Умножитель частоты Советский патент 1985 года по МПК G06F7/68 

Изобретение относится к автомати измерительной и вычислительной технике, предназначено для умножения частоты электрических сигналов в широком диапазоне частот и при значительных изменениях коэффициентов умножения и может найти применение в частности, в фазометрах, частотомерах и фазорегуляторах. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона частот. На чертеже изображена блок-схема умножителя частоты. Устройство содержит формировател 1 импульсов, блок 2 управления, фазовый детектор 3, генератор 4 такто вых импульсов, первый и второй ключи 5 и 6, первый и второй счетчики 7 и 8, первый и второй регистры 9 и 10, третий счетчик 11, делитель 1 частоты, фильтр 13 нижних частот, управляемый генератор 14 импульсов и коммутатор 15. Блок 2 управления содержит первый и второй элементы И 16 и 17, первый и второй формиров тели 18 и 19 импульсов сброса и с первого по третий триггеры 20-22. Выход генератора 4 подключен к сигналь)1ым входам ключей 5 и 6, выходы которых соединены со счетчиками входами счетчиков 7 и 8 соответстве но. Коммутатор 15 подключен выходом к установочному входу счетчика 11, соединенного выходом с выходной шиной умножителя частоты, входом упра ления установкой кода счетчика 11 и с входом делителя 12 частоты. Делитель 12 подключен выходом к перво му входу фазового детектора 3, соединенного вторым входом с выходо формирования 1 импульсов, а выходом с входом фильтра 13 нижних частот. Выход фильтра 13 через управляемый генератор 14 соединен со счетным входом счетчика 11, Вход формирователя 1 подключен к шине ввода умножаемой частоты. Выходы формирователей 18 и 19 подключены к входам обнуления счетчиков 7 и 8 соответст венно. Вход формирователя 18 соединен с выходом элемента И 16, входом разрешения записи регистра 9 и с вх .дом обнуления триггера 20 (RS-типа) Триггер 20 подключен входом установ ки в единицу к выходу элемента И 17 входу разрешения записи регистра 10 и к входу формирователя 19, а выходом - к управляющему входу коммутатора 15. Коммутатор 15 соединен информационным входом с выходами регистров 9 и 10, информационные входы которых подключены к выходам счетчиков 7и 8 соответственно. Элемент И 16 соединен первым входом с выходом триггера 21 (D - типа) и с первым входом элемента И 17, а вторым входом - с управляющим входом ключа 6 и с инверсным выходом и информационным входом триггера 22 (D - типа). Триггер 22 соединен прямым выходом со вторым входом элемента И 17 и с управляющим входом ключа 5, а синхронизирующим входом - с выходом формирователя 1 и информационным входом триггера 21, подключенного синхронизирующим входом к выходу счетчика 11, Умножитель частоты работает следующим образом. Формирователь 1 преобразует входной сигнал к нормированному значению логических уровней и длительности перепада. Предположим, что триггер 22 изменяет свое состояние под воздействием, например, положительного перепада напряжения формирователя 1. Пусть в исходном состоянии, до поступления импульсов с формирователя 1, триггер 22 находится в состоянии логического нуля, 8этом случае ключ 6 открыт, а ключ 5 закрыт, С приходом первого (и каждого последующего нечетного) положительного перепада триггер 22 устанавливается в состояние логической единицы, открывая ключ 5 и закрывая ключ 6. При этом на выходе триггера 22 .формируется импульс, длительность которого равна длительности первого входного сигнала. Этот интервал времени измеряется при помощи схемы измерения длительности нечетных периодов, состоящей из ключа 5, счетчика 7, формирователя 18 импульсов. Квантующие импульсы генератора 4 с нормированньм периодом Тр через ключ 5 поступают на счетный вход счетчика 7. Соотношение частот t генератора 4 тактовых импульсов и fyp управляемого по частоте генератора 14 определяется заданным коэффициентом умножения частоты K,. f у /f гти Частота генератора 4 тактовых импульсов €рт выбирается исходя из требования обеспечения необходимой разрешающей способности при квантовании минимальной длительности периода входного сигнала, соответству ющей верхней границе диапазона раб чих частот умножителя частоты. Вариация дискретного значения коэффициента умножения частоты осуществляется путем изменения номинал ного значения частоты управляемого генератора 14 в пределах допустимого быстродействия счетчика 11 схемы деления периода сигнала. В течение первого периода сигнала Тег Си каждого последующего несчетчик 7 фиксичетного Т рует некоторое количество импульсов Jc(ziM) Т сСгЬО гти . ,. где , 1 , 2, 3,... После окончания периода сигнала Tj.. триггер 22 устанавливается в сос тояние логического нуля,выходной ко счетчика 7 заносится в регистр 9 и далее через коммутатор 15 поступает на предустановочный вход счетчика 1 Этот счетчик, работающий после пред установки в режиме вычитания,осущес вляет деление периода входного сигнала или (что то же самое) умножени его частоты. Через интервал времени.ь, следу ющий после окончания положительного полупериода первого сигнала Т (и каждого нечетного периода сигнала (7.itO счетчик 7 обнуляется выходным импульсом формирователя 18 и к началу третьего (и любого нечетного периода) входного сигнала всегда будет находиться в исходном нулевом состоянии. Формирователь 18 запускается отрицательным перепадом выходного сигнала элемента И 16 и генерирует импульс установки в ну счетчика 7 через время c/j , определяемое параметрами цепей формиров теля 18. На счетный (вычитающий) вход сче чика 11 поступают импульсы от управ ляемого генератора 14. После прохождения N, импульсов генератора 14 счетчик 11 устанавливается в нулевое состояние и форми рует импульс, с помощью которого код N) вновь заносится в счетчик 11 через его предустановочные входы. Этот процесс циклически повторяется в течение длительности всего второго периода входного сигнала умножителя частоты Т . Таким образом, в течение второго периода входного сигнала на выходе счетчика 11 сформи ровано Кц„ импульсов по результатам измерения длительности первого периода. Одновременно в течение второго (и каждого четного) периода измеряется его длительность при помощи схемы измерения длительности четных периодов, состоящей из ключа 6, счетчика 8 и формирователя 19. Эта схема аналогична схеме измерения длительности нечетных периодов входного сигнала. По окончании второго TC (и каждого четного Т периодов в счетчике 8 фиксируется код В этот же момент времени, соответствующий началу третьего периода, положительным перепадом напряжения (от уровня логического О к уровню логической 1) с выхода формирователя 1 триггер 22 возвращается в состояние логической единицы, подготавливая к срабатыванию Элемент И 17. Тот же запускающий перепад формирователя 1 (уровень логической 1) подается на информационный D-вход триггера 22. Этот уровень логической единицы заносится в триггер 21 после, окончания выходного импульса счетчика 11, подаваемого на счетный вход того же, т.е. его положительным перепадом. Выходной сигнал триггера 21 открывает элемент И 17, выходным перепадом напряжений которого код. счетчика 8 заносится в регистр 10. В исходное нулевое состояние триггер 21 возвращается в другом полупериоде входного сигнала (т.е. после появления уровня логического О на выходе формирователя 1) положительным перепадом первого после смены логических уровней формирователя 1 выходного импульса счетчика 11. Выходным отрицательным перепадом триггера 21 запускается формирователь 19, устанавливающий счетчик 8 в нуль.

Триггер 20 измен|1ет состояние своих выходов в моменты переписи информации в регистры 9 и 10 и управляет работой коммутатора 15. С появлением логического О на прямом выходе триггера 20 к выходу коммутатора 15 подключается выход регистра 9, ас появлением логической единицы - выход регистра 10.

Таким образом, предлагаемый умножитель частоты позволяет повысить точность и расширить диапазон умножаемых частот за счет уменьшения составляющих погрешности, обусловленных переходными процессами при

предварительных установках кодов в схемах изменения длительности периода сигнала умножаемой частоты и деления периода. Это улучшение достигается за счет выноса переходных процессов за пределы рабочего цикла схем измерения и деления периода, для чего обнуление счетчиков измерения периода выполняется в середине нерабочего цикла, а смена информации на установочном входе счетчика деления периода осуществляется только после начала цикла деления периода на интервале времени, когда переходной процесс не оказывает влияния на работу устройства.

УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий блок управления, генератор тактовых импульсов, подключенный выходом к сигнальным входам первого и второго ключей, выходы кото рых соединены со счетными входами первого и второго счетчиков соответственно, и коммутатор, подключенный выходом к установочному входу третьего счетчика, соединенного выходом с выходной шиной умножителя частоты, с входом управления установкой кода третьего счетчика и с входом делителя частоты, подключенного выходом к первому входу фазового детектора, соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов, а выходом - с входом фильтра нижних частот, подклю ченного выходом через управляемый генератор импульсов к счетному входу третьего счетчика, причем вход формирователя импульсов соединен с шиной ввода умножаемой частоты, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности и расширения диапазона частот, в умножитель частоты дополнительно введены два регистра, а блок управления со-. держит три триггера, два элемента И и два формирователя импульсов сброса, подключенные выходами к входам обнуления первого и второго счетчиков соответственно, причем вход первого формирователя импульсов сброса соединен с выходом первого элемента И, с входом разрешения записи первого, регистра и с входом обнуления первого триггера, подключенного входом установки в единицу к выходу второго элемента И, к входу разрешения записи второго регистi ра и к входу второго формирователя (Л импульсов сброса, а выходом - к управляющему входу коммутатора, соединенного информационными входами с выходами первого и второго регистров,информационные входы которых подключены к выходам первого и второго счетчиков соответственно, причем первый элемент И соединен первым входом с ходом второго триггера и с первым входом второго элемента И, а вторым Од входом - с управляющим входом второго ключа и с инверсным выходом и информационным входом третьего триггера, подключенного прямым выходом к второму входу второго элемента Инк управляющему входу первого ключа, а синхронизирующим входом - к выходу формирователя имульсов и к информационному входу второго триггера, соединенного синхронизирующим входом с выходом третьего счетчика.