Устройство для умножения частот Советский патент 1977 года по МПК G06F7/39 

Изобретение относится к области автоматики и вычис:лительной техники и может быть испол эзовано в устройствах, требующих повышения частоты электрических сигпалов.

Известны устройства для умножения частот.

Один из известных умножителей частоты ij содержит импульсно-фазовый детектор, управляемый генератор и делитель частоты, Нри достаточно высоких быстродействии и точности такой умножитель может работать в узком диапазоне умножаемых частот. Для уведичения диапазона работы в умножитель вводится линейный преобразоваталь периодавходной частоты в напряжение. Это однако приводит к сложности технической реализации и настройки умножителя.

Другой из известных умножителей 2 также содержит управляемый генератор и делитель частоты. В качестве фачзового детектора в нем исполь;юван реверсивный счетчик. Фиксирующим элементом является делгифратор код-напряжение. Кроме того, умно

житель включает 1Штегратор, сумматор и цепь тактования на триггере. В такок( устройстве обеспечивается расточение диапазона: умножаемых.частот, однако равномерность выходной части и быстродействие в нем низки. Умножитель отличается также сложностью технической реализапии.

Прототипом изобретения является устройство для умножения частот 3 содерьжашее триггеры, элементы И , генератор управляемой частоты подключенный выходом к выходу устройства и входу делителя частоты, соеднненноп выходом с первым входом первого элемента И, вторс й вход которого подключен к первому входу второго элемента И и первому выходу ггервого триггера, coeдинe шoгo вторым выходом с первыми входами Третьего и четвертого элементов И, причем второй вход третьего элемента И соединен с первым вйходом второго тршгера, подключенного Tiepвым входом к выходу первого элемента И, а первый вход третьего триггера соединен с входом устройства. Такой умножнтепЬг обеспечивая расшире ние частотного диапазона и повышение быст родействия, отличается сложностью технической реализации и недостаточной точносты умноЯсения частоты. Последнее вызвано тем что преобр о ание входной частоты умножителя в цифровой код в любом случае сопр вождается погрешностью, пропорциональной величине дискретностр заполняющего гг -разрядные вычитающие счетчики сигнала. Вслед ствие этого выходная частота умножителя не является линейной функцией входной частоты. Целью изобретения является упрощение ::устройства и повышение точности умножевия. Это достигаетсятем, что в устройство введены элементы задержки и интегратор, соединенный входами с выходами второго и третьего элементов И, а выход интегратора соединен с входом генератора управляемой частоты, причем второй вход второго элемента И подключен ко второму выходу второго триггера, соединенного вторым входом с выходом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу трет его триггера, срединенного вторым входом С выходом устройства, и к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом первого триггера, под ключенного вторым входом через второй эле мент задержки к выходу делителя частоты. На фиг. 1 представлена блок-схема пред лагаемого устройства, на фиг..2 -направленный граф работы еГо элементов. Устройство для умножения частот содержит две параллельные цепочки элементов, лервая из которых включает последовательн соединенные триггер 1, элемент задержки 2| левое плечо триггера 3, элемент И 4, левое ялечо триггера 5, элемент И 6. Вторая цепочка состоит из последовательно вкл ченных делителя частоты 7, элемента задержки 8, правого плеча триггера 3, элемента И 9, правого плеча триггера 5, элемента И 10. В каждой из цепочек входы элементов задержки 2 и 8 соединены с дру гими входами элементов И 4 и 9, соответственно выходы триггера 3 связаны с другимн входами элементов И 6 и 10. Выходы элементов И 6 и 10 подключены к прямому и инверсному входам интегратора 11, выход которого связан с генератором 12 упр)авляемой частоты. Выход генератора 12 соединен с входами триггера 1 и делителя частоты 7. Умножитель частотно-импульсных сигналов работает следующим образом. Предположим, что в исходном состоянии на выходе а триггера 3 и на выходе с триггера 5 присутствуют нулевые потенциалы. Эт;; состояния триггеров примем за ед1шичные на направленном графе (см. фиг.2), где в кружках через 1 и О обозначены состояния, соответственно, триггеров 3 и 5, а стрелками обозначены переходы из одного состояния в другое под действием отдельных импульсов А или Б. Общее состояние схемы, когда оба триггера в нулевых состояниях обозначены цифрой 13. С приходом импульса входного сигнала А цепь тактования на триггере 1 формирует импульс, синфазный с импульсами генератора 12. Так как на элемент И 4 приходит сигнал запрета с триггера 3, то импульс с выхода триггера 1 не пропускается через промежуток времени t на вход триггера 5. Этот импульс через промежуток времени t J , сформированный элементом задержки 2, Ичзменяет состояние триггера 3, На выходе этого триггера устанавливается нулевой потенциал. В таком состоянии импульс обратной связи с выхода делителя частоты 7 не проходит через элемент И 9 на вход триггера 5. Однако через промежуток времени t„, сформированный элементом задержки 8, он изменяет состояние триггера 3, подготавливая запрет входному импулЬсу на прохождение через элемент И 4. На направленном графе это соответствует переходу из состояния 13 в состояние 14. Время задержки ТпВыбирается несколько больше временного промежутка t этим самым устраняется одновременный приход импульсов на оба входа триггера 3. Таким образом, чередование входных импульсов и импульсов обратной связи приводит к перебросу триггера 3, причем состояние триггера 5 при этом не меняется (состояния 13 и 14). Приход подряд двух импульсов (например входных) приводит к такому состоянию, когда в момент появления на входе элемента И 4 импульсов с выхода триггера 1, на другом входе элемента И 4 присутствует разрещающий потенциал. В этом случае триггер 5 преобразовывается в единичное состояние. На направленном графе это соответствует переходу из 14 состояния в 15. Очевидно, что величина широтноШ1/{пульсного сигнала с выхода триггера 3, когда он переходит из состояния 13 в состояние, 14 и обратно, а также из состояния 15 в состояние 16 и обратно, пропорциональна фазовому рассогласованию между импульсами частот А и Б. Триггер 5 перебрасывается с приходом двух подряд одноименных импульсов, т.е. изменением знака фазового рассогласования, С помощью элементов И 6 и 10 Tpwгер 5 производит коммутацию шкгютно-далпульсных сигналов с выхода триппера 3 в состоян пх 15 и 16 на прямой вход интегратора .11 и в ссютояниях 13, 14 - на инверсный. Таким образом, производится изменение выходного напряжения интегратора и, следовательно, частоты генератора 12 в необходимую сторону. Благодаря этой блокировке исключен режим биений частот и устраняется опрокидывание регулирования. В установившемся режиме с выхода интегратора 11 снимается постоянное напряжение, при котором управляемый генератор 12 генерирует импупьсы частотой . N, где f .„ - частота входных импульсов; N - емкость счетчика делителя частоты 7. Эти импульсы точно или с. некоторой погрешностью синфазны с/входными величинами (погрешности синфазности зависят от свойств интегратора, в частности величины дрейфа его нуля)., На один из входов интегратора при этом поступают узкие им,пульсы, которые компенсируют дрейф нуля интегратора. При изменении по каким-либо причинам частоты входных или обратной свя зи импульсов, в соответствии со знаком фазового рассогласования импульсов, на один из входов интегратора начнет поступать широтно-импульсный сигнал с выхода триггера 3. Выходное напряжение интегратора 11 пр этом начнет изменяться, что приведет-к изменению частоты с выхода управляемого генератора ,12 до величины, когда будет ус ранен фазовый сдвиг между импульсами вхо ной и обратной связи и появится нулевой сигнал на входе интегратор)а. Ввиду того, что в установившемся режиме входной сигна интегратора близок к нулю, то постоянную времени интегратора 11 можно выбрать дос таточно малой, и тем самым обеспечить вв} сокое быстродействие умножителя. При резком изменении входной частоты в течение одного или двух периодов этой частоты, скважность широтно-импульсного сигнгша, снимаемого с выходов триггера 3, увеличивается от О до 1, скачком изменяя величину напряжения на выходе интег ратора 11 и входную частоту генератора 12. Сравнительные испытания предлагаемого устройства с известным устройством показали, что введение новых элементов дало возможность обеспечить мгновенную точнос-.т умножения частоты не хуже 0,05%. Исключение,ИЗ- схемы устройства таких элементов как г -г азрядные суммирующие и вычитающие счетчики позвопипо конструктивно упростить и-увеличить надежность устройства для умножения частот. Формула изобретения Устройство для умножения частот, содержащее триггеры, элементы И генератор управляемой частоты, подключенный выходом к выходу устройства и входу делители частоты, соединенного выходом с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к первому входу второго элемента И и первому выходу П1 рвого триггера, соединенного вторым выходом с nej выми входами третьего и четвертого элементов И| причем второй вход третьего элемента И соединен с первым выходом второго триггера, подключенного первым входом к выходу первого элемента И, а первый вход третьего триггера соединен с входом устрюйства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства иповышения точности умножения, в него введены элементы iзадержки и интегратор, соединенный входами с выходами второго и третьего элементов И, а выход интегратора соединен с входом генератора управляемой частоты, причем второй вход второго элемента И подключен ко второму выходу второго Tpin reра, соединенного вторым входом с выходом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, соединенного вторым входом с выходом устройства, и к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом первого триггера, подключенного вторым входом через второй элемент задержки к выходу делителя частоты. Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе: 1. Шахов Э, К.,Тарасов В, Ф.Широкополюсный умножитель частоты с обратной связью и корреюдией по периоду.Измерительная техника 1967, hi 4, с,39. г. Авторское свидетельство С,СГ,| № 416840, кл, Q 06 Г 7/39, 1974. 3. Авторское свидетельство СССР № 4О4085, кл. G Об f 7/39, 1971.

11

А

Б

В

/

Фи8.2