Устройство формирования сигнала сдвинутой частоты Советский патент 1988 года по МПК H03K7/00 

(Л

фиг.

тор-фильтр 4, формирователи 8, 9 и 10 импульсов, формирователь 11 кода, умножитель 12 частоты, элементы 13 и 14 совпадений, элементы 15 и 16 запрета, арифметический узел 17. Функциональные возможности устройства

расширены благодаря тому, что сдвиг частоты можно осуществлять без искажения закона его амплитудной модуляции. Это позволяет компенсировать доплеровский сдвиг частоты движущегося источника полезного сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразования частоты при сохранении уровня исходного сигнала. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства - достигается путем сохранения зависимости уровня выходного сигнала от уровня входного. Устройство содержит ключи 1 и 5, регистры 2 и 6 сдвига, переключатели 3 и 7, сумма

1

Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использовано в устройствах преобразования частоты при сохранении уровня исходно- го сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем сохранения зависимости уровня выходного сигнала от уровня вход- ного.

На фиг. 1 приведены функциональная схема устройства формирования сигнала сдвинутой частоты; на фиг.2 временные диаграммы работы устройст- Baj на фиг. 3 - примеры выполнения отдельных узлов устройства.

Устройство формирования сигнала сдвинутой частоты содержит ключ 1, регистр 2 сдвига, пepeключateль 3, сумматор-фильтр 4, ключ 5, регистр 6 сдвига, переключатель 7, формирователи 8-10.импульсов, формирователь 11 кода, умножитель 12 частоты, элементы 13 и 14 совцадений, элементы 15 и 16 запрета, арифметический узел 17, при этом первая входная шина соединена с входом формирователя 10 импульсов и входами ключей 5 и 1, уп

равляющие входы которых соединены

с выходами формирователя 9 импульсов и соответственно с первыми входами элементов 13 и 14 совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя 8 импульсов, а выходы с первыми входами элементов 15 и 16 запрета соответственно, вторые входы которых соединены с вьпсодом умножителя 12 частоты, а выходы - с управляю щими входами регистров 6 и 2 сдвига соответственно, входы которых соединены с выходами ключей 5 и 1, а разрядные выходы - с входами переключателей 7 и 3 соответственно, управляю

5

5

0

5 0

щие -входы которых соединены с первым выходом арифметического узла 17, а выходы - с входами сумматора-фильтра 4, выход которого соединен с выходной шиной устройства, вторая входная шина которого соединена с первым входом формирователя 11 кода, выход которого соединен с входом арифметического узла 17 и первыми входами формирователей 8 и 9 импульсов, вторые входы которых соединены с вторым входом формирователя 11 кода, выходом формирователя 10 импульсов и первым входом умножителя 12 частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом арифметического узла 17 и третьим входом формирователя 8 импульсов,чет- верый вход которого соединен с выходом умножителя 12 частоты.

Формирователь 11 кода может быть выполнен из линии 18 задержки, счетчика 19 импульсов и параллельного регистра 20, при этом первый вход формирователя .11 соединен с входом перезаписи регистра 20 и через линию 18 задержки с R-входом счетчика 19, счетный вход которого соединен с вто- рым входом формирователя 11, а разрядные выходы - с информационными входами регистра 20, выходы которого соединены с выходными шинами формирователя 11.

Формирователь 9 импульсов может быть вьтолнен из двух одинаковых узлов 21 и 22, каждый из которых, в свою очередь, выполнен из счетчиков 23 и элементов 24 сравнения кодов, при этом первый вход формирователя 9 соединен с D-входами обоих счетчиков 23, разрядные выходы которых соединены с первыми входами элементов 24 соответственно, вторые входы которых соединены с общей шиной, а выходы с входами записи кодов противополож- jHbix счетчиков 23, счетные входы вычитания которых соединены с вторым входом формирователя 9, а выходы старших разрядов - с его выходами.

Формирователь 8 импульсов может быть вьтолнен из узла 25 деления кодов, счетчика 26 импульсов и RS-триг- гера 27, при этом первый вход формирователя соединен с входом делителя узла 25, выходы которого соединены с D-входами счетчика 26, выход переполнения которого соединен с R-BXO- дом триггера 27, выход которого соединен с выходами формирователя 8, а S-вход - с входом перезаписи кодов счетчика 26 и вторым входом формирователя 8, третий вход которого соедиры могут быть выполнены на осново м кросхемы 155АГЗ и усилителя.

Формирователь 10 может быть выполнен на основе соединен 1ых послед вательно ограничителя и дифференцирующей цепочки. Умножитель 12 час тоты может быть вьтолнен в виде кол цевого генератора с фазовой автопод

10 стройкой частоты. Сумматор-фильтр 4 может быть вьпюлнен на основе соеди ненных последовательно аналогового сумматора на рпера1;ионном усилителе и фильтра нажних частот. Узел 25 де

15 ления кодов может быть вьтолнен на основе постоянного запоминающего ус ройства, в котором по каждому адресу записаны коды отношений K/N. Устройство формирования сигнала

нен с :входом делимого узла 25, а чет- 2о сдвинутой частоты работает следуювертый вход - со счетным входом вычиания счетчика 26.

Арифметический узел 17 может быть вьтолнен из узла 28 деления кодов, узла 29 умножения кодов, узла 30 вычитания кодов и узла 31 умножения кодов, при этом вход узла 17 соединен с входами узлов 28 - 30, на вторых входах узлов 28 и 30 установлены коы чисел единицы, выходы этих узлов соединены с вторыми входами узлов 29 и 31, выход узла 31 соединен с первым выходом арифметического уза 17, а его первый вход - с выходом узла 29 и вторым выходом арифметического узла 17.

Регистра 2 и 6 сдвига могут быть вьшолнены на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) и представляют собой аналоговые ПЗС регистра 32, выходы ячеек которых через преобразователи заряд - напряжение подключены к разрядным выходам, входы через пре30

щим образом.

Исходные сигн могут быть не об чес кой формы. Пу 25 ности исходные с руемый) и ВС (вс форму, например, (фиг. 2а,б), сле f и F соответств друг другу, т.е. ствием на выхода формируются два и СИ2, а на выхо запрета - два пр ПС1 и ПС2 и упра на выходе арифме стробимпульсы СИ ту следования F/ 1/F + 1/f и тельно друга на тые сигналы ПС1 сокочасфотных им Kf, где К - це щих с перерывами

35

40

50

образователи напряжение - заряд сое- 45 например, динены с входами регистров 2 и 6, а их управляющие входы через формирователь 33 сигналов управления соединены с управляющими шинами ПЗС регистров 32.

Формирователь 33 сигналов управления может быть выполнен на основе соединенных последовательно одновиб- раторов 34 - 36, вход первого из которых соединен с входом формирователя, выходы которого подключены к выходам одновибраторов 36 и 34 и выходу инвертора 37, вход которого соединен с однонибратором 34. Одновибрато55

следуют они с ча вале существован стробимпульса, в и С выбрано исхо искажений послед и 6, а длительно пуска (перерыва) нальна N, т.е. t сигналов (фиг. 2 К 10. Управл руют в узле 17 в

Из сигнала С помощью ключа 5 ф вистый сигнал (П

ры могут быть выполнены на осново микросхемы 155АГЗ и усилителя.

Формирователь 10 может быть выполнен на основе соединен 1ых последовательно ограничителя и дифференцирующей цепочки. Умножитель 12 частоты может быть вьтолнен в виде кольцевого генератора с фазовой автоподстройкой частоты. Сумматор-фильтр 4 может быть вьпюлнен на основе соеди- ненных последовательно аналогового сумматора на рпера1;ионном усилителе и фильтра нажних частот. Узел 25 деления кодов может быть вьтолнен на основе постоянного запоминающего устройства, в котором по каждому адресу записаны коды отношений K/N. Устройство формирования сигнала

0

щим образом.

Исходные сигналы в общем случае могут быть не обязательно гармони- чес кой формы. Пусть для определен- 5 ности исходные сигналы - С (формируемый) и ВС (вспомогательный) имеют форму, например, видеоимпульсов (фиг. 2а,б), следующих с частотами f и F соответственно, которые кратны друг другу, т.е. . Под их действием на выходах формирователя 9 формируются два стробимпульса - СИ1 и СИ2, а на выходах злементов 15 и 16 запрета - два прерывистых сигнала ПС1 и ПС2 и управляющий сигнал УС, на выходе арифметического узла 17 стробимпульсы СИ1 и СИ2 имеют частоту следования F/2, длительность , 1/F + 1/f и смещены друг относительно друга на время 1/F. Прерывистые сигналы ПС1 и ПС2 имеют вид вы- сокочасфотных импульсов (частота f Kf, где К - целое число), следующих с перерывами. Число перерывов.

5

0

например,

N + 1 (N f/F),

следуют они с частотой f на интервале существования соответствующего стробимпульса, взаимное положение их и С выбрано исходя из минимальных искажений последнего 5 регистрах 2 и 6, а длительность t, каждого пропуска (перерыва) обратно пропорциональна N, т.е. t 1/Nf. Диаграммы сигналов (фиг. 2) соответствуют N К 10. Управляющий сигнал формируют в узле 17 в виде кода п.

Из сигнала С под действием СИ1 с омощью ключа 5 формируется прерывистый сигнал (ПСЗ, фиг. 2), который

15

задерживается в аналоговом регистре сдвига (АРС) 6. Задержка выполняется под действием ПС1. Работа АРС аналогична работе цифрового регистра сдвига-с той лишь,разницей, что в его разряды записываются, сдвигаются и считываются на выход не логические О и 1 входного цифрового сигнала, а мгновенные значения (выборки) вход-to ного аналогового сигнала, соответствующие моментам действия импульсов тактового сигнала - ПС1. Таким образом в АРС записываются и продвигаются на его выход выборки ПСЗ. На ин- тервалах цропусков в ПС1 выборки ПСЗ теряются (нет тактовых импульсов), вследствие чего последняя выборка, предшествующая каждому п ропуску, и выборка, первая после пропуска, за- 20 писываются в соседние разряды АРС. Иными словами, заполнение ПСЗ на интервале каждого периода (1/f) пред- ставляется (записывается) в АРС зп еньшенным числом выборок, что ран- 25 носильно уменьшению периода на t, . Вследствие этого частота f. заполнения выходного (задержанного) ПСЗ ока- зьшается больше частоты f входного ПСЗ, т.е. ЗО

fj 1/(1/f - t) 1/(1/f - 1/Nf)

Nf

Поскольку АРС является линейным устройством, форма его выходного сигнала соответствует форме входного. Задержка выходного сигнала, например, п-разрядного АРС при частоте тактового сигнала f, , определяется как 40 n/f, . С учетом прерьшаний тактового сигнала задержка увеличивается на время, равное сумме интервалов прерываний за время, равное n/f, от нача35

ла ПСЗ, т.е.

в общем случае

n/f, +z:t,, ,

где L N - 1.

Отличительной особенностью устройства является то, что число п разрядов АРС выбирают равным п K(N - 1), Подставляя п и L с

t, 1/Nf и

уче- fi

j(N-1+1-1/N)

При больших N ъаа- N/f 1/F Выбор числа п разрядов АРС выполняется под действием управляющего сигнала (УС) с помощью, например, аналогового кодоуправляющего коммутатора 7, подключающего на выход канала п-й выход АРС.

Другой отличительной особенностью устройства является.то, что длительность исходного ПСЗ выбирают равной (N + 1) периодам исходного сигнала. Длительность задержанного радиоимпульса с учетом сжатия всех (N + 1) периодов исходного ПСЗ

N+1

N-1

пс с (N+1)

Ч.

И близка к сигнала, т,

Nf

периоду всп е.г„ 1/F.

Таким образом, выходной сигнал переключателя 7 - это радиоимпульс (ПСЗ зад. фиг. 2), имеет частоту заполнения f, частоту следования F/2, длительность и задержан также на время 1/F.

Аналогично формируется эторой задержанный радиоимпульс на выходе переключателя 3 (ПС4,„ , фиг. 2) с той лишь разницей, что он действует на интервале времени, где ПСЗ „« отсутствует.

Суммирование таких чередующихся радиоимпульсов дает непрерывный сигнал (Сзда , фиг. 2), аналогичный исходному сигналу С, но имеюпщй частоту fj Nf/N-1. Его форма повторяет форму сигнала С, если последний имеет участок нулевьрс значений (интервал меязду видеоимпульсами сигнала С, фиг. 2), а прерывание осуществляют .именно на этом участке. При непре- рьтном, например, гармоническом сигнале С сформированньй сигнал имеет вид повторяющихся отрезков синусоиды, например, у sinx, где хе й /2, 2V, если длительность t, равна t, 1/4f, а сами прерьшания расположены в начале каждого периода сигнала С. Для практически полного исключения воз- можньк нелинейных искажений квазигармонического суммарного сигнала его подвергают фильтрации, т.е. выделяют основную гармонику. В общем случае (при негармонической форме сигнала С) полосу прозрачности используемого фильтра выбирают исходя из полосы сигнала С.

Сигналы управления формируются следующим образом. Сигнал частоты f преобразуется в формирователе 10 в короткие импульсы, которые запускают формирователь 8, используются в качестве тактовых в формирователе Ни частота которых умножается в умножителе 12 в К раз. Вспомогательный сигнал частоты. запускает формирователь 11, в котором фактически выполняется измерение периода 1/F под действием коротких импульсов часто- tы f. Выходной код N формирователя 11 поступает на вход арифметического узла 17 и управляет работой формирователей 8 и 9. В формирователе 8 под действием кодов K,N и выходного сигнала умножителя 12 длительность входного короткого импульса расширяется до значения 1/Kf, где К - коэффициен умножения частоты. Формируемый при этом выходной видеоимпульсный сигнап (ВИС1) формирователя 8 поступает на элементы 13 и 14 совпадений. В формирователе 9 формируются два строб- импульса СИ1 и СИ2, длительность которых устанавливается кодом с выхода формирователя 11 в соответствии с СИ1 (фиг, 2). Сформированные сигналы СИ1 и СИ2 поступают на выход блока управления и на элементы 13 и 14. На выходах последних формируются пачки ВИС1, которые, поступая на запрещающий вход элементов.15 и 16, запрещают прохождение через эти элементы сигнала умноженной частоты с выхода умножителя 12 (формируются сигналы ПС1 и ПС2, фиг. 2). В формирователе 11 (фиг. За) импульсы f подсчитываются в счетчике 19 на интервале, равном периоду вспомогательного сигнала 1/F. Код с выхода счетчика 19 переписьтается в регистр 20 под действием короткого импульса (КИ частоты F. Счетчик 19 обнуляется задержанным КИ. Время задержки выбрано так, что код N с выхода счетчика 19 успевает переписаться в регистр 20. В формирователе 9 счетчик 23 работает в режиме вычитание. Под действием сигнала f код N, предварительно записанный в счетчик 23, уменьшается до О. В элементе 24 выходной код счетчика 23 сравнивается с кодом О, постоянно присутствукнцим на втором его входе. При уменьшении кода с выхода счетчика 23 в момент равенства его нулю (момент совпада0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ет с приходом N-ro импульса f) ня выходе элемента 24 возникает импульс которым счетчик второго узла 22 предустанавливается в состояние, соответствующее коду N. С приходом (N+1)-ro импульса на вход счетчика 23 данного узла 21 на его выходе формируется срез сигнала СИ1. Узел 22 работает аналогично, причем сигналом с выхода его элемента 24 осуществляется начальная предустановка счетчика 23 в другом узле (при этом формируется фронт СИ1), В формирователе 8 под; действием f устанавливается в 1 RS-триггер 27 (формируется фронт ВИС1), а в счетчик 26 записывается код K/N с выхода узла 25 деления кодов. Под действием тактового сигнала, поступающего на счетный вход вычитания счетчика 26, выходной код счетчика 26 уменьшается, в момент достижения О состояния на выходе счетчика 26 возникает импульс, которым RS-триггер возвращается в исходное состояние (формируется срез ВИС1). Выходной сигнал формирователя 8 име-

К 1 1

ет длительность t. --- -7 и час- N Кг N1

тоту следования f. В арифметическом узле 17 (фиг. Зг) с помощью узла 28 |ВЫчисляется целочисленный коэффициент К, , где максимал ьно возможный коэффициент умножения умножителя 12. На выходе узла 29 формируется число К . Кроме того, с помощью узла 30 вычитания формируется число (N - 1), которое перемножается в узле 31 с числом К. в результате чего на первом выходе узла 17 формируется код п . K(N - 1) управляющего сигнала для переключателей 3 и 7.

Таким образом, в устройстве формирования сигнала сдвинутой частоты форма исходного и сформированного сигналов практически идентич на. Это стало возможным благодаря введению аналоговых регистров сдвига, переключателей, сумматора-фильтра и элементов управления их работой.

Функциональные возможности устройства расширены благодаря тому, что сдвиг частоты можно осуществлять без искажения закона его амплитудной модуляции, что позволяет компенсировать доплеровский сдвиг частоты движзтцегося источника полезного сигнала.

Формула изобретения

Устройство формирования сигнала сдвинутой частоты, содержащее первый формирователь импульсов, вход которо го соединен с первой входной шиной, формирователь кода, вход которого соединен с второй входной шиной, а выход - с первыми входами второго и третьего формирователей импульсов, умножитель частоты и первый элемент запрета, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путём сохранения зависимости уровня выходного сигнала от уровня входного, в него дополнительно введены арифметический узел, второй элемент запрета, два элемента совпадений, два ключа, два регистра сдвига, два переключателя и сз мматор-фильтр, выход которого соединен с выходной шиной устройства а входы - с выходами переключателей, управляющие входы которых соединены с первым выходом арифметического узла, а информационные входы - с выходами первого и второго регистров сдвига соответственно, управляющие

8С

вИС1Г

- П

ff „

л

п

п

СН1

1С

А, А, xf X, 1 ; ,

сз .

4E

I |Н I I tII , till I I I I

I H I I I II,I (Ml I I I

IHIHH Ilinill lininil liHMlM imMimilUltHimHUHiUMIIiH miltill

и

V/,

(H-nti A) 3 AS Ag3t Зз Bg

- M.

AiA

s .

0

5

5

0

входы которых Соединены соответственно с выходами первого и второго элементов запрета, а информационные входы - с выходами первого и второго ключей, входы которых соединены с входом первого формирователя импульсов, а управляющие входы - с выходами третьего формирователя импульсов .и первыми входами первого и второго элементов совпадений соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, а выходы - с первыми входами первого и второго элементов запрета соответственно, вторые входы которых соединены с выходом умножителя частоты, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, вторыми входами второго и третьего формирователей импульсов и вторым входом формирователя кодов, выход которого соединен с входом арифметического узла, второй выход которого соединен с вторым входом умножителя частоты и третьим входом второго формирователя импульсов, четвертый вход которого соединен с выходом умножителя частоты.

п

п

п

п

.Л

(рцг.2

Р f

Формирователь //

CffZ б ФормироВотемв

гтп

SJ

Т

г Apuф fef77l/v. зел /7 30

«-LJ

ПС1

JJ

JZ

Фиг.З