Умножитель частоты Советский патент 1984 года по МПК H03B19/00 

2. Умножитель по п. 1, отличающийся тем, что формирователь пилообразного напряжения содерй ит последовательно соединённые управляемый источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, генератор тока, усилитель мощности и блок выборки-запоминания, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, включенный между собой общей шиной и входом усилителя мощности электронный ключ, параллельно которому подключен конденсатор, а также последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом выход формирователя импульсов соединен также с управляющим входом блока выборки-запоминания, вход формирователя импульсов является входом, управляющие входы управляемого источника опорного напряжения являются управляющими входами, а выход усилителя мощности - выходом формирователя пилообразного напряжения

1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий блок вычисления разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго накопительных регистров, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные фильтр нижних частот и управляемый генератор, выход которого соединен с управляющим входом второго накопительного регистра, при ,эТом сигнальные входы первого и второги накопительных регистров являются соответственно первыми вторым входами установки кода коэффициента умножителя частоты, отличающийся ,...тем, что, с целью расширения диапазона умножаемых частот при повышении сй,ектральной частоты выходного сигнала, в него введен элемент задержки, ваход которого соединен с управляющим входом первого накопительного регистра, между выходом цифроаналогового преобразователя и входом фильтра нижних частот введены последовательно соединенные сумматор и . блок выборки-запоминания, между выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора введен формирователь§ пилообразного напряжения, управляю(Л щие входы которого соединены с соответствующими сигнальными входами втос рого накопительного регистра, при этом вход элемента задержки соединен с управляющим входом блока выборки- S запоминания, и точка их соединения является входом умножителя частоты.,

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве умножителя частоты при синтезе частот и отношений частотр в частности для синтеза опорного сигнала в синхронных устройствах контроля состояния машин и механизмов с вращающимися узлами по результатам измереНИН частотных составляющих вибраций и акустических шумов.

Известен умножитель частоты на основе кольца фазовой автоподстройки 4acTOi-iJ с делителем частоты с дробным коэффициентом деления в цепи обратной связи ij .

Однако в известном умножителе частоты неравномерность выходных импульсов делителя частоты приводит к модуляции выходного сигнала субгармониками частоты сравнения.

Наиболее близким к предложенному является умножитель частоты, содержащий блок вычисления разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами пбрвого и второго накопительных регистров; а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя ЦАП , последовательно соединенные фильтр нижних частот и управляемый генератор, выход которого соединен с управляю-, щим дходом второго накопительного регистра, при этом сигнальные входы первого и второго накопительных регистров являются соответственно первым, и вторым входами установки кода коэффициента умножения умножителя частоты, управляющий вход первого накопительного регистра является входом умножителя частоты, а выход ЦАП соединен с входом фильтра нижних частот 2J .

Однако в выходном сигнале ЦАП изестного умножителя частоты присуттвуют составляющие входной частоты, астоты управляемого генератора и

их гармоники. Поэтому входная и выходная частоты не могут быть ниже частоты среза фильтра нижних частот,так как в противном случае выходной сигнал будет промодулирован этими составляющими. Таким образом, фильтр нижних частот ограничивает снизу диапазон входных и выходных частот. Уменьшение полосы пропускания фильтра нижних частот приводит к замедле|НИ о прсзцесса регулирования в системе, что ограничивает ее применение для умножения изменяющейся входной частоты. Таким образом, диапазон входных частот не может быть расширен без ухудшения спектральной чистоты выходного сигнала или динамических свойств устройства.

Цель изобретения - расширение диапазона умножаемых частот при повышении спектральной чистоты выходного сигнала,

Поставленная цель достигается тем что в умножитель частоты, содержащий блок вычисления разности, первый и второй входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго накопительных регистров, а выход сое динен с входом ЦАП, последовательно соединенные фильтр нижних частот и управляемый генератор выход которого соединен с управляющим входом второго накопительного регисзтра, при этом сигнальные входы первого и второго накопительных регистров являются соответственно первым и вторым входами установки кода коэффициента умножения умножителя частоты, введен элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом первого накопительного регистра, между выходом ЦАП и в содом фильтра нижних часзтот введены последовательно соединенные сумматор и блок выборкизапоминания, между выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора введен формирователь пилообразного напряжения, управляющие входы которого соединены с соответствую щими сигнальными входами второго накопительного регистра, при этом вход элемента задержки соединен с управляющим входом блока выборки-запоминания, и точка их соединения является аходом умножителя частоты. При этом формирователь пилообразного напряжения содержит последовательно соединенные управляемый источ ник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, генератор тока, усилитель мощности и блок выборкизапоминания, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, включенный между общей шиной и входом усилителя мощности электронный ключ, параллельно которо му подключен конденсатор, а также последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом выход формирователя импульсов соединен также с управляющим входом блока выборки-запоминания, вход формирователя импульсов является входом управляющие входы управляемого источ ника опорного напряжения являются управляющими входами, а выход усилителя мощности - выходом формирователя пилообразного напряжения. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного умножителя частоты; на фиг. 2 структурная электрическая схема форми ювателя пилообразного напряжения; на фиг. 3 временные диаграммы рабо ты умножителя частоты. Умножитель частоты содержит первый накопительный регистр 1, второй накопительный регистр 2, блок 3 вычисления раэности, ЦйП 4, элемент задержки 5, блок 6 выборки-запоминания, фильтр нижних частот ФНЧ 7, управляемый генератор 8,сумматор 9, формирователь 10 пилообразного напря жения, при этом формирователь 10 пилообразного напряжения содержит управляемые источник 11 опорного напря жения, дифференциальный усилитель 12 блок выборки-запоминания 13, фор№1ро ватель 14 импульсов, генератор тока 15, усилитель мощности 16, конденсатор 17, электронный ключ 18, элемент задержки 19. Умножитель частоты работает следующим образом. На сигнальные входы первого и вто рого накопительных регистров подаются коды чисел весовых конэффициентов соответственно N, и Входной сигнсш с частотой ij выступает на вход элемента задержки 5 и на управляющий вход блока б выборки-запомина ния. Выходной сигнал с частотой нимается с выхода управляемого генеатора 8. В режиме синхронизма частоа выходного сигнала i , связана с астотой входного сигнала in соотноениемf { ЧыхМг вхПо каждому импульсу, поступающему с выхода элемента задержки 5, в первом накопительном регистре 1 производится суммирование ранее накопленного числа с числом MI - т.е. вычисляется значение квантованной по 2 нормированной фазы входного сигнала с весовым коэффициентом N,, , а по кё сдому импульсу, поступающему с выходауправляемого генератора 8, во втором накопительном регистре 2 происходит накопление числа N 2 - ,j.е. вычисляется значение квантов1анной по 2it нормированной фазы выходного сигнала с весовым коэффициентом Ng ,. На фиг. 3q представлена зависимость вычисленных первым и вторым накопительными регистрами 1 и 2 квантовакных по фаз входного и выходного сигналов от времени. Нормированную фазу входного колебания можно представить через число, накопленное в.первом накопительном регистре 1, как (fB,lt) ng,UVN,-B,Ul, где ngj,it) - количество импульсов входного сигнала, по, ступивших к моменту t на управляющий вход первого накопительного - регистра 1; 1 (t) - погрешность квантования фазы, представляющая собой пилообразную функцию с периодом , начальным значением О и конечным N, , Нормированная фаза выходного колебания связана с числом, накопленн ш во втором накопительном регистре 2, выражением . . Срвь,п П,,„.М,а2и1, где .) количество импульсов выходного сигнала, поступивших к моменту t на управляющий вход второго накопительного регистра 2; погрешность квантования фазы, представляющая собой пилообразную функцию времени с периодом , начальным значением О и конечным Vl/ . Блок 3 вычисления разности формирует разность содержимого первого и второго накопитс:льных регистров 1 и 2. В результате на выходе ЦАП 4 имеется напряжение Ui(t);/ представля ющее собой преобразованный в аналоговую форму код разности, вычисленной блоком 3: UJil-k,6wx)-N2-«ex tl-N, . qemxitl-tf 62 CtU e,tt), где k. - коэффициент преобразования ЦАП 4. В установившемся режиме нормированная разность фаз постоянна, т.е. , поэтому u,it)K,cpo4,)-ej(o Таким образом, в выходном сигнале ЦАП 4 присутствуют составляющие с частотой входного сигнала и частотой выходного сигнала,а также их гармоники. Выходной сигнал ЦАП 4 представлен на фиг. За. Формирователь 10 пилообразного напряжения формирует пилообразное напряжение (фиг. 3 &) с уровнем t{ |ilj и периодом Тцьо , синфазное с выходньлм сигналом. Это напряжение суммируется в сумматоре 9 с выходным сигналом liAO 4 и компенсирует погреш ность . (t) квантования Фазы выходного сигнала. Выходное напряжение l)(t) сумматора У (фиг. i, в котором при сутствует только напряжение ошибки, обусловленное квантованием фазы ВХОД ного сигнала, определяется вырйжениемUj(t)k,,).i ФУНКЦИЯ 6, а является периодической с периодом Тв)( , т.е. (t4Tgx)6i(t) Поэтому значения напряжения на выходе блока 6 выборки-запоминания, кото рые являются выборками из напряжения S,(i в моменты вpeмeниi S kTg.-i°, пр фиксированной входной частоте будут иметь постоянный уровень, не зависящий времени фиг. Зд), поскольку период напряжения ошибки Р, (i) равен периоду входного сигнала: U2it,)K,.2,(kTg,-g: K,tf e iTex-to|j Uo2, где tjj - время задержки элемента задержки 5. Это свидетельствует о том, что в выходном сигнале блока б выборки-запоминания исключены гармоники входной и выходной частот. ФНЧ 7 подавляет помеху, обусловленную переходным процессом в блоке б выборки-запоминания. Его выходное. напряжение является управляющим для управляемого генератора 8 и изменяет его частоту в соответствии с заIfOHOM изменения входной частоты. Формирователь 10 пилообразного напряжения работает следующим образом. Конденсатор 17 заряжается постоянным током генератора тока 15, в результате чего напряжение на конденсаторе 17 линейно нарастает. Из сигнала, поступающего на вход формирователя 14 импульсов, формируются импульсы, по которым производится выборка пикового значения выходного напряжения усилителя мощности 16. После выборки электронный ключ 18 открывается импульсом с выхода элемента задержки 19 и разряжает конденсатор 17. Напряжение выборки с выхода блока выборки-запоминания 13 сравнивается в дифференциальном усилителе 12 с напряжением на выходе управляемого источника 11 опорного напряжения. В зависимости от разности входных напряжений в дифференциальном усилителе 12 формируется напряжение , управляющее величиной выходного тока генератора тока 15. Таким образом, выходной сигнал усилителя мощности 16 представляет собой пилообразно изменяющееся напрйжение, синфазное с сигналом на входе формирователя 14 импульсов. Амплитуда пилообразного напряжения .задается величиной опорного напряжения управляемого источника 11 и поддерживается постоянной за счет регулирующего .действия цепи отрицательной обратной связи, включающей блок выборки-запоминания 13 и дифференциальный усилитель 12. На вход ФНЧ 7 поступает сигнал, уже не содержащий помехи на частотах входного и выходного сигналов и их гармониках, что позволяет работать с входными частотами, расположенными значительно ниже частоты среза фильтра. Таким образом, в предложенном умножителе частоты значительно расширяется диапазон умножаемых частот при повышении спектральной чистоты выходного сигнала.

ftux.(t}

HjHxjxUix

иг,2

I-fl,.t)