Делитель частоты с переменным коэффициентом деления Советский патент 1984 года по МПК H03K23/00 

г

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам автоматики, телемеханики, вычислительной и измерительной техники, и может быть использовано в синтезатора-х частот, в цифровых системах автоподстройки частоты, в измерительной аппаратуре.

Известен делитель частоты с переменным коэффициентом деления , содер жащий оинхронный счетчик импульсов на 1К-триггерах, тактовые входы кото.рых соединены с шиной входных тактовых импульсов, а установочные входы (К-входы) - с вентилйми управления, первые входы которых соединены с соответствующими тинами кода управления, а вторые входы - с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом элемента совпадения, первый и ВТО-рой входы которого соединены соответственно с прямым выходом последнего и инверсным выходом предпоследнего триггеров счетчика импульсов l .

Недостаток данного устройства состоит в том, что он имеет ограниченное быстродействие, определяемое временными задержками элементов совпадения и управления и быстродействием 1К-триггеров, которое (при прочих равных условиях) ниже, чем у D-триггеров, имеющих более простую структуру.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является делитель частоты с переменным коэффициентом деления, содержащий счетчик импульсов, вентили управления, элемент совпадения, D-триггер, яшну входного тактового сигнала, шины код зшравления и выходную шину, причем прямой выход каждого предыдзпдего триггера счетчика импульсов соединен с входом синхронизации последукщего триггера, входы установки в нуль первого и второго триггеров счетчика импульсов подключены к выходам первого и второго вентилей управления, а зходы установки в единицу третьего и последующих триггеров счетчика импульсов - к выходам третьего и последующих вентилей управления, первые входы вентилей управления соединены с щинами кода управления, а вторые - с прямым выходом D-триггера, информационный вход которого подключен к выходу элемента совпаде804 1

НИН, а вход синхронизации - к гаине входного тактового сигнала и к входу синхронизации первого триггера счетчика импульсов, прямой выход которог и инверсные выходы последующих триггеров счетчика импульсов подключены к входам элемента совпадения. Известный делитель частоты с переменным коэффициентом деления позволяет путем выбора Соответствующего кода управления установить любой целочисленный коэффициент деления в пределах 2-2 +1, где п-число триггеров в счетчике 21 .

Однако быстродействие известного устройства ограничено и ниже быстродействия автономного триггера счетчика импульсов (практически в 1,3 1,5 раза).

Цель изобретения - повьшение быстродействия делителя частоты с переменным коэффициентом деления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее счетчик импульсов, вентили управле- : ния, элемент совпадения и D-триггер, информационньй вход которого соедине с выходом элемента совпадения, первый вход которого подключен к прямому выходу второго триггера счетчика импульсов, а остальные - к инверсным выходам третьего и последующих триггеров счетчика импульсов, вход синхронизации первого триггера счетчика импульсов подключен к шине входного тактового сигнала, вход установки в нуль второго и входы установки в единицу четвертого и последующих триггеров счетчика импульсов соединены с выходами соответствуюпщх вентилей- управления, первые входы которых соединены с соответствующими кода управления, введены дополнительный 1 -триггер и два инвертора, причем вход синхронизации дополнительного р-триггера соединен с входом синхронизации первого триггера счетчика импульсов, вход установки в нуль - с шиной кода управления первого триггера счетчика импульсов, а инверсный выход - с входом установки в нуль первого триггера счетчика-импульсов, прямые выходы первого триггера счетчика импульсов и D-триггера подключены к информационному входу дополнительного D-триггера, инверсный выход первого TpHrrepia счетчика импульсов соединен с входом первого инвертора, выход которого подключен к входам синхронизации второго триггера счетчика импульсов и D-триггера, инверсный выход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого подключен к вторым входам вентилей управления и выходной шине, а вход установки в нуль третьего триггера счетчика импульсов соединен с выходом соответствующего вентиля управления. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы при код установки 00...0,1 (младший разряд слева) Делитель частоты с переменным коэффициентом деления содержит счетчик 1 импульсов, выполненный на триггерах 2-1,...,2-N и первом инверторе 3, вентили 4-1,...4-(N-1 управления, элемент 5 совпадения, D-триггер 6, дополнительный D-триггер 7, второй инвертор 8, шину 9 входного тактового сигнала шины 10...,10-N кода управления и выходную шину 11. liHBepcHbrti выход триггера 2-1 через инвертор 3 соеданен с вхо дами синхронизации триггеров 2-2 и 6, прямые выходы триггера 2-2 и последующих соединены соответственно с входами синхронизации триггера 2-3 и поеледующихJинформациейный вход D-триггёра 6 соединен с ш 1ходом элемента 5, первый вход которого соединен с прямьм выходом триггера 2-2, а остальные - с инвер ными выходами последующих триггеров счетчика 1, инверсный выход D-триггера 6 через инвертор 8 соединен с шиной 11 и с входами вентилей 4-1., .4-(N-l ) , выхода которых подключены к входам установки в нуль (для триггеров 2-2 и 2-3 счетчика 1) и к входам установки в единицу (для триггеров 2-4, 2-5 и т.д.), прямой выход 1 -триггера 6 соединен с прямым выходом триггера 2-1 счетч ка 1 и с информационным входом допо нательного D-триггера 7, вход синхр низации которого соединен с входом синхронизации триггера 2-1 счетчика 1 и с шиной 9, вход установки в нул дополнительного D-триггера 7 соединен с шиной 10-1, а инверсный выхо с входом установки в нуль триггера 2- 1 счетчика 1. 044 Инверторы 3 и 8 предназначены для реализации дополнительных выходов соответственно первого триггера 2-1 счетчика 1 и D-триггера 6, пряi-ibie выходы которых монтажно объединены для выполнения логической функции ИЛИ (для нулевых сигналов) При построении делителя частоты с переменным коэффициентом деления предполагается, что единичный сигнал соответствует высокому уровйю напряжения, а нулевой - низкому независимо от полярности напряжения. I Устройство работает следующим образом. При поступлении на шину 9 входного тактового сигнала (фиг. 2 а) счетчик 1 считывает импульсы до тех пор, пока его триггеры, начиная с второго, не установятся в состояние 10,...,0. До этого момента на выходе элемента 5 и на прямом выходе D-триггера 6 присутствует нулевой сигнал а на выходах вентилей управления - сигналы, не оказывающие влияние на работу счетчика 1. Выходной сигнал триггера 2-1 (фиг. 2 б), время срабатывания которого tv. , поступает на вход синхронизации триггера 2-2 через время, определяемое задержкой . сигнала в инверторе 3 (4иг. 2 в), Сигнал управления первого (младшего) разряда счетчика 1 с шины 10-1 (фиг. 2 г) в первые моменты времени имеет нулевой уровень, в результате которого на инверсном выходе дополнительного D-триггера 7 присутствует единичный сигнал (фиг. 2 д) независимо от сигнала на информационном входе этого триггера. По заднему фронту первого импульса с выхода инвертора 3 (фиг. 2 в) второй и последующие триггеры счетчика 1, которые находятся в единичных состояниях, начинают последовательно друг за другом переходить в нулевые состояния. Последний, шестой триггер 2-N счетчика 1 переходит в нулевое состояние по истечении времени, равного временным задержкам (N-2)t-,p автономного триггера относительно заднего фронта выходного сигнала второго триггера 2-2 (фиг. 2 е и ж). Все триггеры имеют равные временные задержки, (фиг. 2), По заднему фронту второго импульса с выхода инвертора 3 (фиг 2 в).второй триггер 2-2 вновь переходит в единичное состояние 5 (фиг. 2 е), происходит опознание состояния 10000 счетчика 1, начина с второго триггера 2-2, и на выход эпемента 5 через время, определяем задержкой сигнала в элементе, появ ляется единичный сигнал (фиг. 2). По заднему фронту третьего импульс с выхода инвертора 3 (фиг. 2 в) D-триггер 6 переходит в единичное состояние (фиг. 2 и), так как на его информационном входе присутств ет единичный сигнал с выхода элеме та 5. В результате сигнал на инфор мационном входе дополнительного D-триггера 7 начинает повторять вы ходной сигнал триггера 2-1 счетчик 1 (фиг. 2 б и к). Сигнал управлени первого разряда счетчика (фиг. 2 г имеет единичное значение и не оказывает влияния на работу дополнительного D-триггера 7. После перехода D-триггера 6 в единичное состояние через время, определяемое задержками сигнала в инверторе 8 .и вентиле управления, с выходов вентилей управления при наличии на их входах с шин 10-2,...,10-N единичных сигналов управления вы- даются сигналы (фиг. 2 л) на установочные входы соответствующих триг геров счетчика. Первый и второй три геры счетчика 1 устанавливаются в нулевые состояния, а последний (шестой) - в единичное состояние (фиг. 2 б, е и ж). При наличии единичных сигналов управления на шине 10-1 (фиг. 2 г) и на выходе D-триггёра 6 (фиг. 2 и) первьй триггер 2-t счетчика 1 устанавливается в нулевое состояние, так как по заднему фронту импульса входного тактового сигнала дополнительный D-триггер 7 переходит в единичное состояние, и нулевой сигнал с его инверсного выхода (фиг. 2 д), посту пающий на вход установки в нуль три гера 2-1 счетчика 1, блокирует .переход этого триггера по заднему (JipoHTy импульса входного тактового сигнала, находящегося внутри интервала нулевого сигнала с инверсного 1 гхода дополнительного D-триггера 7 (фиг, 2 а и д), в единичное состояние . При нулевом сигнале управления на шине 10-1 триггер 2--1 счет чика 1 устанавливается в единичное состояние, продолжая работать в реж ме счета, так как на инверсном выхо дополнительного И-триггера 7 посто04янно присутствует единичный сигнал, не оказывающий влияние на работу триггера 2-1 счетчика 1. Минимальный период 1 импульсов входного тактового сигнала (фиг. 2 а) определяющий быстродействие всего устройства, равен минимальному периоду импульсов сигнала, поступающего на вход синхронизации первого триггера 2-1 счетчика 1 и определяющего быстродействие автономного триггера, т.е. Тд,ц 2tTp , где t-jp - время срабатывания триггера (время перехода из одного состояния в другое). Цикл работы триггера 2-1 счетчика 1 осуществляется автономно от циклов работы последующих триггеров счетчика 1 и без дополнительных вентилей в цепях его опознавания и установки, хотя и согласованно с циклом работы остальных триггеров счетчика 1, и при минимальной нагрузке на его выходах, что позволяет достичь реального предельного быстродействия делителя частоты с переменным коэффициентом деления в целом. Таким образом, при сохранении простой структуры счетчика импульсов, цепей опознавания и установки за счет введения одного дополнительного D-триггера и двух инверторов устройство имеет реальное быстродействие, практически равное быстродействию входного (первого) триггера счетчика импульсов, выполненного на триггере разнообразных серий элементов, в т.ч. и самых быстродействующих. Триггеры счетного тракта устройства, начиная с второго, работают на частотах в два и более раз меньших входной частоты, что позволяет рочти в два раза снизить требования к быстродействию ЭТИХ триггеров относительно входного (первого) триггера счетчика импульсов. При этом введение дополнительных логических элементов в схеме совпадения для расширения числа входов в цепи опознавания не оказывает влияния на быстродействие устройства в целом. В известном делителе быстродействие устройства менее быстродействия автономного триггера в 1,3 раза и более, а введение дополнительных логических элементов в цепях установки и опознавания для расшиТрения логических возможностей и увеличения нагрузочной способности (например, на выходе D-триггера в це71U8

ПИ опознавания).снижают его еще более значительно. Так, при быстродействии первого триггера счетчика им-, пульсов в 200 МГц быстродействие известного устройства составляет 5 140 МГц и менее, в то время как быстродействие пред11 гаемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления остается практически равным 200 МГц. Диапазон коэффициентов деления- Ю составляет 4-2(2 +1 )-И ,где п - число триггеров счетного тракта устройства.

$048

Делитель частоты с переменным коэффициентом деления отличается от известных серийно выпускаекых делите лей частоты 46-63 и Ф5093 более простой структурой и более высоким быстродействием. Диапазон входных частот прибора 46-63 составляет 5 МГц, а прибора Ф5093 - 10 МГц. При применении быстродействугацих элементов (например, серии к 100) устройство позволяет работать на частотах до 200 МГц.

ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ПЕРЕЖННЫМ КОЭФ«№ЩЕНТОМ ДЕЛЕНИЯ, содержащий счетчик импульсов, вентили управления, элемент совпадения и D-триггер, информационный вход которого соединен с выходом элемента совпадения , первый вход которого подклкяен к прямому выходу второго триггера счетчика импульсов, а остальные к инверсным выходам третьего и последующих триггеров счетчика импульсов, вход синхронизации первого триггера счетчика импульсов подключен к шине входного тактового сигнала, вход установки в нуль второго и входы установки в единицу четвертого и после.дующих триггеров счетчика импульсов соединены с выходами соответствующих -вентилей управления, первые входы ,-- -- -- -Т .-j Ч.ГЬ1..;Й,:,М я ..; if... -« W и -;.,,,: :,,.,j3 ii&ilB,(A которых соединены с соответствующими шинами кода управления, отличающийся тем, что, с целью повьшеиия быстродействия, в него введены дополнительный D-триггер и два инвертора, причем вход синхронизации дополнительного D-триггера соединен с входом синхронизации первого триггера счетчика.импульсов, вход установки в нуль г с naiHoft кода управления первого триггера счетчика импульсов, а инверсный выход - с входом установки в нуль первого триггера счетчика импульсов, пряь«е выходы первого триггера счетчика импульс сов и D-триггера подключены к инфор S мационному входу дополнительного (Л D-триггера, инверсный выход первого с триггера счетчика импульсов соединен с входом первого инвертора, выход которого подключен к входам синхронизации второго триггера счетчика импульсов и D-триггера, инверсный выход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого подключен к вторым входам вентилей X X) управления и выходной шине, а вход установки в нуль третьего триггера счетчика импульсов соединен с выходом соответствующего вентиля управ ления .