RU2507687C1 - Signal frequency generating device, automatically eliminating malfunctions in minimal time - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: signal frequency generating device includes: a signal generator, a generator frequency and amplitude instability measuring device, a control unit configured to disconnect the signal frequency generating device from the power supply, and connect one of the backup sets of the signal frequency generating device in case of a fault, and a secondary power supply.

EFFECT: providing minimum time for eliminating faults in radio devices which include a signal generator which automatically eliminates malfunctions.

3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть применено для контроля функционирования бортовой командно-измерительной системы, входящей в состав служебных приборов космических аппаратов, и других радиоустройств, ремонт которых в течение срока эксплуатации не возможен.The invention relates to the field of radio measurement technology and can be used to monitor the operation of the on-board command and measuring system, which is part of the office equipment of spacecraft, and other radio devices, the repair of which is not possible during the service life.

Из уровня техники известно «Устройство для детектирования ошибок» (патент на изобретение RU 2279184, опубл. 27.09.2004), использующее систематические свойства М-последовательности, позволяющее измерить число ошибок, возникающих в генераторе М-последовательности при эксплуатации, определить места возникновения ошибок и осуществить диагностику системы с точностью до блока, в котором возникла неисправность.From the prior art it is known "Device for detecting errors" (patent for the invention RU 2279184, publ. 09/27/2004), using the systematic properties of the M-sequence, which allows to measure the number of errors that occur in the generator of the M-sequence during operation, to determine the places of occurrence of errors and Diagnose the system to the exact unit in which the malfunction occurred.

Из уровня техники известно «Устройство для детектирования ошибок» (патент RU 2276835, опубл. 27.09.2004), которое относится к радиоизмерительной технике, может использоваться для выделения ошибочных символов генерируемой М-последовательности, обладает высокой надежностью, быстродействием и работает в широком диапазоне частот.The prior art known "Device for detecting errors" (patent RU 2276835, publ. 09/27/2004), which relates to a radio engineering technique, can be used to highlight erroneous characters of the generated M-sequence, has high reliability, speed and works in a wide frequency range .

Недостатком известных устройств является невозможность восстановления с их помощью штатной работы радиотехнической аппаратуры, ремонт которой при эксплуатации не возможен.A disadvantage of the known devices is the impossibility of restoring with their help the standard operation of radio equipment, the repair of which during operation is not possible.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение минимального времени отключения устройства формирования частоты сигнала от источника питания при возникновении неисправности, восстановление штатной работы радиотехнической аппаратуры, ремонт которой при эксплуатации не возможен.The technical result of the claimed invention is to ensure a minimum shutdown time of the device for generating the signal frequency from the power source in the event of a malfunction, the restoration of the normal operation of radio equipment, the repair of which during operation is not possible.

Технический результат достигается тем, что устройство формирования частоты сигнала, автоматически устраняющее возникающие неисправности за минимальное время, включает:The technical result is achieved by the fact that the signal frequency generating device, which automatically eliminates the arising malfunctions in a minimum time, includes:

- генератор сигнала;- signal generator;

- измеритель нестабильности частоты и амплитуды генератора;- measuring the instability of the frequency and amplitude of the generator;

- блок управления, выполненный с возможностью отключения от источника питания устройства формирования частоты сигнала, и подключения одного из резервных комплектов устройств формирования частоты сигнала при возникновении неисправности;- a control unit configured to disconnect the signal frequency generating device from the power source and connecting one of the backup sets of signal frequency generating devices in the event of a malfunction;

- вторичный источник питания (ВИП);- secondary power source (VIP);

при этом выход генератора сигнала соединен с первым входом измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с третьим выходом вторичного источника питания (ВИП), первый и второй выходы которого соединены с входом генератора сигналов и вторым входом измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора соответственно, третий вход блока управления является разъемом напряжения источника питания, а его четвертый и пятый входы служат для подачи сигналов отключения и подключения к источнику питания устройства формирования частоты сигнала при проведении приемосдаточных работ и испытаний, первый выход блока управления соединен с входом вторичного источника питания (ВИП), а второй выход служит для подачи напряжения источника питания на вход резервного комплекта устройства формирования частоты сигнала, третий вход измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора служит для ввода номинального значения частоты устройства формирования частоты сигнала, четвертый вход измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора служит для ввода предельно допустимого значения частоты устройства формирования частоты сигнала.wherein the output of the signal generator is connected to the first input of the instability meter of frequency and amplitude of the generator, the output of which is connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to the third output of the secondary power source (VIP), the first and second outputs of which are connected to the input of the signal generator and the second input of the generator of instability of the frequency and amplitude of the generator, respectively, the third input of the control unit is a voltage connector of the power source, and its fourth and fifth inputs serve to giving the shutdown signals and connecting to the power source of the signal frequency conditioning device during acceptance work and testing, the first output of the control unit is connected to the input of the secondary power source (VIP), and the second output serves to supply the voltage of the power source to the input of the backup set of the signal frequency conditioning device , the third input of the meter of instability of the frequency and amplitude of the generator is used to enter the nominal frequency value of the device for forming the signal frequency, the fourth input Meter instability frequency and amplitude of the generator is used to enter the maximum permissible value of the frequency of the signal frequency device.

В предпочтительном варианте измеритель нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора содержит схему «И₁», формирователь сигнала управления схемой «И₁», измеритель амплитуды сигнала генератора, делитель частоты сигнала генератора, первый счетчик частоты, формирователь последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, делитель частоты на 2, второй счетчик частоты, первый двоичный сумматор, второй двоичный сумматор, схему «И₂», при этом выход схемы «И₁» соединен с входом делителя частоты сигнала генератора, выход которого соединен с входом первого счетчика частоты, первый выход которого соединен с входом формирователя последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, а второй выход соединен с входами первого и второго формирователей импульсов, выходы которых соединены с входом делителя частоты на 2, выход которого соединен с первым входом второго счетчика частоты, второй вход которого соединен выходом схемы «И₂», а выход соединен с вторым входом первого двоичного сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго двоичного сумматора, входы-выходы формирователя сигнала управления схемой «И₁», делителя частоты сигнала генератора, первого счетчика частоты, первый вход-выход схемы «И₂», соединены между собой и с выходом формирователя последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, вход-выход измерителя амплитуды сигнала генератора, второй вход-выход схемы «И₂», первый вход схемы «И₁» соединены между собой и являются первым и вторым входами измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора, соединенными с выходом генератора сигнала и вторым выходом ВИЛ соответственно, второй вход схемы «И₁» соединен с выходом формирователя сигнала управления схемой «И₁», первые входы первого и второго двоичных сумматоров являются соответственно третьим и четвертым входами измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора, выходы второго двоичного сумматора и измерителя амплитуды сигнала генератора соединены между собой и являются выходом измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора.In a preferred embodiment, the instability meter for the frequency and amplitude of the generator signal comprises an “I ₁ ” circuit, an “I ₁ ” circuit driver, an amplitude meter for the generator signal, a frequency divider for the generator signal, a first frequency counter, a generator of a sequence of rectangular pulses of constant duration, a first pulse former , a second pulse shaper, a frequency divider by 2, a second frequency counter, a first binary adder, a second binary adder, an “And ₂ ” circuit, with “I ₁ ” circuits are connected to the input of the frequency divider of the signal of the generator, the output of which is connected to the input of the first frequency counter, the first output of which is connected to the input of the generator of a sequence of rectangular pulses of constant duration, and the second output is connected to the inputs of the first and second pulse shapers, the outputs of which are connected with the input of the frequency divider by 2, the output of which is connected to the first input of the second frequency counter, the second input of which is connected by the output of the And ₂ circuit, and the output is connected to the second input of the first military adder, the output of which is connected to the second input of the second binary adder, the inputs and outputs of the driver of the control signal circuit "And ₁ ", the frequency divider of the signal generator, the first frequency counter, the first input-output of the circuit "And ₂ ", are interconnected and with the output shaper of a sequence of rectangular pulses of constant duration, the input-output of the meter of the signal amplitude of the generator, the second input-output of the circuit "And ₂ ", the first input of the circuit "And ₁ " are interconnected and are the first and second inputs of the meter of the frequency and amplitude of the generator signal connected to the output of the signal generator and the second output of the VIL, respectively, the second input of the AND ₁ circuit is connected to the output of the driver of the control signal of the And ₁ circuit, the first inputs of the first and second binary adders are respectively the third and fourth inputs the instability meter of the frequency and amplitude of the generator signal, the outputs of the second binary adder and the amplitude meter of the generator signal are interconnected and are the output of the instability meter you generator and signal amplitude.

Измеритель амплитуды сигнала генератора состоит из первого и второго преобразователей «частота-напряжение», входы которых являются входом измерителя амплитуды сигнала генератора с выхода второй схемы «И₂», а выходы соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, входы-выходы которых соединены между собой, а выходы соединены с входами первого и второго амплитудных детекторов соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым входом схемы анализа напряжений соответственно, а выход схемы анализа напряжений является выходом измерителя амплитуды сигнала генератора, соединенным с первым входом блока управления.The generator signal amplitude meter consists of the first and second frequency-voltage converters, the inputs of which are the input of the generator signal amplitude meter from the output of the second And ₂ circuit, and the outputs are connected to the inputs of the first and second amplifiers, respectively, the inputs and outputs of which are connected between themselves, and the outputs are connected to the inputs of the first and second amplitude detectors, respectively, the outputs of which are connected to the first and second input of the voltage analysis circuit, respectively, and the output of the voltage analysis circuit is is the output of the generator measuring the signal amplitude connected to the first input of the control unit.

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by drawings, which shows the following:

На фиг.1 - функциональная схема устройства формирования частоты сигнала, автоматически устраняющего возникающие неисправности за минимальное время, где:Figure 1 is a functional diagram of a device for generating a frequency of a signal that automatically eliminates the occurring malfunctions in a minimum time, where:

1 - генератор сигнала;1 - signal generator;

2 - измеритель нестабильности частоты и амплитуды генератора;2 - a meter of instability of the frequency and amplitude of the generator;

3 - блок управления, отключающий от источника питания генератор сигнала и подключающий один из резервных комплектов при возникновении неисправности;3 - a control unit that disconnects the signal generator from the power source and connects one of the backup sets in the event of a malfunction;

4 - вторичный источник питания.4 - secondary power source.

На фиг.2 - функциональная схема измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора, где:Figure 2 is a functional diagram of a meter of instability of the frequency and amplitude of the generator signal, where:

5 - схема «И₁»;5 - scheme "And ₁ ";

6 - формирователь сигнала управления схемой «И₁»;6 - shaper control signal circuit "And ₁ ";

7 - измеритель амплитуды сигнала генератора;7 - meter amplitude signal generator;

8 - делитель частоты сигнала генератора;8 - frequency divider of the signal generator;

9 - первый счетчик частоты;9 - the first frequency counter;

10 - формирователь последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности;10 - shaper sequence of rectangular pulses of constant duration;

11 - первый формирователь импульсов;11 - the first pulse shaper;

12 - второй формирователь импульсов;12 - second pulse shaper;

13 - делитель частоты на 2;13 - frequency divider by 2;

14 - второй счетчик частоты;14 - second frequency counter;

15 - первый двоичный сумматор;15 - the first binary adder;

16 - второй двоичный сумматор;16 - second binary adder;

17 - схема «И₂».17 - scheme "And ₂ ".

На фиг.3 - формирование частоты измерения.Figure 3 - the formation of the measurement frequency.

На фиг.4 - схема, обеспечивающая включение и выключение схемы «И₁».Figure 4 is a diagram that enables the on and off circuit "And ₁ ".

На фиг.5 - эпюры напряжений на элементах измерителя амплитуды и нестабильности частоты. Figure 5 - plot voltage on the elements of the meter amplitude and frequency instability.

На фиг.6 - амплитудно-частотная характеристика контуров U_к1 и U_к2.Figure 6 - amplitude-frequency characteristic of the circuits U _k1 and U _k2 .

На фиг.7 - Схема измерителя амплитуды сигнала генератора, где:7 is a diagram of a meter of the amplitude of the signal generator, where:

18 - первый преобразователь «частота-напряжение»;18 - the first Converter "frequency-voltage";

19 - второй преобразователь «частота-напряжение»;19 - the second Converter "frequency-voltage";

20 - первый усилитель;20 - the first amplifier;

21 - второй усилитель;21 - the second amplifier;

22 - первый амплитудный детектор;22 - the first amplitude detector;

23 - второй амплитудный детектор;23 - second amplitude detector;

24 - схема анализа напряжений.24 is a stress analysis diagram.

На фиг.8 - функциональная схема блока управления, где:On Fig is a functional diagram of the control unit, where:

25 - генератор импульсов;25 - pulse generator;

26 - усилитель импульсов.26 - pulse amplifier.

На фиг.9 - схема включения троированного комплекта устройств формирования частоты сигнала, автоматически устраняющих возникающие неисправности за минимальное время.In Fig.9 is a diagram of the inclusion of a tripled set of devices for generating a signal frequency, automatically eliminating the occurring malfunctions in a minimum time.

Принцип построения устройства формирования частоты сигнала, автоматически устраняющего возникающие неисправности за минимальное время, показан на функциональной схеме измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора на фиг.2, где приняты следующие обозначения:The principle of constructing a device for generating a frequency of a signal that automatically eliminates the occurring malfunctions in a minimum time is shown on the functional diagram of the instability meter of the frequency and amplitude of the signal of the generator in figure 2, where the following notation:

U_г - амплитуда сигнала генератора;U _g - the amplitude of the signal generator;

И₁, И₂ - первая и вторая схемы «И», реализующие функции ключей;And ₁ , And ₂ - the first and second "And" schemes that implement the functions of keys;

N₁ - делитель частоты на N₁ сигнала генератора;N ₁ - frequency divider by N ₁ signal of the generator;

СЧ₁, СЧ₂ - первый и второй счетчики частоты числа M1 полных заполнений делителя частоты N₁ и числа периодов сигнала U_г соответственно;MF ₁ , MF ₂ - the first and second frequency counters of the number M1 of the full fillings of the frequency divider N ₁ and the number of signal periods U _g, respectively;

U_τ - формирователь последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности τ;U _τ - shaper of a sequence of rectangular pulses of constant duration τ;

U(M2), U(M3) - формирователи импульсов, соответствующих числам М2 и МЗ полных заполнений делителя частоты N₁;U (M2), U (M3) - pulse shapers corresponding to the numbers M2 and MH full fillings of the frequency divider N ₁ ;

:2 - делитель частоты на 2, формирующий сигнал начальной установки (НУ) для второго счетчика частоты СЧ₂;: 2 - frequency divider by 2, forming the initial installation signal (NU) for the second frequency counter MF ₂ ;

С₁, С₂ - первый и второй двоичные сумматоры, выполняющие сложение или вычитание двоичных чисел с учетом знаков слагаемых;C ₁ , C ₂ - the first and second binary adders that perform the addition or subtraction of binary numbers, taking into account the signs of the terms;

T_г - период частоты сигнала генератора U_г;T _g - period of the frequency of the signal generator U _g ;

U_упр - формирователь сигнала управления первой схемой «И» И_1. U _control - driver of the control signal of the first circuit "AND" AND _1.

Первый и второй счетчики частоты СЧ₁ СЧ₂ выполнены на делителях N₂ и N₃.The first and second frequency counters midrange ₁ midrange _{2 are} made on dividers N ₂ and N ₃ .

Частота f сигнала равна числу N периодов (импульсов), укладывающихся на временном интервале длительностью в 1 секунду, поэтому справедливо тождество:The frequency f of the signal is equal to the number N of periods (pulses) falling within a time interval of 1 second, so the identity is true:

$$f[Гц]=N[импульсов]\text{ (1)}$$

$$f[Gc]=N[\mathrm{and}mP\mathrm{at}lb\mathrm{from}\mathrm{about}\mathrm{at}]\text{(one)}$$

Частота f_г генератора сигнала представима в виде:The frequency f _{g of} the signal generator is representable in the form:

$$f_{г}=M1\cdot N_1+n_0+\Delta f,\text{ где}:\text{ (2)}$$

$$f_g=M\mathrm{one}\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0+\Delta f,\text{Where}:\text{(2)}$$

M1 - число полных заполнений делителя частоты; N₁ - целое число, получающееся при делении f_г на N₁;M1 is the number of full fillings of the frequency divider; N ₁ is an integer obtained by dividing f _g by N ₁ ;

N₁ -коэффициент деления делителя частоты N₁;N ₁ -division factor of the frequency divider N ₁ ;

n₀ - целое число - остаток от деления f_г на N₁ (если n₀ не целое число, то оно заменяется на ближайшее меньшее целое число);n ₀ is an integer - the remainder of dividing f _g by N ₁ (if n _{0 is} not an integer, then it is replaced by the nearest smaller integer);

Δf - отклонение частоты f_г генератора от номинального значения при эксплуатации, Δf∈[Δf_min,Δ_max].Δf is the deviation of the frequency f _{g of the} generator from the nominal value during operation, Δf∈ [Δf _min , Δ _max ].

Для определения величины Δf сформируем частоту измерения f_и, которая равна разности частот f_г и числа (M1-k)·N₁ периодов генератора:To determine the value of Δf, we form the measurement frequency f _and , which is equal to the difference between the frequencies f _g and the number (M1-k) · N ₁ generator periods:

$$f_{и}=M1\cdot N_1+n_0+\Delta f-(M1-k)\cdot N_1=k\cdot N_1+n_0+\Delta f\text{ (3)}$$

$$f_{\mathrm{and}}=M\mathrm{one}\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0+\Delta f-(M\mathrm{one}-k)\cdot N_{\mathrm{one}}=k\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0+\Delta f\text{(3)}$$

Выбор величины k произведен ниже.The choice of k is made below.

Операция вычитания по формуле (3) требует решения следующих задач (см. фиг.2):The subtraction operation according to the formula (3) requires the solution of the following problems (see figure 2):

- вычисление числа M1 по известным значениям f_г и N₁;- calculation of the number M1 from the known values of f _g and N ₁ ;

- формирование прямоугольного импульса постоянной длительности т при достижении первым счетчиком частоты СЧ₁ числа M1 - k;- the formation of a rectangular pulse of constant duration t when the first counter reaches the frequency of the midrange ₁ number M1 - k;

- отключение первого счетчика частоты СЧ₁ от генератора;- disconnecting the first frequency counter MF ₁ from the generator;

- подключение второго счетчика частоты СЧ₂ к генератору;- connecting a second frequency counter MF ₂ to the generator;

- формирование сигнала начальной установки делителя частоты N₁, первого и второго счетчиков частоты СЧ₁ и СЧ₂;- the formation of the initial installation signal of the frequency divider N ₁ , the first and second frequency counters MF ₁ and MF ₂ ;

- определение частоты измерения f_и, равной числу периодов частоты f_г, укладывающихся на временном интервале τ;- determination of the measurement frequency f _and equal to the number of frequency periods f _g falling within the time interval τ;

- подключение схемы «И₁» к генератору сигнала.- connection of the circuit "And ₁ " to the signal generator.

Счет числа импульсов прекращается с окончанием действия прямоугольного импульса.The count of the number of pulses ceases with the end of the rectangular pulse.

Рассмотрим фиг.3, поясняющую формирование частоты измерения, на которой приняты следующие обозначения:Consider figure 3, explaining the formation of the measurement frequency, which adopted the following notation:

- максимальные значения частоты генератора сигнала и частоты измерения:- maximum values of the signal generator frequency and measurement frequency:

$$f_{г\max }=f_{гн}+\Delta f_{\max }$$

; $$f_{g\max }=f_{gn}+\Delta f_{\max }$$

;

$$f_{и\max }=k\cdot N_1+n_0+\Delta f_{\max }$$

$$f_{\mathrm{and}\max }=k\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0+\Delta f_{\max }$$

- номинальные значения частоты генератора сигнала и частоты измерения:- nominal values of the frequency of the signal generator and the measurement frequency:

$$f_{гн}=k\cdot N_1+n_0$$

; $$f_{gn}=k\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0$$

;

$$f_{ин}=k\cdot N_1+n_0$$

. $$f_{\mathrm{and}n}=k\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0$$

.

- минимальные значения частоты генератора сигнала и частоты измерения:- minimum values of the signal generator frequency and measurement frequency:

$$f_{г\min }=k\cdot N_1+n_0-\Delta f_{\min };$$

$$f_{g\min }=k\cdot N_{\mathrm{one}}+n_0-\Delta f_{\min };$$

$$f_{и\min }=k\cdot N_1+n_0-\Delta f_{\min }$$

$$f_{\mathrm{and}\min }=k\cdot N_{\mathrm{one}}+n_0-\Delta f_{\min }$$

Из фиг.3 следует, что нулевым значениям частот измерения соответствует ордината, равная (M1-k)·N₁.From figure 3 it follows that the zero values of the measurement frequencies corresponds to the ordinate equal to (M1-k) · N ₁ .

При нормальном функционировании генератора сигнала частота измерения удовлетворяет неравенству:With the normal functioning of the signal generator, the measurement frequency satisfies the inequality:

$$f_{ин}-\Delta f_{\min }\le f_{и}\le f_{ин}+\Delta f_{\max }\text{ (4)}$$

$$f_{\mathrm{and}n}-\Delta f_{\min }\le f_{\mathrm{and}}\le f_{\mathrm{and}n}+\Delta f_{\max }\text{(four)}$$

Таким образом, частота измерения равна сумме периодов генератора (k·N₁+n₀) и отклонения частоты генератора от номинального значения.Thus, the measurement frequency is equal to the sum of the generator periods (k · N ₁ + n ₀ ) and the deviation of the generator frequency from the nominal value.

Формирователь последовательности прямоугольных импульсов, схема «И₂» и второй счетчик частоты СЧ₂ выполняют функцию дискриминатора (различителя) значений измеряемой частоты, т.к. количество N_и импульсов на его выходе прямо пропорционально частоте f_и:Shaper of the sequence of rectangular pulses, the circuit "And ₂ " and the second frequency counter MF ₂ perform the function of a discriminator (discriminator) of the values of the measured frequency, because the number of N _and pulses at its output is directly proportional to the frequency f _and :

N_и=τf_и N _and = τf _and

При этом измеренное число импульсов N_и представляется целым n-разрядным двоичным числом. Очевидно, длительность τ прямоугольного импульса должна выбираться равной следующей величине:The measured number of pulses N _and is represented by an n-bit binary number. Obviously, the duration τ of the rectangular pulse should be chosen equal to the following value:

$$\tau =f_{и\max }\cdot T_{г}=(k\cdot N_1+n_0+\Delta f)\cdot T_{г}\text{ (5)}$$

$$\tau =f_{\mathrm{and}\max }\cdot T_g=(k\cdot N_{\mathrm{one}}+{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="n"\; filenames="00000018.png,00000020.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}_0+\Delta f)\cdot T_g\text{(5)}$$

Первый и второй формирователи импульсов U_M2, U_M3, диоды Д₁ Д₂ и делитель частоты на 2 предназначены для создания сигнала начальной установки второго счетчика частоты СЧ₂. При нормальном функционировании генератора сигналов измеренное значение частоты f_и принадлежит интервалу: f_и∈[Δf_иmin,Δf_иmax].The first and second pulse shapers U _M2 , U _M3 , diodes D ₁ D ₂ and a frequency divider by 2 are designed to create a signal for the initial installation of the second frequency counter MF ₂ . In normal operation, the measured value signal generator _and the frequency f lies in the interval: f _and ∈ [Δf _imin, Δf _imax].

Измеренное отклонение частоты генератора Δf от номинального значения f_гн при эксплуатации аппаратуры определяется по формуле:The measured deviation of the generator frequency Δf from the nominal value of f _gn during operation of the equipment is determined by the formula:

$$\Delta f=f_{и}-f_{ин},\text{ где (6)}$$

$$\Delta f=f_{\mathrm{and}}-f_{\mathrm{and}n},\text{where (6)}$$

f_ин - теоретически рассчитанное значение частоты измерения, соответствующее номинальному значению частоты генератора, которое принимается равным среднеарифметическому значению частот f_иmin и f_иmax:f _in - theoretically calculated value of the measurement frequency corresponding to the nominal value of the generator frequency, which is taken equal to the arithmetic mean of the frequencies f and _min and f and _max :

$$f_{ин}=\frac{f_{и\min }+f_{и\max }}{2}$$

. $$f_{\mathrm{and}n}=\frac{f_{\mathrm{and}\min }+f_{\mathrm{and}\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="max"\; filenames="00000017.png,00000018.png"\; state="\{\{state\}\}">max</figure-callout>}}}{2}$$

.

В генераторе сигнала могут возникнуть следующие неисправности:The following problems may occur in the signal generator:

- измеренное отклонение частоты Δf от номинального значения не принадлежит интервалу [Δf_min,Δf_max]; т.е. |Δf_и]>|Δ_доп|- the measured deviation of the frequency Δf from the nominal value does not belong to the interval [Δf _min , Δf _max ]; those. | Δf _and ]> | Δ _add |

- измеренное значение амплитуды U_г сигнала генератора не принадлежит интервалу [U_min,U_max].- the measured value of the amplitude U _{g of the} signal of the generator does not belong to the interval [U _min , U _max ].

В этих случаях принимается решение об отключении генератора от источника питания и включении резервного комплекта.In these cases, a decision is made to disconnect the generator from the power source and turn on the backup kit.

Для исключения ошибок при формировании частоты измерения необходимо использовать ВЧ и СВЧ элементы, обеспечивающие высокие крутизны нарастания и спада переднего и заднего фронтов прямоугольного импульса с постоянной длительностью.To eliminate errors in the formation of the measurement frequency, it is necessary to use high-frequency and microwave elements that provide high steepnesses of rise and fall of the leading and trailing edges of a rectangular pulse with a constant duration.

На фиг.4 приведена схема, обеспечивающая включение и выключение схемы «Mi».Figure 4 shows a diagram that enables the on and off circuit "Mi".

Нормальное состояние схемы «И₁» - «открытое», на время действия прямоугольного импульса длительностью τ схема «И₁» должна быть «закрыта». По этой причине в схеме используются два напряжения: положительное U₁ и отрицательное U₂. Транзистор Тр находится в режиме насыщения, напряжение на его коллекторе незначительно отличается от нуля, управляющее напряжение U_упр>0 и схема «И₁» «открыта». Под действием прямоугольного импульса U_τ транзистор «закрывается», напряжение на его коллекторе возрастает, управляющее напряжение становится отрицательным и схема «И₁» «закрывается» на время τ действия прямоугольного импульса. The normal state of the And ₁ circuit is “open”, for the duration of a rectangular pulse of duration τ, the And ₁ circuit should be “closed”. For this reason, two voltages are used in the circuit: positive U ₁ and negative U ₂ . The transistor Tr is in saturation mode, the voltage on its collector is slightly different from zero, the control voltage U _CPR > 0 and the circuit "And ₁ " is "open". Under the influence of a rectangular pulse U _{τ, the} transistor "closes", the voltage on its collector increases, the control voltage becomes negative and the circuit "And ₁ ""closes" for the time τ of the rectangular pulse.

На фиг.5 приведены эпюры напряжений на элементах измерителя амплитуды и нестабильности частоты, где приняты следующие обозначения:Figure 5 shows the plot of the voltage on the elements of the meter amplitude and frequency instability, where the following notation:

u_τ - прямоугольный импульс постоянной длительности τ.u _τ is a rectangular pulse of constant duration τ.

t₀(M2),t₁(M3) - интервалы времени, соответствующие числам М2, М3 полных заполнений делителя частоты N₁.t ₀ (M2), t ₁ (M3) - time intervals corresponding to the numbers M2, M3 of the full fillings of the frequency divider N ₁ .

t₂(M1) - интервал времени, соответствующий времени подсчета числа M1 полных заполнений делителя частоты N₁.t ₂ (M1) is the time interval corresponding to the time of counting the number M1 of full fillings of the frequency divider N ₁ .

Т - период работы генератора сигнала.T is the period of operation of the signal generator.

При аналоговой обработке сигналов для обеспечения высокой точности частот отключения следует использовать высокодобротные LC-фильтры, для высокостабильных генераторов - кварцевые фильтры. Для исключения влияния переходных процессов в контурах значение коэффициента k>1 должно обеспечивать выполнение неравенства:For analog signal processing, to ensure high accuracy of the cut-off frequencies, high-quality LC filters should be used; for highly stable oscillators, quartz filters. To eliminate the influence of transients in the circuits, the value of the coefficient k> 1 should ensure the fulfillment of the inequality:

τ≥t_{пер.проц.} τ≥t _lane

Преимуществом этого метода является то, что при подобной реализации второй счетчик СЧ₂ и схема его обнуления не требуются. Сигнал с выхода схемы «И₂» поступает на преобразователи «частота-напряжение», в качестве которых могут использоваться одиночные колебательные контуры.The advantage of this method is that with such an implementation, a second midrange ₂ counter and a zeroing circuit are not required. The signal from the output of the And ₂ circuit goes to frequency-voltage converters, which can be used as single oscillatory circuits.

На фиг.6 точкам $$\overline{1}$$

; 2; $$\overline{3}$$

правого ската амплитудно-частотной характеристики контура U_к1 соответствуют пары чисел (f_гmax,U_гmin), (f_гн,U_гн), (f_гmin,U_гmax). Точкам 1; 2; 3 левого ската амплитудно-частотной характеристики контура U_к2 соответствуют пары чисел (f_гmin,U_гmin), (f_гн,U_2н), (f_гmax,U_гmax). Напряжения с контуров поступают на первый или второй усилители У_С1 или У_С2, «запирающее» напряжение смещения которых равно U_1max=U_2max, затем на амплитудные детекторы, схему анализа напряжений и в блок управления для формирования сигнала парирования возникшего отказа (см. фиг.7).6 points $$\overline{\mathrm{one}}$$

; 2; $$\overline{3}$$

right slope of the amplitude-frequency characteristic of the circuit correspond to U _k1 pairs of numbers (f _gmax, U _gmin), (f _rH, U _tr), (f _gmin, U _gmax). Points 1; 2; 3 the left slope of the amplitude-frequency characteristic U _k2 loop correspond pair of numbers (f _gmin, U _gmin), (f _rH, U _2n), (f _gmax, U _gmax). The voltages from the circuits are supplied to the first or second amplifiers U _C1 or U _C2 , the “blocking” bias voltage of which is U _1max = U _2max , then to the amplitude detectors, the voltage analysis circuit, and to the control unit for generating a signal to parry the resulting failure (see Fig. .7).

Напряжение смещения выбирается равным U_гmax, если канал I оценивает максимально-допустимую амплитуду Ur сигнала генератора, и выбирается равным U_гmin, если канал II оценивает минимально-допустимую амплитуду U_г.The bias voltage is selected equal to U _gmax if channel I estimates the maximum permissible amplitude Ur of the generator signal, and is selected equal to U _gmin if channel II estimates the minimum permissible amplitude U _g .

При эксплуатации аппаратуры возможны следующие ситуации:When using the equipment, the following situations are possible:

1. U_г∈[U_гmin,U_гmax], если напряжение отсутствует на выходе I канала и присутствует на выходе II канала (0,1);1. U _g ∈ [U _gmin , U _gmax ] if there is no voltage at the output of channel I and is present at the output of channel II (0,1);

2. U_г>U_гmax, если напряжения присутствуют на выходах I и II каналов (1,1);2. U _g > U _gmax if voltages are present at the outputs of channels I and II (1,1);

3. U_г<U_гmin, если напряжения отсутствуют на выходах I и II каналов (0,0).3. U _g <U _gmin , if there are no voltages at the outputs of channels I and II (0,0).

4. Напряжение присутствует на выходе I и отсутствует на выходе II канала (1.0) - при неисправности в канале II. Эта ситуация является также запрещенной.4. The voltage is present at output I and is absent at the output of channel II (1.0) - in case of a malfunction in channel II. This situation is also prohibited.

Разрешенной является 1 ситуация, запрещенными 2, 3, 4.Allowed is 1 situation, prohibited 2, 3, 4.

Убедившись с помощью схемы анализа напряжений, что на выходе канала I напряжение U_г отсутствует, а на выходе канала II присутствует, формируется напряжение смещения, поступающее в блок управления и «запирающее» усилитель импульсов. В противном случае - формируется напряжение, обеспечивающее включение усилителя импульсов.After making sure with the help of the voltage analysis circuit that there is no voltage U _g at the output of channel I, and that there is a voltage at the output of channel II, a bias voltage is generated that enters the control unit and “locks” the pulse amplifier. Otherwise, a voltage is formed that ensures the inclusion of a pulse amplifier.

На фиг.8 приведена функциональная схема блока управления.On Fig shows a functional diagram of the control unit.

Сигналы, действующие на входах и выходах блока управления:Signals acting on the inputs and outputs of the control unit:

Вх. 1 - напряжение смещения;Vh. 1 - bias voltage;

Вых.1 - напряжение источника питания (ИП), поступающее на ВИП генератора сигнала;Output 1 is the voltage of the power source (IP) supplied to the VIP signal generator;

Вх.2 - напряжение ВИП;Vh.2 - voltage VIP;

Вых.2 - напряжение ИП, поступающее на вход резервного комплекта генератора сигнала;Out.2 - voltage IP, supplied to the input of the backup set of the signal generator;

S_откл - сигнал автоматического отключения генератора при возникновении неисправности;S _none - automatic shut-off signal generator when a fault occurs;

Вх.4, Вх.5 - сигналы отключения и подключения к источнику питания генератора при проведении приемо-сдаточных и других испытаний соответственно.Vkh.4, Vkh.5 - signals of shutdown and connection to the generator power supply during acceptance tests and other tests respectively.

При возникновении неисправности в генераторе, при которой f_г>f_гmax или f_г<f_гmin, или U_г>U_гmax, U_г<U_гmin? на выходе схемы анализа напряжений возникает напряжение смещения, поступающее в блок управления на базы транзисторов усилителя импульсов, усилитель импульсов начинает работать, и генератор сигнала автоматически отключается от источника питания контактами реле Р, на управляющую обмотку которого поступают сигналы от усилителя импульсов, с помощью других контактов этого реле резервный комплект генератора сигнала подключается к источнику сигнала. На фиг.9 приведена схема включения троированного комплекта устройств формирования частоты сигналов, автоматически устраняющих возникающие неисправности за минимальное время.If a malfunction occurs in the generator, in which f _g > f _gmax or f _g <f _gmin , or U _g > U _gmax , U _g <U _gmin? at the output of the voltage analysis circuit, a bias voltage arises, which enters the control unit on the base of the transistors of the pulse amplifier, the pulse amplifier starts to work, and the signal generator is automatically disconnected from the power source by the contacts of relay P, to the control winding of which signals from the pulse amplifier are received, using other contacts of this relay, the backup set of the signal generator is connected to the signal source. Figure 9 shows a diagram of the inclusion of a tripled set of devices for forming a frequency of signals that automatically eliminate the arising malfunctions in a minimum time.

До подачи напряжения ИП на комплект №1 устройства формирования частоты сигналов, автоматически устраняющего возникающие неисправности за минимальное время контакты, 2-3 реле Р находятся в замкнутом состоянии. Подключенный к источнику питания комплект №1 начинает работать. При возникновении неисправности автоматически к ИП подключается первый резервный комплект (комплект №2) и отключается комплект №1. При отказе комплекта №2 работу радиоустройства обеспечивает второй резервный комплект (комплект №3).Prior to supplying the voltage to the IP set # 1 of the device for forming the signal frequency, which automatically eliminates the arising malfunctions in the shortest time, the contacts 2-3 of relay P are in the closed state. The set No. 1 connected to the power source starts to work. In the event of a malfunction, the first standby set (set No. 2) is automatically connected to the IP and set No. 1 is turned off. In case of failure of set No. 2, the operation of the radio is provided by the second backup set (set No. 3).

Входящий в состав радиотехнического устройства блок приема и обработки информации (ПРМ) должен работать с любым из комплектов устройств формирования частоты сигналов, автоматически устраняющих возникающие неисправности за минимальное время. Для осуществления этого в состав радиотехнического устройства введен высокочастотный трансформатор, число входных и выходных обмоток которого равно числу комплектов устройств формирования частоты сигналов, автоматически устраняющих возникающие неисправности за минимальное время. В любой момент времени на вход блока ПРМ, осуществляющего обработку принимаемых сигналов, поступает сигнал от одного из комплектов устройств формирования частоты сигналов, автоматически устраняющих возникающие неисправности за минимальное время.The information reception and processing unit (Rx), which is part of the radio engineering device, must work with any of the sets of signal frequency generating devices that automatically eliminate the arising malfunctions in a minimum time. To accomplish this, a high-frequency transformer was introduced into the radio-engineering device, the number of input and output windings of which is equal to the number of sets of signal frequency-forming devices that automatically eliminate the arising malfunctions in a minimum time. At any time, the signal from one of the sets of signal frequency generating devices that automatically eliminate the malfunctions occurring in a minimum time is received at the input of the PFP block that processes the received signals.

Таким образом, достигается заявленный технический результат в виде обеспечения минимального времени устранения нерабочего состояния радиоустройств, в состав которых входит устройство формирования частоты сигналов, автоматически устраняющее возникающие неисправности за минимальное время.Thus, the claimed technical result is achieved in the form of providing a minimum time for eliminating the inoperative state of radio devices, which include a signal frequency generating device that automatically eliminates the malfunctions in a minimum time.

Цифровой метод, используемый для определения отклонения частоты генератора от номинального значения, обеспечивает высокую точность измерений в широком диапазоне частот.The digital method used to determine the deviation of the generator frequency from the nominal value provides high accuracy in a wide range of frequencies.

Современные методы проектирования и изготовления аппаратуры позволяют создать микросхему, соответствующую схемам, приведенным выше, которая может быть применена для контроля функционирования бортовой командно-измерительной системы, входящей в состав служебных приборов космических аппаратов, и других радиоустройств, ремонт которых в течение срока эксплуатации не возможен.Modern methods of designing and manufacturing equipment make it possible to create a microcircuit that corresponds to the schemes given above, which can be used to monitor the functioning of the on-board command and measuring system, which is part of the service devices of spacecraft, and other radio devices, the repair of which is not possible during the operation period.

Claims (3)

1. Устройство формирования частоты сигнала, автоматически устраняющее возникающие неисправности за минимальное время, включающее:
- генератор сигнала;
- измеритель нестабильности частоты и амплитуды генератора;
- блок управления, выполненный с возможностью отключения от источника питания устройства формирования частоты сигнала, и подключения одного из резервных комплектов устройств формирования частоты сигнала при возникновении неисправности;
- вторичный источник питания (ВИП);
при этом выход генератора сигнала соединен с первым входом измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с третьим выходом вторичного источника питания (ВИП), первый и второй выходы которого соединены с входом генератора сигналов и вторым входом измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора соответственно, третий вход блока управления является разъемом напряжения источника питания, а его четвертый и пятый входы служат для подачи сигналов отключения и подключения к источнику питания устройства формирования частоты сигнала при проведении приемосдаточных работ и испытаний, первый выход блока управления соединен с входом вторичного источника питания (ВИП), а второй выход служит для подачи напряжения источника питания на вход резервного комплекта устройства формирования частоты сигнала, третий вход измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора служит для ввода номинального значения частоты устройства формирования частоты сигнала, четвертый вход измерителя нестабильности частоты и амплитуды генератора служит для ввода предельно допустимого значения частоты устройства формирования частоты сигнала.1. A device for generating a signal frequency that automatically eliminates the occurring malfunctions in a minimum time, including:
- signal generator;
- measuring the instability of the frequency and amplitude of the generator;
- a control unit configured to disconnect the signal frequency generating device from the power source and connecting one of the backup sets of signal frequency generating devices in the event of a malfunction;
- secondary power source (VIP);
wherein the output of the signal generator is connected to the first input of the instability meter of frequency and amplitude of the generator, the output of which is connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to the third output of the secondary power source (VIP), the first and second outputs of which are connected to the input of the signal generator and the second input of the generator of instability of the frequency and amplitude of the generator, respectively, the third input of the control unit is a voltage connector of the power source, and its fourth and fifth inputs serve to giving the shutdown signals and connecting to the power source of the signal frequency conditioning device during acceptance work and testing, the first output of the control unit is connected to the input of the secondary power source (VIP), and the second output serves to supply the voltage of the power source to the input of the backup set of the signal frequency conditioning device , the third input of the meter of instability of the frequency and amplitude of the generator is used to enter the nominal frequency value of the device for forming the signal frequency, the fourth input Meter instability frequency and amplitude of the generator is used to enter the maximum permissible value of the frequency of the signal frequency device. 2. Устройство по п.1, в котором измеритель нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора содержит схему «И₁», формирователь сигнала управления схемой «И₁», измеритель амплитуды сигнала генератора, делитель частоты сигнала генератора, первый счетчик частоты, формирователь последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, делитель частоты на 2, второй счетчик частоты, первый двоичный сумматор, второй двоичный сумматор, схему «И₂», при этом выход схемы «И₁» соединен с входом делителя частоты сигнала генератора, выход которого соединен с входом первого счетчика частоты, первый выход которого соединен с входом формирователя последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, а второй выход соединен с входами первого и второго формирователей импульсов, выходы которых соединены с входом делителя частоты на 2, выход которого соединен с первым входом второго счетчика частоты, второй вход которого соединен выходом схемы «И₂», а выход соединен с вторым входом первого двоичного сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго двоичного сумматора, входы-выходы формирователя сигнала управления схемой «И₁», делителя частоты сигнала генератора, первого счетчика частоты, первый вход-выход схемы «И₂», соединены между собой и с выходом формирователя последовательности прямоугольных импульсов постоянной длительности, вход-выход измерителя амплитуды сигнала генератора, второй вход-выход схемы «И₂», первый вход схемы «И₁» соединены между собой и являются первым и вторым входами измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора, соединенными с выходом генератора сигнала и вторым выходом ВИП соответственно, второй вход схемы «И₁» соединен с выходом формирователя сигнала управления схемой «И₁», первые входы первого и второго двоичных сумматоров являются соответственно третьим и четвертым входами измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора, выходы второго двоичного сумматора и измерителя амплитуды сигнала генератора соединены между собой и являются выходом измерителя нестабильности частоты и амплитуды сигнала генератора.2. The device according to claim 1, in which the meter of instability of the frequency and amplitude of the generator signal contains a circuit "And ₁ ", the driver of the control signal circuit "And ₁ ", the meter of the signal amplitude of the generator, the frequency divider of the generator signal, the first frequency counter, the generator of the sequence of rectangular pulses of constant duration, the first pulse shaper, the second pulse shaper, the frequency divider by 2, the second frequency counter, the first binary adder, the second binary adder, the circuit "And ₂ ", while the output with “I ₁ ” circuits are connected to the input of the frequency divider of the signal of the generator, the output of which is connected to the input of the first frequency counter, the first output of which is connected to the input of the generator of a sequence of rectangular pulses of constant duration, and the second output is connected to the inputs of the first and second pulse shapers, the outputs of which are connected with the input of the frequency divider by 2, the output of which is connected to the first input of the second frequency counter, the second input of which is connected by the output of the And ₂ circuit, and the output is connected to the second input of the first military adder, the output of which is connected to the second input of the second binary adder, the inputs and outputs of the driver of the control signal circuit "And ₁ ", the frequency divider of the signal generator, the first frequency counter, the first input-output of the circuit "And ₂ ", are interconnected and with the output shaper of a sequence of rectangular pulses of constant duration, the input-output of the meter of the signal amplitude of the generator, the second input-output of the circuit "And ₂ ", the first input of the circuit "And ₁ " are interconnected and are the first and second inputs of the meter If the frequency and amplitude of the generator signal are connected to the output of the signal generator and the second output of the VIP, respectively, the second input of the And ₁ circuit is connected to the output of the driver of the control signal of the And ₁ circuit, the first inputs of the first and second binary adders are respectively the third and fourth inputs the instability meter of the frequency and amplitude of the generator signal, the outputs of the second binary adder and the amplitude meter of the generator signal are interconnected and are the output of the instability meter you generator and signal amplitude. 3. Устройство по п.2 или 3, в котором измеритель амплитуды сигнала генератора состоит из первого и второго преобразователей «частота-напряжение», входы которых являются входом измерителя амплитуды сигнала генератора с выхода второй схемы «И₂», а выходы соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, входы-выходы которых соединены между собой, а выходы соединены с входами первого и второго амплитудных детекторов соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым входом схемы анализа напряжений соответственно, а выход схемы анализа напряжений является выходом измерителя амплитуды сигнала генератора, соединенным с первым входом блока управления. 3. The device according to claim 2 or 3, in which the generator signal amplitude meter consists of the first and second frequency-voltage converters, the inputs of which are the input of the generator signal amplitude meter from the output of the second And ₂ circuit, and the outputs are connected to the inputs the first and second amplifiers, respectively, whose inputs and outputs are interconnected, and the outputs are connected to the inputs of the first and second amplitude detectors, respectively, the outputs of which are connected to the first and second input of the voltage analysis circuit, respectively, and The output of the voltage analysis circuit is the output of the generator signal amplitude meter connected to the first input of the control unit.

Images