ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК H03B5/32 

Изобретение относится к термокомпенсированным опорным кварцевым генераторам и может быть использовано для создания задающих генераторов в малогабаритной переносной аппаратуре.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема термокомпенсированного генератора; на фиг. 2 - схема RS-триггера; на фиг. 3 - схема формирователя по переднему фронту; на фиг. 4 - (а-м) - временные диаграммы работы.

Термокомпенсированный генератор (фиг. 1) содержит первый и второй кварцевые генераторы 1 и 2, формирователь 3 разности частот, делитель 4 частоты, первый счетчик 5, цифровой компаратор 6, элемент И 7, второй счетчик 8, RS-триггер 9, первый и второй формирователи 10 и 11 коротких импульсов по фронту входных импульсов и элемент И-НЕ 12.

Термокомпенсированный генератор работает следующим образом. На фиг. 4 а и б показаны сигналы на выходах кварцевого генератора при эталонной частоте и при уходе частоты; на фиг. 4 в - сигналы на выходе кварцевого генератора 2; на фиг. 4 г - сигнал на выходе формирователя 3; на фиг. 4 д-м - сигналы на выходах соответственно делителя 4 частоты, счетчика 8, RS-триггера 9, цифрового компаратора 6, элемента И 7, формирователей 10 и 11, элемента И-НЕ.

Кварцевые генераторы 1 и 2 подстраивают таким образом, чтобы при нижнем значении рабочего диапазона температур термокомпенсированного генератора или устройства, где он применяется, их частоты были равны между собой и соответствовали эталонной частоте f_o.

В исходном состоянии счетчики 5 и 8 обнулены, с выхода цифрового компаратора 6 логическая единица поступает на второй вход элемента И 7. RS-триггер 9 находится в единичном состоянии, логический "0" с инверсного выхода RS-триггера 9 закрывает элемент И 7, логический "0" с выхода элемента И 7 разрешает счет импульсов счетчиком 5. На выходах формирователей 10 и 11 присутствуют логические "1", следовательно, на выходе элемента И-НЕ 12 - "0", который разрешает счет импульсов счетчиком 8.

При поступлении на информационный вход счетчика 8 импульсов он начинает заполняться. Емкость счетчика 8 равна числу N_o импульсов с эталонным периодом Т_о(Т_о = 1/f_о) за время эталонное t_o. По прохождении последнего из N_o импульсов (фиг. 4) на информационный вход счетчика 8, на его выходе переполнения появится короткий импульс нулевого уровня, который переводит RS-триггер 9 в нулевое состояние. На инверсном выходе RS-триггера 9 появляется логическая "1", открывается элемент И 7, срабатывает формирователь 10, при этом короткий импульс нулевого уровня переводит элемент И-НЕ 12 в единичное состояние, и происходит сброс данных счетчика 8 (счетчик "обнуляется").

В случае равенства частот кварцевых генераторов 1 и 2 в счетчик 5 импульсов не поступит, следовательно, на его информационных выходах будет присутствовать нулевой код. В момент обнуления счетчика 8 цифровой компаратор 6 срабатывает, а так как на первом входе элемента И 7 разрешающий уровень, то на выходе элемента И 7 появится сигнал логической "1". При этом обнуляется счетчик 5 и срабатывает формирователь 11, что ведет к повторному обнулению счетчика 8, переводит RS-триггер 9 в нулевое состояние и приводит к закрыванию элемента И 7. В результате на выходе элемента И 7 (на выходе термокомпенсированного генератора) формируется короткий импульс и цикл повторяется через эталонное время t_o = N_oT_o.

При увеличении температуры на t^oC увеличивается частота кварцевого генератора 1, а следовательно, период следования импульсов уменьшается с Т_о до Т₁, тогда
t_o = N_o^. T₁ + nT₁ = (N_o + n)T₁, где n - число периодов Т₁, которое необходимо добавить, чтобы получить эталонный интервал времени t_o.

Частоты первого f₁ и второго f₂ кварцевых генераторов 1 и 2 будут равны
f₁ = f_o + α₁t^o. f_o = (1 + α₁ t^o) f_o;
f₂ = f_o + (- α₂^. t^o) ^. f_o = (1 - α₂^. t^o)f_o, где α₁ и α₂ - ТКЧ (температурные коэффициенты частоты) первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2.

Тогда период следования импульсов первого кварцевого генератора 1 будет равен T₁ = = , следовательно, второй счетчик 8 выдаст импульс переполнения раньше истечения времени t_o = N_o^. T_o = N_o/f_o. Поэтому, как уже отмечалось t_o=(N_o+n)T₁ = или = ,откуда n = α₁^. t^o. N_o.

Чтобы получить недостающее количество импульсов необходимо вычесть частоту первого кварцевого генератора 1 из частоты второго кварцевого генератора 2
f₁ - f₂ = (1 + α₁^. t^o) f_o - (1 - α₂ t^o) f_o = (α₁ + α₂) t^o f_o с помощью формирователя 3, а затем поделить полученную разность частот на коэффициент K = с помощью делителя частоты 4, тогда получим
= = α₁·t^°f_o. Иначе говоря, на выходе делителя частоты 4 получается значение α₁t^of_o, равное уходу частоты f₁ - f_o = α₁t^of_o = n.

В случае изменения частот под влиянием температуры импульс переполнения (см. фиг. 4) появляется на nТ₁, раньше, чем t_o, и переводит RS-триггер 9 в нулевое состояние. На инверсном выходе RS-триггера 9 появляется логическая "1", открывается элемент И 7, срабатывает формирователь 10, при этом короткий импульс нулевого уровня переводит элемент И-НЕ 12 в единичное состояние, и счетчик 8 обнуляется. После действия короткого импульса счетчик 8 начинает вновь заполняться. При равенстве кодов счетчиков 5 и 8 коды соответствуют числу n = α₁t^of_o, цифровой компаратор 6 срабатывает, а так как на первом входе элемента И 7 разрешающий уровень, то на выходе элемента И 7 появляется сигнал логической "1", при этом обнуляется счетчик 5, срабатывает формирователь 11 и через элемент И-НЕ 12 обнуляет счетчик 8, переводит RS-триггер 9 в нулевое состояние, что приводит к закрытию элемента И 7 и формированию на выходе термокомпенсированного генератора (выход элемента И 7) короткого импульса. Цикл повторяется через эталонное время t_o = (N_o + n)T₁.

Термокомпенсированный генератор независимо от времени включения всегда готов к работе. При этом отсутствует запаздывание коррекции частоты от изменения температуры (динамическая погрешность), происходит коррекция временного интервала от изменения частоты, вызванного изменением температуры и обеспечивается высокая точность термокомпенсации.

Использование: задающие генераторы в переносной малогабаритной аппаратуре. Сущность изобретения: термокомпенсированный генератор содержит первый и второй кварцевые генераторы 1 и 2, формирователь 3 разности частот, делитель 4 частоты, первый и второй счетчики 5 и 8, цифровой компаратор 6, элемент И 7, второй счетчик 8, RS-триггер 9, первый и второй формирователи 10 и 11 коротких импульсов по фронту входных импульсов и элемент И - НЕ 12 и обеспечивает повышенное быстродействие и повышение точности термокомпенсации. 4 ил.

ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий первый и второй кварцевые генераторы, которые выполнены с противоположными по знаку коэффициентами частоты и выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам формирователя разности частот, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены последовательно соединенные делитель частоты и первый счетчик, последовательно соединенные второй счетчик, RS-триггер и элемент И, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, первый и второй формирователи коротких импульсов по переднему фронту входных импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента И-НЕ, и цифровой компаратор, при этом информационные выходы первого и второго счетчиков подключены к соответствующим входам цифрового компаратора, выход которого подключен к другому входу элемента И, выход формирователя разности частот подключен к входу делителя частоты, информационный вход второго счетчика подключен к выходу первого кварцевого генератора, вход сброса первого счетчика соединен с входом второго формирователя коротких импульсов по переднему фронту входных импульсов и подключен к выходу элемента И, вход первого формирователя коротких импульсов по переднему фронту входных импульсов подключен к выходу RS-триггера, выход элемента И-НЕ соединен с входом сброса второго счетчика.