Устройство для определения момента равенства двух частот Советский патент 1985 года по МПК G01R23/02 

-vl

00

Изобретение относится к области .электроизмерений и может быть использовано в качестве нуль-органов в цифровых приборах, использующих частотно-временное кодирование информации.

Цель изобретения - повьшение надежности путем введения вспомогательных блоков совпадения, позволяющих определить при меньших аппаратурных затратах момент равенства двух частот с той же точностью.

На фиг.1 и 2 приведены структурные электрические схемы устройства и блока совпадений соответственно; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства (для случая двух шкал задержанных импульсов заданной частоты) j, на фиг.А - временная диаrpatyfMa работы блока совпадений.

Устройство содержит формирователь 1 импульсов контролируемой частоты, формирователи импульсов заданной частоты, элемент И 3, а также основной 4.| и вспомогательные блоки совпадений.

Каждый из вспомогательных блоков совпадений, имеющий входы 5 и 6 и вькоды 7 и 8, состоит из секционированной линии 9 задержки, элементов ИЛИ 10 и 11, дифференцирующих цепей и параллельных каналов l3,-l3f, совпадений из элементов И , элементов ИЛИ 1. и , триггеров , ключей 181-18 п и и элементов задержки.

В основном блоке совпадений дифференцирующие цепи и второй элемент ИЛИ, а следовательно, и выход 8, отсутствуют. Выход формирователя 1 соединен с первыми входами блоков 4 4, выход формирователя 2 соединен с вторым входом блока 4,, первые выходы блодсов 4 -4 соединены через элемент 3 с выходом устройства, вторые выходы прёдыдуищх блоков 4 соединены с входами последующих формирователей 2.

В каналах 13 элемент 14, 5-вход триггера 17, линия 9 и ключ 18 соединены последовательно, последовательно соединены и элемент 15, ключ 19, элемент 16 и R-вход триггера 17, второй вход элемента 15 соединен с вторым входом элемента 14, первые входы их соединены между собой. Выходы ключей 18 через элемент 10 соединены с первым выходом

0.1778 ,

7 канала. Первый вход 5 блока соединен с первыми входами каналов, второй вход - с вторым входом первого сигнала, входом линии 9 и цепи 12. 5 Выходы линии 9 соединены с вторыми входами каналов 13,-13|, и через цепи 122-12 и элемент 11 с вто-. рым выходом блока 8. Вторые выходы каналов соединены с третьими входами последующих каналов, а выход канала 13 - с третьим входом канала 1 3 .

В дальнейшем верхним индексом условно обозначают номер блока совпадений, в который входят канал и элемент, а нижним индексом - порядковый их номер внутри блока coвпя7 eний. Например, из обозначения 13следует, что канал 13 совпадений входит в j-й блок совпадений и является в нем -м по счету. Кроме того, количество каналов в блоках может отличаться, т.е. (где П;- количество каналов в j -м 25 блоке совпадений).

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в статике, т.е. при отсутствии сигнала частоты f на входе. Частоту одного из сравниваемых сигналов (имеющую фиксированное, заранее извест.ное значение) называют заданной частотой f , а частоту второго сигнала, изменяющуюся по произвольному заранее неизвестному закону, - контролируемой частотой Ц.

Последовательность импульсов заданной частоты (фиг.Зб) через формирователь 2 у, , формирующий импульсы длительностью (фиг.Зв, 1),поступает на вход 6 вспомогательного, блока 4 совпадений. Далее в последнем (см.фиг.2) указанная последовательность импульсов поступает на вторые входы элементов И 14 и ИЛИ 15 канала совпадений, на вход секционированной линии 9 задержки, а также через дифференцирующую цепь на первьй вход элемента ИЛИ 11. С выходов секционированной линии 9 задержки импульсы заданной частоты, сдвинутые относительно друг друга на время задержки между выходами 55 -fcj 7.,поступают на вторые входы элементов И 14J|-l4j и элементов ИЛИ остальных каналов соответственно. Кроме того, с выходов 2-й линии 9 задержки импульсы заданной частоты через дифференцирующие цепи 12 поступают на входы 2-п элемента ЯЛИ 11, Таким образом, на входах элементов И I4 j-I4j вспомогательного блока 4| совпадений создается шкал сдвинутых во времени (от канала к каналу) импульсов заданной частоты длительностью t (фиг.За, 1-2), полностью перекрывающая период Т 1/fy Далее с выхода элемента ИЛИ 11 блока 4 совпадений(т.е. с выхода 8 последнего) укороченные импульсы частоты (параметры дифференцирующих цепей должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить разделение во времени указанных импульсов), поступают на вход формирователя 2 „, импульсов. Последний формирует прямоугольные импульсы длительностью t,привязанные во времени к фронту поступающих на него импульсов (фиг.Зг, 1). Эти импульсы поступают на вход вспомогательного блока 4 . совпадений, в результате аналогично описанному выше на вторых входах элементов ряда И 14 этого блока сов падений присутствуют импульсы часто ты , длительностью tn,. , образующие шкалу сдвинутых во времени (от канала к каналу) импульсов длитель ностью т , которая полностью пер крывает длительность Т импульсо предьщущёй шкалы (фиг.Зг, 1-4). Для временной диаграммы, приведенной на фиг.З, количество m бло ков совпадений (а следовательно, и количество шкал задержянных импуль сов частоты -) равно двум, количе во каналов вспомогательного блока совпадений также равно двум, а количество каналов основного блока совпадений равно четырем. Таким образом, в устройстве образуются m шкал (соответственно количеству блоков совпадений) сдви нутых во времени (задержанных) импульсов заданной частоты причем длительность импульсов Т шкалы основного блока совпадений, поскол ку она определяет точность устройства, должна быть минимальной. При этом необходимо обеспечить выполнение следующих условий: . где - номер шкалы задержанных импульсов -, длительность импульсов j-й шкалы; время задержки между вьтодами линии задержки у-и шкалы. Для устройства, содержащего m шкал (vv) блоков совпадений) общее количество каналов совпадений S может быть найдено из выражения: . m где f означает округление до большего целого значения, причем -ЫпВ данном случае несущественна нецелочисленность отношений Т г. / If I t: Следовательно, к линиям задержки предъявляется лишь одно требование: v- С -, л.-j Рассмотрим работу устройства в динамике, т.е. при наличии текущей частоты на входе. С выхода формирователя 1 на входы 5 всех блоков совпадений (т.е.. на первые входы элементов И 14 и элементов ИЛИ 15 всех блоков совпадений и всех каналов) поступают импульсы текущей частоты { длительностью Т, (фиг.З, а), причем каждьй из этих импульсов совпадает во времени с соответствующими импульсами частоты во всех без исключения блоках совпадений (в каждом блоке в одном из каналов). Вначале рассмотрим выделение совпадений импульсов частот fi и fj, в одном, например основном, блоке совпадений 4 с помощью временной диаграммы, приведенной на фиг.4, нумерация на которой входных импульсов частоты f и временных осей соответствует позиционным обозначениям элементов на фиг.1 и 2. При поступлении первого импульса частоты |с на вход основного блока совпадений происходит его совпадение во времени с импульсами S частоты fy в двух соседних каналах совпадений, как показано на фиг.4, в первом и втором каналах. Эти совпадения фиксируются элементами И 14 и 14, выходные импульсы которых поступают на входы триггеров 17 и 171 и ключей 18 и 18 соответствен но. Триггеры 171, и 172 перебрасываются во второе устойчивое состояние, что приводит к открьюанию ключей 18, и 18, однако через последние импульсы совпадения (выходные импульсы элементов И 14 и Hj) не проходят, так как выходы триггеров соединены с входами указанных ключей через элементы 20, и задерж ки соответственноt.Для этого время fcа, задержки последних должно-удовлетворять условию: а.Продифференцированньй (ди(})ференцирующая цепь на схеме не показана) импульс с выхода элемента 20 задержки образованный при перебросе триггера 17,, поступает через элемент ИЛИ 16 на второй вход триггера 17 и возвращает его в исходное состояние (чем и устраняется неопре деленность, возникшая при вьщелении канала 13J, совпадений). Следовательно, канал совпадений 13 снова закрыт, а к срабатьшанию подготовлен канал 13. В случае неравенства частот f и f каждое последуюп ее совпадение импульсов текущей и заданной частот происходит в другом элементе И ряда И 14-14 (хотя бы для -одного блоп п ка совпадения). При этом импульс текущей частоты (если ,7 fa,) или импульс заданной частоты (если- ц : Е поступая, через элементИЛИ 15 д, открытый ключ 19.; и элемент ИЛИ 1б. возвращает триггер 17 (и тем самым канал 131) в исходное состояние. Как видно из временной диаграммы на фиг. 4, первым на вход канала 131| приходит импульс частоты f,, и в соответствии с вышеописанным, пройдя далее через элемент ИЛИ 15 и последовательно соединенные открытьй ключ 19, и элемент ИЛИ 16, воз вращает триггер 17 в исходное состояние. При поступлении второго импульса частоты f на вход основного блока совпадений он совпадает с импульсом частоты j в канале 13 совпадений 786 (фиг,4). Работа последнего аналогична вьшеописанной работе канала 13.| совпадений. Такие последовательные во времени срабатьшания каналов совпадений ряда и возврат их в исходное состояние продолжаются до тех пор, пока частоты v совпадут. В этом случае и второе совпадение во времени импульсов текущей и заданной частот произойдет в том же элементе И ряда И 14-14, Так, при поступлении третьего импульса (см,фиг.4) частоты fj, он совпадает с импульсами частоты fj.B четвертом и первом каналах 13 и 13,, совпадений. Работа этих двух каналов аналогична вышеописанной, из чего следует, что канал 13 закрыт и совпадение импульсов ожидается в канале 134. При поступлении четвертого импульса частоты он вновь совпадает с импульсами частоты f в четвертом и первом каналах совпадений. Однако канал 13 закрыт, поэтому импульс совпадения с выхода элемента И 14 поступает на вход триггера 17, подтверждая его состояние, и через открытый ключ 18 и элемент ИЛИ 10 на выход 7 блока совпадений и далее на вход элемента И 3 (фиг.1). Импульс с выхода элемента ИЛИ 15, пройдя через открытый ключ 194 и элемент ИЛИ 16,, вновь возвращает триггер 17 в исходное состояние. Необходимьй сдвиг во времени между поступлением на входы триггера 17 импульса С выхода элемента И 14 и импульса с выхода элемента ИЖ 15 обеспечивается естественной (или предусмотренной) временной задержкой последовательной цепи из ключа 19 и элемента ИЛИ 16. Одновременно с выделением совпадений импульсов частот -Ё и в основном блоке совпадений таким же образом выделяются указанные- совпадения и во всех остальных блоках устройства, В случае равенства частот , и f., в соответствии с вышеописанным на выходах 7 всех блоков совпадений присутствуют импульсы, которые приводят к срабатыванию элемента И 3, т,е, , . Таким образом, погрешность опрееления момента равенства частот предлагаемым устройством чэпределяется значением длительности T. импульсов , совпадения которьк вьщеляются в основном блоке совпадений, т.е. точность и быстродействие оста ются такими же, как и у прототипа. В то же время, ,в отличие от прототипа, в котором реализован параллельный принцип образования шкалы импульсов частоты f, , в предлагаемом устройстве с помощью дополнительно введенных (m-l) вспомогатель ных блоков совпадений и (т-1) формирователей импульсов частоты fa.pea линован параллельно-последовательный принцип формирования указанной шкалы. Следовательно, в каждом блоке совпадений до поступления на вхо устройства импульсов частоты f создается своя шка;ла импульсов частоты f определенной длительности, приче начало каждого импульса шкалы следу ющего блока совпадений является началом всей шкалы предыдущего блока совпадений (фиг.З). Таким образом, сформированная первоначально шкала импульсов частоты я, с длительность Т, последовательно преобразуется в шкалу с длительностью Т . Применение предлагаемого устройства позволяет снизить количества необходимых каналов совпадений. Так предположим, что в устройстве имеется лишь два блока совпадений (основной и дополнительный 42) и два формирователя импульсов заданной частоты (2 и 2,,). Предположим также, что 0, MГцJ ti, 5 10с; г- ,ij4-A ч . у ,v , . , .10-«c-, Ц,., t.Ti Тогда в соответствии с (3) Ту Г, 10- ,.5.10- „ Ч Г5-10-« 5-10-3-20+10-30 При наличии в устройстве трех блоков совпадений и трех формирователей импульсов заданной частоты в случае ,5 -ЮЭ c-,ij,,2- 10 с и fci, 10-с в соответствии с (3) 1o- 10 с - I . 1 Q Ю- 2 -10-« 5-10-9 Формула изобретения 1. Устройство для определения момента равенства двух частот, содержащее формирователи импульсов ко .тролируемой и заданной частот и основной блок совпадений, первый и второй входы которого соединены с выходами формирователей импульсов 788 контролируемой и заданной частот соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены (т-1) формирователей импульсов заданной частоты (т-1) вспомогательных блоков совпадений и элемент И, причем первые входы вспомогательных блоков совпадений подключены к формирователю импульсов текущей частоты, выходы формирователей импульсов заданной частоты соединены с вторыми входа 1и соответствующих по номерам вспомогательных блоков совпадений, входы - с вторыми выходами предыдущих вспомогательных блоков совпадений, первые выходы всех блоков совпадений соединены с входами элемента И, выход которого соединен с выходной шиной. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что, вспомогательные блоки совпадений содержат секционированную линию задержки, два элемента ИЛИ, п дифференцирующих цепей и п каналов совпадений, каждый канал совпадений состоит из последовательно соединенных элемента И, триггера, элемента задержки и первого ключа, а также последовательно соединенных первого элемента ИЛИ, второго ключа и второго элемента ИЛИ, выход элемента задержки подключен к второму входу второго ключа, выход элемента И - к второму входу первого ключа,, соединенные между собой первые входы первого элемента ИЛИ и элемента И, соединенные между собой вторые входы первого элемента ИЛИ и элемента И, второй вход второго элемента ИЛИ является соответственно первым, вторым и третьим входами каналов совпадений, а выходы элемента задержки и первого ключа являются соответственно первым и вторым выходами каналов совпадений, первые входы всех.каналов совпадений соединены между собой и с первым входом блока совпадений, вход секционированной линии задержки,.вход первой дифференцирующей цепи и второй вход первого канала совпадений соединены между собой и с вторым вхоДом блока Совпадений, выходы секционированной линии за,чержки соединены соответственно с вторыми входами остальных каналов совпадений и входами 2-ti дифференцируюТцих цепей, первый- выход предыдущего и третий вход последующего и первый выход последнего и третий вход первого каналов совпаденийсоединены между собой, а вторые выходы всех каналов совпадений соединены с входами первого

элемента ИЛИ, вькод которого соединен с первым вькодом вспомогательного блока совпадений, выходы дифференцирующих цепей через второй элемент И соедиенны с вторьм выходом вспомогательного блока совпадений .

Изобретение относится к области электроизмереийй и может быть иcпbль зоаано в качестве нуль-органов в цифровых приборах, использующих частотно-временное кодирование информации. Цель изобретения - повьшение надежности - достигается введением в устройство, содержап ее формирователь импульсов, логические и ключевые элементы, двух элементов совпадения, позволяющих определить при меньших аппаратурных затратах момент равенства двух частот с той же точностью, что и в прототипе. Погрешность определения момента равенства частот в данном устройстве определяется значением длительности импульсов, совпадения которых фиксируются рсновньнч блоком совпадений. При этом точность и быстродействие устройств остаются такими же, как и в i прототипе. Особенности работы устройства поясняются в описании изобре(Л тения функциональными схемами и временными диаграммами. 1.з п.ф-лы, 4 ил.