CC BY
99
ПРИМЕНЕНИЕ ПАССИВНЫХ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ В ФОРМИРОВАТЕЛЕ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ
Дубровин В.С.,
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва», vsdubrovinl3@mail.ru
Никулин В.В.,
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва», nikulinvv@mail.ru
Ключевые слова:
формирователь, структурная схема, передаточная функция, частотные характеристики, квадратурные сигналы, фазовый фильтр.
АННОТАЦИЯ
Формирователи квадратурных сигналов находят широкое применение в радиоэлектронике, автоматике, системах электро- и радиосвязи, в автоматизированных системах управления, в силовой преобразовательной технике при построении функциональных и прецизионных измерительных генераторов. При этом, как правило, требуются широкий диапазон частот формируемых колебаний, высокая стабильность частоты и амплитуды квадратурных сигналов, постоянство фазового сдвига между выходными сигналами, возможность микроминиатюризации, высокая надежность, простота схемотехнических решений. Для построения многофазного управляемого генератора применяют различные фазовра-щающие цепи, осуществляющие фазовый сдвиг сигналов на 90 (270) электрических градусов, и формирователи квадратурных сигналов, выполняющие дальнейшее преобразование в систему многофазных гармонических колебаний, или применяются всепро-пускающие (фазовые) фильтры первого порядка. Однако, для обеспечения работоспособности генератора в широком диапазоне частот необходимы достаточно сложные прецизионные устройства - управляемые фазовращатели и преобразователи «частота - напряжение» либо «период - напряжение». Задача заключается в построении достаточно простого формирователя квадратурных сигналов, работающего в широком диапазоне частот без приме-
нения управляемых фазовращателей и преобразователей «частота (период) — напряжение» на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем невысокой степени интеграции с минимальным набором используемых компонентов. Разработана структурная схема формирователя квадратурных гармонических колебаний. Стабилизация выходных параметров сигналов осуществляется с помощью быстродействующих запоминающих устройств и делителей напряжения. Получены расчетные соотношения позволяющие рассчитать оптимальные значения коэффициентов динамического частотного диапазона. Проведен эксперимент на математической модели в программном пакете РБ1М-9. Разработанный формирователь квадратурных сигналов может найти применение в многофазных системах преобразовательной техники, в квадратурных модуляторах-демодуляторах систем связи, в умножителях частоты с системой ФАПЧ. Результаты математического моделирования полностью подтвердили полученные расчетные соотношения. Разработанный формирователь стабильно работает с входным гармоническим сигналом, амплитуда и частота которого могут изменяться в широких диапазонах (более одной декады). Формирователь может быть выполнен в интегральном или гибридном исполнении с использованием современных операционных усилителей и делителей, выполненных на базе прецизионных аналоговых перемножителей, не требующих наличия подстроечных элементов.
Постановка задачи
Формирователи квадратурных сигналов (ФКС) находят широкое применение в радиоэлектронике, автоматике, системах электро- и радиосвязи, при построении прецизионных измерительных генераторов [1-10]. В силовой преобразовательной технике (частотно-регулируемый привод, источники бесперебойного питания) используются также [11-13] генераторы квадратурных сигналов (ГКС), построенные на базе ФКС. На базе ФКС и ГКС строятся [14-18] функциональные генераторы (ФГ), использующие принцип формирования линейно-изменяющегося сигнала из двух сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 электрических градусов [19-27].
Широкий диапазон частот формируемых колебаний, высокая стабильность частоты и амплитуды квадратурных сигналов, постоянство фазового сдвига между выходными сигналами, возможность микроминиатюризации, высокая надежность, простота схемотехнических решений - далеко не полный перечень требований, предъявляемых к таким генераторам и формирователям квадратурных сигналов. Решить весь комплекс задач, стоящих перед разработчиком, и выбрать лучшее решение - задача не тривиальная.
Одним из способов построения многофазного управляемого генератора на базе ФКС является применение различных фазовращающих цепей, осуществляющих фазовый сдвиг сигналов на 90 (270) электрических градусов. Затем с помощью специального формирователя осуществляется преобразование квадратурных сигналов в систему многофазных гармонических колебаний [28,29]. Альтернативное решение для построения многофазного генератора -применение всепропускающих (фазовых) фильтров первого порядка [28-30].
При этом как в первом, так и во втором случае для обеспечения работоспособности генератора в широком диапазоне частот необходимы управляемые фазовращатели [30] и преобразователи «частота - напряжение» либо «период -напряжение» [31 -33].
Задача заключается в построении достаточно простого формирователя квадратурных сигналов, работающего в широком диапазоне частот без применения управляемых фазовращателей и преобразователей «частота (период) -напряжение» на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем невысокой степени интеграции с минимальным набором используемых компонентов.
Метод решения
Структурная схема формирователя квадратурных гармонических колебаний изображена на рис. 1.
Формирователь содержит два пассивных неуправляемых фазовращателя, два устройства выборки-хранения (УВХ), два одновибратора (ОВ), два делителя (Д) и два компаратора. Неуправляемые фазовращатели (ФВ) содержат ЯС-цепи и повторители на операционных усилителях для исключения влияния нагрузки на параметры фазовращающих цепей.
Передаточная функция первого фазовращателя соответствует апериодическому звену первого порядка
Я1М = [1/(т1^ + 1),
а передаточная функция второго фазовращателя - реальному дифференцирующему звену
#2СУ) = [Т2-5/(Т2-Я + 1),
где Т[ = и т2 = Л2С2 - постоянные времени фазовращателей; £ — комплексная переменная.
Mi
Mi
Д-1
* ' Et
УВ X-l
N,
ОВ-1
ОВ-2
УВХ-2
> Е,
Д-2
ЛЬ
Рис. 1. Структурная схема формирователя
При Л[=/?2=/? и С[=С2=С постоянные времени Т] = т2 = х , а передаточные функции фазовращателей
Я1(5) = 1/(т-я + 1); (1)
Н2(з) = Т-5/(Т-5 + 1). (2)
Подставив значение комплексной переменной 5 = усо в уравнения (1) и (2), перейдем к комплексным частотным функциям фазовращателей
Я1(7Со) = 1/(1 + усот); Я2 (усо) = /сот/(1 + усох).
Фазовый сдвиг ф, (со) между выходным М\<1) и входным Л'0(I) колебаниями первого фазовращателя
Ф1 (со) = -аг^(сот),
а фазовый сдвиг ср2(со) между выходным М2(?) и входным колебаниями второго фазовращателя ф! (со) = я / 2 - ап^(сот).
Фазовый сдвиг 1|/(со) между колебаниями М2(?) и Л'/| (/) при любых изменениях частоты со и постоянной времени т будет неизменным и составлять 90 электрических градусов
*|/(со) = ср2 (со) - Ф5 (со) = Я / 2 .
Коэффициенты передачи фазовращателей будут зависеть от частоты
Ну (со) = 1/ Vi + со2!2
Н2 (м) = СОТ/л/Г + ю2т2 .
На рис.2 изображены амплитудно-частотные характеристики, то есть зависимости коэффициентов передачи фазовращателей от частоты /о = а>о / 2л .
Расположим (рис. 2) значение нижней частоты fmm слева от частоты /о, а значение верхней частоты /тах справа от частоты /о и введем следующие обозначения
а = /min I /о ' ß = /max I /о / У = /max ! fmm /
с учетом, которых запишем выражения для коэффициентов передачи фазовращателей для граничных значений рабочих частот
"l(/min) = l/fl + Г ; H2(fmin)-
-2 - ' •fnln) = a/Vl-i-a2"
Я1(/тах)-1/А/1+Р1; я2(/тах) = р/д/жз2
Зададим дополнительные условия
Я1(/тт) = Я2(/тах); Я1(/тах) = Я2(/тт)-В результате решения двух уравнений
И) (5)
и 1/^1 + ß2 =ß/Vb
Рис. 2. Частотные характеристики фазовращателей
При частоте среза со0 = 1 / т коэффициенты фазовращателей имеют равные значения //дОоу) = 1 /л/2~. В диапазоне частот до со0 коэффициент передачи первого фазовращателя (а>) изменяется незначительно, а коэффициент передачи второго фазовращателя Н2(ю) резко уменьшается с уменьшением частоты. После частоты среза происходит резкое уменьшение коэффициента передачи первого фазовращателя при относительно стабильном значении коэффициента передачи второго фазовращателя.
Изменение коэффициентов передачи удобно оценивать с помощью логарифмических характеристик
¿1 (о) = 20 lgНу (га) = -20lgл/ 1 + со2т2 ;
L2 (ю) = 20 lg Н2 (га) = 20 lg(roi) - 20 lg a/i + coV" .
Изменение коэффициентов передачи фазовращателей относительно частоты среза
AL = Ь2 (га) - (га) = 20 lg(ra / га0) = 20 lg(/ / /0). (3)
Из (3) следует, что если диапазон рабочих частот фазовращателей лежит слева или справа от частоты среза га0 =2я/о, то изменение частоты /о источника гармонических сигналов на одну декаду приведет к изменению отклонений амплитуд сигналов в 10 раз (20 дБ), что является недопустимо большой величиной для формирователя квадратурных сигналов.
При оптимальном выборе соотношений между частотой среза и рабочим диапазоном частот (/min_/max) можно значительно уменьшить относительное изменение коэффициентов передачи фазовращателей.
+ а~ получим уравнение Р = 1/а , определяющее зависимость между коэффициентами а и Р .
При заданном диапазоне изменения частот входного сигнала N0(t) максимальное значение частоты fmax=y-fm-m, с учетом которого
#2(/max) = Y-<W1 + (ra)2 • (6)
Подставив значение Ну(fmm) из (4) и найденное значение Н2(,/max) из (6) в уравнение (5), найдем из уравнения
1/Vl + cr =уа/д/1 + (уа)2 оптимальное значение коэффициента
«opt =1/л/т •
При изменении частоты входного сигнала на одну декаду ( у = 10) оптимальное значение коэффициента 0,^=1//к)«031 (:, при этом Popt = У • «opt ~ 3,16.
Таким образом, при оптимальном выборе коэффициентов а и Р, определяющих расположение нижней и верхней частоты входного сигнала относительно частоты среза, удается уменьшить относительное изменение коэффициентов передачи фазовращателей на 10 дБ, а, следовательно, и амплитудных значений сигналов на выходах фазовращателей примерно в 3 раза. Стабилизация амплитудных значений выходных сигналов осуществляется с помощью двухка-нального стабилизатора амплитуды [34-36].
При поступлении на вход фазовращателей (рис. 3) гармонического сигнала N0(t) = А0 sin(ra?) с амплитудным значением Aq и нулевой начальной фазой на их выходах после окончания переходного процесса также устанавливаются гармонические колебания
My (t) = А0Н{ (со)sin(co? + <pj) = Ay sin(oj/ + cpi);
M2(t) = А0Н2(со)sin(co/ + ф2) = A2 sin(rai + cp,)
<f Щ')
Г r
V. / N / \ k. /
< Mi(t) / Mi(0 F Л < < \ /
/ . D,(t) V к У 4 < J V к
' m
. Di(t)
' m
№(0
ST\ mt)
Ol \ \ У
Рис. 3. Временные диаграммы
Компараторы формируют из сигналов Л-/, (7) и М2(/) сигналы прямоугольной формы (7) и • Одновибра-
торы, срабатывающие по переднему фронту поступающих на их входы импульсов, формируют узкие импульсы 7] и 7], поступающие на управляющие входы устройств выборки-хранения УВХ-1 и УВХ-2.
Поскольку время прихода управляющих импульсов всегда совпадает с максимальными (амплитудными) значениями сигналов М}(/) и М2(/), а длительности управляющих импульсов намного меньше периода формируемых колебаний, то постоянные напряжения и Е2 будут практически равны амплитудным значениям А1 и А2 сигналов, то есть Е\ = А1 и Е2 = А2. Таким образом, УВХ выполняют роль пиковых детекторов.
На выходе делителей Д-1 и Д-2 формируются сигналы
ЛГ / ч ММ) Л.^тО + ф,)] , . /
(/) = —1— = —!-—--= 1 ■ 51п(х + ф[);
,г М2(t) Лч[>т(х + ф|)] , . . N2(t) = —= —--z±Z± _ j . + ф2) .
Поскольку фазовый сдвиг между колебаниями Д ] (7)) и N2(t)) для любого значения частоты равен к/2, то, положив Ф[ = 0 (перенос систему координат из точки О в точку О,, какпоказано на рис. 3), можно записать
Nl (t) = А* ■ sin(x); N2 {t) = A* ■ cos(x),
*
где A = 1 - нормированное значение амплитуды выходных колебаний формирователя, равное единице.
Полученные результаты
1. Формирователь квадратурных сигналов может найти применение в многофазных системах преобразовательной техники, в квадратурных модуляторах-демодуляторах систем связи, в умножителях частоты с системой ФАПЧ.
2. Результаты математического моделирования в программе PSIM-9 полностью подтвердили полученные расчетные соотношения.
3. Разработанный формирователь стабильно работает с входным гармоническим сигналом, амплитуда и частота которого могут изменяться в широких диапазонах (более одной декады).
4. Формирователь может быть выполнен в интегральном или гибридном исполнении с использованием современных операционных усилителей и делителей, выполненных на базе прецизионных аналоговых перемножителей, не требующих наличия подстроечных элементов.
Литература
1. Белорусов Д.И., Щаденков Ю.А. Современные методы обработки сигналов в радиоприемных устройствах // Специальная техника. - 2011. - №5. - С.32-38.
2. Вавилов A.A., Солодовников А.И., Шнайдер В.В. Низкочастотные измерительные генераторы. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 104 с.
3. Го луб B.C. Квадратурные модуляторы и демодуляторы в системах радиосвязи // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. -2003. - №3. - С.28-32.
4. Дубровин B.C. Формирователь квадратурных сигналов // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - Вып. 2(2). -С.35-38.
5. Дубровин B.C., Никулин В.В. Управляемый формирователь квадратурных гармонических сигналов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2013.-№1 (17).- С.5-11.
6. Дубровин B.C., Никулин В.В., Никулин A.B. Безынерционная система управления формирователя квадратурных гармонических сигналов // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах = Вим1рювальна та обчислювальна техжка в технолопчних процессах = Measuring and Computing Devices in Technological Processes. - Хмельницкий, 2013. - №2. - С.98-101.
7. Федчун A.A. Формирование и прием радиосигналов с использованием квадратурных схем преобразования частоты: авто-реф. канд. техн. наук. - Таганрог, 2010. - 16 с.
8. Пат. 103993 Российская Федерация, МПК7 Н03 В 19/00. Умножитель частоты квадратурных сигналов / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». -201014148151/09; заявл. 25.11.10; опубл. 27.04.11, Бюл. №12.-2 с.: 1 ил.
9. Пат. 80638 РФ, МПК7 Н04 L 5/04. Устройство для определения параметров сигнала с квадратурной модуляцией / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2008141738/22; заявл. 21.10.08; опубл. 10.02.09, Бюл. №4. -2 с.: 1 ил.
10. Пат. 127554 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». -2012138489/08; заявл. 07.09.12; опубл. 27.04.13, Бюл. №12. - 1 е.: 2 ил.
11. Дубровин B.C., Никулин В.В. Многоконтурная система стабилизации управляемого генератора // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2013. - №1. - С.74-82.
12. Дубровин B.C. Уменьшение нелинейных искажений в управляемом генераторе квадратурных сигналов // Prospero. -М., 2014.-№2.-С.66-70.
13. Пат. 2506692 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Управляемый генератор / Дубровин B.C.; заявитель и патентообладатель Дубровин Виктор Степанович. -2012137334/08; заявл. 31.08.12; опубл. 10.02.14, Бюл. №4. - 15 е.: 11 ил.
14. Дубровин B.C., Никулин В.В. Способ построения управляемых функциональных генераторов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2013. - Т. 7, №6. - С.22-27.
15. Дубровин B.C. Способ построения функционального генератора // Prospero. - М., 2014. - №2. - С.63-66.
16. Пат. 101291 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин В. С., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2010137125/09; заявл. 06.09.10; опубл. 10.01.11, Бюл. №1.-7 е.: 2 ил.
17. Пат. 104402 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2011 100735/09; заявл. 12.01.11; опубл. 10.05.11, Бюл. №13. - 8 е.: 2 ил.
18. Пат. 108247 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО» -2011119660/08; заявл. 16.05.11; опубл. 10.09.11, Бюл. №25.-2 е.: 1 ил.
19. Дубровин B.C., Ильин М.В. Определение погрешности линеаризации синтезированного линейно-изменяющегося сигнала в среде LabView // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: сб. тр. восьмой Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 20-21 нояб. 2009 г. - М., 2009. - С.226-228.
20. Дубровин B.C., Сайгина Е.А. Модель для оптимизации параметров синтезированного сигнала // Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. - Ростов на-Дону, 2011. - С.234-236.
21. Дубровин B.C. Особенности применения аддитивных формирователей сигналов в функциональных генераторах // Южносибирский научный вестник. - Бийск, 2013. - №2 (4). - С.41 -45.
22. Дубровин B.C. Формирователь линейно изменяющегося сигнала // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2014. -№1(5).-С.70-73.
23. Дубровин B.C., Никулин В.В. Способ формирования линейно изменяющегося сигнала // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах = Вимфювальна та об-числювальна техшка в технолопчних процессах = Measuring and
Computing Devices in Technological Processes. - Хмельницкий, 2013,-№4(45).-C.72-76.
24. Пат. 81859 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». -2008146321/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. №9. -12 е.: 2 ил.
25. Пат. 81860 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2008146300/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. №9. - 6 е.: 2 ил.
26. Пат. 83669 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2009103327/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. №16.-8 е.: 5 ил.
27. Пат. 83670 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2009103333/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. №16. - 3 е.: 8 ил.
28. Дубровин B.C. Применение фазовращающих цепей при построении многофазных генераторов гармонических сигналов [Электронный ресурс] // Электроника и электронные технологии. - Электрон, журн. - 2011. - Вып. 1(10). - Режим доступа: http://fetmag.mrsu.ru./2011-1/pdf/Phase-Shift.pdf, свободный. -0421100067/0009. - Дата обращения: 19.07.2014.
29. Дубровин B.C. Принципы построения функциональных генераторов [Электронный ресурс] // Электроника и электронные технологии. - Электрон, журн. - 2010. - Вып. 2 (9). - Режим доступа: http://fetmag.mrsu. ги./2010-2/pdf/Oscillator.pdf, свободный. - 0421000067/0063. - Дата обращения: 19.07.2014.
30. Дубровин B.C. Управляемые фазовращатели // Южносибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - №1 (1). - С.38-41.
31. Дубровин B.C. Преобразователь параметров периодических сигналов в напряжение // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2014. - №2(6). - С.60-63.
32. Пат. 130161 Российская Федерация, МПК7 Н 02 М 9/06. Преобразователь частоты в напряжение / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». -2012138490/07; заявл. 07.09.12; опубл. 10.07.13, Бюл. №1 9. - 1 е.: 2 ил.
33. Пат. 2520409 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 7/06. Преобразователь периодического сигнала в частоту и период / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2012140981/08; заявл. 25.09.12; опубл. 27.03.14, Бюл. №9. - Юс.: 2 ил.
34. Дубровин B.C. Стабилизатор квадратурных гармонических сигналов // Технические науки в мире: От теории к практике: сб. науч. тр. по итогам Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов на-Дону, 2014. - С. 13-15.
35. Дубровин B.C. Двухканальный стабилизатор гармонических сигналов // Журнал научных и прикладных исследований. -Уфа, 2014. - №7. - С.43-45.
36. Пат. 101219 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Двухканальный стабилизатор амплитуды / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО». - 2010136499/08; заявл. 30.08.10; опубл. 10.01.11, Бюл. №1. - 1 е.: 1 ил.
APPLICATION OF PASSIVE PHASE SHIFTER IN A QUADRATURE SIGNAL SHAPING UNIT
Dubrovin V.S.,
Ogarev Mordovia State University, Associate Professor, Chair of information and communication technologies and communication systems, vsdubrovin13@mail.ru Nikulin V.V.,
Ogarev Mordovia State Uni-versity, Head of the Chair of information and communication technologies and communication systems, nikulinvv@mail.ru
Abstract
Quadrature signal shaping units are widely used in electronics, automation, electrical and radio systems, automated control systems, power converter equipment, in the construction of functional and precision measuring generators. For this purpose, as a rule, a wide range of frequencies of generated oscillations is required, high frequency stability and amplitude of quadrature signals, constancy of the phase shift between the output signals, the possibility of miniaturization, high reliability, simple circuit design. For the construction of a multiphase controlled oscillator various phase shifters are used carrying out the phase shift of the signals at 90 (270) electrical degrees, and quadrature signal shaping units further transforming into the system of multiphase harmonic oscillations, or all-pass (phase) filters of the first order are applied. However, to ensure efficient operation of the generator covering a wide range of frequencies quite sophisticated precision instruments are needed - controlled phase shifters and converters "frequency - voltage" or "period - voltage". The task is to construct a fairly simple quadrature signal shaping unit operating in a wide frequency range without using controlled phase shifters and converters "frequency (period) - voltage" on the basis of commercially available integrated circuits with low degree of integration with a minimal set of components used. The block diagram of the quadrature harmonic oscillations shaping unit has been designed. Stabilization of the output parameter signals is performed by quick-access storage, and voltage dividers. Design ratio allowing to calculate optimal values of dynamic frequency range coefficients re obtained. An experiment on mathematical model in the software package PSIM-9 is carried out. The designed quadrature signal shaping unit may be used in multiphase systems converter technology, quadrature modulators-demodulators communication systems, PLL system frequency multipliers. The results of mathematical modeling have fully proven the calculated ratio. The designed shaping unit operates well with input harmonic signal, the amplitude and frequency of which may vary over a wide range (more than one decade). Shaping unit may be configured integrally or hybrid type using modern operational amplifiers and dividers, produced on the basis of precision analogous multipliers that do not require trimming elements.
Keywords: Shaping unit, block diagram, the transfer function, frequency response, quadrature signals, phase filter
Reference
1. Belorusov, D.I. and Schadenkov, Yu.A., 2011, Modern methods of processing signals in radio receivers, Special technique, No 5. pp. 32-38.
2. Vavilov, AA, Solodovnikov, A.I. and Shnayder, V.V. (1985), Low-frequency measuring generators. Leningrad, Energoatomizdat, 104 p.
3. Golub, V.S. 2003, Quadrature modulators and demodulators in radiocommunication systems. Electronics: Science, Technology, Business No 3. pp. 28-32.
4. Dubrovin, V.S. 2012, Quadrature signal generator. South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, Issue. 2 (2), pp. 35-38.
5. Dubrovin, V.S. and Nikulin, V.V. 2013, Controlled quadrature harmonic signal shaping unit. Bulletin of the Volga State Technological University Yoshkar-Ola, No 1 (17), pp. 5-11.
6. Dubrovin, V.S. and Nikulin, V.V. 2013, Inertialless control system for quadrature harmonic signal shaping unit. Measuring and Computing Devices in Technological Processes, Khmelnitsky, No 2, pp. 98-101.
7. Fedchun, A.A. 2011, Formation and reception of radio signals using quadrature frequency conversion schemes, Abstract of Kandidat tehn. sciences thesis, Taganrog, 16 p.
8. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 201 1, Patent 103993 Russian Federation, MPK7 H 03 B 19/00. A frequency multiplier of the quadrature signals, No 2010137125/09; appl. 25.11.10, publ. 27.04.11, Bull. No 12, 2 p.
9. Dubrovn, V.S. and Zyuzin, A.M. 2012, Patent 80638 Russian Federation, MPK7 H04 L 5/04. Device for determining the parameters of a quadrature modulated signal, No 2008141738/22; appl. 21.10.08, publ. 10.02.09, Bull. No 4, 2 p.
10. Dubrovn, V.S. and Zyuzin, A.M. 2012, Patent 127554 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Quadrature signal generator, No 2012138489/08; appl. 07.09.12, publ. 27.04.13, Bull. No 12, 1 p.
11. Dubrovin, V.S. and Nikulin, V.V. 2013, Multicircuit stabilization system controlled oscillator. Bulletin of the Astrakhan State Technical University, No 1, pp. 74-82.
12. Dubrovin, V.S., 2014a, The decrease in non-linear distortion in a controlled oscillator of quadrature signals, Prospero, Moscow, No 2, pp. 66-70.
13. Dubrovin, V.S. 2014, Patent 2506692 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Controlled oscillator, No 2012137334/08; appl. 31.08.12, publ. 10.02.14, Bull. No 4, 15 p.
14. Dubrovin, V.S., 2013a, The method of constructing controlled function generators / T-Comm, V. 7, No 6, pp. 22-27.
15. Dubrovin, V.S., 2014a, The method of constructing function generator. Prospero, Moscow, No 2, pp. 63-66.
16. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M., 2010, Patent 101291 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Function Generator, No 2010137125/09; appl. 06.09.10, publ. 10.01.11, Bull. No 1, 7 p.
17. Dubrovin, V.S. and Zyuzin A.M., 2011, Patent 104402 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Function Generator, No 2011100735/09; appl. 12.01.11, publ. 10.05.11, Bull. No 13, 8 p.
18. Dubrovin, V.S. and Zyuzin A.M. 2011, Patent 108247 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Function Generator, No 2011119660/08; appl. 16.05.11, publ. 10.09.11, Bull. No 25, 2 p.
19. Dubrovin, V.S. and Ilyin, M.V. 2009, Definition of error linearization for synthesized linearly varying signal in the environment LabView. Educational, scientific and engineering applications with LabVIEW and Technology National Instruments: Proceedings of the Eighth International Conference, Moscow, pp. 226-228.
20. Dubrovin, V.S. and Saigina, E.A. 2011, Model for optimization of the synthesized signal parameters. Proceedings of the North Caucasus branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. Rostov-on-Don, pp. 234-236.
21. Dubrovin, V.S. (2013a), Features of the application of additive generators of signals into a function generator. South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, Issue. 2 (4), pp. 41-45.
22. Dubrovin, V.S. (2014a), Linearly varying signal shaping unit. South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, Issue. 1 (5), pp. 70-73.
23. Dubrovin, V.S. and Nikulin, V.V., 2013, A method for forming a linearly varying signal, Measuring and Computing Devices in Technological Processes, Khmelnitsky, No 4 , pp. 72-76.
24. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M., 2009, Patent 81859 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Analog-to-digital signal conditioner additive triangular shape, №2008146321/22; appl. 24.11.08, publ. 27.03.09, Bull. No 9, 12 p.
25. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 2009, Patent 81860 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive shaping unit for triangular shape signal, № 2008146300/22; appl.
24.11.08, publ. 27.03.09, Bull. No 9, 6 p.
26. Dubrovin, V.S. & Zyuzin, A.M. 2009, Patent 83669 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive shaping unit for triangular shape signal, № 2009103327/22; appl.
02.02.09, publ. 10.06.09, Bull. No 16, 8 p.
27. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 2009, Patent 83670 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive shaping unit for triangular shape signal, № 2009103333/22; appl.
02.02.09, publ. 10.06.09, Bull. No 16, 3 p.
28. Dubrovin, V.S. 2011, Application of phase shifter in the construction of multi-phase generators of harmonic signals [electronic resource]. Electronics and electronic technologies. Electron. journal. Issue. 1 (10). http://fet-mag.mrsu.ru/2011-1/pdf/Phase-Shift.pdf.
29. Dubrovin, V.S. 2010, Principles of construction of function generators [electronic resource]. Electronics and Electronic Technology, Issue. 2(9). http://fetmag.mrsu.ru/ 2010- 2/pdf/Oscillator.pdf.
30. Dubrovin, V.S. 2012, Controlled phase shifters. South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, Issue. 1 (1), pp. 38-41.
31. Dubrovin, V.S. 2012, Transducer parameters of periodic signals in voltage. South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, Issue. 1 (1), pp. 38-41.
32. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 2009, Patent 130161 Russian Federation MPK7 H 03 M 9/06. Frequency converter voltage, № 2012138490/07; appl. 07.09.12, publ. 10.07.13, Bull. No 19, 1 p.
33. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 2014, Patent 2520409 Russian Federation MPK7 H 03 K 7/06. Transducer periodic signal in frequency and period, № 2012140981/08; appl. 25.09.12, publ. 27.03.14, Bull. No 9, 10 p.
34. Dubrovin, V.S. 2012, Stabilizer of quadrature harmonic signals, Engineering science in the world: From theory to practice: Proceed. of International conference, Rostov on Don, pp. 13-15.
35. Dubrovin, V.S., 2012, Two-channel stabilizer harmonic signals, Journal of Scientific and Industrial Research, Ufa, No 7, pp. 43-45.
36. Dubrovin, V.S. and Zyuzin, A.M. 2014, Patent 101219 Russian Federation MPK7 H 03 B 27/00. The two-channel amplitude stabilizer, № 2010136499/08; appl.
30.08.10, publ. 10.01.11, Bull. No 1, 1 p.
