Устройство для фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1990 года по МПК H03K5/00 H03K9/02 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к цифровой вычислительной технике, и может быть ис- пользовано при построении контроллеров накопителей на магнитных дисках.

Цель изобретения - увеличение надежности и упрощение устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - граф состояний устройства; на фиг.З - примеры кодовых ситуаций, поясняющие принцип действия устройства; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства во всех возможных режимах.

Устройство (фиг.1) содержит счетчик 1, элемент И-НЕ 2, триггеры 3 и 4, элементы НЕ 5 и 6, элементы ИЛИ-НЕ 7-9, элемент И-ИЛИ-НЕ 10 и элемент 11 задержки. Триггеры 3 и 4 выполнены по стандартным схемам с использованием элементов ИЛИ-НЕ 12 и И-ИЛИ-НЕ 13. Первый вход элемента 10 соединен шиной 14 с первым входом элемента 7, входом элемента 5 и информационным входом 15 устройства. Первый вход элемента 2 соединен с входом 16 синхронизации устройства, выход элемента 8 соединен с первым входом триггера 3 и выходом 17 устройства. Пер- вый-пятый выходы счетчика J соедине- ны соответственно шиной 18 с первым входом элемента 8, шиной J9 с вто- рым входом элемента 10 и входом элемента 11i шиной 20 с вторым входом элемента 8, шиной 21 с вторым входом элемента 7 и шиной 22 с третьими входами эдементов 8 и 10.

Выход элемента 10 соединен с первым входом элемента 9, выход которого соединен с вторым входом элемента 2, выход которого соединен с входом синхронизации счетчика 1. Первый, второй и третий входы установки счетчика 1 соединены с шиной 23 триггера 3 и третьим входом элемента 7, выход которо1

5

0

5

0

5

0

5

0

5

го соединен с первым входом триггера 4, выход которого (шина 24) соединен с вторым входом элемента 9 и четвертым входом установки счетчика 1.

Выход элемента 5 соединен с входом элемента 6 и шиной 25 с вторым входом триггера 3. Выход элемента 6 соединен шиной 26 с третьим входом триггера 3 и вторым входом триггера 4. Выход элемента 11 соединен с четвертым входом элемента 7.

Граф состояний устройства (фиг.2) отображает восемь возможных логических состояний счетчика 1 и показывает направления возможных переходов между этими состояниями. Временные диаграммы а,б,в,г (фиг.З) поясняют принцип действия устройства и отображают сигналы на входе 15 (диаграммы a,Y; 6Д; в,Ґ; r,Y) и на выходе 17 (диаграммы a,Z; 6,Z; B,Z; r,Z). Последовательности цифр, приведенные на фиг.З, отображают последовательности чисел, вырабатываемых счетчиком 1.

Временные диаграммы д,е,ж,з,и,к (фиг.4) поясняют работу устройства во всех возможных режимах. Диаграммы д,Ј; e,f; ж,Ј; э,Ј; и,Ј; к,Ј отображают сигналы на входе 16 устройства диаграммы д,П; e,N;, ж,Ы; з,М; и,М; K,N - коды в счетчике 1, диаграммы д,Ґ; e,Y; ж,Ґ; s,Y; H,Y; K,Y - сигнал на входе 15 устройства, диаграммы д,Ь; e,h - сигнал на шине 24, диаграммы д,Р; e,F; ж,Е; з,Р - сигнал, полученный в результате логического умножения сигналов на шинах 19 и 22 (на входах элемента 10), диаграмма з,СЬ - сигнал на выходе элемента 2, диаграмма к,5 - сигнал на шине 23.

Счетное устройство выполнено по схеме счетчика с последовательным переносом и меют разрядность, равную1 трем. Шины 18-22 соответствуют инверсному сигналу а младшего разряда, прямому b и инверсному b сигналам еледующего разряда, прямому с и инверсному Tf сигналам старшего разряда. При наличии сигналов Лог.О на установочных входах счетчика I (шины 23 и 24), т.е. при S h 0, счетчик работает в режиме прибавления единицы к старому содержимому. Прибавление единицы производится по отрицательному фронту сигнала CL на выходе элемента 2, т.е. I при переходе этого сигнала из состояния Лог.1 в состояние Лог.О. Сигналы Лог.1 и Лог.О представлены соответственно напряжениями высокого и низкого уровней. При переполнении счетчика он вновь начинает счет с нулевого кода (а b с 0). Работа счетчика в режиме естественного счета соответствует циклическому перемеся отсутствие ложных срабатываний элемента 7.

Устройство работает следующим образом.

Устройство предназначено для выработки на выходе 17 последовательности импульсных сигналов Z, имеющих определенное фазовое соотношение с импульсными сигналами Y, поступающими на информационный вход 15 устройства. В идеальных случаях сигналы Y должны попадать в середины временных интервалов между сигналами Z (фиг.3,а,б), т.е. коррекция состояния счетчика не производится, если сигнал Y поступил в тот момент, когда в счетчике присутствует код 2 (010) или 3 (011). Сигнал Z вырабатывается в те

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к цифровой вычислительной технике, и может быть использовано при построении контроллеров накопителей на магнитных дисках. Цель изобретения - увеличение надежности и упрощение устройства. Устройство содержит триггер, счетное устройство и элемент НЕ. В него введены второй триггер, второй элемент НЕ, три элемента ИЛИ - НЕ, элемент И - НЕ, элемент И - ИЛИ - НЕ и элемент задержки, причем счетное устройство выполнено в виде счетчика с последовательным переносом. 2 ил.

щению от узла к узлу (фиг. 2) по боль-20 периоды времени, когда в счетчике

шой окружности в направлении, указанном стрелками.

Если , h 1, то средний разряд (сигнал Ь) принудительно устанавливается в состояние Лог.1, а два других разряда остаются без изменения При работе счетчика в составе устройства возможны только две такие ситуации. В первой из них счетчик переходит из состояния 000 в состояние 010, во второй - из состояния 001 в состояние 011 (фиг. 2). Если h 0, S 1 ,то счетчик принудительно устанавливается в состояние 001. При работе счетчика в составе устройства- возможна единственная ситуация такого рода: переход из состояния 111 в состояние 001 по внешней дуге графа, приведенного на фиг.2. Логика работы устройства такова, что единичные сигналы S и h никогда не формируются одновременно.

При работе счетчика возможны временные его приостановки (на один период сигнала f), которые условно показаны на фиг.2 в виде циклов (три малые окружности в верхней части фиг. 2). Такие приостановки достигаются путем формирования сигнала запрета временно запирающего элемент 2 и препятствующего поступлению сигнала CL на вход синхронизации счетчика.

Элемент 11 задержки компенсирует время задержки распространения сигнала переноса из среднего в старший разряд счетчика 1. Если сигнал переноса имеет максимальную задержку, рав- ную 10 не, то минимальная задержка элемента 11 может быть выбрана равной например, 15 не. При этом гарантируетимеется код 7 (111).

Если сигналы Y приходят с упреждением или с опозданием (фиг,3,в,г), то счетчик постепенно адаптируется 5 к этим сигналам, ускоряя или замедляя счет путем перескока через одно из состояний или приостановки на один такт. В результате сигналы Z постепенно приобретают нужное фазовое соотношение с сигналами Y.

На фиг.3,в первый импульс Y попадает на код 7 в счетчике, поэтому счетчик минуя код нию во времени последовательности сиг0

перескакивает к коду 1, О. Это приводит к смеще5

0

налов Z и поэтому следующий импульс Y попадает уже не на код

О. Счетчик опять реагирует на п..

5

0

5

7 а на код

ерескоком к коду 2, минуя код 1 и тем самым вновь смещая временную диаграмму сигналов Z в нужном направлении. Третий импульс Y попадает на код 1. Счетчик, минуя состояние 2, переходит к состоянию 3, продолжая процесс адаптации, и, наконец, четвертый импульс Y попадает на код 2 - процесс адаптации завершен. В дальнейшем счетчик работает в естественном режиме (без какой-либо коррекции),а импульсы Y попадают на код 2.

Если импульсы Y начинают отставать или обгонять счетчик, производится соответствующая плавная коррекция его содержимого. На фиг.3,г первый импульс Y опоздал (попал на код 6 в счетчике), поэтому счетчик пропускает один такт - в течение двух соседних интервалов времени его

7158

содержимое остается равным 6. Благодаря полученному сдвигу временной диаграммы сигналор Z следующий импульс опаздывает уже не так сильно, как первый, - он попадает на код 5, который также не меняется в течение двух тактов, следующий импульс Y попадает на код 4, счетчик вновь чритормажи

вается, и, наконец, четвертый импульс попадает в середину интервала между импульсами Z, что и требуется.

Период сигнала f, подаваемого на вход 16 синхронизации устройства, выбирается в 16 раз меньшим, чем минимальный период Т повторения сигналов Y (сигналы Y в зависимости от считываемой с магнитного диска информации поступают с периодом Т, 1,5 Т или 2 Т). Далее предполагается, что сигнал Y привязан к периоду сигнала f.

Возможны восемь ситуаций по числу возможных кодов в счетчике, на которые попадает импульс Y. На фиг,4,д показана первая ситуация, при которой импульс поступает на вход 15 устройства в том момент, когда в счетчике 1 имеется нулевой код (N 0) . Согласно фиг.2 в этом случае счетчик должен перейти из состояния 000 в состояние 010 по внешней дуге графа, минуя состояние 001. Этот процесс развивается следующим образом. К моменту поступления импульса Y , , С 0. b1 0, поэтому импульс Y проходит через элемент 7 и устанавливает триггер 4 в единичное состояние (h 1), что приводит к переходу счетчика 1 в состояние 010. Сигнал h l воздействует на вход элемента 9, на его выходе формируется сигнал Лог.О, запрещающий передачу импульса f на вход синхрнизации счетчика 1. В данном случае выполняется условие F 1.

Рассмотренный процесс заканчивается снятием сигнала Y, в результате снимается сигнал h 1, ив дальнейшем счетчик каждый раз прибавляет единицу к своему старому содержимому по положительным фронтам сигнала f. Из диаграмм, приведенных на фиг.4,д, видно, что коды N в счетчике меняются не так, как при естественном порядке счета (см.верхний ряд цифр: 7,0,1,2,3

На фиг. 4,е показана вторая ситуация, при которой импульс поступает в тот момент, когда в счетчике 1 при- сутстзует код 1. Эта ситуация ана

8

0

5

Q

5

0

5

0

логична предыдущей. Осуществляется переход от кода 1 к коду 3 с пропуском кода 2.

На фиг.4,ж показана ситуация, при которой в момент поступления сигнала Y N 2, Благодаря выполнению условия F 1, на выходе элемента 10 формируется Лог.О и сигнал Y не препятствует прохождению сигнала f на вход CL счетчика. Таким образом, естественный счет продолжается.

На фиг.4,з показана ситуация,при которой в момент поступления сигнала Y . К моменту поступления сигнала. Y F 1,поэтому очередной положительный импульс f вызывает прибавление единицы к содержимому счетчика и в нем устанавливается код 4. При этом начинает выполняться условие и сигнал , проходя через элементы 10 и 9, вызывает снятие сигнала Лог.О с входа синхронизации счетчика (см.короткий отрицательный импульс на диаграмме 4,з. CL). После окончания положительного импульса f снимается сигнал Y, и в дальнейшем счетчик продолжает работу в режиме прибавления единиц к своему содержимому.

Фиг.4,и поясняет работу устройства в тех случаях, когде необходимо про-- пустить один такт. Эти ситуации соответствуют поступлению сигнала Y в те моменты времени, когда в счетчике присутствует код 4, 5 или 6 (см.циклы, показанные на фиг.2). Все три ситуации характеризуются выполнением условия F 0 так что сигнал Y, проходя через элементы 10 и 9, вызывает запрет прохождения очередного импульса f (на фиг.4,и этот импульс заштрихован) на вход синхронизации счетчика. Вследствие этого, счетчик приостанавливает счет на один такт, что и требуется.

На фиг.2,к показана ситуация, при которой в момент поступления сигнала Y N 7. В данном случае триггер 3 устанавливается в единичное состояние (S 1), причем элемент 7 запирается сигналом S во избежание последующего срабатывания триггера 4 и искажения информации в счетчике. Поскольку 3 1 и , счетчик устанавливается в состояние 001 (см.дугу, соединяющую узлы 111 и 001 на.фиг.2). По окончании импульса Y снимается сигнал 5,и счетчик продолжает работу в режиме

Фиг.2

в т о i а з s е i о t е з f f в т a 1 а л f в т о i s s ь

1ПППП

L

У

в)

L,° 1 в I-.0 f 34fff7o «J«5 7 О t g 3 +

6 f t S.,.S 6 7 О I 3...S S 7 01 3...4 6 7 01 I 5 ...S 6

g П П „ П TL

«

s вт в...as s s e i o...ts 5в 7 о,..is 45 в ro f

-Л,J-L«TU

,. . .-,-ff, ,ff, ,ffП«И

rnST ttMlT r

f

« 1

К О

xznxuzxni

У

К

-4- -4- -

4J 3

)

,5,6

«;

flX 6 ХРРлГ

у- фиЪ.Ь.L ../..„ЛЛОС7 Ј

L

XDC