ЦИФРОВОЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1994 года по МПК H03K3/80 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровых устройствах формирования синусоидальных колебаний с двумя значениями частоты.

Известны цифровые формирователи синусоидальных колебаний переменной частоты [1, 2, 3].

Недостатком этих формирователей является сложность их схемо-технической реализации.

Наиболее близким техническим решением является цифровой формирователь синусоидальных частотно-манипулированных колебаний с двумя значениями частоты [4] , содержащий управляемый делитель частоты, первый вход которого является тактовым входом устройства, а второй вход соединен с выходом D-триггера, D-вход которого является информационным входом устройства, а С-вход соединен с выходом элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с входом Т-триггера, выход которого является выходом устройства, при этом управляемый делитель частоты состоит из первого и второго делителей частоты и мультиплексора, причем входы первого и второго делителей частоты объединены и являются первым входом управляемого делителя частоты, а выходы являются соответственно вторым и третьим выходами управляемого делителя частоты, а также соединены соответственно с первым и вторым информационными входами мультиплексора, адресный вход которого является вторым входом, а выход - первым выходом управляемого делителя частоты.

Устройство формирует последовательности прямоугольных импульсов типа "меандр" с двумя значениями частоты, представляющие собой аппроксимацию синусоидальных колебаний с теми же значениями частоты, причем смена частоты происходит в соответствии с информационным сигналом на входе устройства. Формируемое на выходе устройства колебание фактически представляет собой аппроксимированный "меандром" частотно-модулированный сигнал с непрерывной фазой и индексом модуляции
D = Δf·T = - = 0,5 Достоинством утсройства является простота схемо-технической реализации.

Недостатком устройства является низкая точность формирования выходного сигнала вследствие аппроксимации синусоидального колебания прямоугольными импульсами.

Целью изобретения является повышение точности формирования синусоидальных колебаний.

Цель достигается тем, что в цифровой формирователь синусоидальных колебаний переменной частоты, содержащий управляемый делитель частоты, первый вход которого является тактовым входом устройства, и D-триггер, D-вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен с вторым входом управляемого делителя частоты, введены делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь, причем вход делителя частоты соединен с тактовым входом устройства, а выход - с С-входом D-триггера, выход управляемого делителя частоты соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемое изобретение отличается наличием новых блоков-делителя частоты и цифроаналогового преобразователя. Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна". В научно-технической литературе не обнаружено технических решений с указанной совокупностью новых признаков. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового формирователя синусоидальных колебаний переменной частоты; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Формирователь содержит управляемый делитель 1 частоты, D-триггер 2, делитель 3 частоты и счетчик 4, тактовый вход 5, информационный вход 6, цифроаналоговый преобразователь 7, выход 8.

Устройство работает следующим образом.

Последовательность тактовых импульсов 9 (фиг.2) с частотой f_тпоступает на первый вход управляемого делителя 1 частоты и на вход делителя 3 частоты. На D-входе D-триггера 2 присутствует входной информационный сигнал 10 (фиг. 2), представляющий собой двоичный код. С выхода делителя 3 частоты импульсы 11 (фиг.2) с частотой следования f_c=f_т/kn(n+1) поступают на С-вход D-триггера 2 и разрешают прохождение входного информационного сигнала 10 на выход D-триггера 2 в фиксированные моменты времени. Сигнал 12 (фиг.2) с выхода D-триггера 2 управляет работой управляемого делителя 1 частоты в соответствии с входным информационным сигналом 10. При этом, когда передается символ "1", на вход управляемого делителя частоты поступает последовательность импульсов 13 (фиг.2) с частотой f_т/(n+1), а когда передается символ "0" - с частотой fт/n. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4 формирует аппроксимацию синусоидального колебания в виде ступенчатой функции 14 (фиг.2). При наличии на информационном входе устройства символа "1" выходной сигнал ЦАП содержит n полупериодов аппроксимирующего колебания на длительности одного символа, а при наличии на информационном входе устройства символа "0" - (n+1) полупериод аппроксимирующего колебания на длительности одного символа.

Число уровней k аппроксимирующего ступенчатого напряжения на длительности одного полупериода определяет точность аппроксимации выходного синусоидального колебания и устанавливается заранее при выборе типа ЦАП. Расчеты показывают, что при k=2 (аппроксимация синусоидального колебания прямоугольными импульсами типа "меандр", как в прототипе) погрешность аппроксимации составляет примерно П ≈10%. При увеличении k точность аппроксимации резко возрастает. Так, при k=4 П ≈ ≈2,5%, а при k=8 П ≈0,6%. Дальнейшее увеличение значения k не дает значительного повышения точности формирования выходного сигнала. ЦАП может выполняться различным образом. Например, ЦАП содержит коммутатор, счетчик и 2k весовых резисторов, номиналы которых подобраны таким образом, чтобы напряжение на выходе ЦАП соответствовало определенному коду состояния. При этом входом ЦАП является тактовый вход счетчика, а выходом - выход коммутатора.

Таким образом, под воздействием входного двоичного информационного сигнала устройство формирует частотно-манипулированный синусоидальный сигнал с двумя значениями частоты и непрерывной фазой. При этом передаваемому символу "1" на выходе ЦАП соответствует частота f₁= , а символу "0" - f_o= . Индекс модуляции равен
D = = =

Использование: в импульсной технике, в цифровых устройствах формирования синусоидальных колебаний с двумя значениями частоты. Сущность изобретения заключается в повышении точности формирования синусоидальных колебаний за счет того, что на выходе устройства формируется сигнал, представляющий собой аппроксимацию непрерывных синусоидальных колебаний различных частот ступенчатой функцией времени, причем точность формирования выходного сигнала определяется числом ступеней аппроксимирующей функции. Устройство содержит управляемый делитель частоты, D-триггер, делитель частоты, счетчик, цифроаналоговый преобразователь. 2 ил.

ЦИФРОВОЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий управляемый делитель частоты, первый вход которого является тактовым входом формирователя, и D-триггер, D-вход которого является информационным входом формирователя, а выход соединен с вторым входом управляемого делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования синусоидальных колебаний, введены делитель частоты, счетчик и аналого-цифровой преобразователь, причем вход делителя частоты соединен с тактовым входом формирователя, а выход - с C-входом D-триггера, выход управляемого делителя частоты соединен с входом счетчика, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом формирователя.