Цифровой частотный детектор Советский патент 1987 года по МПК H03D3/00 

1 1307534

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоприемных устройствах для частотного детектирования в широком диапазоне частот и уровней сигнала,с

Цель изобретения - расширение частотного диапазона детектирования, уменьшение погрешности детектирования во всем частотном диапазоне и устранение потери информации.10

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема цифрового частотного детектораj на фиг, 2 - структурная электрическая схема формирователей импульсовj на фиг. 3 - в5)еменные 15 диаграммы, поясняющие работу цифрового частотного детектора, где а - входное напряжение, б - напряжение, на выходе входного формирователя, в - напряжение на прямом выходе В-триггера, 20 г - напряжение на выходе второго формирователя импульсов первого канала обработки сигнала, д - напряжение на выходе первого формирователя имтриггеры 16 и 17, первый и второй элементы И 18 и 19, счетчик 20 и элемент И-НЕ 21.

Цифровой частотный детектор работает следующим образом.

Рассмотрим, например, интервал времени, в течение которого модулирующая функция изменяется от наибольшего положительного значения до наименьшего отрицательного, что соответствует уменьшен:ию частоты входного сигнала (фиг. За). В моменты перехода входного сигнала из плюса в минус на выходе входного формирователя 1 образуются короткие импульсы положительной полярности (фиг, 36), частота следования которых делится на два с помощью 1)-триггера 2. На выходах D-триггера 2 образуются противофазные импульсы, длительность которых равна периоду несущей частоты (фиг.Зв и Зи),

Рассмотрим работу первого канала 3, второй канал 4 работает аналогичпульсов первого канала обработки сиг- 5 ным образом, но со сдвигом во времени нала, е - напряжение на выходе ключа на период входного сигнала. Под дей- первого канала обработки сигнала, ж - ствием импульса, поступающего с D- число импульсов, записанное в память триггера 2, на выходе ключа 9 образу- рёгистра первого канала обработки сиг- ется последовательность прямоугольных нала, 3 - напряжение на выходе цифро- 30 импульсов тактовой частоты, поступаю- вого компаратора первого канала об- щих с тактового генератора 10 (фиг.2е), работки сигнала, и - напряжение на Длительность этой последовательности

инверсном выходе D-триггера, к напряжение на выходе ключа второго канала обработки сигнала, л - напряжение на выходе цифрового компаратора второго канала обработки сигнала, м - напряжение на выходе элемента ИЛИ, н - напряжение на выходе первого фильтра нижних частот, о - напрйже- ние на выходе второго фильтра нижних частот, п - напряжение на вьшоде диф40 11 определяют значения потенциалов на первых входах цифрового компаратора 12о Эти же значения потенциалов устанавливаются на информационных входах регистра 13, Используемого в качестве

ференциального усилителя.

Цифровой частотный детектор содержит входной формирователь 1 импульсов 45 элемента памяти. Информация с регист- D-триггер 2, первьй канал 3 обработ- ра 13 поступает на вторые входы циф- ки сигнала, второй канал 4 обработки рового компаратора 12, По окончании сигнала, элемент ИЛИ 5, первый фильтр счета под действием импульса Запись нижних частот (ФНЧ) 6, второй фильтр (фиг, Зг), возникающего на выходе нижних частот (ФНЧ) 7, дифференциаль- 50 формирователя 15, осуществляется параллельный прием информации со счетчика, 11 в регистр 13, После этого под действием импульса Сброс, поступающего с выхода формирователя 14 (фиг,

тор 12, регистр 13, первый формирова- 55 Зд), осуществляется обнуление счетчи- тель 14 импульсов, второй формирова- ка 11, Импульсы Запись и Сброс тель 15 импульсов, кроме того, ,ый формируются по заднему фронту сигна- формирователь 14 и 15 импульсов лов, поступающих с прямого выхода D- (фиг. 2) содержит первьш и второй IK- триггера 2, Эти импульсы разделены

ньш усилитель 8, При этом первый и второй каналы 3 и 4 обработки сигнала содержат ключ 9, тактовый генератор 10,счетчик 11, цифровой гампаратриггеры 16 и 17, первый и второй элементы И 18 и 19, счетчик 20 и элемент И-НЕ 21.

Цифровой частотный детектор работает следующим образом.

Рассмотрим, например, интервал времени, в течение которого модулирующая функция изменяется от наибольшего положительного значения до наименьшего отрицательного, что соответствует уменьшен:ию частоты входного сигнала (фиг. За). В моменты перехода входного сигнала из плюса в минус на выходе входного формирователя 1 образуются короткие импульсы положительной полярности (фиг, 36), частота следования которых делится на два с помощью 1)-триггера 2. На выходах D-триггера 2 образуются противофазные импульсы, длительность которых равна периоду несущей частоты (фиг.Зв и Зи),

Рассмотрим работу первого канала 3, второй канал 4 работает аналогичравна периоду входного сигнала. Число импульсов в последовательности рав35 но отношению частоты тактового генератора 10 к текущему значению частоты входного сигнала. Счетчик 11 осзтцест- вляет счет импульсов последовательности. Состояния триггеров счетчика

40 11 определяют значения потенциалов на первых входах цифрового компаратора 12о Эти же значения потенциалов устанавливаются на информационных входах регистра 13, Используемого в качестве

45 элемента памяти. Информация с регист- ра 13 поступает на вторые входы циф- рового компаратора 12, По окончании счета под действием импульса Запись (фиг, Зг), возникающего на выходе 50 формирователя 15, осуществляется параллельный прием информации со счетчика, 11 в регистр 13, После этого под действием импульса Сброс, поступающего с выхода формирователя 14 (фиг,

во времени, их длительность равна периоду тактовой частоты.

Сигнал с выхода D-триггера 2 поступает на объединенные J, С-входы

JK-триггера 16 и переводит его в сое- сПусть в памяти регистра 13 хранится

тояние логической 1 по прямому :7Ы-число 90 (число Б), На фиг, Зж это

ходу. К-входы JK-триггера 16 и JK-число условно изображено в виде постриггера 17 подключены к шике нулево-ледовательности импульсов. От момента

го потенциала. При этом сигнал тактовой частоты через открытый элемент И 18 поступает на счетный вход счетчика 20. Через заданное время ад на информационных выходах счетчика 20 возникают сигналы логической 1, при этом на выходе элемента И-НЕ 21 возникает переход напряжения от логической 1 до логического О, переводящий JK-триггер 17 в состояние

времени, соответствующего переднему JO фронту импульса Запись, возникшего в N-1 периоде входного сигнала, до момента времени, соответствующего подсчету 91-го текущего импульса N-ro периода, на выходе цифрового компара- f5 тора 12 образуется уровень логического О, а от момента подсчета 91-го импульса в N-OM периоде входного сигнала до момента времени, соответству- логической 1 по прямому выходу. При ющего переднему фронту импульса За- этом счет прекращается, счетчик 20 20 пись, возникшего в том же периоде обнуляется, а сигнал логического О, сигнала, на выходе цифрового компара- возникающий на инверсном выходе JK- тора 12 возникает уровень логической триггера 17, объединенным с R-входбм 1. Таким образом, на выходе JK-триггера 16, переводит последний цифрового компаратора 12 возникает в исходное состояние. Сигнал логичес-25 импульс положительной полярности, дли- кой 1 на инверсном выходе JK-триг- тельность которого равна разности те- гера 16 открывает элемент И 19, через кущего и предыдущего периодов, входно- который первый же импульс тактовой го сигнала (фиг. Зз). При постоянных частоты, поступающий на R-вход JK- значениях тактовой частоты и средней триггера 17 переводит последний в ис-30 частоты входного сигнала длительность ходноё состояние. Одиночный импульс, этих импульсов будет однозначно опре- длительность которого равна периоду тактовой частоты, задержанный на вределяться глубиной модуляции, т.е отношением девиации частоты к несущей. При линейном законе модуляции длитель- 35 ность этих импульсов будет постоянной. Аналогичные импульсы возникают на выходе второго канала 4, но во времени они будут сдвинуты на текущий период входного сигнала (фиг. 3л). Элемент

деляться глубиной модуляции, т.е отношением девиации частоты к несущей. При линейном законе модуляции длитель 35 ность этих импульсов будет постоянной Аналогичные импульсы возникают на выходе второго канала 4, но во времени они будут сдвинуты на текущий период входного сигнала (фиг. 3л). Элемент

мя t, относительно заднего фронта

ЗЯА 1,

импульса, поступающего с выхода Dтриггера 2, снимается с прямого выхода JK-триггера 17. Разница в работе формирователей 14 и 15 заключается в различных задержках формируемых импульсов t 3 7 Cjj,. Это достига- 40 ИЛИ 15 осуществляет сложение во вре- ется тем, что в формирователях 14 и мени выходных импульсов каналов 3 и 15 используются разряды соответству- 4. Таким образом, на выходе элемента ющих счетчиков.ИЛИ 5 образуется последовательность

Цифровой компаратор 12 осуществля- импульсов постоянной длительности, ет непрерывное сравнение чисел им- 45 пульсов, поступающих со счетчика 11 и регистра 13. Допустим, что на счетный вход счетчика 11 последовательно . поступает 100 импульсов. Время, в те- чение которого поступают импульсы, 50 сигнала. Следовательно, будет отсут- соответствует текущему значению пери- ствовать постоянная составляющая, ода входного сигнала, допустим N-му периоду. Во время работы счетчика 11 в N-OM периоде входного сигнала в памяти регистра 13 хранится число, соот55 меняется длительность импульсов на ветствующее количеству импульсов,под- выходе элемента ИЛИ 5, но скважность считанных счетчиком 11 в предыдущем импульсов за счет изменения среднего N-1 периоде входного сигнала. Так как значения несущей частоты не изменяетно различной частоты следования (фиг. 3м). Следует отметить, что при отсутствии модуляции последовательность импульсов не возникает вследствие равенства всех периодов входного

являкяцаяся ложной информацией. KisoMe того, при изменении среднего значения несущей частоты пропорционально из13075344

N-1 период короче. N периода, то число, записанное в память регистра 13, будет меньше числа 100 (число А), которое счетчику 11 предстоит подсчитать.

времени, соответствующего переднему фронту импульса Запись, возникшего в N-1 периоде входного сигнала, до момента времени, соответствующего подсчету 91-го текущего импульса N-ro периода, на выходе цифрового компара- тора 12 образуется уровень логического О, а от момента подсчета 91-го импульса в N-OM периоде входного сигнала до момента времени, соответству- ющего переднему фронту импульса За- пись, возникшего в том же периоде сигнала, на выходе цифрового компара- тора 12 возникает уровень логической 1. Таким образом, на выходе цифрового компаратора 12 возникает импульс положительной полярности, дли- тельность которого равна разности те- кущего и предыдущего периодов, входно- го сигнала (фиг. Зз). При постоянных значениях тактовой частоты и средней частоты входного сигнала длительность этих импульсов будет однозначно опре-

деляться глубиной модуляции, т.е отношением девиации частоты к несущей. При линейном законе модуляции длитель- ность этих импульсов будет постоянной. Аналогичные импульсы возникают на выходе второго канала 4, но во времени они будут сдвинуты на текущий период входного сигнала (фиг. 3л). Элемент

ИЛИ 15 осуществляет сложение во вре- мени выходных импульсов каналов 3 и 4. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 5 образуется последовательность

импульсов постоянной длительности, сигнала. Следовательно, будет отсут- ствовать постоянная составляющая, еняется длительность импульсов на выходе элемента ИЛИ 5, но скважность мпульсов за счет изменения среднего значения несущей частоты не изменяетно различной частоты следования (фиг. 3м). Следует отметить, что при отсутствии модуляции последовательность импульсов не возникает вследствие равенства всех периодов входного

импульсов постоянной длительности, сигнала. Следовательно, будет отсут- ствовать постоянная составляющая, меняется длительность импульсов на выходе элемента ИЛИ 5, но скважность импульсов за счет изменения среднего значения несущей частоты не изменяетявлякяцаяся ложной информацией. KisoMe того, при изменении среднего значения несущей частоты пропорционально изш

)5

5 1307534 ся. Сформированная последовательность импульсов далее поступает на входы двух ФНЧ 6 и 7. Частота среза ФНЧ 6 равна частоте модулядии, а ФНЧ 7 - значительно ниже. Следовательно, на выходе ФНЧ 6 при работе цифрового частотного детектора возникает постоянная составляющая и сигнал частоты модуляции (фиг, Зн), а на выходе ФНЧ 7 - постоянная составляющая и значительно ослабленный сигнал частоты модуляции. В дифференциальном усилителе 8 осуществляется вычитание входных сигналов. После подавления постоянной составляющей на выходе возникает сигнал модулирующей частоты. Формула изобретения

Цифровой частотный детектор, со- 20 держащий входной формирователь импульсов, В триггер, С-вход которого соединен с выходом входного формирователя импульсов, а D-вход - с его инверсным выходом, первый фильтр нижних частот и первый канал обработки сигнала, состоящий из последовательно соединенных тактового генератора, ключа, управляющий выход которого является входом первого канала обработки сигнала, счетчика и цифрового компаратора, выход которого является выходом первого канала обработки сигнала, при этом вход первого канала

6

щ и и с я тем, что у с целью расшире ния частотного диапазона детектирования, уменьшения погрешности детек тирования во всем частотном диапазоне и устранения потери информации, введены второй канал обработки сигн ла, идентичный первому, вход которо подключен к инверсному выходу D-три гера, элемент ИЛИ, второй фильтр ни них частот и дифференциальный усили тель, к cooTBeTCTByjoiAHM входам кото рого подключены выходы первого и вт рого фильтров нижних частот, входы которых соединены с выходом элемент ИЛИ, причем первый и второй входы элемента ИЛИ подключены к выходам п вого и второго каналов обработки си нала соответственно, при этом в каж дый канал обработки сигнала введены первый и второй формирователи импул сов и регистр, входы первого и второго формирователей импульсов объе- дин ены и подключены к выходу тактового генератора, а управляющие вход

25 первого и второго формирователей им пульсов объединены и подключены к у равляющему входу ключа, выход перво го формирователя импульсов подключе к установочному входу счетчика, а в

30 ход второго формирователя импульсов подключен к входу разрешения записи

регистра, информационные входы кото рого подключены к выходам соответст вующих разрядов счетчика, а выходы

обработки сигнала подключен к прямому 35 вторым входам цифрового компара- выходу D-триггера, отличаю- тора.

)5

7534

20 6

щ и и с я тем, что у с целью расширения частотного диапазона детектирования, уменьшения погрешности детектирования во всем частотном диапазоне и устранения потери информации, введены второй канал обработки сигнала, идентичный первому, вход которого подключен к инверсному выходу D-триг- гера, элемент ИЛИ, второй фильтр нижних частот и дифференциальный усилитель, к cooTBeTCTByjoiAHM входам которого подключены выходы первого и второго фильтров нижних частот, входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, причем первый и второй входы элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго каналов обработки сигнала соответственно, при этом в каждый канал обработки сигнала введены первый и второй формирователи импульсов и регистр, входы первого и второго формирователей импульсов объе- дин ены и подключены к выходу тактового генератора, а управляющие входы

25 первого и второго формирователей импульсов объединены и подключены к управляющему входу ключа, выход первого формирователя импульсов подключен к установочному входу счетчика, а вы30 ход второго формирователя импульсов подключен к входу разрешения записи

регистра, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика, а выходы Фиг.З

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - расширение частотного диапазона детектирования, уменьшение погрешности детектирования во всем частотном диапазоне и устранение потери информации. Детектор содержит формирователь 1 импульсов, D-триггер 2, эл-т ИЛИ 5, два фильтра нижних частот (ФНЧ) 6 и 7, дифференциальный усилитель (ДУ) 8 и два канала 3 и 4 обработ.ки сигнала, состоящих каждый из ключа 9, тактового генератора 10, счетчика 11, цифрового компаратора 12, регистра 13 и двух формирователей 14 и 15 импульсов. Импульсы, аналогично сформированные в каналах 3 и 4, но во времени сдвинутые на текущий период входного сигнала, складываются во врем ени на эл-те ИЛИ 5, На его выходе образуется последовательность импульсов постоянной длительности, но различной частоты следования, которая через ФНЧ 6 и 7, имеющие различные частоты среза, поступает в ДУ 8, где осуществляется вычитание входных сигналов. Цель достигается введением канала 4, эл-та ИЛИ 5, ФНЧ 7 и ДУ 8. 3 ил. (Л 00 о О СО .1

Редактор А.Долинич

Заказ 1640/53

Тираж 902Подписное

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

Составитель Г, Каракозов

Техред М.Ходанич Корректор Н.Король