Делитель частоты с переменным коэффициентом деления Советский патент 1985 года по МПК H03K23/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в синтезаторах частот, в цифровых системах автоподстройки частоты, в измерительной технике. . Известно устройство, содержащее последовстельно соединенные каскады, каждый из которых состоит из счетчика импульсов, блока установки, блока управления, дешифраторов, элементов И-НЕ и RS-триггера lj . Хотя это устройство позволяет использовать декады с разным быстродействием при надежном.функционировании устройства, однако при этом оно обладает повышенной сложностью. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее декадный счетчик , выходной и коммутируюсций триггеры и кодирующий блок, выходы которого, являющиеся шинами кода управления, соединены с первыми входами элементов установки исходного состояния Л-входы триггеров коммутирующего и записи подключены к прямым выходам трех первых триггеров декадного счетчика и к цепи обратного переноса старшей декады, входы синхронизации подключены к шине входного тактового сигнала и С-входу первого триггера декадного счетчика,,R-вход коммутирующего триггера - к выходу младшего разряда кодирующего блока, инверсный выход к 3-входу первого триггера декадного .счетчика, а прямой выход выходного триггера - ко вторым входам элементов установки в исходное состояние второго и третьего триггеров декадного счетчика, при этом один из 3-входов четвертого триггера декадного счетчика соединен с выходом своего элемента установки исходного состояния, второй вход которого подключен к цепи обратного переноса старшей декады декадного счетчика,выходы элементов установки второго .и третьего триггеров декадного счетчика соединены с S-входами соответственно второго и третьего триггеров декадного счетчика 2 . Однако известное устройство имеет низкую надежность при совместной работе аналогичных управляемых декад в диапазоне высоких частот входного сигнала устройства. Цель изобретения - повышение на- дежности функционирования устройства при сохранении быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в делитель частоты с переменным коэффициентом деления, содержащий декадный счетчик, триггер записи и коммутирующий триггер, элементы установки второго, третьего и четвертого триггеров декадного счетчика, первые входы которых подключены к соответствующим шинам кода управления, первые 3-входы триггера записи и коммутирующего триггера соединены с прямым выходом первого триггера декадного счетчика, вход синхронизации которого подключен к шине входного тактового сигнала и к входам синхронизации триггера записи и коммутирующего триггера, R-вход которого соединен с шиной младшего разряда кода управления, а инверсный выход - с 3-входом первого триггера декадного счетчика, прямой выход триггера записи подключен ко второму входу элемента установки третьего триггера декадного счетчика, введены выходной триггер и триггер согласования, причем 3-вход выходного триггера соединен с прямым выходом третьего триггера декадного счетчика, а прямой выход - с первым О-входом триггера согласования и с выходной шиной, входы синхронизации выходного триггера и триггера согласования подключены к прямому выходу второго триггера декадного счетчика, второй 3-вход триггера согласования соединен с шиной сигнала записи старшей декады, R-вход триггера согласования подключен к инверсному выходу триггера записи, а прямой выход - ко второму входу элемента установки второго триггера декадного счетчика и к вторым 3-входам коммутирующего триггера и триггера записи, выходы элементов установки второго и третьего триггеров декадного счетчика подключены к соответствующим R-входам этих триггеров, а S-вход четвертого триггера декадного счетчика соединён с выходом элемента установки четвертого триггера декадного счетчика, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера записи. На фиг. 1 изображена электрическая структурная схема деаителя частоты с переменным коэффициентом деления; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу при коде управления 1110 (старший разряд слева) и при минимальном периоде входного тактового сигнала, oпpeдeляe ым быстродействием первого триггера декадного счетчика (временные задержки триггеров условно показаны равными).

Устройство содержит декадный счетчик 1 на триггерах 2-5, элfeмeнты 6-8 установки триггеров 3-5 декадного счетчика 1, коммутирующий .триггер 9, триггер 10 записи, выходной триггер 11, триггер 12 согласования, шину 13 входного тактового сигнала, шины 14 - 17 кода управления, Ешну 18 сигнала записи старшей дekaды и выходную шину 19, первые входы элементов 6-8 подключены соответственно к шинам 15 - 17, первые 3-входы триггера 10 и коммутирующего триггера 9 соединены с прямым выходом триггера 2 декадного счетчика 1, вход синхронизации триггера 2 соединен с шиной 13 и с входами синхронизации триггера 10 и коммутирующего триггера 9, R-вход которого соединен с шиной 14, а инверсный выход - с G-входом триггера 2, прямой выход триггера 10 подключен ко второму входу элемента 7, О-вход выходного триггера 11 соединен с прямым выходом триггера 4, а прямой выход - с первым 3-входом триггера 12 и с выходной шиной 19, входы синхронизации выходного триггера 11 и триггера 12 подключены к прямому выходу триггера 3, второй 3-вход триггера 12 соединен с шиной 18, R-вход триггера 12 соединен-- инверсным выходом триггера 10, а прямой выход - со вторым входом элемента 6 и со вторыми 3-входами триггера 10 и коммутирующего триггера 9, выходы элементов 6 и 7 подключены к R-входам триггеров 3 и 4 соответственно, а S-вход триггера 5 соединен с выходом элемента 8, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 10.

Коммутирующий триггер 9 предназначен для установки заданного кода управления, в первый триггер декадного счетчика без потери быстродействия, под которым понимается максимальная частота входного тактового сигнала, при которой обеспечивается устойчивое функционирование устройства.

Триггер 10 записи вьщает импульсы, по которым посредством соответствующих элементов установки происходит запись числа в третий и четвертый триггеры 4 и 5 декадного счетчика 1 в соответствии с кодом управления.

Выходной триггер 11 предназначен для формирования выходных импульсов

0 устройства, длительность которых постоянно равна шести периодам входного тактового сигнала первой (младшей) декады 6 Т,, , а пауза между ними изменяется в соответствии с управляемым коэффициентом деления К первой (младшей) декады от 4 Тд до (4+К)

TgK.v )

Триггер 12 согласования вьздает

сигнал разрешения на формирование 0 сигналов записи для установки триггеров декадного счетчика 1 в состояния, задаваемые кодом управления. Вьщача сигнала разрешения осуществляется при наличии сигнала записи старшей декады на шине 18 одновременно с переходом выходного триггера 11 в нулевое состояние, т.е. в паузе между выходными импульсами устройства.

После окончания сигнала записи, .. . вьздаваемого триггером 10 записи, триггер 12 согласования обнуляется благодаря наличию связи инверсного выхода триггера 10 записи с R-входом триггера 12 согласования.

Изменение состояний триггеров в мпадшей и старшей декаде происходит по одному и тому же фронту сигнала, поступающего на вход синхронизации каждого триггера (в рассматриваемом случае по заднему).

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на шину 13 импульсов входного тактового сигнала Т (фиг. 2в) в отсутствие сигнала записи старшей декады (фиг. 2) декадный счетчик 1 работает в режиме автономного счета, и с выхода выходного триггера 11 на вход тактового сигнала старшей декады поступают импульсы длительностью 6 Tg, и периодом 10

. Режим автономного счета ,

ществляется до тех пор, пока на шину 18 не придет сигнал записи стар- шей декады, работающей в режиме управляемого счёта. Указанный сигнал, имеет пологие фронты по сравнению с сигналами мпадшей декады, так как быстродействие последней выше быстродействия старшей декады. -Временная задержка t,p, начала формирования сигнала загшси старшей декады относительно заднего фронта импульса входного тактового сигнала этой дека ды (фиг, 2 е,) показана увеличенной по сравнению с. временной задержкой t (фиг, 21)триггеров младшей декады. После прихода сигнала записи старшей декады выходной триггер 11 продолжает находиться в единичном состоянии (фиг. 2 g,) , и по заднему фронту сигнала с прямого выхода второго триггера 3 декадного счетчика 1 (фиг. 2в) триггер 12. согласования переходит в единичное состояние (фиг. 2ц). Одновременно выходной триггер 11 переходит в нулевое состо яние (фиг, 2е). Сигнал с прямого выхода триггера 12 является сигналом разрешения для перехода триггера 10 и коммутирующего триггера 9 в единич ное состояние. Триггер 10 переходит в единичное состояние (фиг. 2у;) по заднему фронту импульса входного так тового сигнала Т g,( (фиг, 2q) при нахождении триггера 2 в единичном состоянии (фиг. 2S). Коммутирующий триггер 9 переходит в единичное состояние лишь в том случае, если на шине 14 присутствует единичный сигнал. При этом на инверсном выходе этого триггера формируется нулевой сигнал (фиг. 2л), который поступает на 3-вход триггера 2, блокируя пер ход этого триггера в единичное состояние по заднему фронту импульса входного тактового сигнала Тц(фиг.2 находящегося внутри нулевого сигнала на инверсном выходе коммутирующего триггера 9. Так как временные диаграммы (фиг, 2) представлены для кода управления 1110 (старший разряд слева), то формирование нулевого си нала на инверсном выходе коммутирую щего триггера 9 (фиг. 2л) показано условно. Дпя выбранного кода управления 1110 коммутирующий триггер 9 остается в нулевом состоянии незави симо от сигналов на его 3-входах, поскольку на R-вход этого триггера постоянно подается нулевой сигнал с шины 14. При этом на инверсном выхо де коммутирующего триггера 9 соотве ственно присутствует единичный сигнал, не оказывающий влияния на рабо ту триггера 2, который продолжает 8 6 работать в автономном режиме (фиг.25). Таким образом, установка триггера 2 . производится без потери быстродейстВИЯ устройства, которое продолжает оставаться равным быстродействию автономного триггера декадного счетчика 1. Коммутирующий триггер 9 и триггер 10 синхронно переходят в единичное состояние. Единичный сигнал с прямого выхода триггера 10 через элементы 7 и 8 (фиг. 2 н) переводит триггеры 4 и 5 в состояние О и 1, соответствующие коду управления (фиг, q), Одновременно нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 10, поступая на R-вход триггера 12, устанавливает его в нулевое состояние, блокируя тем самым повторный переход триггера 10 и коммутирующего триггера 9 в единичное состояние при одном и том же сигнале записи старшей декады. Обнуление коммутирующего триггера 9 и триггера 10 после перехода их в единичное состояние происходит по заднему фронту соответствующего импульса входного тактового сигнала (фиг, 2a,fc, на фиг, 2 версный выход коммутирующего триггера 9 при единичном сигнале на шине 14), Следовательно, длительность единичных сигналов с выходов коммутирующего триггера 9 и триггера 10 равна периоду Т д; . Аналогично может быть сформирован сигнал записи старшей декады (фиг, 2e,s). Установка триггера 3 в нулевое состояние согласно коду управления 1110 (на шине 15 единичный сигнал) осуществляется путем блокировки перехода этого триггера в единичное состояние по заднему фронту очередного импульса с прямоговыхода триггера 2, который находится внутри нулевого сигнала, поданного на R-вход триггера 3 с выхода элемента 6, Формирование указанного нулевого сигнала происходит при поступлении на второй вход элемента 6 единичного сигнала с выхода триггера 12, в результате чего при выбранной структуре декадного счетчика 1 не происходит сбоев при установке триггеров 4 и 5 в заданйые состояния. Установка триггера 3 в еыиничное состояние осуществляется в режиме его автономного счета как.для триггера 2 и также не оказывает влияния на установку последующих триггеров декадного счетчи ка 1. Все это позволяет обеспечить надежную работу всего устройства при простой его структуре. Структура декадного счетчика 1 по сравнению с другими структурами декадных счетчиков обладает минимальным количеством связей при минимальном количестве триггеров, а следовательно, большей надежностью и простотой. Причем быстродействие декадного счетчика 1 равно быстродействию его автономного триггера. .Декадный счетчик 1 работает в стандартном (типовом) коде 1-2-4-8. После установки декадного счетчика 1 в заданное кодом управления состояние младшая декада вновь начинает работать в режиме автономного счета, и цикл совместной работы младшей и старшей декады повторяется. В качестве кода опознавания (записи) младшей декады выбран код 0101 (старший разряд слева). Выбор кода опознавания производится с учетом получения максимально возможного быстродействия устройства. Коэффициент деления устройства из младшей и старшей декад определяется по формуле К 10К2+К,, где К и К2 - коэффициенты деления соответственно младшей и старшей декады в режиме управляемого счета. Коэффициент деле ния К может изменяться от О (автономный счет) до 9. Код управления младшей декады соответствует числу Nijnp K, при fe 7 и Nu К,+6 при .,69. Работа устройства в установившем ся режиме заключается в повторении рассмотренных циклов. При этом с прямого выхода выходного триггера 11 выдаются импульсы длительностью 6Tj,( (фиг. 2о1,е), минимальная пауз между которыми составляет 4Так. В , зависимости от коэффициента деления К младшей декады в режиме управляемого счета пауза между выходными импульсами, поступающими на вход старшей декады, изменяется от 4 Tgj; до (4+К) Tg . Выходным сигна лом всего устройства является сигна записи, выдаваемый с прямого выхода триггера 10, длительность которого равна Tgy,, а период в К раз больше периода Tg,, . Так как быстродействие триггера определяется минимальным периодом T,.j, , где t р - время срабатывания триггера (время перехо 1 88 да из одного состояния в другое), то время срабатывания триггера старшей декады при минимальной паузе его входного тактового сигнала 4 Т по сравнению с временем срабатьшания триггера мпадшей декады может быть увеличено в 4 раза, минимальный период TTO 2tjj, соответственно увеличен в 8 раз, а быстродействие триггера старшей декады и, следовательно, быстродействие старшей декады в целом по сравнению с быстродействием мпадшей декады может быть снижено в 8 раз. Если делитель частоты с переменным коэффициентом деления состоит из нескольких управляемых декад, то в последней декаде на шину18 сигнала записи необходимо подать единичный уровень напряжения. Настройка каждой управляемой декады производится автономно, а при соединении управляемых декад дополнительной отладки устройства не требуется. В качестве старшей декады из двух соседних декад может быть использована декада другой структуры, а также каскад с иным коэффициентом пересчета. При этом должно соблкдаться одно условие; сигнал записи старшего каскада (декады) должен фор№1роваться по тому же фронту (например заднему) входного тактового сигнала этого каскада (декады), по которому работают триггеры младшей декады при подаче на их входы синхронизации своего тактового сигнала, и должен охватывать полностью сигнал входа синхронизации триггера 12, расположенный в пределах выходного импульса мпадшей декады (фиг. 2Ь,,ц). В этом случае пологие фронты сигнала записи старшей декады (каскада) не оказывают влияния на работу младшей декады. Устойчивая работа всего устройства обеспечивается также при выполнении старшей декады -(каскада) на элементах, имеющих .одинаковое быстродействие с элементами младшей декады. Выходным сигналом устройства может быть сигнал записи любой декады (каскада). Из описания и временных диаграмм работы делителя частоты с переменным коэффициентом деления следует, что устойчивая работа мпадшей и старшей декады в любом диапазоне частот входного сигнала устройства организована благодаря формированию выходных импульсов мпадшей декады с временными параметрами, минимально допустимыми по быстродействию для импульсов/ входного тактового сигнала старшей декады, независимо от кода управления, процесса установки декадного счетчика младшей декады в заданное состояние, но согласованно с сигналом записи старшей декады. Такое формирование в отличие от прототипа исключает зависимость выходных импульсов младшей декады от состояния четвертого триггера 5 декадного счет чика 1 (фиг. 1). Кроме того, в отличие от прототипа сигнал записи младшей декады, а следовательно, и сигналы установки триггеров декадного счетчика 1, вьща ются только один раз после прихода одного сигнала записи старшей декады что позволяет обеспечить четкий коэффициент деления всего устройства, равный , где К, и Kj коэффициенты деления младшей и старшей декад в режиме управляемого счета. Быстродействие всего устройства сохраняется равным быстродействию первого триггера декадного счетчика 1 младшей декады, так как процессы установки второго, третьего и четвер того триггеров декадного счетчика 1 происходя в паузе между импульсами с прямого выхода первого триггера (фиг.2 Ь,-г ,ч), а первый триггер 2 декадного счетчика 1 (фиг. 2) устанавливается в единичное состояние в процессе автономного счета, а в нулевое - посредством блокировки ег срабатывания от очередного импульса входного тактового сигнала. Из временных, диаграмм (фиг. 2) видно, что минимальный период входного тактово

/«. 15 № /7 1

18 -.

o

- ftfwoff записи 810 о сигнала младшей декады Тд,,21ц.- . ременные диаграммы приведены для лучая работы младшей декады при максимально возможной (предельной)частоте входного тактового сигнала устойства. Таким образом, за счет введения двух триггеров с минимальным количеством дополнительных логических связей предлагаемое устройство позволяет в отличие от прототипа обеспечивать четкую согласованную работу двух и более последовательно соединенньос управляемьЬс декад, из которых каждая последующая может обладать быстродействием в восемь раз меньшим быстродействия предьщущей декады при сохранении быстродействия всего устройства, равным быстродействию автономного триггера декадного счетчика первой (младшей) декады. Каждая управляемая декада может использоваться в качестве самостоятельного делителя частоты с переменным коэффициентом от 10 (автономный счет) до 19 и настраиваться (проверяться) автономно. После настройки (проверки) каждой управляемой декады в отдельности дополнительной отладки устройства при соединении этих декад не требуется. В общем виде коэффициент деления устройства из п управляемых декад К 10 - К. +. . .-(-10- где К,, К„., , ... К, К - коэффициенты деления декад в режиме управляемого счета. Выходным сигналом всего устройства может являться сигнал записи каждой декады. -к -ю +очо- о -мчочо

ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ДЕЛЕНИЯ, содержащий декадный счетчик, триггер записи и коммутирующий триггер, элементы установки второго, третьего и четвертого триггеров декадного счетчика, первые входы которых подключены к соответствующим шинам кода управления, первые 3 -входы триггера записи и коммутирующего триггера соединены с прямым выходом первого триггера декадного счетчика, вход синхронизации которого подключен к шине входного тактового сигнала и к входам синхронизации триггера записи и коммутирующего триггера, R-вход которого соединен с шиной младшего разряда кода управления, а инверсный выход - с 3-входом первого триггера декадного счетчика, прямой выход триггера записи подключен ко второму входу элемента установки третьего триггера декадного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функхщонирования устройства при сохранении быстродействия, в него введены выходной триггер и триггер согласования, причем О-вход выходного триггера соединен с прямым выходом третьего триггера декадного счетчика, а прямой выход - с первым О-входом триггера согласования и с выходной ттой, входы синхронизации выходного триггера и триггера согласования подключены к прямому выходу второго триггера декадного счетчика, второй 3-вход триггера согласования соединен с шиной сигнала записи старшей декады, R-вход триггера согласования подключен к инверсному выходу триггера записи, а прямой выход - .ко второму входу элемента установки второго триггера декадного счетчика и к вторым Д -входам коммутирующего триггера и триггера записи, выходы элементов установки второго и третьего триггеров декадного счетчика подключены, к соответствующим R-входам этих триггеров, а б-вход четвертого триггера декадного счетчика соединен с выходом элемента установки четвертого триггера декадного счетчика, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера заш-1си.