Значение кванта или абсолютной погрешности квантования

Достоинства ЦФМЗ

1. Потенциально очень высокое быстродействие.

2. Сравнительная простота схемной реализации.

Недостатки ЦФМЗ

1. Погрешность квантования растет с увеличением частоты f_С, как и для любого измерителя временных интервалов. В таких фазометрах для получения достоверного результата f_С должна быть стабильной. В фазометрах принято устанавливать – для показаний в радианах или– для показаний в градусах. В первом случае результат измерения:(рад). Во втором случае(град). Если жеf_С изменяется, то приведенные уравнения не имеют смысла.

2. Как следствие 1-го недостатка – значительное усложнение схемы для реализации измерений в широкой полосе частот.

Основные источники погрешностей ЦФМЗ и методика их анализа те же, что были рассмотрены для ЦИДИ в п. 3.3.1. Отличие заключается в оценке абсолютной фазовой погрешности. Последняя возникает из-за разности порогов срабатывания компараторов схем ВФ1 и ВФ2. Данная погрешность определяется по формуле

где U_П1, U_П2 – пороги срабатывания ВФ1 и ВФ2 соответственно; U_m – амплитуда входного сигнала.

Порог срабатывания компаратора определяется формулой

,

где U_СД – напряжение сдвига компаратора схемы ВФ; I_СД – входной ток сдвига компаратора; I_СМ – входной ток смещения компаратора; ТК_Uсд – температурный коэффициент напряжения сдвига;  – диапазон температур (5 С для нормальных условий); R_Г – разность сопротивлений цепей, подключенных ко входам компаратора; R_Г – среднее значение сопротивлений входных цепей компаратора:

где R_Н, R_И – сопротивления цепей, подключенных соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам.

Если сопротивление R_Г мало или в схеме применена коррекция смещения нуля компаратора, то первыми тремя слагаемыми в формуле для U_П можно пренебречь. Тогда пороговое напряжение

U_П = ТК_Uсд  Т.

Наличие _ф1,2 приводит к погрешности:

при отсчете в радианах

при отсчете в градусах

Здесь _Xмах = max|₁ - ₂|; U_m1, U_m2 – соответственно амплитуда сигналов U₁(t) и U₂(t).

СКО погрешности квантования фазометров данного типа

.

Для расширения частотного диапазона цфмз используют два основных способа.

1. Применение гоч с управляемой выходной частотой, например, на базе умножителя частоты (уч) с петлей фапч.

Обобщенная структурная схема УЧ приведена на рис.3.16.

Рис. 3.16. Обобщенная структурная схема УЧ на базе петли ФАПЧ

На рисунке обозначено: ФД – фазовый детектор; ФНЧ – фильтр нижних частот; ГУН – генератор, управляемый напряжением; ДЧм – делитель частоты с коэффициентом деления "m".

В такой схеме необходимо устанавливать m = 2 10ⁿ или m = 360 10ⁿ.

Недостатки способа.

1. Достаточно узкая полоса захвата петли ФАПЧ в пределах 40  от некоторой центральной частоты, на которую настроена схема.

2. Низкое быстродействие, обусловленное большим временем вхождения петли ФАПЧ в режим захвата (порядка 10 периодов входного сигнала).

2. Применение гоч с аналого-цифровым управлением

При этом измерительная процедура разбивается на 2 стадии.

На 1-й стадии частота f_С преобразуется в цифровой двоичный код, поступающий на вход преобразователя напряжение-частота (ПНЧ). В результате на выходе ПНЧ устанавливается частота f₀ = f_C.

На 2-й стадии производится измерение угла фазового сдвига так, как это было описано выше для схемы, приведенной на рис. 3.15.

Обобщенная структурная схема управления ГОЧ для данного способа приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Структурная схема ГОЧ с аналого-цифровым управлением

Таким образом, при использовании данного способа измерение займет 2 периода входного сигнала, если частота fc измеряется за один период.

Достоинство способа: если при использовании 1-го способа ГОЧ входит в режим слежения за время порядка 10 периодов сигнала, т.е. результат измерения появится через 11 периодов, то данный способ позволяет получить результат измерения уже через 2 периода.

Недостаток: схема реализации способа достаточно сложна.