ЧАСТОТНО-ФАЗОВЫЙ КОМПАРАТОР Российский патент 2012 года по МПК H03D13/00 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации.

Известен частотно-фазовый дискриминатор (а.с. СССР №1589373, МКИ³ H03D 13/00, 1990), содержащий блок фазового сравнения, первый и второй блокирующие триггеры, дешифратор и блок логической блокировки, причем первый и второй входы блока фазового сравнения являются соответственно первым и вторым входами частотно-фазового дискриминатора, а первый и второй выходы блока фазового сравнения являются соответственно первым и вторым входами дешифратора, первый и второй выходы которого соединены с информационными входами соответственно первого и второго блокирующих триггеров, тактовые входы которых соединены со вторым входом блока фазового сравнения, при этом выходы первого и второго блокирующих триггеров соединены соответственно с третьим и четвертым входами дешифратора, а также соответственно с первым и третьим входами блока логической блокировки, второй и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазового сравнения, при этом выход блока логической блокировки является выходом частотно-фазового дискриминатора.

Недостатком такого устройства можно считать сложность его практической реализации вследствие наличия в схеме большого количества элементов. Также в данном устройстве отсутствуют сигналы, соответствующие прохождению двух импульсов одной из сравниваемых частот между двумя импульсами другой из сравниваемых частот, что снижает функциональные возможности частотно-фазового компаратора.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является частотно-фазовый компаратор (а.с. СССР №484621, МКИ⁵ H03D 13/00, 1975), содержащий схемы И-НЕ, два блокирующих и фазовый триггер, входы которого подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частоты и к входам двух схем И-НЕ, к вторым входам которых подключены соответственно единичный и нулевой выходы фазового триггера, а к выходам - первые входы блокировочных триггеров, нулевые выходы которых соединены с их вторыми входами через третью схему И-НЕ, а единичные выходы соответственно - с первыми входами четвертой и пятой схем И-НЕ, при этом второй вход пятой схемы И-НЕ соединен с выходом четвертой схемы И-НЕ, второй вход которой подключен к нулевому выходу фазового триггера. В данной схеме имеется возможность получения сигналов, соответствующих прохождению двух импульсов одной из сравниваемых частот между двумя импульсами другой из сравниваемых частот.

Недостатком этого устройства является низкая надежность работы частотно-фазового компаратора, в значительной степени связанная с зависимостью от длительности импульсов источников контролируемой и эталонной частоты, что определяет необходимость использования на входе компаратора дополнительных формирователей коротких импульсов, усложняющих компаратор.

Задачей изобретения является повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей частотно-фазового компаратора.

Известный частотно-фазовый компаратор содержит две схемы И-НЕ, два блокирующих и фазовый триггер, входы которого подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частоты. Инверсный выход первого блокирующего триггера подключен к первому входу первой схемы И-НЕ, второй вход которой подключен к инверсному выходу фазового триггера. Выход первой схемы И-НЕ подключен к первому входу второй схемы И-НЕ, второй вход которой подключен к инверсному выходу второго блокирующего триггера. Выход второй схемы И-НЕ является γ выходом частотно-фазового компаратора.

Поставленная задача решена за счет того, что в частотно-фазовый компаратор введены две схемы И, схема ИЛИ, элемент задержки, два одновибратора и два триггера. Синхровходы первого и второго триггеров подключены соответственно к источникам контролируемой и эталонной частоты. D входы первого и второго триггеров подключены соответственно к прямому и инверсному выходу фазового триггера. Выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к входам первого и второго одновибраторов. Выход первого одновибратора подключен к первому входу первой схемы И, к первому входу схемы ИЛИ, к входу R первого триггера и является 2/2 выходом частотно-фазового компаратора. Выход второго одновибратора подключен к первому входу второй схемы И, к второму входу схемы ИЛИ, к входу R второго триггера и является 0/2 выходом частотно-фазового компаратора. Выход схемы ИЛИ через элемент задержки подключен к синхровходам блокирующих триггеров. D вход первого блокирующего триггера подключен к выходу первой схемы И, второй вход которой подключен к инверсному выходу второго блокирующего триггера, вход D которого подключен к выходу второй схемы И, второй вход которой подключен к инверсному выходу первого блокирующего триггера. Прямые выходы первого и второго блокирующих триггеров являются соответственно Т и Р выходами частотно-фазового компаратора.

Сущность технического решения пояснена чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Частотно-фазовый компаратор содержит фазовый RS-триггер 1, D-триггеры 2, 3, 4 и 5, одновибраторы 6 и 7, схему ИЛИ 8, элемент задержки 9, схемы И 10 и 11, схемы И-НЕ 12 и 13.

Входы фазового RS-триггера 1 в устройстве являются синхровходами D-триггера 2 и D-триггера 3 и подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частоты. D входы D-триггера 2 и D-триггера 3 подключены соответственно к прямому и инверсному выходу фазового RS-триггера 1. Выходы D-триггера 2 и D-триггера 3 подключены соответственно к входам одновибратора 6 и одновибратора 7. Выход одновибратора 6 подключен к первому входу схемы И 10, к первому входу схемы ИЛИ 8, к входу R D-триггера 2 и является 2/2 выходом частотно-фазового компаратора. Выход одновибратора 7 подключен к первому входу схемы И 11, к второму входу схемы ИЛИ 8, к входу R D-триггера 3 и является 0/2 выходом частотно-фазового компаратора. Выход схемы ИЛИ 8 через элемент задержки 9 подключен к синхровходам блокирующих D-триггеров 4 и 5. D вход блокирующего D-триггера 4 подключен к выходу схемы И 10, второй вход которой подключен к инверсному выходу блокирующего D-триггера 5, вход D которого подключен к выходу схемы И 11, второй вход которой подключен к инверсному выходу блокирующего D-триггера 4. Прямые выходы блокирующих D-триггеров 4 и 5 являются соответственно Т и Р выходами частотно-фазового компаратора. Инверсный выход блокирующего D-триггера 4 подключен к первому входу схемы И-НЕ 12, второй вход которой подключен к инверсному выходу фазового RS-триггера 1. Выход схемы И-НЕ 12 подключен к первому входу схемы И-НЕ 13, второй вход которой подключен к инверсному выходу блокирующего D-триггера 5 и является у выходом частотно-фазового компаратора.

Частотно-фазовый компаратор работает следующим образом.

Компаратор имеет два режима работы: режим сравнения частот и режим сравнения фаз. Причем при сближении частот компаратор автоматически переходит от режима сравнения частот к режиму сравнения фаз.

При превышении частоты эталонного сигнала над контролируемым обязательно возникает состояние, при котором в промежутке между поступлением на вход двух импульсов контролируемой частоты на вход подаются два импульса эталонной частоты. Первый импульс устанавливает инверсный выход фазового RS-триггера 1 в состояние «1» (высокий уровень напряжения), подготовив D-триггера 3 к включению при прохождении второго импульса. Второй импульс устанавливает прямой выход D-триггера 3 в состояние «1». Импульс с прямого выхода D-триггера 3 поступает на вход одновибратора 7, который формирует на выходе импульс требуемой длительности, обеспечивающей надежную работу частотно-фазового компаратора. Импульс с выхода одновибратора 7 одновременно поступает на R вход D-триггера 3 (отключая его), на выход 0/2 частотно-фазового компаратора, на первый вход схемы И 11 и с задержкой τ, равной времени срабатывания схем И, через схему ИЛИ 8 и элемент задержки 9 на синхровходы D-триггеров 4 и 5.

В том случае, если в предшествующий момент времени D-триггер 4 был выключен, то в момент прихода импульса на синхровход D-триггера 5 его D вход уже будет находиться в состоянии «1», т.к. импульс, который поступит с одновибратора 7 через схему И 11, придет на время τ раньше. В результате прямой выход D-триггера 5 перейдет в состояние «1», выдавая сигнал о превышении эталонной частоты над контролируемой. Инверсный выход D-триггера 5 при этом блокирует работу схемы И-НЕ 13 и на выходе γ частотно-фазового компаратора также устанавливается состояние «1». Состояние D-триггера 4 при этом остается неизменным, т.к. в момент прихода импульса на его синхровход D вход находится в состоянии «0».

В том случае, если в предшествующий момент времени D-триггер 4 был включен, то в момент прихода импульса на синхровход D-триггера 5 его D вход будет находиться в состоянии «0», т.к. импульс с одновибратора 7 не пройдет через заблокированную инверсным выходом D-триггера 4 схему И 11. В результате прямой выход D-триггера 5 перейдет в состояние «0», а инверсный выход устанавливается в состояние «1» и тем самым разблокирует работу схемы И-НЕ 13. D-триггер 4 при этом переходит в выключенное состояние, т.к. в момент прихода импульса на его синхровход D вход находится в состоянии «0». Компаратор переходит от режима сравнения частот к режиму сравнения фаз. Поскольку при этом на схемы И-НЕ 12 и 13 с инверсных выходов триггеров 4 и 5 подан «разрешающий» сигнал «1», то выход компаратора повторяет состояние инверсного выхода RS-триггера 1. Длительность выходных импульсов пропорциональна фазовому сдвигу сравниваемых частот.

При превышении частоты контролируемого сигнала над эталонным компаратор работает аналогично, начиная с установки прямого выхода RS-триггера 1 в состояние «1».

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы и расширить функциональные возможности частотно-фазового компаратора за счет введения в устройство двух схем И, схемы ИЛИ, элемента задержки, двух одновибраторов и двух триггеров.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации. Техническим результатом является повышение надежности работы. В частотно-фазовый компаратор введены две схемы И, схема ИЛИ, элемент задержки, два одновибратора и два триггера. Введенные элементы позволяют получить сигналы, соответствующие прохождению двух импульсов одной из сравниваемых частот между двумя импульсами другой из сравниваемых частот, устранить зависимость работы компаратора от длительности импульсов источников, контролируемой и эталонной частоты. 1 ил.

Частотно-фазовый компаратор, содержащий две схемы И-НЕ, два блокирующих триггера и фазовый триггер, входы которого подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частоты, при этом инверсный выход первого из блокирующих триггеров подключен к первому входу первой схемы И-НЕ, второй вход которой подключен к инверсному выходу фазового триггера, а выход подключен к первому входу второй схемы И-НЕ, второй вход которой подключен к инверсному выходу второго блокирующего триггера, а выход является γ выходом частотно-фазового компаратора, отличающийся тем, что в устройство введены две схемы И, схема ИЛИ, элемент задержки, два одновибратора и два триггера, синхровходы которых подключены соответственно к источникам контролируемой и эталонной частоты, D входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходу фазового триггера, а выходы подключены соответственно к входам первого и второго одновибраторов, при этом выход первого одновибратора подключен к первому входу первой схемы И, к первому входу схемы ИЛИ, к входу R первого триггера и является 2/2 выходом частотно-фазового компаратора, а выход второго одновибратора является 0/2 выходом частотно-фазового компаратора, подключен к первому входу второй схемы И, к входу R второго триггера, к второму входу схемы ИЛИ, выход которой через элемент задержки подключен к синхровходам блокирующих триггеров, D вход первого из блокирующих триггеров подключен к выходу первой схемы И, второй вход которой подключен к инверсному выходу второго блокирующего триггера, вход D которого подключен к выходу второй схемы И, второй вход которой подключен к инверсному выходу первого блокирующего триггера, прямой выход которого является Т выходом частотно-фазового компаратора, Р выходом которого является прямой выход второго блокирующего триггера.