Преобразователь частоты следования импульсов Советский патент 1991 года по МПК H03B19/00 H03K5/153 

Изобретение относится к области радиотехники, электроизмерительной техники и может быть использовано при построении устройств прецизионной синхронизации временных последовательностей импульсов с входным сигналом в измерителях параметров периодических процессов (анализаторах гармонического спектра, измерителях нелинейных искажений, регистраторах, фазометрах и проч.).

Целью изобретения является повышение точности преобразования частоты следования периодических импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - схема преобразователя время- код.

Преобразователь частоты следования импульсов включает входной формирователь

1импульсов, выход которого через делитель

2частоты с переменным коэффициентом деления соединен с информационным входом

.первого преобразователя время-код 3 и через делитель 4 частоты с постоянным коэффициентом деления - с информационным входом второго преобразователя время- код 5. Тактовые входы первого 3 и второго 5 преобразователей время-код объединены с выходом генератора 6 тактовых импульсов и тактовым входом преобразователя код-время 7. Первая группа входов преобразователя код-время 7 обьединена с группой входов предустановки первого преобразователя время-код 3 и первой

сь

XI 00

сл

группой выходов постоянного запоминающего устройства 8, вторая группа выходов которого подключена к входам задания коэффициента делителя 2 частоты с переменным коэффициентом деления, а входы соединены с соответствующими выходами второго преобразователя время-код 5. Выход преобразователя код-время является выходной шиной устройства.

Преобразователи время-код устройства могут, например, содержать подключенную к тактовому входу последовательную цепочку, содержащую счетчики 9 и 10 соответственно младших и старших разрядов, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного регистра 11 памяти. Динамический вход записи информации выходного регистра 11 памяти соединен с информационным входом преобразователя и через элемент 12 задержки с обнуляющими входами счетчиков 9 и 10, Причем входы предустаноЁки первого преобразователя время-код 3 являются информационными входами счетчика 9 младших разрядов.

Все остальные преобразователи частоты следования импульсов также могут быть реализованы на стандартных элементах. Формирователь 1 может быть реализован на основе последовательно соединенных компаратора и ждущего мультивибратора. На его выходе в этом случае формируются короткие импульсы. Однако возможна и более простая реализация формирователя - на основе усилителя-ограничителя. В этом случае выходным сигналом формирователя будет меандр. Делители 2 и 4 частоты могут быть реализованы на основе вычитающих счетчиков с предустановкой кода по дости- жейию нулевого состояния. Величина кода равна коэффициенту деления частоты. Делитель 4 частоты имеет фиксированный коэффициент деления, а коэффициент деления делителя 2 устанавливается с выхода постоянного запоминающего устройства 8. Постоянное запоминающее устройство 8 может быть реализовано на базе микросхем ПЗУ, а также на основе программируемых логических матриц. Адресные входы и информационные выходы микросхем образуют соответственно входы и выходы постоянного запоминающего устройства 8. Преобразователь код-время 7 может быть реализован в виде вычитающего счетчика с предустановкой кода на информационных входах по достижению нулевого состояния разрядов.

В преобразователях подобного класса номинальный период ТВых следования выходных импульсов определяется по формуле

Твых -

Тех П10

- Г Тех -1 Тех т0 -L N7 J+r No fNoL No

Твых + {Твых} ,(1)

где и {} - целая и дробная части числа; Твх - период входного сигнала; то - коэффициент деления входного делителя преобразователя время-код ;

No - коэффициент деления счетчиков 9, 0 10 преобразователя время-код.

Повышение точности преобразования производится за счет исключения дробной части числа выходного периода, т е. получения зависимости

5 т«-тmi

- Г Твх mi -| , , L N, J Твых1

NI l(2)

В случае близких mi и N) (например, NI mi + 1) из (1) и (2) можно получить следующие выражения: 01

mi -К5-:г -г, (3)

N

1Мо /

т0 V

1 +

Твых4 Твых

)

1

Mr

NЈ mo

/1+gH l 1 I ebtxj /

+ 1

(4)

Выражения (З) и (4) позволяют определить для заявляемого устройства значения

коэффициентов mj и NI, при которых погрешность, связанная с неточностью деления кода обобщенного входного периода на коэффициент умножения частоты практически сведена к нулю (дробная часть {ТВых|} в

выражении (2) отсутствует).

По существу, введенное в состав преобразователя последовательности импульсов постоянное запоминающее устройство, в котором по соответствующим адресам заранее записаны значения mi и NI, позволяет в процессе работы ло имеющимся величинам т0 и No формировать такие величины ml и NI, при которых выполняется выражение (2). Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход преобразователя сигнала с периодом ТВх на выходе формирователя 1 формируется последова- тельность импульсов с тем же периодом следования, которая через делитель 4 частоты С коэффициентом деления nV поступает в преобразователь время-код 5, где происходит накопление кодового эквивалента обобщенного входного периода т0Т8х. При

этом дробная часть периода по модулю N0 накапливается в счетчике 9 младших разрядов преобразователя время-код 5 (код {Твых}-No), а целая часть периода Твых - в счетчике 10 старших разрядов. На основании этого кода и с учетом того, что величины то и No известны, на выходе постоянного запоминающего устройства 8 устанавливаются коды коэффициентов пересчета mi и NI согласно выражениям (3) и (4). Коэффициент mi поступает на кодовый вход управляемого делителя 2 частоты, на выходе которого формируется последовательность импульсов с обобщенным периодом TBX mi. Кодовый эквивалент этого периода по модулю NI накапливается в счетчиках 9 и 10 младших и старших разрядов преобразователя время-код 3 и поступает на первый вход преобразователя код-время 7. В этом формируется временная последовательность, соответствующая минимальной погрешности формирования периода следования выходных импульсов преобразователя частоты.

Таким образом, в заявленном устройстве погрешность, связанная с неточным делением обобщенного входного периода на коэффициент N, сведена практически к нулю.

Рассмотрим численный пример, позволяющий количественно оценить преимущества заявляемого объекта.

Пусть fax 1 кГц, частота генератора б тактовых импульсов fo 10 мГц. Номинальные коэффициенты умножения и деления частоты No 512 и т0 5.11. Тогда, учитывая, что код ТВх fo/fex, для устройства-прототипа из (1) имеем

Твых Тех -m0 104 -511

No512

Твых 9980, {Твых} 0,4687(5)

Погрешность формирования выходных импульсов за время обобщенного входного периода в прототипе определяется по формуле

А0 ТвхГоо - {Твых} No

0,4687 512 239.97(6)

В заявленном преобразователе коэффициенты mi и NI определяются из (3) и (4)

т| 512 ,, , 0.4687 v .. 499; 5ТГ ( 1 + 9980 ) 1 NI 500(7)

Погрешность А) формирования выходных импульсов заявляемого устройства Ai TBx-mi-n ebix Ni 104 499 -9980- 500 0(8)

Из рассмотренного примера видно, что точность заявляемого устройства по сравнению с прототипом существенно увеличилась за счет того, что дробная часть кода выходного периода практически сведена к нулю. При этом значения NI и mj незначи 9980,4687

тельно отличаются от коэффициентов N0 и т0 устройства- прототипа.

Следует отметить, что несмотря на некоторые вариации коэффициентов mi и NI 5 заявляемый преобразователь может широко применяться в измерительной аппаратуре, так как для большинства приборов с цифровой записью отсчетов (например, в стробоскопических осциллографах, регист10 раторах, анализаторах гармонического спектра, измерителях коэффициента гармоник, фазометрах, и проч.) принципиальным является не количество отсчетов на период сигнала и факт изменения коэффициента

15 передачи устройства синхронизации, а точность преобразования частоты, позволяющая осуществлять прецизионное синхронное с входным периодом стробиро- вание исследуемого сигнала. Дополнитель0 ным преимуществом заявляемого объекта является то, что улучшение метрологических характеристик достигается без увеличения тактовой частоты опорного генератора. Формула изобретения

5 1. Преобразователь частоты следования импульсов, содержащий делитель частоты с переменным коэффициентом деления, соединенный выходом с информационным входом первого преобразователя время-код,

0 входы предустановки которого объединены с первой группой входов преобразователя код-время, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами первого преобразователя время-код., а

5 выход - с выходной шиной устройства, тактовые входы преобразователей время-код и код-время объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, о т- личающийся тем, что, с целью повыше0 ния точности преобразования, в устройство дололнительно введены последовательно соединенные входной формирователь импульсов, делитель частоты, второй преобразователь время-код и постоянное

5 запоминающее устройство, первая и вторая группы выходов которого подключены соответственно к входам предустановки первого преобразователя время-код и входам задания коэффициента пересчета делителя часто0 ты с переменным коэффициента деления, вход которого объединен с выходом входного формирователя импульсов, а тактовый вход второго преобразователя время-код подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

5 2. Преобразователь поп. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что преобразователь время- код содержит подключенную к тактовому входу последовательную цепочку, содержащую счетчики младших и старших разрядов, выходы которых объединены с соответствующими входами информации выходного регистра памяти, вход записи информации которого соединен с информационным входом преобразователя и через элемент

задержки - с обнуляющими входами счетчи- 5 ших разрядов.

Вход

ков импульсов старших и младших разрядов, причем входы предустановки первого преобразователя время-код являются информационными входами счетчика млад Риг.1

Изобретение относится к области радиотехники, электроизмерительной техники и может быть использовано при построении устройств прецизионной синхронизации временных последовательностей импульсов с входным сигналом в измерителях параметров периодических процессов (анализаторах гармонического спектра, измерителях нелинейных искажений, регистраторах, фазометрах и проч.). Целью изобретения является повышение точности преобразования частоты следования периодических импульсов. Поставленная цель достигается введением в состав преобразователя постоянного запоминающего устройства 8, второго преобразователя время-код 5, делителя 4 с постоянным коэффициентом деления и входного формирователя 1 с соответствующими связями. Кроме того, в состав устройства входят делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, первый преобразователь время-код 3, генератор б тактовых импульсов и преобразователь код-время 7. Оригинальная архитектура преобразователя позволила свести погрешность преобразования, связанную с неточностью результата деления обобщенного входного периода на целочисленный коэффициент, практически к нулю. 2 ил.

Фиг. 2

D D

I