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 же f_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; DT – диапазон температур (5 °С для нормальных условий); DR_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 × DТ.

Наличие Dj_ф1,2 приводит к погрешности:

при отсчете в радианах

при отсчете в градусах

Здесь Dj_Xмах = max|j₁ - j₂|; 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 = 2p ×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).