УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1998 года по МПК H03L7/00 H03L7/99 

Изобретение относится к генераторам импульсов с электронной перестройкой частоты.

Управляемые напряжением генераторы импульсов используются в устройствах синхронизации при передаче и обработке дискретной информации. В качестве управляемых генераторов применяются обычно релаксационные мультивибраторы, в которых управляющее напряжение преобразуется в ток перезаряда времязадающего конденсатора (см. , например, патент США N 4803445, кл. H 03 K 3/281). Во многих случаях такой генератор не способен обеспечить необходимую стабильность частоты импульсов ввиду сильной температурной зависимости параметров полупроводниковых структур.

Известен генератор импульсов с управлением частотой цифровым кодом (Ламанов Г. И. Генератор импульсов с возможностью программной перестройки частоты. Электронная техника, сер. 10. Микроэлектронные устройства, 1983, вып. 5(41), с. 27-28), состоящий из триггера Шмитта с обратной связью через времязадающую RC-цепь. В этом генераторе емкостная часть цепи обратной связи выполнена в виде матрицы конденсаторов, подключаемых одной обкладкой к общей шине через соответствующие ключи под управлением входного регистра. Диапазон перестройки частоты в данном генераторе практически не ограничен. Для получения режима управления напряжением известное устройство достаточно снабдить входным аналого-цифровым преобразователем.

Однако, стабильность частоты импульсов при неизменном управляющем сигнале у данного аналога недостаточна. Нестабильность частоты связана с изменениями определяющих частоту порогов переключения триггера Шмитта и сопротивлений во времязадающей цепи при уходе температуры окружающей среды и питающего напряжения.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство, описанное в авт. свид. СССР N 1674245, кл. G 11 B 27/00. Устройство-прототип содержит многофазный опорный генератор, подключенный выходами к информационным входам мультиплексора, адресные входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика. В процессе перестройки частоты реверсивный счетчик получает приращение на одну двоичную единицу с тем или другим знаком в каждом очередном такте работы. Это приводит к изменению частоты выходных импульсов мультиплексора.

Недостаток устройства-прототипа заключается в узком диапазоне перестройки частоты импульсов, который в относительных единицах не превышает 1/n, где n - число фаз опорного генератора. Указанный недостаток усугубляется при повышении требований к точности частоты выходных импульсов, вынуждающем увеличивать число фаз опорного генератора.

Настоящее изобретение направлено на расширение диапазона перестройки частоты при повышении точности. Поставленная задача решается косвенным воздействием на частоту импульсов путем монотонного изменения их фазы в каждом новом периоде генерирования на величину, пропорциональную входному управляющему напряжению.

Для этого в устройство, содержащее многофазный опорный генератор, подключенный выходами к соответствующим информационным входам мультиплексора, введены дополнительно сумматор, регистр и соединенный с входным зажимом аналого-цифровой преобразователь. Выходы сумматора подключены к соответствующим адресным входам мультиплексора и входам регистра, у которого синхронизирующий вход соединен с выходом мультиплексора. Входы первого и второго слагаемых сумматора присоединены к выходам соответственно аналого-цифрового преобразователя и регистра.

Выходное двоичное слово сумматора, поступающее на адресные входы мультиплексора, определяет порядковый номер выхода многофазного опорного генератора, сигнал с которого через мультиплексор передается на выходной зажим устройства. По окончании очередного выходного импульса выходное двоичное слово сумматора фиксируется регистром, и сумматор добавляет к этому числу выходное число аналого-цифрового преобразователя, пропорциональное управляющему напряжению на входном зажиме. Поэтому в следующем периоде мультиплексор выберет не прежний выход опорного генератора, а выход с другим порядковым номером. Процесс увеличения двоичного слова на выходе сумматора в связи с ограниченностью его разрядной сетки является периодическим, что необходимо для непрерывного увеличения фазового сдвига выходного импульса относительно опорного импульса на первом выходе многофазного генератора. Монотонное изменение фазового сдвига выходных импульсов означает изменение их частоты по сравнению с опорной частотой многофазного генератора. Таким образом, текущий период выходных импульсов будет отличаться от опорного периода многофазного генератора на величину, пропорциональную управляющему напряжению. Отметим, что ниже рассматривается вариант генератора импульсов с положительным текущим приращением периода, однако возможно и отрицательное его приращение, если перевести сумматор в режим вычитания.

Как и в устройстве-прототипе, используя стабильный по частоте многофазный опорный генератор, например, на многоотводной электромагнитной линии задержки, можно достичь высокой стабильности частоты выходных импульсов при неизменном управляющем напряжении. В то же время за счет увеличения числа фаз опорного генератора можно существенно снизить дискретность перестройки частоты, а за счет произвольного чередования фаз опорного генератора (а не только смежных, как в прототипе) достигается расширение диапазона перестройки частоты.

На фиг. 1 изображена электрическая функциональная схема управляемого напряжением генератора импульсов согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - временные диаграммы характерных сигналов в генераторе импульсов в соответствии с настоящим изобретением.

Управляемый напряжением генератор импульсов, схема которого представлена на фиг. 1, содержит многофазный опорный генератор 1, выходами подключенный к соответствующим информационным входам мультиплексора 2, у которого выход соединен с выходным зажимом 3 и синхронизирующим входом регистра 4. Устройство включает также сумматор 5, выходы которого соединены с адресными входами мультиплексора 2 и с соответствующими входами регистра 4. Входы первого слагаемого сумматора 5 подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя 6, входом связанного с входным зажимом 7. Входы второго слагаемого сумматора 5 присоединены к выходам регистра 4.

Временные диаграммы сигналов, показанные на фиг. 2, иллюстрируют принцип действия устройства.

Многофазный опорный генератор 1 вырабатывает на своем первом из n выходов импульсы 8 со стабильным опорным периодом T₀, а на остальных (n-1) выходах - их задержанные копии, причем время задержки определяется порядковым номером выхода генератора 1. Время задержки импульсов на смежных выходах отличается на величину
Δt = T₀/n (1) .

Пусть в i-ом такте работы устройства мультиплексор 2 передает на выходной зажим 3 импульс 9 (фиг.2), задержка которого t_3i относительно импульса на первом выходе генератора 1 определяется выходным словом S_i сумматора 5 (диаграмма 10 на фиг. 2) и равна
t_зi = SiΔt. .

По окончании выходного импульса 9 регистр 4 фиксирует значение S_i, поступающее на его входы с выхода сумматора 5, и сумматор 5 начинает вырабатывать новое двоичное слово S_(i+1), отличающееся от S_i на значение числа m, поступающего с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 и пропорционального управляющему напряжению U:
m = kU,
где k - коэффициент преобразования аналого-цифрового преобразователя 6.

Таким образом,
S_(i+1)=S_i+ m = S_i+ kU.

Новое значение S_(i+1) определяет новое значение времени задержки:
t_з(i+1) = S(i+1)Δt = t_зi+ kUΔt. .

В каждом следующем такте работы происходит дальнейшее приращение времени задержки на величину kUΔt, на которую период выходных импульсов T и будет отличаться от опорного периода T₀:
T = T₀ + kUΔt. (2) .

Учитывая соотношение (1), выражение (2) можно переписать в виде:
T=T₀(1+kU/n) (3)
Частота F выходных импульсов обратно-пропорциональна значению T и близка к
F = F₀(1 - kU/n) (4),
где F₀ = 1/T₀.

Диапазон перестройки частоты соответственно равен:
ΔF = kF₀U_макс/n, (5)
где U_макс - максимальное значение управляющего напряжения.

Изобретение относится к генераторам импульсов с электронной перестройкой частоты. Управляемый напряжением генератор импульсов использует метод косвенного воздействия на частоту импульсов путем чередования в определенном порядке выбираемых выходов многофазного опорного генератора. Для этого в устройство, содержащее многофазный опорный генератор, соединенный выходами с информационными входами мультиплексора, введены сумматор, регистр и входной аналого-цифровой преобразователь. Выход сумматора соединен с адресными входами мультиплексора и с входами регистра, у которого синхронизирующий вход связан с выходом мультиплексора. Пара цифровых входов сумматора подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя и регистра соответственно. 2 ил.

Управляемый напряжением генератор импульсов, содержащий многофазный опорный генератор, подключенный выходами к соответствующим информационным входам мультиплексора, отличающийся тем, что в него введены сумматор, регистр и соединенный с входным зажимом аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы сумматора подключены к соответствующим адресным входам мультиплексора и входам регистра, синхронизирующий вход которого подключен к выходу мультиплексора и выходному зажиму, входы первого и второго слагаемых сумматора присоединены к выходам соответственно аналого-цифрового преобразователя и регистра.