Преобразователь частоты следования импульсов Советский патент 1984 года по МПК H03B19/00 

ррго каскада запоминающего устройства, второй вход которого подключен к первому выходу логического устройства, второйвыход которого соединен со вторым входом первого управляемого ключа, третий выход - со вторым входом второго управляемого ключа, а четвертый выход - со вторым входом первого каскада запоминающего устройства, выход которого подключен к входу второго каскада запоминающего устройства, выход которого соединен со вторым неинвертирующим входом сумматора.

3. Преобразователь по п. 1, о т личающийс я тем, что формирователь задающих напряжений содержит

источник наименьшего граничного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого суммирующего элемента, второй вход которого является управляющим входом преобразователя частоты, а выход соединен со вторым выходом формирователя задающих напряжений и с первым входом второго суммирующего элемента, -второй вход которого подключен к выходу источника наименьшего граничного напряжения, третий вход - к источнику наибольшего граничного напряжения, а выход второго суммирующего элемента соединен с первым выходом формирователя задающих напряжений.

1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащий формирователь импульсов, вход которого является входом преобразователя час тоты генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен со входом измерительного блока и с первым входом порогового устройства, выход которого является выходом преобразователя частоты, элемент сравнения, первый вход которого подключен к выходу измерительного блока, а выход - ко второму входу генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а гоиг и и с я тем, что, с целью расшире- / ния функционгшьных возможностей преобразователя путем расширения диапазона регулирования выходной частоты следования импульсов в сторону час- тот, меньших входной частоты следования импульсов, при одновременном обеспечении возможности управления значением выходной частотой следования импульсов электрическим сигналом и устранении начального сдвига фаз между выходными и входными импульсами, в него введены блок Ф9рмирования напряжения сравнения, масштабирующий элемент, управляющий логический блок, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход - с пусковым входом преобразователя частоты, а выход - с первым входом генератора пилообразного напряжения, формирователь задающих напряжений, вход которого подключен к управляющему входу преобразователя частоты, первый выход - ко второму входу элемента сравнения и к первому входу блока формирования напряжения сравнения, второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя задающих напряжений, третий вход - с пусковым входом преобразователя частоты, четвертый вход - с выходом формирователя импульсов, пятый вход - с выходом порогового устройства, а выход блока формирования напряжения сравнения подключен к первому (Л входу масштабирующего элемента, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока, третий вход с первым выходом формирователя задаю1дих напряжений, а выход подключен ко второму входу порогового устройства. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования напряжения сравнения содержит первый управляемый ключ, первый вход которого подключен ко второму вхрду блока формирования нащэяжения сравнения, выход соединен с первым неинвертирующим входом сумматора, выход которого подключен к выходу блока формирования напряжения сравнения и к первому входу первого каскада запоминающего устройства, первый вход блока формирования напряжения сравнения соединен с первым входом второго управляемого ключа, :выход которого подключен к инвертирующему входу сумматора, четвертый вход блока формирования напряжения сравнения соединен с первым входом, пятый вход - со вторым входом, пер.вый вход - с третьим входом логического устройства и третьим входом вто

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова в системах телемеханики, связи, информационно-измерительной техники, автоматического управления. Известны преобразователи опорной частоты следования импульсов, например синтезаторы частот, в основу которых положен принцип фазовой автоподстройки частоты с программируемым делителями частоты на входе и выходе С 1 J. Недостатками известных устройств являются относительно узкий диапазон и дискретность изменения выходной частоты, i Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является умножитель частоты, содержащий форми .рователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен со входом измерительно го блока и первым входом порогового устройства, выход которого является .выходом устройства, элемент сравнения, первый вход которого подключен к выходу измерительного блока, а выход - ко второму входу генератора пилообразного напряжения СЗ. Однако для известного устройства Характерны невозможность регулирования выходной частоты следования импульсов в сторону частот, меньших входной частоты/ механический способ регулирования выходной частоты следо вания импульсов, в общем случае ненулевой начальный сдвиг фаз между импульсами выходной и входной частот .Перечисленные недостатки объясняются тем, что в устройстве отсутствуют узлы, обеспечивающие одновременное и взаимосвязанное регулирование амплитуды пилообразного напряжения и опорного напряжения, а также не содержатся узлы, производящие в некоторый,- например начальный, момент времени обнуление запоминающих элементов итеграторов,преимущественно конденсаторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона регулирования выходной частоты следования импульсов в сторону частот, меньших входной частоты следования импульсов при одновременном обеспечении возможности управления значением выходной Частотой следования импульсов электрическим сигналом, и устранении начального сдвига фаз между выходными и входными импульсами. Поставленная цель достигается,тем, что в преобразователь частоты следования импульсов, содержащий формирователь импульсов, вход которого является входом преобразователя частоты, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен со входом измерительного блока и с первым входом порогового устройства, выход которого является выходом преобразователя частоты, элемент сравнения, первый вход которого подключен к выходу измерительного блока, а выход - ко второму входу генератора пилообразного напряжения, введены блок формирования напряжения сравнения, масштабирующий элемент, управляющий логический блок, первые вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход - с пусковым входом преобразователя частоты, а выход - с первым входом генератора пилообразного напряжения, формирователь задающих напряжений, вход кото рого подключен к управляющему входу преобразователя частоты, первый выхо ко второму входу элемента сравнения и к первому входу блока формировани напряжения сравнения, второй вход к торого соединен со вторым выходом формирователя задающих напряжений, третий вход - с пусковым входом пре образователя частоты, четвертый вход - с выходом формирователя импульсов, пятый вход - с выходом порогового устройства, а выход блока формирования напряжения сравнения подключен к первому входу масштабырующего элемента, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока, третий вход - с первым выходом формирователя задающих напряжений, а выход подключен ко второ му входу порогового устройства. При этом блок формирования напряжения сравнения содержит первый управляемый ключ, первый вход которого подключен ко второму входу блока фор мирования напряжения сравнения, выход соединен с первым неинвертирующим входом сумматора, выход которого подключен к выходу блока формирования напряжения сравнения и к первому входу первого каскада запоминающего устройства, первый в.ход блока формирования напряжения сравнения соединен с первым входом второго управляемого ключа, выход которого под ключен к инвертирующему входу сумматора, четвертый вход блока формирования напряжения сравнения соедине с первым входом, пятый вход - со вто рым входом, первый вход - с третьим входом логического устройства и третьим входом второго каскада запоминающего устройства, второй вход которого подключен -к первому входу логического устройства, второй вход ко торого соединен со вторым входом первого управляемого ключа, третий выход - со вторым входом второго управляемого ключа, а четвертый выход - со вторым входом первого каскада запоминающего устройства, выход которого подключен к входу второго каскада запоминающего устройства, выход которого соединен с вторым неинвертирующим входом суьЭчатора. При этом формирователь задающих напряжений содержит источник наимень шехО граничного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого суммирующего элемента, второй вход которого является управляю щим входом преобразователя частоты, а выход соединен со вторым выходом формирователя задающих напряжений и с первым входом второго суммирующего элемента, второй вход которого подключей к выходу источника наименьше го граничного напряжения, третий вход - к источнику наибольшего граничного напряжения, а выход второго суммирующего элемента соединен с первым выходом формирователя задающих нап11яжений. На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя частоты следования импульсов; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования напряжения сравнения (БФНС); на фиг. 3функциональная схема формирователя задающих напряжений (ФНЗ) ; на фиг,4 импульсные диаграммы работы преобразователя частоты следования импульсов. Вход преобразователя частоты следования импульсов (ПЧ) соединен с входом формирователя импульсов (ФИ) 1, выход которого подключен к первому входу управляющего логического блока (УЛБ) 2 и четвертому входу блока формирования напряжений рравнения (БФНС) 3. Пусковой вход ПЧ подключен ко второму входу УЛБ 2, выход которого соединен с первым входом генератора импульсного напряжения (ГПН) 4. Выход ГПН 4 подключен ко входу измерительного .блока (ИБ) 5 и первому входу порогового устройства (ПУ) б, выход которого соединен с выходом ПЧ и с пятым входом БФНС 3, третий вход которого подключен к пусковому.входу ПЧ. Управляющий вход ПЧ соединен со входом формирователя задающих напряжений (ФЗН) 7, второй выход-ФЗН 7 подключен ко второму входу БФНС 3, первый выход - к первому входу БФНС, второму входу элемента сравнения (ЭС) 8 и третьему входу масштабирующего элемента (МЭ) 9. Первый вход МЭ 9 соединен с выходом БФНС 3, а выход - со вторым входом ПУ б. Выход ИБ 5 подключен к первому входу МЭ 9 и первому входу ЭС 8. Выход ЭС 8 соединен со вторым .входом ГПН 4. Первый вход управляемого ключа (УК) 10 подключен ко второму входу БФНС 3 (фиг. 2), Выход УК 10 соединен с первым неинвертирующим входом сумматора (СУ) 11, выход которого подключен К выходу БФНС 3 и первому входу каскада запоминающего устройства (КЗУ) 12, Выход КЗУ 12 соединен с первым входом КЗУ 13. Выход КЗУ 13 подключен ко второму неинвертирующему входу СУ 11, В свою очередь инвертирующий вход СУ 11 подключен к выходу УК 14, первый вход которого соединен с первым входом БФНС 3, четвертый вход БФНС 3 подключен к первому входу логического устройства (ЛУ) 15, пятый вход БФНС 3 - ко второму входу ЛУ 15, третий вход БФНС к третьему входу ЛУ 15 и к третьему входу КЗУ 13, Второй вход КЗУ 13 подключен к первому выходу ЛУ 15,второй выход которого соединен со вторым входом УК 10, Второй вход ПУ б подключен ко второму входу УК 14, а четвертый выход ПУ 6 ко второму входу КЗУ 12. Первый вход сумлирующего элемента (СУЭ) 16 подключен к выходу источника наименьшего граничного напряжения (ИН) 17, второй вход к первому выходу ФЗН 7 фиг. 3)., Первый вход СУЭ 18 подключен к выходу И - 17, второй вход - к выходу СУЭ 16,:.третий вход - к выходу источника наибольшего граничного напряжения (ИН) 19, а выход СУЭ 18 - ко второму выходу ФЗН 7, Первый выход ФЗН 7 соединен с выходом СУЭ 16..

Устройство работает следующим образом. .

На управляющий вход ПЧ (фиг. 1) подается электрический сигнал U, например напряжение, величина которого определяет коэффициент преобразования частоты К.

Поступивший на вход сигнал Uj преобразуется ФЗН 7 в задающее опорное напряжение задающее напряжение амплитуды пилообразного напряжения U oinws (Фиг. 4а, б, в). При этом заданный коэффициент преобразования входной частоты можно определить по формуле Уапнэ

(1)

«3 Оопэ

Входные импульсы (фиг. 4г) через вход преобразователя частоты (фиг. 1) поступают на ФИ 1, например одновибратор. Длительность импульсов вырабатываемых ФИ 1 (фиг. 4д), определяется условиями нормального функционирования устройства, рабочим частотным диапазоном ПЧ. Она зависит например, от временных задержек ло- гических элементов, аналоговых ключей. Начало работы определяется моментом подачи ступенчатого сигнала на вход Пуск преобразователя час тоты (фиг. 4е). Работа УЛБ 2 происходит таким образом, что нарастание напряжения с выхода ГПН 4 начинается по заднему фронту импульса, сформированного ФИ 1 и являющегося первым после подачи пускового сигнала, С приводом переднего фронта второго импульса пррисходит спад пилообразного напряжения, а по окончании его нагфяжение снова начинает линейно

расти и т.д. (фиг. 4е). Амплитуда пилообразного напряжения в установив шемся режиме соответствует Uartn-j (фиг. 4ж) и стабилизируется посредством петли обратной связи, содержащей ИВ 5 и ЭС 8 (фиг. 1). Стабилизадня амплитуды напряжения ГПН 4 независимо от значения входной частоты позволяет поддерживать заданную точ ность преобразования входной частоты so всем рабочем диапазоне ПЧ. ИБ

5 вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению амплитуды напряжения ГПН 4 Одпн, . Этот сигнал сравнивается в ЭС 8 с U

, и преапнз

образованная .например проинтегрированная во времени, ошибка с выхода ЭС 8 в виде управляющего стабилизирующего сигнала поступает на вход ГПН 4.

Формирование напряжения сравнения осуществляемое БФНС 3, происходит путем алгебраического сложения Uonj в момент прихода импульса выходной частоты и вычитания иапиъ в момент прихода импульса входной частоты с сигналом, сформированным БФНС 3 до прихода соответствующего импульса.с выхода БФНС 3 выходной сигнал Ucp ступенчатой формы поступает на один из входов МЭ 9, например, аналогового множительно-делительного устройства. На другие входы МЭ 9 поступают сигналы Одпнэ Оощни полнЯет операцию, которую можно описать выражением

on Ue,,(2)

где UQ - опорное напряжение, поступающее на один из .входов ПУ 6.

ПУ 6, например компаратор с двумя дифференциальными входами, осуществляет сравнение Uon и напряжения ГПН UPPH, поступающего на другой вход ПУ 6. При Uj-riH Uon на выходе ПУ б появляется импульс выходной частоты (фиг. 4и), длительность которого определяется условиями нормального функционирования устройства, рабочим частотным диапазоном ПЧ. Она зависит, например, от временных задержек логических элементов, аналоговых KJПoчeй.

Формиройание БФНС 3 (фиг. 2) ступенчатого напряжения происходит следующим образом.

При поступлении на входу БФНС 3 импульсов входной частоты и выходной частоты ,, а также ступенчатого пускового сигнала U, ЛУ 15 вырабатывает логический сигнал, управляющий УК 14. Этот сигнал без учета временных задержек совпадает с выходной частотой за исключением импульса, пришедшего первым после подачи Un на соответствующий вход ЛУ 15, Остальные сигналы, вырабатываемые , описываются следующими управлением .

UoffH Un ;

UiKi V Ufsb, ;

ZKjs i

Ul5fK UfBMx ,(3)

ГД® oS управляющий логический

сигнал, подаваемый на вход Управления обнулением вторго КЗУ 1кзг логический сигнал, управля ющий первым КЗУ; 2кь-у логический сигнал, управляющий вторым КЗУ; и - логический сигнал, управля ющий первым УК. КЗУ 12 и КЗУ 13 в блоке БФНС 3 (фиг. 2) образуют цепь обратной связи с выхода СУ 11 на один из его неинвертирующих входов. Однако КЗУ 12 и КЗУ 13, например неинвертирующие устройства выборки -хранения, как видно из уравнения (3), управляются парафазными сигналги ш ikjj и и(пр 2кзг) соответственно. Это значит, что процессы выборки и хранения сигналов, приходящих на сигнальные выгоды каскадов, происходят в разные моменты времени. При поступлении на соответствующие входы БФНС 3 импульс входной или (и) выходной частоты и наличии разрешающего пускового сигнала КЗУ 12 переходит в режим выборки, а КЗУ 13 - в режим хранения. По окончании импульса КЗУ 12 переходит в режим хранения, а КЗУ 13 - в режим выборки.При одновременном появлени импульсов входной и выходной частот цеп обратной связи,содержащая первый и второй КЗУ,работает аналогично. Второй неинвертирующий вход и нйвертирующий вход СУ 11 посредством УК 10 и УК 14, например нсчрмально разомкнутых полупровдниковых управляемых аналоговых ключей, подключстот ся соответственно к источникам сигна лов и опз и и апнз через второй и четвертый входы БФНС 3. Прохождение сиг нала Ujjnj на вход СУ 11 происходит при равенстве 2:(к логической единице, а UQ(,HJ - при равенстве логической единице U,,np2-jK, что еледует из (3). Нулевое начальное условие работы БФНС 3 обеспечивается полупроводниковым аналоговым нормаль но замкнутым управляемым ключом, под ключенным к запоминающему элементу КЗУ 13 (конденсатору). С поступлением пускового сигнала КЗУ приходит в исходное рабочее состояние. При этом сигнал на его выходе равен 0. Этот сигнал поступает на вход СУ 11 и до появления импульсов входной или(и) выходной частоты на выходе . СУ 11 и, тем самым, на выходе БФНС выходной сигнал равен О. С приходом импульса входной или (и) выходной частоты замыкается УК 14или (и) УК 10 соответственно, а на -выходе СУ 11 (появляется сигнал-Uan j ийи (и) + Uonj КЗУ 12 переходит в режим выборки, КЗУ 13 - в режим хранения. После окончания импульса КЗУ 12 переходит в режим хранения, КЗУ 13 В режим выборки. В этом случае замкнувшийся УК 14 или (и) УК 10 переходит в разомкнутое состояние, С выхода КЗУ 12 записанный сигнал через КЗУ 13 поступает на СУ 11, таким образом проходя на выход БФНС 3. В случае одновременного прихода импульсов входной и выходной частот в КЗУ 12, производится выборка сигнала с выхода СУ 11, соответствующая сигналу и,,пз - . С приходом последующих импульсов, т.е. в последующих тактах работы, описанный процесс в БФНС 3 повторяется. Разница заключается лишь в том, что если с приходом первого импульса или одновременно первых двух задающие напряжения Uonj или (и) складывались или (и) вычитались с нулевым сигналом КЗУ 13, то в последующих тактах эти задающие напряжения суммируются или (и) вычитаются с ненулевым сигналом КЗУ 13. Этот сигнал, начиная со второго такта работы БФНС 3, является запомненным результатом выполнения операций сложения или(и) вычитания сигналов Uon, , и„пнэ сигнала с выхода КЗУ.13, полученного в предыдущем такте. Таким образом, сигнал на выходе БФНС 3 (фиг. 4з) в п-м такте можно описать следующим управлением ,,и где и сигнал на выходе БФНС в п-1 такте; 1 - при наличии импульса выходной частоты на соответствующем выходе БФНС; 0- при отсутствии этого импульса; 1- нгшичии импульса входной частоты на соответствующем входе БФНС; О - при отсутствии этого импульса. i Формирование задающих напряженки , ФЗН 7 происходит следующим образом. После подачи задающего напряжения на управляющий вход ФЗН 7 на выходе СУЭ 16 появляется напряжение, величину которого можно определить из выраженияОаднз - Из + ,,(5) где и наименьший граничный сигнал. Одновременно на выходе СУЭ 18 появляется сигнал, величину которого можно определить следующим образом и 003 и где и гп«х наибольший граничный сигнал. Источниками граничных сигналов являются источники эталонного напряжения. Значения .n и Umay определяются условиями работы ПЧ, например точностью и диапазоном преобразования входной частоты D помехами, шумами элементов схемы. Величина Uj должна при этом изменяться в пределах О Ug , - и.п-(7) Граничные сигналы должны быть одного знака, йапрнмер положительные, В соответствии с формулой (1) можно записать следующее выражение „ Uj.. Uli.ax - УЗ Максимальный коэффициент преобразования ПЧК можно вычислить по формуле b1нимaльный коэффициент преобразования равен К - -yjnia-МО) Кч1 ЧТТ f глох Полный диапазон преобразования входных частот можно определить по форму ле Kjjia2j - - , Таким образом, применение изобретения позволяет расширить функционал ные возможности устройства-прототипа .К новым функциональным возможностям следует отнести, например, плавную и простую перестройку устройства из режима умножения входной частоты в режим деления ее и обратно. Изменение режима преобразования и установка выходной частоты одним электрическим сигналом, преимущественно напряжением, позволяет реализовывать на базе предлагаемого устройства генераторы с широким диапазоном перестройки, управляемые напряжением. В совокупности с цифровыг«ш схемами и цифроаналоговыми преобразователями предлагаемое устройство может служить .генератором сигналов специальной формы, частота которых определяется входной частотой и управляющим сигналом. При этом фаза выходного сигнала в результате введения в предлагаемое устройство обнуления соответствует фазе входной частоты следования импульсов. Предлагаемое устройство может быть использовано как в виде самостоятельных задающих источников периодических сигналов, так и в виде преобразовательных элементов больших систем.