Формирователь калиброванных интервалов времени Советский патент 1988 года по МПК H03K3/64 

4 ГО

со со

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в составе генератора калиброванных интервалов времени аппаратуры для контроля и измерения временных параметров интегральных схем. Целью изобретения является уменьшение дискретности и повышение быстродействия задания временного сдвига. Формирователь содержит делители I и 2, фазовращатели 3 и 4, фазовые детекторы 5 и 6 низкой частоты, перестраиваемые кварцевые Генераторы 7 и 8, смесители 9, 10 и И, фазовый детектор 12 высокой частоты, сумматоры 13 постоянных напряжений, подстраиваемый генератор 14, управляемый делитель 15, сумматор 16 выходных напряжений, формирователь 17 выходных напряжений, генераторы 18 и 19 низкой частоты, счетчики 21 и 21, RS-триггеры 22 и 23, элементы И 24 и 25, 26 и 27 исключения. Использование дополнительно в формирователе последовательно соединенных схем исключения, делителя и второй петли фазовой автоматической подстройки частоты до i 150 МГц позволяет уменьшить дискретность задания временного сдвига при незначительном уменьшении быстродействия задания временного сдвига, 1 ил. (Л

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в составе генератора калиброван- нЬк интервалов времени аппаратуры для контроля и измерения временных пара- Метров интегральных схем.

Цель изобретения - уменьшение дискретности и повышение быстродействия задания временного сдвига.

На чертеже представлена функцио- 1 альная схема формирователя калиб- р|ованных интервалов времени.

Формирователь калиброванных интер- EJaflOB времени содержит первый и второй 2 делители, первый 3 и второй 4 фазовращатели, первый 5 и второй 6 разовые детекторы низкой частоты, первый 7 .и второй 8 перестраиваемые кварцевые генераторы, первый 9, вто- Йой 10, третий И смесители, фазовый Детектор 12 высокой частоты, сумматор 3 постоянных напряжений, подстраива- мый генератор 14, управляемый дели- tenb 15, сумматор 16 выходных напря- Ясений, формирователь 17 выходных на- 11ряжений, первый 18 и второй 19 генераторы низкой частоты, первый 20 и йторой 21 счетчики, первый 22 и второй 23 RS-триггеры, первый 24 и вто- poPi 25 элементы И, первую 26 и вторую 7 схемы исключения.

Четвертый вход формирователя калиб |)ованных интервалов .времени соединен С вторым входом второй )1 27 ис- пючения, выход которой через последовательно соединенные первый делитель 1 , первый фазовращатель 3, пер- рбй фазовый детектор 5, первый перестраиваемый кварцевый генератор 7 соединен с первым входом первого смесителя 9 выход которого соединен с Ьторым входом первого фазового детектора 5, второй выход первого пере- Втраиваемого кварцевого генератора 7 соединен с вторым входом первой схе- Ыы 26 исключения, выход которой через последовательно соединенные второй делитель 2, второй фазовращатель 4, второй фазовый детектор 6, второй пе- ;растраиваемый кварцевьй генератор 8 соединен с первым входом третьего смесителя 11, входом управляемого делителя 15 и вторым входом фазового детектора 12 высокой частоты, выход которого соединен через сумматор 13 по стояннь1х напряжений с входом подстраиваемого генератора 14, выход которого соединен с первым входом сум

10

5

0

5 о

5

0

0

5

матора 16 выходных напряжений и первым входом второго смесителя 10, второй вход которого является вторым входом формирователя, выход смесителя 10 соединен с первым входом фазового детектора 12 высокой частоты, второй вход сумматора 13 является третьим входом формирователя, выход управляемого делителя 15 соединен с вторым входом сумматора 16 выходных напряжений, выход которого соедянеи с входом формирователя 17 выходных напряжений, выход которого является выходом формирователя калиброванных интервалов времени, второй вход второго фазового детектора 6 соединен с выходом третьего смесителя 11, второй вход которого соединен с вторым входом первого смесителя 9 и является первым входом формирователя калиброванных интервалов времениj выход первого генератора 18 низкой частоты соединен с первым входом элемента И 24 и первым входом первого счетчика 20, выход переполнения которого соединен с R-ходом первого RS-триггера 22, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 24, выход которого соединен с первым входом первой схемы 26 исключения, выход второго генератора 19 низкой частоты соединен с первым входом второго эле- мента И 25 и первым входом второго счетчика 21, выход переполнения которого соединей с R-входом второго RS- . триггера 23, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 25, выход которого соединен с первым входом второй схемы 27 исключения, S-входы первого 22 и второго 23 RS-триггеров являются соответственно пятым и шестым входами формирователя, а входы предварительной записи первого 20 и второго 21 счетчиков являются соответственно седьмым и восьмым входами формирователя калиброванных интервалов времени.

Формирователь работает следующим образом.

Для создания калиброванных интервалов времени используется метод исключения импульсов из периодической последовательности первой опорной частоты fgi, поступающей на вход формирователя, и ее последующего деления с помощью делителя 1 в N раз. GxeMa 27 исключения из последовательности импульсов с высокой частотой исключа

ет (не пропускает), количество К импульсов, равное числу заданных низкочастотных иипульсова приходящих нг. ее управляющий вход с элемента И 25, в результате чего поа1едовательность импульсов на выходе делителя 1, имеющая частоту fcn/Nj сдвигается по фазе .на угол 2Т К/К и по времени на величину Do,K/f;,,.

На первьй вход элемента И 25, поступают импульсы с генератора 19 низкой частоты, а на второй вход поступает управляющий И1«1ульс с выхода RS-триг- гера 23, Количество импульсов, кОто- рое необходимо подать на вход 27 исключр.ния; определяется информа- отей, поступающей на управляющий вход счетчгжа 21. После поступления на вход счетчика 21 с выхода генератора 19 з.аданного числа импульсов на выход счетчика 21 появляет-ся импульс переноса, который поступает на R-вход триггера 23 и запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 19 низкой частоты через элемент И 25. Сигнал .управления, поступающий на S-вход триггера 23,разрещает прохождение импуль- сов с генератора 19 низкой частоты через элемент И 25.

Минимальные фазовьй и временной сдвиги (дискреты) при этом соответсвенно равны ол мин - м мии 1/Гм. Упомянутый сдвиг осуществляется относительно посл.едовательности импульсов на выходе аналогичного делителя 1 частоты второго формирователя, в котором на управляющий вход схемы 27 исключения импульсы не поступают. Таким образом, можно задавать образцовый временной сдвиг на частоте повторения foi/N. Для получения малого фазового дискрета необходимо выполнять схемы 27 исключения и делитель 1 с большим коэффициентом деления, что в свою очередь приводит к значительному снижению выходной .частоты, увеличению которой препятствует ограниченный частотньш диапазон применяемых- в схеме 27 и делителе 1 микросхем. Для повьшения частотного диапазона выходных сигналов и для уменьшения временного дискрета используется перенос фазовых соотношений между сигналами с применением системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ),работающей по вторичным биениям.

14293004

Система ФАПЧ для получения выходньтх частот до 150 МГц включает в сзг- : - первый фазовг-,г детектор 5 .х частот. перестраивгем-.1й квапцев :й ге- нератор 7, а такясе первый смеситель 9. Частота генератора 7 выбирается такой, чтобы удовлетворялось равенство

fo,-f. f o./N,

(1)

где вторая опорная частота, по, ступающая на первый вход формирователя;

fj, - частота перестраиваемого. кварцевого генератора 7 в режиме удержания; fc,., - первая опорная частота, посту пазсяцая на четвертый вход - формирователя.

Первая и вторая опорные частоты выбираются такими, чтобы удовлетворялось равенство

f,,/N+4,. - . (2)

В режиме удержания системы ФАПЧ изменения фазы на входе фазового детектора 5 передаются на выход перестраиваемого кварцевого генератора 7, Временной и фазовый дискреты на выходе перестраиваемого кварцевого гене- , ратора 7 соответственно составляют

-1- ы -р

vP М«н щ

(3)

Как следует из формулы (З), дпя iуменьшения временного дискрета, зада- ваемого на частоте f;, , необходимо

увеличивать коэффициент N деления опорной частоты ft,, т.е. уменьшать частоту , на которой работает, фазовый детектор и от которой зависит скорость подстройки частоты перестраиваемого кварцевого генератора 7, а это в свою очередь приводит к снижению быстродействия задания временнсу- го сдвига.

Для уменьшения дискретности и повышения быстродействия задания временного сдвига используется вторая петля ФАПЧ, которая соединена с выходом перестраиваемого кварцевого генератора 7 через схему 26 исключения, делитель 2 и фазовращатель 4. Вторая петля ФАПЧ до 150 МГц содерзшт второй .фазовый детектор 6, второй перестраиваемый кварцевый генератор 8, третий смеситель 11. Сигнал с выхода генератора 7 доступает на схему 26

исключения и далее через делитель 2 «facTOTbi в Nj раза и фазовращатель 4 на вход фазового детектора 6. Если Ца вход схемы 26 исключения управля - фцие импульсы не поступают, то сдви- ihaM, определенным выражением (З) и Заданным на вькоде перестраиваемого |сварцевого reHepatopa 7 на частоте IY соответствуют фазовь1е и времен- дискреты

2/,

йГн:

fr

мцц

(4)

полученные на выходе делителя 2 на частоте f /N2,

: В режиме удержания петли ФАПЧ изме- |1ения фазы на входах фазового детек- 20 тора 6 передаются на выход перестра- :1ваемого кварцевого генератора 8, Временной Т,„„ и фазовый1р,ц дис- 1креты, временной и фазовый | сдвиги на выходе перестраиваемого генератора 8 соответственно составляют

25

|g

.ЙГг ,

К

2Т

NTiJl

к,

гмин 1 25ГК

(5)

35

В результате временной дискрет уменьщается в , а-бы стродейст вие задания временного сдвига при этом уменьшается незначительно потому, что частота, на которой работает фазовый детектор 6 второй петли, равна f;i /N,, что при f -f,,;, в- раз вьше, чем в случае использования толь- д ко одной петли ФАПЧ и делителя с коэффициентом деления ..

Если управляющие импульсы поступают на вход управления только схемы 26 исключения и не поступают на вход управления схемы 27, то временной и фазовый дискреты, временной и фазовый сдвиги на выходе делителя 2 на частоте f /N соответственно составляют

45

1

f7

(6)

Этим сдвигам соответствуют следующие временной и фазовый дискреты, временной и фазовый сдвиги на частоте f на выходе перестраиваемого генератора 8

10

- 20 25

30

35

45

50

55

К

.2

6

. мин

2fK

2Г

Nl

f.-5; -Ч--i; (

Количество импульсов, поступающих на вход управления схемы 26 исключения с элемента И 24, задается с помощью генератора 18, счетчика 20,

триггера 22 и элемента И 24. На первый вход элемента И 24 поступают импульсы с генератор а 18 низкой частоты, а на второй вход поступает управ- |g ляющий импульс с выхода RS-триггера 22, Количество импульсов, которые необходимо подать на вход схемы 26 ис- ключ ения, опр еделя ет ся инфо рмаци ей, поступающей на вход записи счетчика 20. После поступления на вход счетчика 20 с выхода генератора 18 заданного числа импульсов н а выходе счетчика 20 появляется импульс переноса, который поступает на R-вход триггера 22 и запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 18 низкой часто- ,ты через элемент И 24, Сигнап управт ления, поступающий на S-вход триггера 22, разрешает прохождение импульсов с генератора 18 низкой частоты через элемент И 24.

Для более низких выходных частот используется делитель 15 частоты с переменным коэффициентом деления. Временной дискрет при этом сохраняет свою величину.

Система ФАПЧ дпя поступления частот до 3 Гц включает в себя фазовый детектор 12 высокой частоты, перестраиваемый генератор 14, смеситель 10, сумматор 13 постоянных напряжений ,

Третья опорная частота foj, поступающая на второй вход формирователя калиброванных интервалов времени, определена выражением foj m-fg;,, где ,3,4,,.. (т - целое число, обозначающее номер гармоник). Частота перестраиваемого генератора 14 выбирается равной

fj т. Г„,+Г, .(8)

В режиме удержания системы ФАПЧ изменения фазы на выходе фазового детектора 12 высокой частоты передаются на выход перестраиваемого генератора 14,

Временной Т, „у и фазовый ffjvji, дискреты, временной TJ3, и фазовый

ЗДвиги, соответствующие выраже нию (5), ни выходе перестраиваемого генератора 14 составляют

%

1

T,Tytl к

2дгк

-

-)змин м N7

П ----- О а

Чь N,N,f, -ib о:

ратора системы ФАПЧ. Таким образом, использование дополнительно в формирователе калибро- (9)ванных интервалов времени последовательно соединенных схем исключения, ВременнойТ и фазовый Lfг делителя и второй петли ФАПЧ до )

дискреты, временной TJ- и фазсэвьй 50 МГц позволило уменьшить дискретS -f J сдвиги, соответствующие выражению ность задания временного сдвига в N (7), на выходе перестраиваемого генератора 14 составляют

раз при незначительном уменьшении быстродействия задания временного

Ф, - 21Г .

№,м 1 21ГК

-к;

(10)

Формирователь калиброванных интервалов времени, содержащий последова- 20 тельно соединенные первьй делитель, первьй фазовращатель, первый фазовый . детектор низкой частоты, первый iicpe- страиваемьй .кварцевьй генератор и первый смеситель, выход которого сое

Для получения различных выходных частот на третий вход формирователя додается постоянное напряжение, изменением которого перестраивается частота генератора 14 с учетом выполне- 25 динен с вторым входом первого фазово- ния требования (8). го детектора, второй вход первого

Для объединения сигналов по выхо-смесителя соединен с первым входом

ду служит сумматор 16 выходных на-формирователя калиброванных интерва-..

пряжений, разрещающий прохождениелов времени, а также последовательна выход сигнала нужной частоты. Фор- ЗО ° соединенные фазовьй детектор высо- мироватепь 17 выходных напряженийкой частоты, сумматор постоянных напряжен ий, подстраиваемый генератор, выход которого соединен с первым входом сумматора выходных напряжений, и Погрешность задания калиброванных gg,первым входом смесителя, второй вход временных сдвигов однозначно опреде- которого является вторым входом фор- ляется погрешностью задания фазовыхмирователя калиброванных интервалов

сдвигов, которая, в свою очередь, за- времени, выход второго смесителя со- висит только от перекрестных связейединен с первым входом фазового демежду каналами и от точности подстрой-40 тектора высокой частоты, второй вход ки фазы кольцами систем ФАПЧ, Развязы- которого соединен с входом управляе- вающие устройства, поставленные намого делителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора выход- ных напряжений, выход которого соедипредназначен для формирования короткого импульсного сигнала из синусоидального .

входах в смесителях, обеспечивают развязку между каналами до 80-100 дБ,

что приводит к временной погрешности 45 входом формирователя выходных

не более 0,01% от периода. Точность подстройки фазы зависит от стабильности частоты генераторов и полосы удержания 5, системы ФАПЧ

.)

где ft, - разность фаз в точке устойчивого равновесия; йц- начальные расстройки.

50

напряжений, выход которого является, выходом формирователя калиброванных интервалов времени, второй вход cytr матора постоянных напряжений является третьим входом формирователя калиброванных интервалов времени, о т- лич ающий ся тем, что, с целью уменьшения дискретности и.повыше- , ния быстродействия задания временно- Нестабильно сть частот генераторов gg го сдвига, в него введены два гене- приводит к изменению начальной рас-ратора низкой частоты, два счетчика,

стройки Д, что в свою очередь при- два RS-триггера, два И, две водит к нестабильности временного ий- схемы исключения, второй фазовраща- тервалатель, второй фазовый детектор, вто114293008

a.T Af /a)arcsin S7 -йЯ«/,.

где л) - частота подстраиваемого гене ность задания временного сдвига в

раз при незначительном уменьшении быстродействия задания временного

сдвига.

Формула изобретения

Формирователь калиброванных интервалов времени, содержащий последова- тельно соединенные первьй делитель, первьй фазовращатель, первый фазовый детектор низкой частоты, первый iicpe- страиваемьй .кварцевьй генератор и первый смеситель, выход которого сое

динен с вторым входом первого фазово- го детектора, второй вход первого

50

, gg

рой перестраиваекый кварцевый генератор, третий смеситель, второй делитель, выход которого через, последовательно соединенные второй фазовращатель, второй фазовый детектор соеди- |нен с входом второго перестраиваемого кварцевого, генератора, выход которого соединен с входом управляемо- ;го делителя и первым входом третьего (смесителя, выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора, второй вход третьего смесителя соединен с вторым входом первого смесителя, вь1код первого генератора низ- |кЬй частоты соединен с первым входом первого элемента И и первым входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен с R-входом первого lRS-триггера, выход которого соединен |с вторым входом первого элемента И, 1выход которого соединен с первым входом первой схемы исключения, выход которой соединен с входом второго делителя, второй выход первого neipecTpa- иваемого кварцевого генератора соединен с вторым входом первой схемы исключения, выход второго генератора низкой частоты соединен с первым входом второго элемента И и первым входом второго счетчика, выход переполнения которого соединен с Е-входом второго

RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второй схемы исключения, выход которой соединен с входом первого делителя, второй вход второй схемы исключения является четвертым входом формирователя калиброванных временных интервалов, S-входы первого и второго RS-триггеров являются пятым и

шестым входами, а входы предварительной записи первого и второго счетчиков являются седьмым и восьмым входами формирователя калиброванных интер- Iвалов времени.