автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Быстродействующие прецизионные калибраторы фазы

РГ6 од

О з ФЕВ Ш7

На правах рукописи

САЙФУТДИНОВ Константин Рустемович

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ КАЛИБРАТОРЫ ФАЗЫ

Специальность 05.11.05 - Приборы и методы измерений электрических и магнитных величин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск ■ 1997

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Жилин Н.С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Петров В.П.;

- кандидат технических наук, Журавлев С.И.

Ведущее предприятие - Сибирский государственный НИИ метрологии (СНИИМ)

Защита состоится "21 " февраля 1997 г. в 15 час. на заседани: диссертационного совета Д 063.23.01 прп Омской государственном техни ческом университете по адресу: 644050, Омск, пр. Мира, 11 (ауд. 6-340).

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, прс сим направлять по адресу: 644050, Омск, пр. Мира, П, Омский госуда; стпенный технический университет, ученому секретарю диссертационног совета Д 063.23.01. Федорову В.К.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан № января 1997 г.

V ' ' Л

Ученый секретарь , / /

диссертационного совета Д 063.23.01 {/ / /

доктор технических наук, профессор В.К. ФедороЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Основными направлениями экономического и социального развития государства определена необходимость дальнейшего совершенствования средств информационно-измерительной техники, внедрения автоматизированных систем- в средства измерений и контроля, создания автоматизированных измерительных, систем (АИС), применяемых при изготовлении и испытании изделий электронной техники и радиотехнической промышленности. Анализ отечественных и зарубежных источников по вопросам проектирования автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающей контроль и измерение параметров БИС, СБИС и ССБИС, показывает, что проблема создания методов и систем контроля1 сочетающих в себе такие свойства, как высокое быстродействие, многоканальность, прецизионность и универсальность, в настоящее время актуальна. При испытаниях скоростных БИС системы контроля должны работать в субнаносекундной области при максимальных частотах до 1-2 ГГц. Точность задания и измерения параметров тест-сигналов должна быть высокой для увеличения достоверности контроля и уменьшения затрат при производстве. Из известных методов требованиям, приведенным выше, практически полностью удовлетворяют фазовые методы, основанные на системах фазовой синхронизации (СФС):

- обладают максимальной чувствительностью, достигнутыми точностью н минимальным дискретом;

- системы фазовой автоподстройки частота обладают свойством по-"' давления фазовых шумов; •

- системы автоподстройки фазы позволяют получить сигнал рассогласования практически с любой точностью в пихосекундном диапазоне времен и в любой области частот;

- не имеют ограничений по частотному диапазону, а по-динамическому диапазону полностью перекрывают все технолог, п изделий электронной промышленности.

В последние годы разрабатывается перспективное направление построения на основе СФС автоматизированных систем контроля. Одной ш основных структурных единиц таких систем является подсистема синхронизации, в которой с помощью генератора-калибратора фазы (ГКФ) задаются временные соотношения сигналов во всех каналах. Поэтому задача разработки быстродействующих прецизионных ГКФ, позволяющих достичь высоких технических параметров АИС, наиболее актуальна.

Цель работы - повышение точности задания и скорости установки угла фазового сдвига в широком диапазоне частот в генераторах-калибраторах фазы, разработка ГКФ с улучшенными технико-экономическими показателями для использования в подсистемах синхронизации быстродействующих автоматизированных измерительных систем. Решение этих задач осуществляется с использованием фазовых методов воспроизведения угла фазового сдвига на основе многоканальных систем фазовой синхронизации, в частности, сисгем фазовой автоподстройки .частоты (ФАПЧ).

Задачи исследовании:

- анализ методов, позволяющих осуществить воспроизведение угла фазового сдвига в широком диапазоне частот, определение возможностей использования их при разработке Г1СФ; ч

- разработка методов воспроизведения угла фазорого сдвига на основе использования многоканальных систем ФАПЧ;

- разработка ГКФ с возможностью автоматизации установки угла фазового сдвига, позволяющих повысить разрешающую способность и быстродействие ¿адання фазовых сдвигов сигналов в широком диапазоне частот и обеспечивающих возможность использования их в подсистемах синхронизации быстродействующих АИС;

- анализ составляющих суммарной погрешности фазовых мстодсз воспроизведения угла фазового сдвига, предельного быстродействия ГКФ, созданных на их основе, определение условий их минимизации;

- практическая разработка и внедрение экспериментальных образцов ГКФ для решения актуальных задач измерительной техники.

Методы исследовании. Для теоретических исследований применялась математические методы функционального анализа, теории цепей и сигналов, разностных и обыкновенных дифференциальных уравнений, теории колебаний, статистической радиотехники, аналитического и численного моделирования на ЭВМ, параметрической оптимизации. Экспериментальные исследования проводились на базе разработанной аппаратуры по утвержденным в СНИИМ методикам технических испытаний и путем сличения с образцовыми средствами измерений в органах Госстандарта.

Научная новизна работы закльчается в следующем:

- предложены новые способы построения ГКФ на различные диапазоны частот, позволяющие осуществить автоматизированное задание угла фазового сдвига, повысить точность задания и скорость переустановки фазовых сдвигов при улучшении технико-экономических показателей;

- разработан способ, обеспечивающий устранение неоднозначности остановки начального фазового сдвига в ГКФ;

- предложены методы построения подсистем синхронизации быстро-(ействугощих АИС, использующие разработанные структуры ГКФ и позволяющие существенно повысить тактовые частоты и точность задания (ременных параметров тест-сигиалов;

- применен метод анг.лк^а преобразователей частоты в СФС, б авизующийся на нестандартной методике и алгоритме решения нелинейных шфференциальпых уравнений (НДУ) с помощью функциональных рядов Зольтерра-Винера, позволяющих существенно сократить объем вычисле-шй;

- для анализа СФС с запаздыванием применен метод асимптотиче-жого разложения в ряд по малому параметру решений сингулярно возму-ценных дифференциальных уравнений, обеспечивающий высокие точности шализа при Пут, , где С1у - полоса удержания системы ФАПЧ, т3 - суммарная задержка сигнала в цели регулгрезаяия;

- предложены аналитические зависимости и рекомендации по параметрической оптимизации непрерывных и импульсных СФС с преобразо-¡анисм частоты.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработаны структуры, позволяющие строить ГКФ с прецизион-юй установкой угла фазового сдвига в диапазоне частот от десятков герц ю единиц гигагерц;

- разработан, прошел метрологическую аттестацию в органах Госстандарта и внедрен на предприятии заказчика генератор калиброванных :игналов ГКС-01, позволяющий синтезировать слоис.ые сигналы с калиброванной регулировкой угла сдвига фаз, временного интервала и коэффициента гармоник, с точностями в 1,5-2 раза превышающими точности из-зестных приборов;

- в ходе выполнения хоздоговорной темы № 362 создан комплексный ГКФ с разрешающей способностью 0,0036" в диапазоне выходных частот >,1-10 МГц для управления лучом электронного микроскопа, генератор до-зеден до опытного образца, проведена ОКР;

- разработан класс структур ГКФ, позволяющих строить подсистемы лгахронизации быстродействующих АИС;

. - получены результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде расчетных формул и графиков для шшук-рнего расчета основных элементов ГКФ с калиброванной регулировкой угла фазового сдвига.

Реализации результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы при разработке образцов ГКФ и отдельных узлов комплексных синтезаторов сигналов. Прибор ГКС-01 прошел метрологическую ;'лтестацшо в НПО "ВНИИМ им. Д.И.Менделеева" и внедрен на предприятии п/я В-2077 с расчетным экономическим эффектом около 7 тыс. руб. в цепах 1988 года. При выполнении хоздоговорной темы №319 был разработан и изготовлен гетеродин трехсантиметрового диапазона для синхронного приемного устройства аппаратуры специального назначения, разработан образец быстродействующего широкополосного синтезатора частот диапазона 1-2 ГГц с шагом но частоте 0,1 МГц и временем переключения не более 10 мкс. В настоящее время проводятся работы по доведению изделия до уровня, пригодного для серийного производства. Для генераторного капала системы динамического функционального контроля хоздоговорной темы 350-НПУ на основе предложенных структурных схем ГКФ разработана подсистема синхронизации на диапазон частот до . 1024 МГц с минимальным дискретом фазового сдвига 0,05625", что соответствует временному интервалу 125 пс. Разработан автоматизированный генератор импульсов с нормированным!! параметрами, позволяющий раздельно задавать положение фронта, среза тест-импульсоа в диапазоне частот 0,1-10 МГц с шагом по частоте 0,1 МГц с дискретом задания фазового сдвига 0,0036" и дискретом задания временного интервала 100 пс с погрешностью не более 30 пс.

Основные положении, выносимые на защиту:

1. Принципы построения и структурные схемы ГКФ на основе СФС и фазовых методов воспроизведения сигналов с калиброванной регулировкой угла фазового сдвига в широком диапазоне частот, позволяющие повысить быстродействие и точность, уменьшить дискрет задания фазового сдвига.

2. Результаты исследования влияния инерционностеи и задержек сигналов в элементах ФАПЧ по вторичным биениям на их динамические свойства, позволяющие повысить точность расчета полосы захвата и времени переходных процессов в диапазоне ОВЧ/УВЧ.

3. Результаты теоретического анализа погрешностей регулировки угла фазового сдвига, доказывающие высокие потенциальные возможности и перспективность использования фазовых методов и систем ФАПЧ при воспроизведении сигналов с калиброванными значениями фазового сдвига в широком частотном диапазоне и используемые при расчете основных элементов предложенных структур ГКФ. .

4. Технические решения устройств воспроизведения угла фазового сдвига, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, а также аппаратурная реализация ГКФ и устройств на их основе, аттестованных в органах Госстандарта и внедренных на промышленных предприятиях.

Апробация работа. Материалы рабагы докладывались и обсуждались на: 5-м Международном симпозиуме в Гааге "Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications" (Нидерланды, 1994); Международном симпозиуме в Москве "Acoustoelecíronics, Frequency Control and Signal Generation" (Россия, 19S6); Международных научно-технических конференциях: АПЭП-92 (Новосибирск, 1992), "Нанотехнологая, наноэлектропика и крпоэлектроника" (Барнаул, 1992), "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 1995), "Информационные технологии и радиосеп! - 96" (Омск, .1996); Всесоюзных научно-технических конференциях: "Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи" (Горький," ¡988), "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 1986,1990), "Современные проблемы фазокзмеритеяьной техники и её применение" (Красноярск, 1989), "Оптико-электронные измерительные устройства и системы" (Томск, 19S9), "Контроль н диагностика радиоэлектронной аппаратуры" (Пенза, 1990), "Повышение качества и эффективности устройств синхронизации в системах связи" (Ярославль, 1993), "Стабилизация частоты" (Москва, 1986), "Направления развития систем н средств радиосвязи" (Воронеж, 1996); Всесоюзных'совещаниях: " Координатио-чувсшттные фотопрнемники и оптико-электронные устройства на их основе" (Барнаул, 1987), "Точные измерили электрических величин: перемешюго тока, напряжения, мощности, энергии и угла фазового сдвига" (Лешшград, 1985, 1983); Всесоюзных научных сессиях: "Измерения в радиотехнике и электронике" (Москва, 1991), "Прикладные проблемы информационных технологий" (Москва, 1994), "100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радио-техннки" (Москва, 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ, в том числе: 2 статьи в центральной печати, 3 авторских свидетельства на изобретение, 1 сообщение в журнале "Приборы и техника эксперимента", 1 депонированная рукопись, 3 статьи в межвузовских сборниках научных трудов, 3 статьи в сборниках трудов научно-технических конференций, 27 тезисов докладов на научно-технических конференциях и совещаниях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём диссертации 163 е., в том числе 111с. основного текста, 52 рис. на 31 с. Список литературы состоит из 92 наименований на 11 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введен!»; обоснована актуальность проводимых исследований сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены структура диссертант и основные положения, выносимые на защиту.

Иет>зап глава. Анализ современного состояния техники воспроизаеде ния гармонических сигналов с калиброванным значением угла фазовогс сдвига между сигналами в широком диапазоне частот позволяет сдслат! следующие выводы.

Работами В.И. Евграфова, Н.С. Жилина, Е.Д. Коягака, С.А. Кравченко С.А. Кузнецкого, С.М. Маевского, В.Я. Супьяна и др. доказана возмож ность получения калиброванных, значений угла фазового сдвига в широко» диапазоне частот. В них показано, что наиболее перспективным в обласп воспроизведения гармонических сигналов с калиброванными значениям! утла фазового сдвига является использование ГКФ на основе многоустой чивых фазовых элементов (МФЭ) и систем фазовой синхронизации, ] частности сисхсм ФАПЧ. Применение фазовых методов при построенш ГКФ поззоляет обеспечить комплексное решение проблемы метрологиче ского обеспечения электронной аппаратуры, а также разработку прецизи онных средств измерений и калибровки параметров электрических сигна лов. Сравнительная простота технических реализаций МФЭ с регулирова иием фазовых соотношений выходных сигналов позволяет автоматизиро вать процесс установки угла фазового сдвига в ГКФ. Кроме того, фуга циоиальные соотношения в СФС частоты и фазы ВЧ сигналов, а также ш зависимость амплитуды перестраиваемого генератора (ПГ) в система ФАПЧ от начальных фаз опорного генератора (ОГ) и ПГ, которая обесш чивает важную для измерительной техникн раздельность регулировки плитудных и фазовых соотношений ВЧ сигналов, позволяет реализовать н основе фазовых методов ГКФ, не имеющих принципиальных ограничен!! по частотному диапазону.

К наиболее перспективным по быстродействию и возможности авт< матизацни следует отнести ГКФ, построенные на основе фазовых методе с блокированием одного или нескольких импульсов из входной последов; тельносги, а также способ переноса угла фазового сдвига, заданного л низкой частоте на высокую системами ФАПЧ по вторичным биениям.

В заключение первой главы поставлены задачи дальнейших исслед< ваний в соответствии с проведенным аналитическим обзором.

В» второй г-nnne изложены методы построения и приведены структуры мелкодискреггиых прецизионных быстродействующих калибраторов (¡¡азы,

В настоящее время имеется значительное число практических реализаций фазозадагощих устройств. Анализ показал, что лучшие образцы ГКФ, работающих в широком диапазоне частот (от единиц герц до десятков гигагерц) обеспечивают высокие точностные характеристики. Однако эти разработай не позволяют обеспечить мелкий (меньше одного градуса) дискрет регулировки угла фазового сдвига. При решении этой задачи за основу такого устройства взят калибратор фазы, использующий дробно-кратные частоты f и f = f (n ± 1) / п, при этом минимальный дискрет регулировки угла фазового сдвига будет определятся: Дф„ = 2п / n(n ± 1). Еще более мелкий дискрет позволяет получить устройство [ 1 ], развивающее указанный принцип. Недостатком этих устройств является необходимость прохождения к значений дискретов Aq>0 для задания Дер = к Дф0, что снижает скорость переустанорки угла фазового сдвига. На рис.1 приведена структурная схема калибратора фазы [ 2 ], позволяющая устанавливать любые значения калиброванного фазового едяига за период выходного сигнала. В этой структуре кольцо фазовой синхронизации, включающее ОГ, делитель частоты ДЧ| с коэффициентом деления N, смеситель СМ, фазовый детектор ФД и ПГ, обеспечивает смещение частоты ПГ относительно ОГ на величину for/N, где for - частота опорного генератора. Сигналы ОГи ПГ с частотами for и fnr - for ± for / N поступают на входы элементов совпадения ЭС, управляемые триггерами с раздельным запуском ТР. С помощью блока управления БУ и преобразователей кодов ПК задается количество импульсов к и р , блокируемых ЭС в выходных сигналах ОГ и ПГ. С выходов ЭС сигналы поступают на делители частоты ДЧг с коэффициентом деления N и ДЧз с коэффициентом деления N ± 1. Таким образом, на выходах ДЧ2 а ДЧз образуются сигналы с равными частотами for/ N = fnr / N ± 1, которые через формирователи Ф поступают на выходы калибратора фазы. При этом минимальный дискрет фазового сдвига Д<р0 = 2т, / N(N ± 1), а величина задаваемого фазового сдвига определяется коэффициентами к и р:

Время установления Дф определяется частотой сигнала ОГ и величиной задаваемого фазового сдвига. Разработанный на ос.чове этих принципов калибратор фазы КФ-01 позволил получить на частоте выходного сигнала 100 МГц и дискрете регулирования 5,625° время переключения фазы сигнала на 180° не более 1 мке при погрешности установки 0,3" [3 ].

(1)

Pi!C. 1

Рис. 2

Вторым недостатком данных, калибраторов является неопределенность абсолютного значения задаваемого фазового сдзига. Свободным от указанного недостатка является устройство [ 4 ], структурная схема которого приведена на рис. 2. В этом ГКФ предусмотрено одновременное обнуление и запуск управляемых делителей частоты в момент совладения фронтов их входных последовательностей, определяемого с помощью формирователей импульсов ФИ, сумматора Е, порогового устройства ПУ, триггера ТР и схемы синхрошпнции СС. При необходимости повышения выходной частоты ГКФ следует использовать устройства на основе систем ФАПЧ по вторичным биениям или с делителем с переменным коэффициентом деления в цепи обратной связи [5].

Проведенные теоретические и экспериментальные,исследования подтверждают необходимость н перспективность параметрической оптимизации СФС и ГКФ, разработанных на их основе. Так, уменьшение фазовых шумов в каналах подсистемы синхронизации ЛИС па 14-17 дБ позволило снизить СКО задания фронта/среза тактовых импульсов в диапазоне частот 10 - 1 ООО МГц до 30 пс.:

Высокие точностные и эксплуатационные характеристики ГКФ и фазовых каналов на их основе дают возможность эффективного использования предложенных разработок как структурных единиц прн построении -более широкого класса измерительных генераторов, прецизионных измерителей параметров электрических сигналов, подсистем синхронизации АИС и быстродействующих автоматйз.чрованных систем контроля и диагностики изделии радиотехнической и электронной промышленности [ 5, 6, 7 ].

Тро ii.ii г.'пип посвящена исследованию быстродействия и точности задания фазового сдвига в ГКФ на основе СФС. По результатам анализа полной структурной схемы базового ГКФ выделены основные составляющие времени переходных процессов (времени установления требуемого фазового сдвига). Показано, что одной из основных составляющих являются переходные процессы в кольцах ФАПЧ с преобразованием частоты. Специфика систем ФАПЧ по вторичным биениям исследуется в работах Н.С. Жшшна, В.А. Майстренко.

В широкополосных системах ФАПЧ с ПЧ исследуется влияние конечной полосы пропускания усилителя постоянного тока УПТ и задержек сигнала в элементах кольца на динамику СФС. Наличие фильтра промежуточной частоты ФПЧ на выходе смесителя, обеспечивающего фильтрацию комбинационных составляющих, не вносит ограничений на полосу удтожа-

ния С2у, но нормированная полоса захвата системы сит от постоянной времени ФПЧ Тк :

существенно зави-'

1Д1

(2)

Тк = АРод , ДР0 7 - полоса пропускания ФПЧ по уровню 0,7. Время переходных процессов 1„ ф в системе определится как

1Пф=2Тк 1п(С/5фД0П) ,

(3)

где 6(рдоп - допустимое значение разности фаз на момент 1„ф ; С=-------амплитуда скачка фазы в момент 1 = 0;

А0<р и У„ -величина скачка фазы и его производной в момент 1 = 0; П„ - частота собственных колебаний системы.

Однако динамические свойства ФАПЧ зависят не только от Тк , но и от полосы пропускания УПТ на выходе ФД и задержек сигнала в кольце. В этом случае полоса захвата системы у3 будет равна:

где Туп т - постоянная времени УПТ.

Получены инженерные зависимости для расчета времени переходных процессов, учитывающие влияние постоянной времени фильтра смесителя частоты на полосу захвата ФАПЧ и времени переходных процессов для системы ФЛПЧ, использующей пропорционально-интегрирующий фильтр в качестве ФНЧ и полосовой фильтр на выходе смесителя частот. Дана оценка влияния полосы пропускания УПТ на устойчивость и переходные процессы в кольце. Полоса захвата системы зависит от собственной полосы пропускания смесителя, постоянной времени УПТ и параметров ФНЧ. Построены »рафики, характеризующие эту зависимость [ 8 ].

€ использованием методики функциональных рядов Вольтера-Винера получены зависимости для расчета времени переходных процессов в системе ФАПЧ по вторичным биениям, учитывающие нелинейность характеристики фазового детектора в диапазоне входных воздействий [9 ]. Метод расчета эффективен при отработке фазовых рассогласований, меньших

т

(4)

л/б, т. к. при этом обеспечивается быстрая сходимость ряда (достаточно использование первых трех членов ряда).

В УВЧ диапазоне существенным может быть влияние задержек сигнала п элементах кольца. На основании метода решения дифференциальных разностных уравнений, предложенного А.Б. Васильевой, и развитого в ряде работ других авторов, получены зависимости для расчета трех первых членов функционального ряда, обеспечивающие необходимую точность анализа при Оу-с, ^ 0,2 [ 10 ]. Для безфильтровой системы ФАПЧ учет задержек в цепи регулирования приводит к уравнению:

рср + Пу еРт> F(q>) = CiH , (5)

где e"rTj - коэффициент передачи идеализированной линии задержки; t3 - суммарное время задержки в СФС; Q„ - начальная частотная расстройка системы.

Разработана разностная схема решения уравнения с запаздывающим аргументом, проведено моделирование на ЭВМ, построены графики установления фазы в системах ФАПЧ с запаздыванием. Доказана возможность использования при анализе СФС с запаздыванием приближенных дифференциальных уравнений, полученных при разложении оператора е"рт' в ряд пс функциям Паде (с использованием лишь двух членов разложения) [ U ]:

111 т.

где п - порядок дроби Паде;

n ск /рт

ы ■ Сп -число сочетаний из п по к.

Прип^е-^-^Д^).

Линейная модель второго порядка имеет более широкий диапазон работоспособности по £2ут, . Проведено сравнение на ЭВМ решений с помощью разностной схемы для исходного уравнения и приближенных моделей. Показано, что при разложении по Паде линеаризованная модель хорошо отражает момент возникновения осцилляции:

П^б-^уУ^). (7)

Для F(cp) = cos <р при ун «= 0,1 (у« - нормированная начальная часгог-

пая расстройка системы) йуХ^ = 0,349. Доказана возможность использования приближенной модели второго порядка для исследования динамики системы ФАПЧ с запаздыванием в диапазоне практически существующих в ,<ольцё СФС задержек: 0 2 2 1. На рис. 3 приводятся результаты исследования системы ФАПЧ с запаздыванием на основании ряда моделей для частного случая у» = 0,1.

Рис. 3

Из рис. 3 следует, что наиболее близкой к точному решению является модель с использованием приближения по Паде. Проведено моделирование для различных значений у» до 1,0. Для всех значений у и модель 3 является предпочтительнее, но при приближении уи к 0,9 отличие результатов от точного решения возрастает,

Исследовано влияние собственных шумов и межканальных связей колец ФАПЧ на точность задания фазового сдвига. Получены условия оптимального выбора параметров колец ФАПЧ, позволяющие минимизировать погрешности синхронизации, обусловленные собственными шумами колец ФАПЧ. Сформулированы требования к уровню собственных шумов опорных и подстраиваемых генераторов и структуре ГКФ, при которых достигаются высокие точности задания фазового сдвига.

I? четвертой глппе приведены результат! ' разработки и исследования ГКФ на основе СФС с заданием угла фазового сдвига в широком диапазоне частот и их основных узлов, в том числе:

- приведено описание экспериментальной разработки структурной и функциональной схемы генераторного канала динамического контроля функционирования сверхскоростных интегральных схем с тактовыми частотами от 64 МГц до 1024 МГц с шагом по частоте 1-10 МГц, минимальным дискретом фазового сдвига 0,05625" (на промежуточной частоте 1,25 МГц), что соответствует временному интервалу 125 пс в указанном диапазоне частот при погрешности установки временной задержки не более ±30 пс, спроектированной на основе предложенных структур Г1СФ [ 12,13 ];

- приведено описание структурной схемы автоматизированного генератора импульсов с нормированными параметрами для подсистемы синхронизации А (1С с разрешающей способностью 0,0036° на частоте 100 кГц и дискретом задания временного интервала 100 пс в диапазоне частот 0,1-10 МГц с шагом по частоте 0,1 МГц, генератор доведен до опытного образца, проведена ОКР [ 14, 15 ];

- пшгаедены результаты разработки быстродействующих синтезаторов фазомашшулированных сигналов УВЧ диапазона на основе СФС, позволяющих получить сетку частот в диапазоне 1-2 ГГц с шагом по частоте 0,1 МГц и временем переключения частоты менее 10 мке [ 16 ];

- приведено описание синтезатора сигналов с калиброванной регулировкой параметров (ГКС-01), реализующего фазовый метод регулировки угла фазового сдвига, коэффициента гармоник и временных интервалов, описание установки и методика поверки для исследования погрешностей воспроизведения сигнала с калиброванными параметрами и сравнение полученных экспериментальных результатов с результатами теоретических расчетов [ 17 ].

Прибор ГКС-01 аттестован в НПО "СНИИМ" и внедрен на предприятии м/я В-2077.

Практическая реализация и результаты испытания образцов ГКФ и их основных узлов доказывают перспективность использования фазовых методов и систем фазовой синхронизации для воспроизведения сигналов с калиброванным фазовым сдвигом и подтверждают достоверность изложенных в работе теоретических выводов и положений.

В приложении к диссертации приведены: акт об использовании результатов диссертационной работы, акт внедрения результатов НИР и протокол внедрения научно-технических достижений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Осуществлен выбор методов построения ГКФ на основе систем ФАПЧ по вторичным биениям с дробно-кратным соотношением частот и на основе систем фазовой синхронизации с преобразованием частоты, позволяющих повысить точность и разрешающую способность кал Зрован-ной регулировки угла фазового сдвига.

2. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами на изобретение структуры ГКФ, позволяющих повысить разрешающую способность и скорость переустановки задаваемого фазового сдвига и обеспечить программное управление регулировкой фазового сдвига, разработана структурная схема ГКФ с устраненной" неопределенностью абсолютного значения задаваемого фазового сдвига.

3. Проведен теоретический анализ основных составляющих времени переходных процессов. Для ГКФ, построенных на основе широкополосных систем ФАПЧ с преобразованием частоты, получены инженерные зависимости для расчета времени переходных процессов, учитывающие влияние отдельных составляющих ГКФ. Исследовано влияние собственных шумов и межканальных связей колец ФАПЧ на точность задания фазового сдвига, получены условия оптимального выбора параметров колец ФАПЧ, минимизирующие погрешности задания угла фазового сдвига.

4. Разработаны структурная и функциональная схемы генераторного канала, подсистемы синхронизации АИС для изделий электронной техники, в которых применение фазовых методов задания временных соотношений между сигналами позволяет решить проблему сочетания быстродействия и прецизионности.

5. Предложен метод построения быстродействующих синтезаторов фазоманипулированных колебаний УВЧ диапазона на основе СФС, позволяющий получить сетку частот в диапазоне 1-2 ГГц с шагом 0,1 МГц и временем переключения частоты менее 10 мкс.

Проведены экспериментальные исследования образцов ГКФ, реализованных на основе предложенных структурных схем. Полученные экспериментальные данные и результаты метрологических испытаний подтверждают основные теоретические выводы о высоких потенциальных возможностях предложенных методов построения быстродействующих прецизионных ГКФ. Разработанные и прошедшие метрологическую аттестацию образцы синтезаторов сигналов и калибраторов фазы внедрены на предприятиях страны.

Осяовные результаты опубликованы в следующих работах:

1. A.c. 1241147 СССР, ШСИ3 G 01 il 25/00. Калибратор фазы / З.В. Гришаев, K.P. Сайфутдинов, С.Х. Симон. № 3329385/24-21; Заявлено 25.12.84; Опубл. 30.06.86. Бюл. № 24. - 4 с. : ил.

2. А. с. 1318928 СССР, МКИ3 G 01 R 25/00. Калибратор фазы / В.В. Гришаев, K.P. Сайфугдинов. Хз 4009587/24-21; Заявлено 21.01.86; Опубл. 23.06.87. Бюл. № 23. - 4 с. : ил.

3. Гришаев В.В., Сайфутдинов K.P. Повышение быстродействия переключения фазы в калибраторах на основе систем фазовой синхронизации // Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Горький, 1988. - С. 119-120.

4. А. с. 1368801 СССР, МКИ3 G 01 R 25/00. Калибратор фазы / В.В. Гришаев, K.P. Сайфутдинов, С.Х. Симон. № 4088777/24-21; Заявлено 10.07.86; Опубл. 23.01.88. Бюл. № 3. - 4 с. : ил.

5. Генераторный канал АИС на основе фазовых методов с пикосе-кундным разрешением / A.B. Никонов, K.P. Сайфутдинов, Н.С. Жилин, Г.В. Ннконова //Цифровые радиотехнические системы и приборы: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск, КГТУ. - 1996. - С. 126-131.

6. Принципы построения быстродействующих автоматизированных систем контроля / В.А. Майстренко, A.B. Никонов, K.P. Сайфугдинов и др. // Техника электрических и магнитных измерений: Межвуз. сб. науч. тр. -Омск, ОмПИ. • 198?. - С. 32-39.

7. Принципы построения генераторных каналов АСК ССИС / В.А. Майстренко, А.В*. Никонов, K.P. Сайфутдинов и др. // Теория и практика автоматизированных измерений: Межвуз. сб. науч. тр. - Омск, ОмПИ.- 1990.-С. 4-10, *

8. Сайфутдинов K.P. Анализ быстродействий генераторов-калибраторов фазы на основе систем фазовой синхронизации / Омск, политехи, ин-т. - Омск, 1992. - С. 53-56. - Деп. в НИИТЭХИМ 15.06.92, № 190-хп92.

9. Жилин Н.С., Майстренко В.А., Сайфутдинов K.P. Разработка фазовых каналов прецизионных измерительных и генераторных устройств УВЧ диапазона // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-92: Тр. Мсждунар. науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1992.-T. 5.-С. 12-16.

10. Майстренко В.А., Сайфутдинов K.P. Исследование динамики систем ФАПЧ с запаздыванием // Современные проблемы фазоизмеритель-ной техника и её проблемы: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. -Красноярск, 1989. - С. 189-190.

11. Майстренко В.А., Сайфутдинов K.P. Анализ зависимости характера переходного продесса в системе ФАПЧ от её параметров при введении инерционных звеньев в цепь управления // Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, мощности, энергии и угла фазового сдвига: Тез. докл. 3-го Всесоюз. совещ. -J1.,

1988.-С. 240-241.

12. Система динамического контроля функционирования сверхскоростных ИС / Н.С. Жилин, В.А. Майстренко, A.B. Никонов, K.P. Сайфутдинов // Приборы и системы управления. -1991. - Кя 3. - С. 22-23.

13. Автоматизированная система контроля, сверхбыстродействующих ИЭТ I A.B. Никонов, В.А..Майстренко, K.P. Сайфутдинов и др. // Электронная техника. - Сер. 8. - Упр. кач-вом, стандартизация, метрология, испытания. - 1991. - Вып. 5 (147). - С. 18-21.

14. Сайфутдинои K.P. Прецизионный синтезатор фазы для быстродействующих автоматизированных систем испытания и контроля // Динамика систем, механизмов и машин: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Омск, 1995. - Кн.1. - С. 73-74.

15. Сайфутдинов K.P. Синтезатор частот для автоматизированного генератора импульсов с нормированными параметрами // 100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники: Тез. докл. 50-й науч. сессии, посвященной Дню радио. -Москва, 1995.-Т. 1.-С.127.

16. VHF Phase and Frequency Synthesizers Based on PLL Priciple / N.S. Zhilin, V.A. Maystrenko, A.V. Niconov, K.R. Sayfoutdinov II 5th IEEE Irternational Symposiumon Personal Indoorand Mobile Radio Communication (PIMRC'94): - The Hague, The Netherlands, September 18-22, 1994. -Vol. 1.-P. 126-131.

17. Генератор калиброванных сигналов ГКС-01 / B.B. Гршпаев, А.И. Воронков, А.в! Нилкин, K.P. Сайфутдинов II • Приборы и техника эксперимента. - 1990.1.-С.238-239.

■ 8. Сайфутдинов K.P. Задание временных соотношений в генераторном канале АСК II Контроль и диагностика радиоэлектронной аппаратуры и изделий электронной техники: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. • Пенза, 1990.-С. 33-34.

19. Сайфутдинов K.P. Высокочастотный калибратор фазы с высокой разрешающей способностью // Современные проблемы фазоизмерительной техники и её проблемы: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Красноярск

1989.-С. 134-135.

20. Сайфутдинов К.Р. Калибратор фазовых сдвигов И Стабилизация частоты: Тез. докл. межотрасл. науч.-техн. конф. - М„ 1986. - С. 186-187.

21. Гришаев В.В., Сайфутдинов К.Р. Погрешности калибраторов фазы на основе систем фазовой синхронизации И Радиоизмерения: Тез. докл. регионал. »¿уч.-техн. конф. - Новосибирск, 1986. - С. 22.

22. Гришаев В.В., Сайфутдинов К.Р. Автоматизированный калибратор фазы // Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, мощности, энергии и угла фазового сдвига: Тез. докл. 3-го Всесогаз. совещ. - Л., 1988,,-С. 189-19Э.

23. Майстренко В.А., Сайфутдинов К.Р., Явушкин В.И. Оценка предельного быстродействия устройств на основе систем ФАПЧ II Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1990. - С. 25.

24. Synthesizing of Complicated Signals of UHF and SHF by Means of Systems Based on PLL Principle / N.S, Zhilin, V.A. Maystrcnko, A.V. Niconov, K..R. Sayfoutdinov and other // 1996 International Symposium on Acousto-electronics, Frequency Control and Signal Generation. - The Moscow, The Russia, 17-19 September, 1996, P. 66,

25. Синтезаторы фазы и частоты УВЧ диапазона на основе систем ФАПЧ / В.А. Майстренко, А.В. Никонов, Н.А. Попов, К.Р. Сайфутдинов // Направления развития Систем и средств радиосвязи: Тр. науч.-техн. конф. -Воронеж, 1996. -Т.З. - С. 1173-1180.

Рэдактор Т..А. Москвитяна ЛР 020321 от 28.II.91

Иолгпгсако к печати Ю.01.97. "Оорла* бумаги 60x84 I/I6. Бумага газетная. Спврот.'.вккй способ печйтя. Усл.печ.л. 1,0. Уч.-кза.л. 1,0. Тг.рая 100 экз. Заказ 5

Издательство ОмТ™7. £44053, Смск-53, пр. Мира, II Типография ОмГТУ