ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗА-ЧАСТОТА Советский патент 1974 года по МПК H03M5/08 

Изобретение относится « области цифровой иреобразовательной тежшки и может ашйти применение в системах у;пра1вле1ния, телемехаН:ики и диста11Ц110:Н11ото «аитроля. Известны цифр01вые преобразователи фа- 5 за-частота с промежуточным время-импульсным нреобразсваливм, .содержащие унра;влепия, генератор эталонной частоты, уи равляемые вентили, счетчики и грунну И1Мпульсно-потенциальных вентилей.10 Предлагаемое уст:рой ство отличается от известных те.м, что iB Нем счет1ные входы триггеpOiB сумматора поразрядно соедияены с вы.ходамИ триггеров су.ммирующего счетчи-ка вто- 15 рой группы импульоно-потепциальных вентилей, выходы iKOTcipbix подключены « счетньгм входам триггеров сумматора, потенциальные входы - к вы.ходал триггеров 1сум:ми|рующего счетчика. И.мпульсные входы объедш1еа1ы и 20 через первый управляемый вентиль соединены с 1ВЫХОДОМ генератора эталонной частоты и со входоМ вторСГО управляемого вентиля, выход которого, в свою очередь, подключен ко входу суммирующего счетчика.25 Это позволяет повысить точность иреобразования угла сдвига фаз в частоту следования импульсов. Иринции действия преобразователя заключается в следующем. 30 Ве тичина фазового сдвига ф, выраженная Г|радусах, между двумя входными сииусоильиыми снгнала;л1и определяется известным отношениел;: с :360-Л, Т е /.; - промежуток времен.и, соответствующий углу сдвига фаз ф, Т - период входного сигнала. Частота, которая должна быть сформирова, равна f.K., е К - коэффициент пропорцноцальиостн. Это.му условию удовлетворяет частота, опделяемая следующем выражением; f -f 360 ° NNf, е /о- эталонная частота; А/о - чнсло импульсов эталонной частоты, укладывающихся в односекундиом временном ннтервале; п-число импульсов эталоипой частоты за время /с, соответствующее углу сдвига фаз ф; А -число импульсов эталопиой частоты за один Г входного сигнала.

Из выражения (2) следует, что если чЗСтоту /о выбрать равной 360, где i - иекоторын коэффициент атропорциолалы-юсти, выражение (2) при.нимает вид:

f. -/о

iN

т. е. MaiCTOTH / пропОрциональна фазовому сдвигу.

На чертеже предста;влена структурная схема преобразователя, реализующего соотношение (3).

В .состав прибора входят фо|рмирователь 1, блок управления 2, управляемые вентили 3- 5, генератор 6 эталонпой частоты, вычитающий счетчик 7, суммирующий Счетчик 8, логический элемент «ИЛИ 9, две группы импульсно-потенциальных вентилей переноса 10 и 11, сулшатор 12 параллельного типа и элемент задержки 13.

В исходном состояиИИ тр«ггер1ные ячейки счетчиков 7 -и 8 -и суМ|Матора 12 находятся в нулевОМ состоя1Е1И1И, с блока управления 2 на управляемые вентили 3-5 поданы запираюш,,ие потенциалы. Выход вентиля 3 подключен к счепным входам тех триггериых ячеек вычитающего счетчи1ка 7, чтобы каждым импульсом частоты /о генератора 6, прощедшим через вентиль 3, в счетчик 7 вводилось число i иа вычитание.

Счетчики 7 и 8 соеди непы поразрядно с сум.маторо-м 12 iipynnaiMiH импульсно-потенциальных вентилей переноса 10 и 11 так, что при наличии :им пульса переноса ina их импульсных входах со стороны элемента «ИЛР 9 и вентиля 11, соответственно, в сумматор 12 перенО)Сятся прямые .коды чисе.л, записанных в счетчиках 7 и 8.

В схеме формирователь 1 служит для выделения двух вре,меИ|11ых интервалов, соответствующих углу сдвига фаз и периоду исследуемых сигналов. Блок управления 2 открывает вентиль 4 на промежуток времени t- , а вентиль 3-на один период входиого сигнала. Б результате за первый период входного сигнала в счетчики 7 и 8 запишутся соответственно числа (С-iiV и п, ,где С-емкость счетчика 7.

По окончании ие|рвого периода входиого сигнала с блока упра1влеиия 2 через элемент «ИЛИ 9 на группу импульсно-потенциальных вентилей переноса 10 подается им.пульс на перенос пОКазаии счетчика 7 в суМ.матор 12. В результате в сумматоре 12 запищется число (С-iN). Одновременно с блока управления 2 иа вентиль 5 подается разрещающий нотеппиал.

Начиная со второго периода, (дый импульс частоты /о генератора 6, прошедший через вентиль 5, посредством группы вентилей переноса 11 переносит число п, хранян ееся в счетчике 8, в суМ|Матор 12. В этом случае на выходе сумматора формируются импульсы с частотой следования / /Сф.

Действительно, пусть при постуилении т-, импульсов частоты fo на вход группы Бе ггилей 11 имеет место . Тогда иа взлходе сумматора 12, емкость которого равна С, появится импульс переполнен.ия, а в сумматоре остается число Ai mirt-iN. Импульс переполнения сумматора 12 поступает на выход устройства и по цепи обратной связи (через элемент задержки 13 и элемент «ИЛИ 9) - на перенос показаний .счетч ика 7 в сумматор 12. В результате в сумматоре будет занисапо число Д1 С-LV+Д.

Второй импульс переиоЛИения сум1матора 12 появится, когда будет место условие mzu iN-AI, где т - число импульсов частоты /о, прошедших на группу вентилей 11 после появления первого выходного импульса сумматора 12.

В дальнейшем процессы в схеме циклически повторяются.

Так как после каждого очередного переполнения сумматора 12 IB 1нем остается число , где , 2, 3, ... - число импульсов частоты /о, заключенное между двумя Соседними выходными имнульса1ми иреобразовате rwi , .

ля, Может быть равно лиоо | - |-г1, лиоо

iN

iN

- целая часть ч:исла -

п

Если вынолнить условие , временные иитервалы, заключеииые между соседними выходными импульсами устройства, нра тически равны между со|бой.

Таким образом, иериод следования выходных импульсов нреобразовагеля определится ;ыражеиием:

J, iN j

1

(4)

где Г„ -

J / n

Jo

Иереходя к

выходиой частоте приоора, получ им:

.

(5)

Л1етодическая погрешность преобр,азова|иия может быть опенена по формуле

п/„,

ш

С учетом методической погрещности преобразования (Временных интервалов / И Тв числовые эквиваленты п (и V соот1ветственио, соотнощение (6) запищется как

п + 1,,

7(

Из последнего выражеиия следует, что максимальное значение -у имеет место при п х N, т. е. при срлгЗбО И может быть оденено по приближсЕной формуле

Тмакс - Г(о)

I

Соответствующим выбором ча стоты эталонного генератора /о методическая погреш1ность может быть сделана околь угодно малой в широжам диапазоне из менепия входных частот и фазовых сдвигов.

П ip е д м е т ;и з о б :р е т е н и я

Преобразователь фаза-частота, содернсащий соединенные .последовательно генератор этаЛ01н:ной частоты, группу управляемых вентилей, счетчИК и группу и.млульсно-потенциальных вентилей, форфиирователь и блок управления, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности .работы преобразователя, в него -введелы долол -штель-но две группы управляемых вентилей, счетчик, группа импульсно-потепциальиых вентилей, сумматор, элемент задержки и логический элемент «ИЛИ, причем входы дололлителыньтх групп управляемых вентилей соединены с выходом генератора эталонной частоты, выходы одной дополнительной группы управляемых вентилей соединены со входами счетчика, выход счетч« ча через дополнительную группу пмпульспо-потенциальпых вентилей, управляющпе входы которых соединены с выходами другой дополнительной группы управляемых вентилей, подключен к первому входу сумматора, ко вюрОМу входу которого подключены выходы ПС:рвого счетчика через группу пмпульспо-потенциальных вентиле, управляющие входы которых соединены с выходом логического элемента «ИЛИ, один вход которого соединен через элемент задержки с выходов. сумматора,

а второй вход - с блоком управления, выходы :которого подключены к управляющим входам дополнительных групп управляемых вептилей, а вход блока управления подключеп к выходу фop гiфoвaтoля.