Измерения фазовых сдвигов периодических сигналов с применением прямого цифрового синтеза

Разработка новых методов и высокоразрядных средств измерения фазовых сдвигов высокочастотных периодических сигналов с высоким быстродействием для решения задач радиолокации, радионавигации является актуальной задачей. Целью данной работы являлось создание нового измерителя фазовых сдвигов высокочастотных периодических сигналов на основе метода двойного совпадения с использованием прямого цифрового синтеза частот.

На основе предложенной математической модели измерения фазовых сдвигов периодических сигналов методом двойного совпадения с использованием статистического накопления импульсов разработана функциональная схема цифрового измерителя фазовых сдвигов периодических сигналов с использованием прямого цифрового синтезатора частот. Это позволило реализовать 8-разрядный преобразователь фазового сдвига сигналов в код на программируемой логической интегральной схеме EPM240T100C5N фирмы Altera.

Цифровой измеритель фазовых сдвигов периодических сигналов на основе метода двойного совпадения состоит из: двух входных устройств, двух формирователей коротких импульсов, прямого цифрового синтезатора частоты, двух схем управления счетчиками импульсов, двух схем совпадений коротких импульсов, двух схем управления счетчиками импульсов, четырех счетчиков тактовых импульсов, четырех регистров, микроконтроллера и индикатора. Предложенная блок схема реализации измерителя имеет минимальную аппаратную сложность.

За счет использования метода двойного совпадения временная задержка между сигналами не зависит от периода входных сигналов и может быть найдена при изменении частоты периодических импульсов в широких пределах. Погрешности измерения будут определяться в основном только длительностью импульсов совпадений. Использование в основе работы статистического накопления импульсов позволило устранить ограничения на длительность импульсов известных нониусных измерителей. На основе полученных результатов исследования разработан высокоразрядный преобразователь фазовых сдвигов высокочастотных периодических сигналов в двоичный код с высоким быстродействием для задач радиолокации и радионавигации.

1. Henzler S. Time-to-Digital Converters. Springer, 2010, р. 124. DOI: 10.1007/978-90-481-8628-0

2. Jimenez-Irastorza A., Sevillano J., Arizti F., Berenguer R., Rebollo I. Nonius based time-to-digital converter for low-power RFID sensory systems. RFID Technologies and Applications (RFID-TA), IEEE International Conference on, 15–16 Sept. 2011, pp. 20– 26. DOI: 10.1109/RFID-TA.2011.6068610

3. Jimenez-Irastorza A., Beriain A., Sevillano J.F., Rebollo I., Berenguer R. A 0.6V and 0.53μW Nonius TDC for a Passive UHF RFID Pressure Sensor Tag, in RFID Technologies and Applications (RFID-TA), 2012 IEEE International Conference on, 5–7 Nov. 2012, pp. 216– 221. DOI: 10.1109/RFID-TA.2012.6404516

4. Lee Ke-Yu, Huang Chih-Feng, Huang SinSan, Huang Ke-Nung, Young Ming-Shing. A HighResolution Ultrasonic Distance Measurement System Using Nonius Caliper Phase Meter. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2012, vol. 61, iss. 11, pp. 2924–2931. DOI: 10.1109/TIM.2012.2203871

5. Miao M., Zhou W., Wang B. Application of length Nonius in phase coincidence detection and precision frequency measurement. Rev. Sci. Instrum., 2012, vol. 83, pp. 024706. DOI: 10.1063/1.3678343

6. Wenzler Axel, Steinlechner Siegbert. Nonlinear processing of n-dimensional phase signals. IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings, 26–29 May 2002, pp. I-805–I-808. DOI: 10.1109/ISCAS.2002.1009963

7. Dong Shaofeng, Zhou Wei, Du Baoqiang, Changzhe Jiao. Ultra-high Resolution Phase Difference Measurement Method. IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings, 21–24 May, 2012. DOI: 10.1109/FCS.2012.6243646

8. Jin Yuzhen, Xuan Zongqiang, Fuming Wang. A new method to eliminate dead zone of phase-comparison instruments adjacent to 0° and 360°. International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics, 2015, pp. 527–531.

9. Polikarovskykh Oleksiy, Kovtun Lydmila, Karpova Lesya, Gula Igor. New Phase Accumulator for Direct Digital Frequency Synthesizer. 2018 International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), 9–12 Oct. 2018, pp. 51–54. DOI: 10.1109/INFOCOMMST.2018.8632148

10. Polikarovskykh Oleksiy, Kovtun Lydmila, Karpova Lesya, Gula Igor. Method for correcting the time position of pulses in direct digital synthesizers of frequencies. 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering, TCSET 2018 – Proceedings 2018-April, pp. 1209–1212. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336412