений.
PACS: 43.58.Mt, 84.30.-r
Регулируемые цифровые фазосдвигающие устройства на основе делителей частоты [1-3] имеют преимущества по сравнению с аналоговыми [4, 5], и главное из них - хорошая временная стабильность сдвига фаз, что и является стимулом для их развития. Управление сдвигом фаз в цифровых устройствах осуществляют путем изменения цифрового кода с использованием значительного количества регистров сдвига, дешифраторов, схем совпадения, что усложняет их схемотехнику тем больше, чем меньший шаг сдвига нужно получить.
Представленная на рисунке схема фазосдвига-ющего устройства очень проста в реализации, позволяет легко устанавливать и изменять шаг сдвига и осуществлять реверсивное управление (ручное или автоматическое) изменением фазы с заданной скоростью.
Устройство имеет опорный Канал 1 и изменяемый Канал 2, на которые подаются сигналы частоты /0. Оно содержит управляемый элемент исключающее ИЛИ (М1), два синхронизирующих триггера (М2-1, М3-1), два "запоминающих" триггера (М2-2, М3-2), делители частоты (М4-М7) и
2.2 к
Канал 1
G1 ОТ
G1 ОТ
Сдвиг на Сдвиг на
опережение отставание
>+5
2.2 к
> РЕ СТ2
D0 00
1)1
D2 01
)3 02
С 03
СЕР
СЕТ
ТС
2.2 к
+5
> РЕ СТ2
)0 00
1)1
)2 01
)3 02
С 03
СЕР
СЕТ
ТС
М5
Л
+5
М7
.«Е
I
5 РЕ СТ2
)0 00
)1
)2 01
)3 02
С 03
СЕР
СЕТ
Р й ТС
2.2 к +5
>РЕ СТ2
)0 00
)1
)2 01
)3 02
С 03
СЕР
СЕТ
ТС
F = Л/п
Принципиальная схема фазосдвигающего устройства. М - К555ЛП5, М2, М3 - К555ТМ2, М4-М7 - К555ИЕ10, М8-Мю -устройства управления.
ЦИФРОВОЕ ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
95
устройства управления (M8-M10). Сдвиг фаз Дф = = U1(t) - U2(t) между выходными сигналами обоих каналов изменяется с шагом ф0 = п/N, где N - общий коэффициент деления используемых делителей частоты в каждом из каналов. Шаг может быть изменен на n/N1 путем включения делителя частоты с коэффициентом деления N1 на вход Канала 2 при условии, что общий коэффициент деления делителей M6 и M7 будет равным N/N1. В данном случае устройства управления представляют собой одновибраторы с кнопочными выключателями, выполненные по известным схемам [6] с подавлением дребезга контактов.
Принцип работы устройства основан на синхронном с фронтами сигнала частоты f0 изменении логического уровня на выходе элемента исключающее ИЛИ, в зависимости от логического уровня на его втором, управляющем входе. При нажатии выключателя "Уст.0" синхронно с положительными фронтами сигнала с M5 формируется импульс низкого логического уровня, который сначала устанавливает выходы M6 и M7 в нулевое состояние, а затем разрешает их работу в режиме деления частоты. При этом устанавливается начальный сдвиг фаз, при котором сигнал U2(t) отстает по фазе от U1(t) на величину Дф = -п - (n/N). При формировании импульса по отрицательным фронтам с M5 устанавливаемый начальный сдвиг фаз равен -п/N.
При нажатии выключателя "Сдвиг на опережение" логический уровень на выходе M2-2 изменяется на противоположный. В свою очередь, изменение логического уровня на выходе M2-1 происходит синхронно с фронтом сигнала с M1-2. В момент изменения уровня на выходе M1-2 возникает короткий импульс, длительность которого достаточна для того, чтобы делители M6, M7 изменили свое состояние. Это приводит к тому, что они начинают деление частоты поступающего на них сигнала на полпериода раньше, что эквивалентно опережению сдвига фазы на +ф0.
При нажатии выключателя "Сдвиг на отставание" изменение логического уровня на выходе M3-1 происходит синхронно с фронтом сигнала частоты f0, поступающего на вход M1-1. Однако в момент изменения этого логического уровня сигнал на выходе M1-3 инвертируется и практически сохраняет свое предыдущее состояние. На короткий импульс, возникающий во время переходного
процесса, делители M6, M7 не успевают среагировать. В результате следующий фронт, по которому делители переключатся, будет отставать на время, равное 1/(2/0), что и приведет к сдвигу фазы на -ф0. При подаче на вход M2-2 или M3-2 последовательности импульсов, например, с частотой f/M(M > N) сдвиг фаз происходит по линейному закону со скоростью ф^/M).
Описанное фазосдвигающее устройство используется для автоматической установки положения рабочей точки фазового детектора на линейном участке фазовой характеристики в ультразвуковом измерителе виброперемещений в воздушной среде
[7]. При частоте задающего генератора f0 = 8 МГц, частоте излучаемой ультразвуковой волны 250 кГц, частоте измерения сдвига фаз F = 3.9 кГц (N = = 2048) и M = 4096 шаг изменения сдвига фаз составил 0.088 град, а подстройка по фазе осуществлялась со скоростью 171.9 град/с.
Это устройство также используется при импульсной ультразвуковой локации: при заданной частоте ультразвуковых посылок вручную изменяется временная задержка между излучаемым ультразвуковым импульсом и импульсом, строби-рующим сигнал принятой ультразвуковой волны
[8]. При частоте задающего генератора 20 МГц, частоте излучаемой ультразвуковой волны 2.5 МГц и частоте ультразвуковых посылок 152.5 Гц шаг изменения временного положения стробирующего импульса устанавливался в пределах 0.2-1.6 мкс путем соответствующего выбора N1 = 8-64.
Экспериментально установлено, что схема устойчиво работает вплоть до значения/0 = 20 МГц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Попов Е.А., Буравлев В.В. // Изв. вузов. Электромеханика. 1998. № 5/6. С. 91.
2. Попов Ю.А. // ПТЭ. 1996. № 4. С. 56.
3. Чулков ВА. Патент № 2173933 РФ // Б. И. 2001. № 35.
4. Колоколъников Б.М., Капустин Ю.А. // ПТЭ. 1990. № 4. С. 135.
5. Лапшин ДА. // ПТЭ. 1994. № 1. С. 126.
6. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990.
7. Казаков В.В. А.с. 1774164 СССР // Б. И. 1992. № 41.
8. Казаков В.В. // Акустика неоднородных сред. Ежегодник РАО. М., 2006. С. 51-60.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 4 2007
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.