SU1150578A1 - Device for comparing phases - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ФАЗ, содержащее первый и второй сче ные триггеры, установочные входы ко торых объединены с входом установки нул  устройства, первый и второй формирователи, выходы которых соеди нены с входами двухвходового элемен та И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикат ры и инвертор, отличающее с   тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторым и третьим индикаторами, дополнительные первый, второй, третий и четвертьй четырехвходовые элементы И, выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходовых элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые входы всех четырехвходовых элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы.первого и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с нулевым выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого .A DEVICE FOR COMPARISON OF PHASES, containing the first and second latches, the setup inputs of which are combined with the installation input of the zero device, the first and second drivers, the outputs of which are connected to the inputs of the two-input element I, the output connected to the first indicator, and the inputs the device’s inputs, the second and third indicators, and an inverter, characterized in that, in order to improve speed, the first and second elements OR, connected to the second and third indicators, are added to it, The first, second, third and fourth four-input AND elements, the outputs of each pair of which are connected to the OR elements, the first inputs of the specified four-input elements AND are combined and connected in pairs to the outputs of the drivers and the counting inputs of both triggers AND And in pairs through the inverter is connected to the output of the two-input element And, the third and fourth inputs. The first and fourth input elements And are connected respectively with a single output of the first counting trigger and zero output of the second flip-flop counting, third and fourth inputs of the second and third chetyrehvhodovyh elements and connected respectively to the output of the second counting unit and the trigger output of the first zero.

Description

Устройство относитс  к автоматике и измерительной техника и может быть использовано, например, в устройства регулировани  фазы и фазометрах. Известно устройство дл  сравнени  фаз а содержащее первый и второй формирователи , входами соединенные с входами устройства, а выходами подключенные соответственно к первым входам первого и второго триггеров, вторые входы которых соединены с вхо дами устройства, первый и второй эле менты И, выход последнего из которых соединен с первым индикатором, а вхо ды - с выходами триггеров, третьи входы которых соединены с выходом первого элемента И, два инвертора, а также второй и третий индикаторы, соединенные с выходами триггеров через инверторы щ , Недостаткам такого устройства  вл ютс  ограниченные область применени  и быстродействие, Наиболее бл11зким к изобретению  вл етс  устройство дл  сравнени  фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, входы которьпс сое .цинены с входами устройства, установочные входы которых объединены с входом установки нул  устройства, а выходы через два формировател  и непосредственно с входами соответствующих триггеров, третьи входы которых объединены и подключены к выходу первого элемента И, входами соединен кого с выходами формировател  ,,двухвходовьй элемент И, выходом соединен ный с-иервьм индикатором, а входаjiH с первым- выходами триггеров, вторые входы которых через инверторы соединены с вторым и третьим индикаторами 2 . Недостатком известного устройства  вл етс  ограниченное быстродействие которое обусловлено тем, что сравнение фаз опорного и измерительного сигнала происходит через два периода входных сигналов. Такое  вление может привести к ошибкам в определении момента совпадени  фаз или момента перехода фаз от отставани  к опережению , что особенно важно при сравнении фаз сигналов с несколько отличакщимис  частотами. Кроме того, неоднозначно определ етс  фиксаци  совпадени  фаз, заключанща с  в том, что до подачи сигналов устройство уже индицирует нулевой фазовый сдвиг что создает неудобства в работе. Цель изобретени  - повышение быстродействи  сравнени  фаз между опорным и исследуемым сигналами. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  сравнени  фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, установочные входы которых объединены с входом установки нул  устройства, первый и второй формирователи, выходы которых соединены с первыми входами двухвходового элемента И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикатрры и инвертор, введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторьм и третьим индикаторами, дополнитель;ные первый, второй, третий и четвертьй четырехвходовые элементы Hj выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходоных элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые входы всех четырехвходовьк элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы первоЕо и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с кулевьв- выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого. За счет введени  четырехвходовьи элементов И и двух элементов ИЛИ обеспечиваетс  посто нноесравнение фазового положени  каждого пронормированного по длительности импульса опорной и счетной последовательности с индикацией соответствующего результата сравнени  в каждьЕЙ период сравнени . Таким алгоритмом контрол  исключаютс  пропуски за счет дискретизации (по двум периодам, как было в прототипе) сравнений, а следовательно , повышаетс  в два раза быстро действие. Кроме того, благодар  нормировке по длительности входных опорного и измерительного сигналовThe device relates to automation and measuring technology and can be used, for example, in phase control devices and phase meters. It is known a device for comparing phases a containing first and second drivers that are connected to the inputs of the device, and outputs connected respectively to the first inputs of the first and second triggers, the second inputs of which are connected to the inputs of the device, the first and second elements And, the output of the last connected to the first indicator, and inputs to the trigger outputs, the third inputs of which are connected to the output of the first element I, two inverters, and the second and third indicators connected to the outputs of the trigger through inverters The disadvantages of such a device are limited scope and speed. The most common to the invention is a phase comparison device containing first and second counting triggers, inputs of which are connected to the inputs of the device, the installation inputs of which are combined with the installation input zero of the device, and the outputs through two drivers and directly with the inputs of the corresponding triggers, the third inputs of which are combined and connected to the output of the first AND element, with inputs connected to the outputs of the input l ,, two-input element And, the output is connected with the infrared indicator, and the input IH with the first outputs of the flip-flops, the second inputs of which through the inverters are connected to the second and third indicators 2. A disadvantage of the known device is the limited speed which is due to the fact that the comparison of the phases of the reference and measuring signal occurs through two periods of the input signals. Such a phenomenon can lead to errors in determining the time when the phases coincide or when the phases transition from lagging to advance, which is especially important when comparing the phases of signals with slightly different frequencies. In addition, the phase coincidence is ambiguously determined, which means that prior to the signal, the device already indicates a zero phase shift, which creates inconvenience in operation. The purpose of the invention is to increase the speed of the phase comparison between the reference and test signals. The goal is achieved by the fact that the device for comparing the phases, containing the first and second counting triggers, the installation inputs of which are combined with the installation input zero of the device, the first and second drivers, the outputs of which are connected to the first inputs of the two-input element I, the output connected to the first indicator, and the inputs with the device inputs, the second and third indicator lights and the inverter, the first and second elements OR, the outputs connected to the second and third indicators, respectively, are added, the first, second, and second th, third and quarter four-input elements Hj outputs of each pair of which are connected to the OR elements, the first inputs of these four input elements AND are combined and connected in pairs to the outputs of the drivers and the counting inputs of both triggers And the second inputs through pairs of inverters connected to the output of the two-input element I, the third and fourth inputs of the first EO and the fourth input elements AND are connected respectively with a single output of the first countable trigger and with the cool output of the second th trigger countable, third and fourth inputs of the second and third chetyrehvhodovyh elements and connected respectively to the output of the second counting unit and the trigger output of the first zero. By introducing the four-input elements And and the two elements OR, a constant comparison of the phase position of each reference and counting sequence normalized to the pulse duration is provided with an indication of the corresponding comparison result in each comparison period. By this control algorithm, omissions are excluded due to discretization (in two periods, as was the case in the prototype) of comparisons, and, consequently, the action is doubled quickly. In addition, due to the normalization of the duration of the input reference and measurement signals

формировател ми, а также новых св зей их выхода с элементом И обеспечиваетс  индикаци  момента совпадени  фаз только во врем  действи  сигналов,the formers, as well as the new connections of their output with the element I, provide an indication of the moment of coincidence of the phases only during the action of the signals,

На фиг.1 представлена электрическа  функциональна  схема устройства дл  сравнени  фаз; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства дл  случа  опережени  опорного сигнала (2,1) и отставани  (2,11),Figure 1 is an electrical functional diagram of a phase comparison device; Fig. 2 shows timing charts of the device for the case of advancing the reference signal (2.1) and lagging (2.11),

Устройство дл  сравнени  фаз содержит первый и второй формирователи 1 и 2 сигнала калиброванной длительности , первьш и второй триггеры 3 и 4, четыре четьфехвходовых элементов И 5-8, двухвходовьш элемент И 9, инвертор 10, два элемента ИЛИ 11 и 12 и три индикатора - индикатор 13 (опережени  фазы), индикатор 14 (равенства фаз) и индикатор 15 (отставани  фазы), вход 16 опорного сигнала вход 17 измерительного сигнала и вход 18 установки нул , соединенный с установочными входами триггеров 3 и 4, В устройстве первые входы элементов И5и6, 7и8 объединены соответственно с выходами формирователей 2 и 1, счетными входами триггеров 4 и 3, первым и вторым входами элемента И 9, Вторые входы элементов И 5 и 6, 7 и 8 подключены через инвертор 10 к выходу элемента И 9 и входу индикатора 14, Третьи и четвертые входы элементов И 5 и 8 подключены соответственно к единичному выходу триггера 3 и нулевому выходу триггера 4. Третьи и четвертые входы элементов И 6 и 7 подключе ны соответственно к единичному выходу триггера 4 и нулево 1у выходу трйг гера 3, Выходы элементов И 5 и 6, 7 и 8 объединены соответственно через элементы ИЛИ 11, 12 с индикаторами 13, 15,The phase comparison device contains the first and second drivers 1 and 2 of a signal of a calibrated duration, the first and second triggers 3 and 4, four AND 5-8 peer input elements, AND 9, two-input element, 10 inverter, two OR 11 and 12 elements and three indicators - indicator 13 (phase advance), indicator 14 (phase equality) and indicator 15 (phase lag), reference signal input 16, input 17 of the measuring signal and input 18 for setting zero, connected to the installation inputs of triggers 3 and 4, In the device, the first inputs of I5 and 6 elements , 7 and 8 combined respectively but with the outputs of the formers 2 and 1, the counting inputs of the triggers 4 and 3, the first and second inputs of the element And 9, The second inputs of the elements And 5 and 6, 7 and 8 are connected via inverter 10 to the output of the element And 9 and the input of the indicator 14, Third and The fourth inputs of the And 5 and 8 elements are connected respectively to the unit output of trigger 3 and zero output of the trigger 4. The third and fourth inputs of the And 6 and 7 elements are connected respectively to the single output of trigger 4 and zero to the output of the trigger 3, Element Outputs And 5 and 6, 7 and 8 are combined respectively through the elements OR 11, 12 LEDs 13, 15,

Формирователи 1 и 2 нормируют входной сигнал произвольной формы и длительности в импульсные сигналы посто нной длительности, определ ющей заданную погрешность сравнени  фаз, Индикатор обеспечивает согласование выходных сигналов с выходов элементов 9,11 и 12, необходимое их усиление дл  срабатывани  сигнального индикатора, например, лампочки накаливани . Остальные элементы схемы могут быть реализованы логическими микросхемами 133 или 155 серий.The formers 1 and 2 normalize the input signal of an arbitrary shape and duration into pulse signals of a constant duration defining a predetermined phase comparison error. The indicator provides matching of the output signals from the outputs of elements 9.11 and 12, their necessary amplification for triggering a signal indicator, for example, a bulb filament. The rest of the circuit elements can be implemented by logic chips 133 or 155 series.

На фиг,2 прин ты следуюище обозначени  сигналов: а и б - опорный и измерительный сигналы с выходов формирователей и 2, в и г - осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 3; д и е осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 4; ж, 3, к и л - осциллограммы на выходах элементов И 5, 6, 7 и 8 соответственно мин- осциллограммы напр жений на выходе элементов ИЛИ 1 и 12 соответственно,In FIG. 2, the following signal descriptions are accepted: a and b are reference and measurement signals from the shaper outputs, and 2, c and d are oscillograms on the unit and zero outputs of trigger 3, respectively; d and e waveforms, respectively, on the unit and zero outputs of the trigger 4; W, 3, K, and L are oscillograms at the outputs of elements AND 5, 6, 7, and 8, respectively, min – oscillograms of the voltages at the output of the elements OR 1 and 12, respectively,

KpoNffi того, сери  осциллограмм фиг,2,1 по сн ет работу устройства, когда опорный сигнал опережает измерительный , и фиг,2,II - наоборот, дл случа  отставани  опорного сигнала. Состо ние индикаторов 13 и 15 опережени  или отставани  фазы измен етс  на противоположное по величине интервала времени t, между опорным и измерительным импульсом. Если /2, то опорна  последовательность опережает измерительную и срабатывает индикатор 13 (фиг,2,1 а). Если же tpi , то опорна  последовательность фактически отстает от измерительной и при этом срабатывает индикатор 15 (фиг,2,II а).KpoNffi addition, a series of oscillograms of FIG. 2.1, shows the operation of the device when the reference signal is ahead of the measurement signal, and FIG. 2, II - on the contrary, for the case of a reference signal lagging. The state of the indicators 13 and 15 of the advancing or lagging phase is reversed by the opposite in magnitude of the time interval t, between the reference and measuring pulse. If / 2, then the reference sequence is ahead of the measuring one and the indicator 13 is triggered (FIG. 2.1 a). If tpi, then the reference sequence actually lags behind the measuring one and at the same time the indicator 15 is triggered (FIGS. 2, II a).

Устройство работает следующ11м образом .The device works in the following way.

Рассмотрим случай, когда происходит опережение по фазе измерительноjro сигнала опорным (фиг, 2,1), В исходном состо нии счетные триггеры 3 и 4 установлены в состо ние, при котором на их пр мых выходах имеютс  низкие уровни напр жени , а на инверсных - высокие.Consider the case when the measurement signal jro is in advance of the reference (FIG. 2.1). In the initial state, the counting triggers 3 and 4 are set to a state in which low voltage levels are on their direct outputs and on inverse ones - high.

Входные сигналы А и Б поступают соответственно на входы формирователей 1 и 2, где преобразуютс  в нормированные по длительности импульсные последовательности (фиг,2 а, б), поступающие на счетные входы триггеров 3 и 4, По переднему фронту первого импульса (фиг,2 а) триггер 3 перебрасываетс , в результате чего на его пр мом выходе по вл етс  высокий потенциал (фиг,2 в), а на инверсном - низкий (фиг,2 г). Срабатывание каждого из четырех элементов И воз-i можно при одновременном наличии на своих входах высокого потенциала, что возможно при следующих комбинаци х: вьпсод элемента И 5 - б,в,еТ, выход элемента И 6 - б, е, выход элемента И 7 - а, д, г, выход элемента И 8 - а, в, е .The input signals A and B are received respectively at the inputs of the formers 1 and 2, where they are converted into pulse-width-normalized sequences (FIGS. 2 a, b) arriving at the counting inputs of the triggers 3 and 4, along the leading edge of the first pulse (FIG. 2 a a) trigger 3 is transferred, with the result that a high potential appears on its direct output (fig. 2c), and on the inverse a low potential appears (fig. 2g). The operation of each of the four elements and the possibility of a simultaneous presence of a high potential at its inputs, which is possible with the following combinations: element output 5 and 5, b, c, eT, output 6, b, e, output 7 - a, d, g, the output of the element And 8 - a, c, e.

Так как последний вход каждого элемента И всегда, кроме случа  равенства фаз, находитс  под высоким потенциалом, то в комбинации а-г (фиг.2) он учитываетс  автоматическиSince the last input of each element And always, except the case of the equality of the phases, is under high potential, in the combination of a-g (Fig. 2) it is automatically taken into account

В течение длительности первого импульса (фиг.2 а) реализуетс  только одно из четьфех условий совпадени  и на выходе элемента И 8 по вл етс  импульс (фиг.2 л), который через элемент ИЛИ 12 (фиг.2 м) поступает на индикатор 15, вызыва  его срабатывание (фиг.2 н). По «жокчанни первого импульса (фиг.2 а) услови  совпадени  элемента И 8 нарушаютс  и индикатор прекр.едает индикацию.During the duration of the first pulse (Fig. 2a), only one of the four conditions of coincidence is realized, and at the output of the AND 8 element, a pulse appears (Fig. 2 l), which through the OR 12 element (Fig. 2 m) goes to the indicator 15 , causing it to trigger (figure 2 n). By the "jokannyi" of the first pulse (Fig. 2a), the condition of the element And 8 is violated and the indicator of the perfect one eats the indication.

По поступлению первого импульса измерительной последовательности (фиг.2 б) на счетшдй вход триггера 4 последний перебрасываетс  и измен ет свое состо ние на противоположное (фиг.2 д, 2 е). При этом ни на одном из Meitjipex элементов ИЗ, 6, 7 и 8 условие совпадени  не выполн етс  (фиг.2 ж, з) и состо ние индикаторов 13, 14 и 15 остаетс  прежнимUpon receipt of the first pulse of the measuring sequence (Fig. 2b) at the counting input of the trigger 4, the latter is thrown and changes its state to the opposite (Fig. 2 d, 2 e). At the same time, none of the Meitjipex elements IZ, 6, 7 and 8 match the condition (Fig. 2 g, g) and the status of indicators 13, 14 and 15 remains the same.

С приходом очередного (второго) импульса (фиг.2,а) триггер 3 перебрасываетс  в состо ние, предшествукнцее прихо|Ду первого ийпульса, по вл етс  разрезающа  комбинаци  дл  элемента И 7, управл юа(Ий импульс с выхода которого через элемент ШШ 12 (фиг.2 м) оп ть воздействует на и дикатор 15, подтвер да  факт опереже ки  фазы. С приходом второго импульса измерительной последовательности (фиг.2,б) триггер 4 перебрасываетс  в исходное состо ние (фиг.2 д,е), создаьа  при этом запрещенную комбинацию дл  элементов И 5, 6 (фиг.2 ж,з)With the arrival of the next (second) pulse (Fig. 2, a), the trigger 3 is transferred to the state preceding the arrival | of the first pulse, a cutting combination appears for the element 7, control (Iy pulse from the output of which through the element ШШ 12 (Fig. 2 m) again acts on the indicator 15, confirming the fact of phase advance. With the arrival of the second pulse of the measuring sequence (Fig. 2, b), trigger 4 is reset to the initial state (Fig. 2 d, e), at the same time creating a prohibited combination for the elements And 5, 6 (figure 2, h)

С приходом третьего опорного импульса (фиг.2 а) цикл работы повтор етс .With the arrival of the third reference pulse (Fig. 2a), the operation cycle repeats.

Таким образом, с каждым импульсом опорной последовательности происходит сравнение фазового соотношени  и индикаци  его результата на индикаторе 15, которьй работает с частотой 1/То„.Thus, with each pulse of the reference sequence, the phase relation is compared and its result is shown on the indicator 15, which operates at a frequency of 1 / T0.

в другом случае, когда опорна  последовательность отстает от измерительной , работа устройства происходит аналогичным образом. Начало работы и частота переключений другого индикатора 13 в этом случае будут определ тьс  измерительной последовательностью (осциллограммы напр женийin another case, when the reference sequence is lagging behind the measuring sequence, the operation of the device proceeds in a similar way. The start of operation and the switching frequency of the other indicator 13 in this case will be determined by the measuring sequence (voltage waveforms

в различных точках схемы фиг.2.II).at various points of the circuit of figure 2.II).

При равенстве фаз опорной и измерительной последовательности срабатьшает элемент И 9 и включаетс  индикатор равенства фаз 14. Одновременно инвертор 10 измен ет свое состо ние и запирает все элементы ИЗ, 6 , 7 и 8.When the phases of the reference and measuring sequence are equal, the element AND 9 triggers and the indicator of the equality of the phases 14 turns on. At the same time, the inverter 10 changes its state and locks all the elements OF, 6, 7 and 8.

Таким образом, при произвольном изменении фазы устройство позвол ет производить сравнение ее в каждьйThus, with an arbitrary phase change, the device allows it to be compared in each

период сигнала, обеспечива  при этом в два раза большее по сравнению с прототипом быстродействие.the signal period, while providing twice the speed as compared with the prototype.

Технические преимущества данного изобретени  состо т в повышении быстроты сравнени  фаз, особенно при изменени х фазы измер емого сигнала. Кроме того, повьшаетс  достоверность полученного результата и устран етс  неоднозначность показаний нулевого фазового сдвига в начальный моментThe technical advantages of this invention are to increase the speed of phase comparison, especially with changes in the phase of the measured signal. In addition, the reliability of the result is increased and the ambiguity of the indications of the zero phase shift at the initial moment is eliminated.

измерени .measurements.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ФАЗ, содержащее первый и второй счетные триггеры, установочные входы которых объединены с входом установки нуля устройства, первый и второй формирователи, выходы которых соединены с входами двухвходового элемента И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикаторы и инвертор, отличающеёс я тем, что, с целью повышения ίбыстродействия, в него введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторым и третьим индикаторами, дополнительные первый, второй, третий и четвертый четырехвходовые элементы И, выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходовых элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые входы всех четырехвходовых элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы.первого и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с нулевым выходом второго^- счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого.A device for comparing phases, containing the first and second counting triggers, the installation inputs of which are combined with the input of the device's zero setting, the first and second shapers, the outputs of which are connected to the inputs of the two-input element And, the output connected to the first indicator, and the inputs to the inputs of the device, the second and a third indicator and an inverter, characterized in that, in order to increase the speed, the first and second OR elements are introduced into it, the outputs are connected respectively to the second and third indicators, additional the first, second, third and fourth four-input elements AND, the outputs of each pair of which are connected to the OR elements, the first inputs of these four-input elements AND are combined and paired with the outputs of the shapers and with the counting inputs of both triggers, the second inputs of all four-input elements And in pairs through an inverter connected to the output of the two-input element And, the third and fourth inputs. of the first and fourth input elements And are connected respectively to a single output of the first counting trigger and with zero output house second ^- countable trigger, third and fourth inputs of the second and third chetyrehvhodovyh elements and are respectively connected to a single output of the second trigger counting and zero output of the first.