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

ff 7

%г.4

« I

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и нередаю1цих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частности преобразующих узлах хранителей времени, преимущественно в тех случаях, когда предъявляются высорсие требования к сохранению исходной фазовой стабильности и микроминиатюризации устройств.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности при переменной высокой частоте и повьппе- ния верхней границы диапазона выходных частот.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства;, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип линейно меняющейся задержки, где 2а - и myльcы запуска быстрой пплы; 2б - напряжения быстрой и медленной пил; 2в за,цержан- ные импульсы (относительно импульсов запуска быстрой пилы); на фиг, 3 - временные диаграммы сигналов (За - на входе 14; Зб - на выходе преобразователя 2 код - частота; Зв, г - соответственно на входах и выходе компаратора 12; Зд - на выходе 16).

Устройство содержит вгясокочастот- ный генератор 1 импульсов, преобразователь 2 код - частота, щину 3 логического нуля, шину 4 управления, п разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов, шины 6 и 7 включения режимов соответственно сложения частот и вычитания частот, первьш преобразователь. 8 код - напряжеш е, постоянное запоьшнающее устройство 9, хиину 10 кода высокой частоты, второй преобразователь 1 1 код - напряжение,, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения, вход 14 застрой- ства, формирователь. 15 импульсов, выход 16 устройства.

Высокочастотный генератор 1 имульсов (фиг, 1.) подкл очен к входу тактировато1я преобразователя 2 код - астота, входы разрядов которого с есами . связаны с щиной 3 лоического нуля, а разрядами с весаи - с шиной 4 управления, -разрядный реверсивный счетчик 5 мпульсов счетным входом подключен выходу преобразователя 2 код - часота, первым и вторым управляющими

773692

входами соединен с тинами 6 и 7 включения режимов соответственно сложе-. ния частот и вычитания частот, а выходами подключен к входу первого пре5 образователя 8 код - напряжение. Адресный вход постоянного запоминающего устройства 9 связан с шиной 10 кода высокой частоты, а выход - с входом второго преобразователя 11

10 код - напряжение. Первый, и второй т входы компаратора 12 соединены соответственно с выходами первого преобразователя 8 код - напряжение и генератора 13 пилообразного напряже15 ния, подключенного первым и вторым входами соответственно к выходу второго преобразователя 1I код - напряжение и к входу 14 устройства, а выход через формирователь 15 импуль20 сов - с выходом 16 устройства. На шину 3 логического нуля постоянно подан нулевой потенциал. На щину 4 управления подают код (например, дво- ичный), соответствующий низкой час25 тоте F. Подача кода частоты F только на вход старших разрядов преобразователя 2, код - частота при сохранении нулей на п младших его разрядах эквивалентна умножению числа F на

30 число . Поэтому фактически в преобразователь 2 код - частота введен код числа NF. Шнны 6 и 7 служат для включения режимов соответственно сложения и вычитания частот. Первый и

, второй входы генератора 13 пилообразного напряжения служат для подачи напряжений соответственно питания и импульсов запуска пилы, В постоянном запоминающем устройстве 9 для

Q каждого номишша высокой (входной) частоты следования записан двоичный код, соответствуюшряй величине напряжения питания генератора 13 пилообразного напряжения. Выборку двоично., го кода из постоянного запоминающего устройства 9 производят подачей на его адресные входы через шину 10 двоичного кода адреса ячейки, в которой записано значение напряжения.

50

соответствующего частоте следования ВХОД1-1ЫХ импульсов устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Перед запуском устройства на ши- не 4 управления устанавливается код, соответствуюш ий низкой частоте F, а на шине 10 - код высокой частоты f. Реверсивный счетчик 5 обнуляется.

На шины 6 и 7, в зависимости от режима работы устройства подают требуемые потенциалы. После запуска устройства на вход 14 поступает последовательность импульсов с высокой частотой f следования, которая преобразуется в последовательность импуль- сов с частотой fiF на выходе 16,

Смещение высокой частоты f на требуемое значение реализуется на основе принципа линейно меняющейся задержки. Сущность его заключается в сравнении амплитуды двух пилообразных напряжений - быстрой пилы и медленной ПИПЫ (фиг, 26), Задержанные относительно импульсов запуска (фиг, 2а) быстрой пилы импульсы (фиг, 2в) формируются в момент равенства напряжений быстрой и медленной пил. Причем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают, или оба убывают, то задержка увеличивается во времени. Если же одно из них нарастает, а другое убывает, то задержка уменьшается во времени. Этот прием используется для обеспечения линейно возрастающей задержки (смещения в сторону запаздывания) выходных импульсов устройства в режиме вычитания частот (f-F), а также линейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходных импульсов устройства в режиме сложения частот (f+F),

Поясним с помощью эпюр на фиг, 2 возможность смещения высокой частоты f в сторону уменьшения, т,е, получение частоты f-F. Пусть период следования импульсов запуска (фиг,2а быстрой пилы будет равен периоду входных импульсов Тц с высокой частотой f следования, а длительность медленной пилы будет равна периоду импульсов с низкой частотой следования (фиг, 2а, б). Тогда, если ддительность быстрой пилы t- установить равной j-g

Тц (фиг, 2б), то задержка будет равна

Т; i ь о ,(О

где йС - шаг задержки (смещения); , 2,,,, t,„ At) - номер импульса в последоваоП«

тельности импульсов запуска (фиг, 2а) на интервале времени, равным Т,,

Как видно из фиг, 2в и формулы (l), диапазон изменения задержки - от д с до Т., Таким образом, если в исход

s

НОИ последовательности импульсов запуска (фиг, 2а) на интервале времени, равном насчитывалось i импульсов, то в последовательности задержаных импульсов (фиг, 2в) на том же интервале времени насчитывается теперь i-1 импульсов. Это объясняется тем, что i-й импульс в результате смещения на период Tg, вьшел за пределы интервала Тц, Следовательно, частота следования задержанных импульсов смещается

р t-T«-l

выгfp

Аналогичным образом можно пояснить получение 7 для случая сложения частот.

Напряжение быстрой пилы (фиг, Зв) формируется генератором 13 пилооб0 разного напряжения в паузе между входными импульсами, поступающими с входа 14 устройства (фиг. За). Этими импульсами производится сброс выходного напряжения генератора 13 пило5 образного напряжения до нулевого значения , Напряжение медленной пилы (фиг, Зв) формируется первым преобразователем 8 код - напряжение. Для того, чтобы получить медленную пилу, у которой высота не зависит от периода (частоты), применена аппроксимация линейно изменяющегося напряжения ступенчатым напряжением. Число пенек аппроксимации при любом зна5 чении периода одинаково и равно числу состояний п-разряд- ного реверсивного счетчика 5 импуль- сов, разрядность которого равна разрядности первого преобразователя 8

0 код - напряжение, а также числу мпад- ших разрядов преобразователя 2 код - частота, на которые постоянно подан нулевой потенциал. Так как длительность медленной пилы определяется

5 временем заполнения п-разрядного реверсивного счетчика 5 (считая с нулевого состояния), то для его запол- нения за время Т„ потребуются импульсы с частотой следования NF (фиг,3б),. 50 Действительно, время заполнения реверсивного

0

равно

ion

счетчика 5 в этом случае

Задачу формирования последовательности импульсов с частотой следования NF выполняет преобразователь 2 код - частота, который тактируется

импульсами высокочастотного генератора 1. Таким образом обеспечивается постоянство числа N ступенек медленной пилы при любом значении пери- ода Tj,. Как видно из фиг. Зв, элементарное приращение медленной пилы равно высоте одной ступени

,. (.)

где Ug - опорное напряжение первого преобразователя 8 код - напряжение, равное высоте медленной пилы.

Компаратор 12 в момент равенства напряжений быстрой и медленной пилы (фиг. Зг) запускает формирователь 15, с выхода которого очередной импульс поступает на выход 16 устройства.

Рассмотрим принцип работы устройства при переменной высокой частоте f. Сущность его закл очается в том, что в зависимости от устанавливаемого номинала входной частоты изменяется и напряжение питания генератора 13 пилообразного напряжения. Это необходимо для того, чтобы высота быстрой пилы не-зависила от периода следования входных импульсов. Если пилообразное напряжение формируется на отрезке време ш, равном периоду следования импульсов запуска, то высота и,„ быстрой пилы равна

тт q.m (3)

Um-s

где S, EJ LOJ - соответственно крутизна, напряжение питания и постоян- ная времени цепи заряда генератора 13 пилообразного напряжения. Как видно из формулы (3), постоянства величины (при переменной час- то.те f) можно добиться изменением напряжения питания Е при неизменной величине . Получим из формулы (З) выражение

E,-U tj-f.(4)

Из формулы (4) видно, что величи- на Е для каждого известного номинала частоты f определена. Следовательно, используя постоянное запоминающее устройство 9 можно хранить в нем в двоичном коде значения Е для всех номиналов частот. Второй преобразователь I1 код - напряжение формирует уровень напряжения Е, соответственно его двоичному эквиваленту.

При перестройке устройства по вы- сокой частоте одновременно со сменой номинала входной частоты f изменяется и код номера этой частоты на шине 10. В результате этого вторым преобразователем 1 код - напряжение формируется новый уровень напряжения Е, соответствующий установленному но иналу входной частоты.

Последовательность импульсов на выходе компаратора 12 (фиг. Зг) близка к идеальной, но отличается от нее наличием паразитной модуляции фазы выходных импулзэсов. Это отличие обусловлено тем, что медленная пила не идеально линейная, как на фиг. 26, а ступенчатая. Найдем связанную с этим погрешность временного положения выходных импульсов устройства. Из геометрических соображений по фиг. Зв можно получить равенство ли t

п Ф - 0 - а

(5)

откуда с учетом (2) получим

,. T,. j Для оценки этой погрешности зададим значения Tj, и п исходя из возможностей современной элементарной базы. При реализации цифровых узлов устройства на микросхемах серии 155, работающих на частотах до 15 МГц, примем МГц. Тогда ,1 мкс Максимальное число разрядов у современных преобразователей код - напряжение (серии 572) составляет п„(,р 12. Подставив выбранные значения 1 и п в формулу (5), получим

«акс 5 г- 2-10 мкс 0,02 не.

Формула изобретения

Цифровой преобразователь частоты следования импульсов, содержащий высокочастотный генератор импульсов, шину логического нуля, шину управления, преобразователь код - частота, вход тактирования которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, п младших входов - с шиной логического нуля, а старшие (q-n) входов - с шиной управления, п-разрядный реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя код - частота первый преобразователь код - напряжение, входы которого соединены с выходами п-разрядного реверсивного счетчика импульсов, компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого преобразователя код - напряжение, генератор пилообразного напряркения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона значений входных и выходных частот следования импульсов и обеспечения возможности подстройки параметров преобразователя при переменной высокой частоте следования, в него введены шина кода

высокой частоты, постоянное запоминающее устройство, адресный вход которого соединен с шиной кода высокой частоты, второй преобразователь код- напряжение, вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход - к первому входу генератора пилообразного напряжения, второй вход которого является входом устройства, шины включения режимов сложения и вычитания частот, подключенные соответственно к первому и второму входам управления п-раз- рядного реверсивного счетчика импульсов.

Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и передающих устройствах, преимущественно в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к сохранению исходной фазовой стабильности и микроминиатюризации устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит высокочастотный генератор 1 импульсов, шины 3 и 4 логического нуля и управления соответственно, п-разряд- ный реверсивный счетчик 5 импульсов, шины 6 и 7 включения режимов сложения и вычитания частот соответственно, преобразователь 2 код - частота, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения и формирователь 15 импульсов. Введение преобразователя 11 код - напряжение, постоянного запоминающего устройства 9 и шины 10 кода высокой частоты и образование новых связей между элементами устройства позволяет расширить диапазон значений входных и выходных частот , следования импульсов и обеспечить возможность подстройки параметров преобразователя при переменной высокой частоте следования. Использование устройства в аппаратуре синтеза - частей позволяет уменьшить время переключения частот, 3 ил. с (Л

а

8

/

ЗаГ

i-z

(

Фаг.2

11-1)л Г

.

Редактор М, Петрова

Составитель 10. Акаткин Техред А.Кравчук

Заказ 6758/55 Тира:ж 816

ВНИИ1ТИ ГосударстЕенного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, .1-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Корректор В, Бутяга

Подписное