Умножитель частоты Советский патент 1984 года по МПК G06F7/52 H03K23/00 

. f Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для деления повторяющихся одинаковых по длительности или медленно изменяющихся временных интервалов на целое число равных частей. Известны умножители частоты, построенные на элементах цифровой техники, которые содержат генераторы тактовых импульсов, счетчики, регист ры и логические схемы сравнения l. Недостаток этих умножителей частоты состоит в том, что в их выходном сигнале присутствует паразитная частотная модуляция. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход через делитель частоты - с выходной шиной, к которой подключен выход управляемого делителя частоты, выполняющего функцию преобразователя код - временной интервал. В состав устройства входят также генератор импульсов, триггер, счетчик, реверсивный счетчик и элемент И С2, Недостатком известного устройства яйляется низкая точность, которая обусловлена паразитной модуляцией выходных импульсов, так как в процессе изменения кода реверсивного счетчика, который подключен к управляющим входам управляемого делителя частоты, изменяется период выходных импульсов (этот эффект особенно силь но сказывается при больших значениях коэффициента умножения частоты). Недостатком известного умножителя частоты является также малое быстродействие , которое обусловлено тем, что величина приращения кода в реверсивном счетчике в каждом периоде ограничена, поэтому при скачках входной частоты переходной процесс в умножителе частоты длитйя несколько периодов . Целью изобретения является повыш ние точности при одновременном повы шении быстродействия. Поставленная цель достигается те что в умножитель частоты, содержащи преобразователь код - временной интервал, выход которого является вы.ходом устройства, делитель частоты 48,2 и Измеритель рассогласования, первый вход которого через делитель частоты соединен с выходом устройства, дополнительно-введены первый и второй преобразователи временной интервал код и сумматор, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами соответственно первого и второго преобразователей временной интервал - код, а выходы - с управляющими входами преобразователя код временной интервал, при этом вход первого преобразователя временной интервал - код соединен с вторьтм входом измерителя рассогласования, а вход второго преобразователя временной интервал - код соединен с выходом измерителя рассогласования, выход знака которого подключен к входу управления сумматора, а вход через формирователь импульсов - к входу устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема умножителя частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Умножитель частоты содержит последовательно соединенные формирователь 1 импульсов, преобразователь 2. временной интервал - код, сумматор 3, преобразователь 4 - временной интервал, а также измеритель 5 рассогласования, делитель 6 частоты и преобразователь 7 временной интервал - код. При этом первый вход измерителя 5 подключен к выходу формирователя 1 импульсов, а второй вход через делитель 6 частоты соединен с выходом преобразователя 4, который одновременно является выходом устройства. Первый выход измерителя 5 рассогласования через преобразователь 7 связан с вторыми входами сумматора 3, а его второй выход - с выходом знака сумматора 3. Отметим, что наличие формирователя 1 необходимо только в том случае, если входной сигнал не приведен к уровням сигналов логического нуля и единицы. Если входной сигнал поступает с выходов логических схем, то его можно подавать на входы преобразователя 2 и измерителя 5 рассогласования непосредственно. Преобразователь 2 состоит из тактового генератора 8, период выходных импульсов которого равен Т|, счетчика 9 импульсов, счетный вход которого подключен к выходу генератора 8, регистра 10, входы которого соединены с выходами счетчика 9, а выходы являются выходами преобразователя 2, и блока 11 синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи регистра 10, а второй йход - с входом установки в О счетчика 9. Преобразователь 4 состоит из тактового генератора 12, период выходных импульсов которого равен Тл, и управляемого делителя 13 частоты; счетный вход которого соединен с выходом генератора 12, а управляющие входы являются входами преобразователя 4. Преобразователь 7 состоит из тактового генератора 14, период выходных импульсов которого равен Т, счетчика 15 импульсов, счетнь1й вход которого через элемент И 16 соединен с выходом генератора 14, регистра 17 входы которого соединены с выходами счетчика 15, а выходы являются выходами преобразователя 7, и блока 18 синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи регистра 17 а второй выход - с входом установки в О счетчика 15, при этом вход блока синхронизации объединен с вторым входом элемента И 16 и является входом преобразователя 7. Как видно из фиг. 1, преобразователь 7 в отличие от преобразователя 2 имеет дополнительно элемент И. Введение этого элемента обусловлено тем, что пре образователь 2 измеряет период входного сигнала, т.е. длительность интервала времени от переднего фронта (i-1) периоде до переднего фронта в t-M периоде выходного сигнала формирователя 1, а преобразователь 7 измеряет длительность интервала времени от переднего фронта до заднегр фронта сигнала на выходе измерителя 5 рассогласования. Суммат(рр 3 является комбинационны и передает сумму или разность кодов Х идХ, которые зафиксированы в регистрах 10 и 17, на управляющие входы преобразователя 4. Изменение кодов Х и лХ происходит практически мгновенно при подаче на входы записи регистров 10 и 17 соответствутощих сигналов. Устройство работает следующим образом. 484 Пусть в исходном состоянии выходной код преобразователя 7 дХ равен нулю. Формирователь 1 вьщеляет переходы через нулевой уровень входного сигнала, например, при его возрастании. Длительность временного интервала Тх между выходными импульсами формирователя 1 преобразуется преобразователем 2 в код 1 , величина кванта времени преобразователя 2. Код X -1 проходит через сумматор : и поступает на преобразователь 4, который преобразует код Х( во временной интервал Tvi7- i1 где Т - дискретность представления: временных интервалов прёобразователем 4. Т и Тп связаны соотноВеличинышением Т NT, .где N козффициент умножения частоты. , Таким образом, период следования выходных импульсов умножителя частоты равен -- . Выходные импульсы умножителя частоты поступают на вход делителя 6 частоты, в качестве которого может использоваться счетчик, емкость которого равна коэффициенту умножения частоты N. Следовательно, через время, равное на выходе делителя 6 частоты появляется импульс, который поступает в измеритель 5 рассогласования. Измеритель 5 сравнивает моменты появления импульсов на выходе формирователя 1 и на выходе делителя 6 частоты и формирует сигнал, длительностью которого ДТ равна временному интервалу между этими импульсами, и сигнал, поступающий на шину знака сумматора 3. Если раньше появился импульс на выходе формирователя 1, то сумматор 3 переключается в режим Вычитание, если раньше появился импульс на выходе делителя 6 частоты, то сумма51тор 3 переключается в режим Сложение . Выходной сигнал йТ преобразователь 7 преобразует в код дх дт/т. Этот код суммируется с кодом Х ( с учетом знака). Сумма кодов .преобразвется преобразователем 4 в последовательность импульсов, перио следования которых равен ()Т далее повторяется весь цикл работы устройства. Но теперь длительность сигнала йТ уменьшилась. Это происходит вследствие того, что если раньше появился импульс на выходе формирователя 1, то длительность периода следствия выходных импульсо умножителя частоты уменьшается, что приводит как бы к остыванию выход ных импульсов делителя 6 частоты, так что в конце концов они совместятся с импульсами формирогателя 1 И наоборот, если раньше появился импульс на выходе переполнения делителя 6, то длительность периода следования выходных импульсов умножителя частоты увеличивается, при этом выходные импульсы делителя 6 частоты как бы догоняют импульсы формирователя 1 и в конце концов также совмещаются с ними. Если длительность периода входного сигнала Т, постоянна, то посл совмещения выходных импульсов формирователя 1 и делителя 6 частоты длительность сигнала AT на выходе измерителя 5 рассогласования равна нулю, соответственно код ДХ также равен нулю. Если длительность периода входного сигнала изменяется во времени (например, при колебаниях частоты) то измеритель 5 рассогласования вырабатывает сигналы ДТ, длительность которых равна разности длител ностей двухсоседних периодов вход ного сигнала. Рассогласование ДТ (Отрабатывается так, как было рассмотрено. На фиг. 2а, 8 , Ь , г , Q приведен соответственно, входной сигнал, вы ходной сигнал формирователя 1, выходной сигнал преобразователя 4 ко временной интервал, выходной сигнал делителя 6 частоты и выходной сигнал измерителя 5 рассогласовани На фиг. 2е показаны заказы изменен текущей фазы выходного сигнала делителя 6 частоты (сплошная линия) выходного сигнала формирователя 1 (пунктирная линия). Условно принято, что частота входного сигнала скачком увеличивается в момент времени i и скачком уменьшается в момент времени i|j. Этимизменениям частоты соответствует изменение угла наклона закона изменения текущей фазы выходного сигнала формирователя 1(фиг.26). В интервале времени L с 1 умножитель частоты работает в установившемся режиме, так как длительность периода входного сигнала Т не изменяется. Выходные импульсы умножителя частоты (фиг. 2Ь), период следования которых равен Tj(/N (на фиг. 2N 4), поступает на вход делителя 6 частоты. При этом текущие фазы выходных сигналов делителя 6 частоты и формирователя 1 совпадают, так как совпадают их передние фронты (фиг. 25, I €), следовательно, сигнал на выходе измерителя рассогласования отсутствует, т.е. . После того, как в момент времени f, частота входного сигнала скачком изменилась, период следования выходных импульсов умножителя частоты (фиг. 26) не изменяется в течение времени Тх после момента времени. Это объясняется тем, что преобразователь 2 временной интервал - код изменяет код на выходе только в момент перехода входного сигнала через нулевой уровень, т.е. на переднем фронте выходного сигнала формирователя 1. Поэтому текущая фаза выходного сигнала делителя 6 частоты продолжает изменяться с прежней скоростью, которая была в интервале времениЬ t и, в то время,как скорость изменения текущей фазы входного сигнала, т.е. частота, изменилась в момент времени i. Следовательно, моменты появления передних фронтов выходных сигналов делителя 6 частоты и входного формирователя 1 не совпадают. Временной интервал между передними фронтами указанных сигналов (фиг. 2д) вьделяется при помощи измерителя 5 рассогласования. Так как частота входного сигнала увеличилась, то раньше будет передний фронт выходного сигнала формирователя 1. Поэтому измеритель 5 рассогласования на выходе формирует сигнал Минус, т.е. величина дТ считается отрицательной. Это приводит к уведичению частоты выходных импульсов умножителя частоты - уменьшению периода их следования (фиг. 26), что соответствует увеличению скорости изменения текущей фазы выходного сигнала делителя 6 частоты (сплошная линия на фиг. 2в). На следующем периоде передние фронты выходных сигналов делителя 6 частоты и формирователя 1 совпадают, поэтому величина ЛТ 0. Далее умножитель частоты работает в установившемся режиме.

Аналогично умножитель частоты работает при уменьшении частоты входного сигнала в момент времениi. Однако теперь раньше будет передний фронт выходного сигнала делителя 6

частоты, плэтому измеритель 5 рассогласования на выходе 5iOn А формирует сигнал Плюс, т.е. величина ДТ считается положительной.

I Таким образом, предлагаемый умножитель частоты по сравнению с известным позволяет повысить точность, так кик внутри периода входного сигнала

входной код преобразователя 4 не изменяется, а также повысить быстродействие, так как рассогласование ДТ отрабатывается за один период входного сигнала. Эти положительные качества предлагаемого устройства позволяют использовать его для умножения частоты сигналов с изменяющимися во времени параметрами.

Т1

I

«

.

/Ч / УЧ

v- Vif

I ШВ I i 111«

n m m

n

f

хгГчХЧ/

V/ V

illl I i

1-i

t

JTL.

UT70