Цифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов Советский патент 1986 года по МПК H03K5/156 

ных импульсов. Для достижения цели.в устройство, состоящее из образцового высокочастотного импульсного генератора 1 преобразователя 2 код-частота, ш-фазных распределителей 7 и 8 импульсов, элементов 9-1, 9-2,...9-т совпадения, элемента 10 сложения, введены п-разрядньм счетчик 5 импульсов, преобразователь 6 код-напряжени шина 4 управления, триггер 12, элемент 11 совпадения, генератор 13 пи- пообразного напряжения, формирователь 15 импульсов и компаратор 14. Устройство содержит также шины 3 логического нуля и 16 выходны ; импульсов устройства. Введенные элементы обеспечивают стабилизацию фазы имI

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в 15гй.диоприемиых и передающих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частотно-преобразующих узлах храни- телей времени, а также в других устройствах для введения малой поправки к частоте следования импульсов образцового генератора. .

Целью изобретения- является новы- шение кратковременной стабильности интервала следования выходных им- пульсои за счет линейно изменяющейся задержки импульсов,

На,фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на выходах; на фиг-. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип линейна меняющейся задержки; на фиг.4 - временные диаграммы сигналов.

Схема устройства содержит образ- цовьй высокочастотный генератор 1, преобразователь код-частота 2, шину логического нуля, шину: i управления, п-разряднь й счетчик 5 импульсов преобразователь 6 код-напряжение, га-фаз вне распределители 7 и 8 импульсов, элементы 9ri, 9-2,...,9-m и 11 совпа дения, элемент 10 логического сложе- ния, триггер 12, генератор 13 пилообразного напряжения, компаратор 14,

пульсов при передаче их с выхода элемента 11 совпадения на шину 16 выходных импульсов. Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса на величинуТб , зависящую от его номера в пачке. В устройстве для смещения Ti выходных импульсов к моментам времени используется принцип линейно меняющейся задер7кки. Сущность его заключается в сравнении двух пилообразных напряжений одинаковой амплитуды - быстрой пилы и медленной пилы. Последовательность импульсов на выходе компаратора 14 близка к идеальной, но отличается от нее наличием паразитной модуляции фазы выходных импульсов, 4 ил.

формирователь 15 импульсов, шину 16 выходных импульсов устройства.

Приведены временные диаграммы сигналов на выходах (фиг.2) образцового высокочастотного генератора f (О.), , 2, m m-фазного распределителя 7 импульсов (о , 6 ,2 ), преобразователя 2 код-частота (), старшего разряда п-разрядного счетчика 5 импульсов (-) 1, 2, m m-фазного распределителя. 8 импульсов (ж, Ц J, К ) , элемента 10 логического сложения (А), элемента 11 совпадения (м).

Временные диаграммы (фиг.З,) поясняют принцип линейно меняющейся задержки : импульсы запуска быстрой пи- лы (Q ), напряжения быстрой и медленной пилы (Б), задержанные импульсы относительно импульсов запуска быстрой пи- аы (6).

временные диаграммы сигнал ов (фигр4)гна выходе преобразователя 2 код-частота (и.) , на выходе элемента 11 совпадения (О, на входах компаратора 14 СЕ), на выходе компаратора 14 (l)у на шине 16 выходных импульсов устройства (д),,

Устройство содержит образцовый высокочастотньй генератор 1, подключенный к )зх оду тактирования преобра- 3OBaTej H 2 код-частота, входы разрядов которого с весами 2 связань

25

с шиной 3 логического нуля, а с весами 2 -2 i - с шиной 4 управления. Выход преобразователя 2 код-частота связан со счетным входом п-разряд- ного счетчика 5 импульсов. Выходы разрядов п-разрядного счетчика 5 импульсов .соединены с информационными входами преобразователя 6 код-напряжение. Входы ш-фазных распределителей 7 и 8 импульсов подключены к выходу соответственно образцового высокочастотного генератора 1 и старшего разряда п-разрядного счетчика 5 импульсов. Все первые и вторые входы элементов 9-1, 9-2,..., 9-ni совпадения соединены соответственно с выходами га-фазных распределителей 7 и 8, импульсов. Выходы элементов 9-1, 9-2,..., 9-П1 совпадения соединены с входами элемента 10 логического сложения. Дополнительный элемент 11 совпадения первым и вторым входами свя- зан с выходами соответственно образцового высокочастотного генератора 1 и элемента 10 логического сложения, а выходом - с входом запуска триггера 12, единичный выход которого соединен с входом генератора 13 пилооб- разного напряжения.Компаратор 14 первым и вторым входами связан с выходами соответственно преобразователя 6 код-напряжение и генератора 13 пилообразного напряжения,а выходом - с входом сброса триггера 12 и через, формирователь 15 импульсов - с шиной 16 выходных импульсов.

Устройство работает следукщим образом.

В исходном состоянии триггер 12

и п-разрядный счетчик 5 импульсов 40 установлены в нулевое состояние. На шину 3 логического нуля постоянно подан нулевой потенциал. На шину 4 управления подают код (например, двоичный) , соответствующий низкой час- 45 тоте F. Подача кода частоты F только

на вход старших разрядов преобразователя 2 код-час у ста при сохранении нулей на п младших его разрядах эквивалентна умножению числа F на число 50 N. Поэтому фактически в преобразователь 2 код-частота введен код числа NF, где N 2.

После запуска устройства импуль- сы образцового высокочастотного гене-.55 ратора 1 с частотой f .поступают на вход т-фазного распределителя 7 импульсов, который формирует ш-фазньй

30

35

t5

20

5

0

10

0

сигнал с частотой Г. (фиг,2Ь , f) , 2, ) . Одновременно импульсы образцового высокочастотного генератора 1 тактируют преобразователь 2 код-частота, который формирует последовательность импульсов с частотой NF (фиг.2й). В п-разрядном счетчике 5 импульсов эта частота делится в N раз (фиг.2е.). Импульсы с частотой F 1/Т поступают на вход т-фазного распределителя 8 импульсов, который формирует т-фазный сигнйл с часто- F/m (фиг.. Ц, к;). Элементы 9-1, 9-2,..., 9-т совпадения поочередно открываются импульсами соответственно с 1, 2, ..., ш-го выхода т-фазного распределителя 8 импульсов . Таким oбpaзoм за один период Тцц I/FHM импульсов т-фазного распределителя. 8 элементы 9-1,9-2,.,. 9-т совпадения формир5тот поочередно 1, 2,..., т-ю пачку, высокочастотной последовательности импульсов. Все пачки импульсов имеют длительность . В элементе 10 логического сложения формируется последовательность пачек (фиг.2Л ), в которой пачки следуют с периодом Т. Причем средняя частота импульсов на выходе элемента 10 логического сложения за период

5

равна FCP , , Для случая

вычитания (фиг.2/, эпюра) в результате ступенчатого прирашения фазы первая пачка сдвигается в сторону запаздьгоания на TO, вторая - на 2Тв и т.д., а т-я пачка -.на тТс . Так как внутри пачек импульсы следуют с постоянным периодом тТо, то сдвиг ш пачки на время тТо означает, что количество импульсов в ней уменьшилось на один, импульс. В результате средняя частота уменьшается Fg- ,}.. Рц . Аналогично можно пояснить получение Fcp для случая сложения частот. Элемент 11 совпадения служит для привязки временного положения импульсов на выходе элемента 10 логического сложения к импульсам образцового высокочастотного генератора 1 (фиг.2м-). Это необходимо для исключения нестабильной задержки импульсов при их передаче от образцового высокочастот-: ного генератора 1 к входу элемента 1 совпадения. Импульсы смещаются на Т, (фиг.2м ).

Таким образом, последовательность импульсов на выходе элемента 11 сов512

падения имеет низкую стабильность мгновенной частоты.

Рассмотрим работу преобразователя 2 код-напряжение, п-разрядного счетчика 5 импульсов, преобразовате- ля 6 код-напряжение, триггера 12, генератора 13 пилообразного напряжения, компаратора 14, формирователя 15 импульсов, обеспечивающих стабилизацию.фазы импульсов при передаче их с выхода элемента 11 совпадения на шину 16 выходных импульсов. Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса на вели- чину Т , зависящую от его номера в пачке, В устройстве для смещений Т выходных импульсов к моментам време- ни, соответствующим их временному положению в идеальной (гипотетической) последовательности,.используется принцип линейно меняющейся задержки Этот принцип широко используется в стробоскопических осциллографах.-Сущность его заключается в сравнении двух пилообразных напряжений одина- крвой амплитуды - быстрой и медлен- - ной пил (фиг.Зб ).

На фиг.Зб обозначены t , t. - длительность соответственно быстрой и медленной пилы; - период быст- рой пилы.

Задержанные относительно импульсов запуска быстрой пилы (фиг.За ) импульсы (фиг.3 Ь ) формируются в МО

мент равенства напряжений быстрой и

о

медленной пил. При этом задержка . равна

Tt 1а L ,

(1)

где

45

U шаг считывания (смещения );

,2,.,., (tffn /Al) - номер точки считывания .

Как видно из фиг.36 и формулы (1) минимальная задержка Tmi ц дТ , а максимальная задержка Туиах .бп

Причем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают, или оба убывают, то задержка увеличивается во времени. Если одно из них нарастает, а другое убьгаает, то задержка уменьшается во времени. Этот прием используется для обеспечения линейно возрастающей задержки (смещения в сторону запаздывания) выходных импульсов устройства в случае вычитания частот (Fj -Fлц ), а также ли

5 0 f5 20 5

зо

18в

нейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходных импульсов устройства для случая сложения частот (Fj,, +Гц1| ) .

В результате смещений каждого импульса на выходе элемента 11 совпагг -дения на время f-i , последний импульс

в пачке сместится на То, Следовательно,, требуемый шаг смещения в каждой пачке (фиг,2 Л )

лГ „1° - ™Т| - ДЬ .- - .-;-- ,

ттГ

где (Т/гаТо) - количество импульсов в

пачке, .с

5

Тогда, И i ;iT, где ,2,.,,5

1, 1

(Т/тТо) - номер импульса в пачке. В этом случае mt-n дЯГ , а гтл.х

- т

J- о .

Из условия получения/и тхя : То следуетр что длительность быстрой 1ТИЛЫ необходимо выбрать равной То. Так как смещению на время подвергаются импульсы на выходе элемента 1 1 совпадения, то ими и производится запуск быстрой пилы. Следовательно, Tj.n, шТо, Учитывая, что смещение TTrritH - u L получает первый импульс в пачке, а смещение ь„ах Т - последний импульс в пачке, длительность t, медленной пилы выбирается равной длительности пачки.

образом, если вьшолняются равенства Ц - То, Т шТо, t Т, реализуется .шаг смещения, равньй требуемому .

40

дГ

тТ| Т

Напряжение быстрой пилы формируется генератором 13 пилообразного напряжения, зап скаемым импульсами с выхода .элемента 11 совпадения через триггер 12 (фиго 4 6 и Ь). Крутизна быстрой пилы при неизменной То фиксирована. Напряжеиие медленной пилы формируется преобразователем 6 код- . напряжение,, Для того, чтобы, получить мецленкуто пилу, у которой высота не зависит от периода (частоты), 1фиме- нена аппроксимация линейно изменяющегося напряжения ступенчатым напряжением,, Число ступенек при любом значении периода Т (числа F ) одинаково и равно числу N состояний п-раз- р(яднрго счетчика 5 импульсов. Счет - f

чик Заявляется двоичным и имеет емкость

7 ,

, где я - число разрядов счетчика 5 равное числу разрядов преобразовате ля 6 код-напряжение, а также числу младших разрядов преобразователя 2 код-частота, на которые постоянно подан нулевой потенциал. Поэтому коэффициент деления его тоже равен N. В процессе работы п-разрядный счетчик 5 импульсов последовательно принимает все N 2 возможных состоя- ния. Следовательно, на выходе преобразователя 6 код-напряжение формируется ступенчатое пилообразное напряжение - медленная пила (фиг.4Ь ). Причем ее приращение равно высоте од ной ступени и Uo/2 (2), а максимальное значение - UQ, где UQ - опорное напряжение преобразователя 6 код-напряжение. Так как длительность . медленной пилы определяется вре- менем -заполнения п-разрядного счетчика 5 импульсов (считается с нулевого состояния), то для ЕГО заполнения за время Т потребуются импульсы с частотой следования NF (фиг.4С1). Время заполнения п-разрядного счетчика 5 импульсов равно требуемому значению

1

зап NF F. -

Компаратор 14 формирует импульсы в момент равенства напряжений быстрой и медленной пилы (фиг.4 Ь).

При перестройке устройства по частоте цутем изменения кода числа F на шине 4 управления автоматически изменяется крутизна медленной пилы. Вследствие этого автоматически изменяется и шаг смещения дТ , необходимый для полной компенсации фазовых сдвигов выходных им импульсов, причем шаг лТ уменьшается при понижении частоты и увеличивается при повышении частоты F.

Последовательность импульсов на выходе компаратора 14 (фиг.44) близ ка к идеальной, но отличается от нее наличием паразиткой модуляции фазы выходных импульсов. Это отличие обусловлено тем, что медленная пила не идеально линейная, как на фиг.ЗЭ, а ступенчатая. Найдем связанную с этим погрешность д trnctx временного положения выходных импульсов устройства. Из геометрических соображений (фиг.) можно получить равенство

г.- , откуда с учетом (2) получим

и о 1 о

118

ТоЛи То

лЬтйх 2 (З).Дпя оценки этой погрешности зададим значение То и п, исходя из возможностей современной элементной базы. При реали а- ции цифровых узлов устройства на микросхемах серии 155, работающих на частотах до 15 МГц, примем МГц, Тогда TO 1/fo 0,1 мкс . Максималв- ное число разрядов у современных преобразователей код-напряжение (серии 572) составляет 12. Подставив выбранные значения То и п в формулу (3), получим

2л1

-Г

2-10 мкс 0,02 не.

Таким образом, стабильность пери. ода следования выходных импульсов повьппается в 4096 раз.

Формула изобретения

Цифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов, содержащий образцовый высокочастот- ньй импульсньй генератор, преобразователь код-частота, вход тактирования которого соединен с выходом образцового высокочастотного г.ене- ратора, два т-фазных распределителя импульсов, вход первого из которых подключен к выходу образцового высокочастотного генератора, m элементов совпадения, первый вход каждого из которых соединен с соответствукнцим выходом первого, а второй вход - второго т-фазных распределителей импульсов, элемент логического сложении входы которого подключены к выходам соответствующих элементов совпадения, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения стабильности интервала следования выходных импульсов, в него введены п-разрядный счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя код-частота, а выход старшего разряда - к входу второго т-фазного распределителя импульсов, преобразователь код-напряжение, входы которого соединены с выходами счетчика импульсов, шина управления, шина логического нуля, триггер, элемент сов- ,падения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами образцового высокочастотного

912431

генератора и элемента логического сложения, а выход - с входом установки триггера, генератор пилообразного напряжения, вход управления которого соединен с прямым выходом з триггера, формирователь импульсов и компаратор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора пилообразного нап1810

ряжения и преобразователя код-напряжение, э выход - к входу формирователя: и входу сброса триггера, причем п кпадших входов преобразователя код-напряжение подключены к шине погического нуля, его старшие (Ц,-п} входов подключены к шине управления, а выход формирователя импульсов яв- шется: выходом устройства.

Ф1/3.1

h п h h h - r

Редактор Л.Гратилло

Составитель Ю.Акаткин Техред Н.Бонкало

Заказ 3717/56Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг4

Корректор В.Синйцкая

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоприемных и передакщих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частотно-преобразующих узлах хранителей времени. Целью изобретения является повышение кратковременной стабильности частоты следования выходND 4ib 00 rff фиг.1