Многоканальный преобразователь разности частот в код Советский патент 1978 года по МПК H03K13/20 

го подключен выход сумматора 8. Выходы разрядов регистра 9 через последовательно соединенные блок 10 предустановки, счетчик 11 и многовходовой элемент И 12 соединены с другим входом вычитателя 6. Выходы генератора 1 опорных импульсов подключены ко входу блока 13 управления и счетному входу счетчика И. Выходы блока 13 управления соединены с управляющими входами блока 7 синхронизации, сумматора 8, коммутатора 5, регистра 9 и блока 10 предустановки. Блок 7 синхронизации содержит блок 14 тактования и вентили 15 и 16, одни входы которых соединены с выходом блока 13 управления, а другие- с выходами блока 14 тактования, соединенного с выходом блока 13 управления.

На диаграмме (фит. 2) рассмотрен (t-+-l)ый период работы трехканального преобразователя с восьмиразрядными двоичными кодами разностей частот Дш1, , Аиз в каждом из каналов, причем четыре младших разряда кода использованы для запоминания положения фронта прямоугольного входного сигнала, то есть элементарное приращение фазы входного сигнала равно 1/16 периода излучаемого сигнала.

Преобразователь работает следующим образом. Приемники 4 информации обнаруживают, усиливают и формируют входные сигналы. Прямоугольные сигналы с выходов приемников 4 информации поступают через коммутатор 5 на вход вычитателя 6, производящего вычитание частот. Порядок и продолжительность подключения приемников 4 информации через коммутатор 5 ко входу вычитателя 6 показаны на фиг. 2, а. Продолжительность подключения одного приемника 4 к вычитателю 6 должна превыщать один период входного сигнала, чтобы за время действия сигнала приемника 4 на вычитатель 6 появился по крайней мере один, например, передний фронт этого сигнала, не совпадающий во времени с моментами коммутации приемников 4 информации. Кроме того, необходим дополнительный отрезок времени для фиксирования состояния вычитателя 6 с помощью блока тактования 14, так как момент фиксирования не должен совпадать с моментом переключения вычитателя 6. В рассматриваемом преобразователе время подключения приемника 4 информации к вычитателю 6 взято равным двум периодам излучаемого сигнала с той целью, чтобы все каналы преобразователя находились в одинаковых условиях: при одинаковой фазе входных сигналов обеспечиваются одинаковые коды разностей частот (разностей фаз, перемещений и т. п.) в кольцевой счетной схеме, включающей сумматор 8 и регистр 9.

На второй вход вычитателя 6 от многовходного элемента И 12 поступают переключающие импульсы, время появления которых зависит от величин кодов разностей частот, циркулирующих в регистре 9. Состояние вычитателя 6 определяется суммарным действием упомянутых сигналов на его входах. Поэтому до рассмотрения работы блока тактования 14 вентилей 15 и 16 и сумматора 8, выделяющих и суммирующих элементарные приращения фаз

входных сигналов, необходимо предположить наличие кода в регистре 9 и рассмотреть работу счетчика 11с блоком 10 предустановки и элемента И 12, формирующих второй входной сигнал для вычитателя 6.

На фиг. 2, б на временной диаграмме указывается порядок появления кодов разностей частот на 1-м промежуточном входе регистра 9. Пусть произвольный двоичный код во втором канале представляет число 1001 (младщие разряды на фиг. 2, б помещены слева в соответствии с осциллограммой кода). При этом время прохождения кода одной разности частот через промежуточный вход регистра 9 равно времени подключения одного приемника

4 информации к вычитателю 6, а момент появления кода на промежуточном входе регистра 9 опережает момент подключения соответствующего приемника к вычитателю 6 на величину, равную половине промежутка времени

между двумя тактовыми импульсами, продвигающими коды разностей частот в регистре 9. Последовательность тактовых импульсов, поступающих от блока управления 13 к регистру 9, осуществляющему сдвиг кода, показана на

фиг. 2, в.

На фиг. 2, г изображена последовательность стробирующих импульсов, поступающих на блок 10 предустановки от блока 13 управления. Эти импульсы, длительность которых много меньше промежутка времени между двумя тактовыми импульсами для регистра 9, осуществляют установку на счетчике 11 кода, инверсного по отношению к коду, составляющему п младщих разрядов кода разности частот

в регистре 9 сдвига. Если четыре младших разряда кода по второму каналу представляют число 1001, то счетчик И будет установлен в состояние ОНО. Па счетный вход счетчика 11 поступает от генератора 1 опорных импульсов

последовательность импульсов, изображенная на фиг. 2, д, с периодом, равным 1/16 периода входного сигнала. Длительность импульсов этой последовательности меньще длительности импульсов, стробирующих блок 10 предустановки (фиг. 2, г), а передние фронты их совпадают. Поэтому счетчик И начинает работать с первого импульса последовательности, изображенной на фиг. 2, д, следующего непосредственно за импульсом предустановки счетчика 11. Когда на счетный вход счетчика 11 поступят девять импульсов, счетчик 11 окажется в состоянии 1111 и через элемент П 12 выдаст импульс, показанный на фиг. 2, е, который, воздействуя на переключающий вход вычитателя 6, установит вычитатель 6 в одно из двух положений - единицу или нуль, в зависимости от положения фронта (в данном примере- переднего фронта) прямоугольного сигнала с выхода приемника 4 информации (т. е.

в зависимости от уровня входного сигнала),

На временной диаграмме (см. фиг. 2, а и 2,е) передний фронт сигнала приемника 4 информации (фиг. 2,0.) расположен слева от импульса на фиг. 2, в и поэтому вычитатель 6 оказался установленным в положение «4-Ь (фиг. 2, ж), так как уровень входного сигнала, соответствующий этому импульсу, единичный.

Таким образом, на вычитателе 6 происходит сравнение положения фронта прямоугольного сигнала с выхода приемника 4 информации (т. е. входного сигнала преобразователя) в (г+1)-ый иикл работы преобразователя с положением фронта того же прямоугольного сигнала, но только для (-ГО цикла.

Положение фронта прямоугольного входного сигнала запоминается на один цикл благодаря наличию кода разности частот в кольцевой счетной схеме поеобразователя. Непосредственно перед подключением приемника 4 инфоомации к вычитателю 6 в (/4-1)-ом цикле начинается процесс преобразования младших разрядов соответствующего кода разности частот во впеменной интервал, который заканчивается Нормированием импзльса на выходе элемента И 12. Именно этот импульс, сигнализирующий о переполнении счетчика, и является сигналом, воспроизводящим положение фронта прямоугольного входного сигнала в iом цикле работы преобразователя, то есть, прибавив один период работы преобразователя к моменту появления фронта входиого сигнала в 1-ом цикле работы преобразователя, в определенном канале, можно определить в (t+l)ом цикле для того же канала момент появления импульса на выходе элемента И 12. При этом период сигналов, поступающих на счетный вход счетчика 11, равен весу самого младшего разряда кода разности частот.

Блок 14 тактования аналогичен по устройству вычитателю 6. На один из его входов поступают сигналы от вычитателя б, а иа другой вход от блока 13 управления подаются переключаюи-тие импульсы, изображенные на фиг. 2, 3. Эти имиульсы стробируют блок 14 тактоваиия в конце промежутка времени, соответствующего подключению приемника 4 .информации к вычитателю 6. Поскольку этот промежуток времеии, как указано выше, больще одного периода входного сигнала, в каждом цикле для каждого канала блок 14 тактования фиксирует состояние вычитателя 6, так как на выходе элемента И 12 успевает появиться но крайней мере один импульс, переключающий вычитатель 6.

На фиг. 2, и показаны временные интервалы, в которых ииформация на выходе блока тактования соответствует 1-му, 2-му и З-мд каналам. Сигналы с прямого и инверсного выхода блока 14 тактования поступают на .два вснтнля 15 тт 16, которые стробируются импульсами, изображенными на Фиг. 2, к. Сигналы с выходов вентилей 15 и 16, соответствующие элементарным приращениям фазы входного сигнала «+ 1 или «-1, поступают на

сложения и вычитания сумматора 8, на третий вход которого поступают двоичные коды разностей частот из регистра 9 (см. фиг. 2, л}. Это дает возможность скорректировать код разности частот по отнощению к действительному положению фронта входного сигнала. В рассматриваемом случае смещение фронта входного сигнала влево равнозначно уменьшению задержки сигнала но фазе, поэтому

формируется сигнал элементарного приращения фазы «-1. На прямом выходе блока 14 тактования имеется единичный уровень, кодорый через вентиль 15 обеспечивает формирование на входе сумматора 8 сигнала «-1.

Код разности частот Д(В2(г+1), равный 1000, показана на фиг. 2,м.

Сигналы от блока 13 шравления устанавливают нулевые значения кодов в регистре 9,

а по истечении заданного промежутка времени прекращается стробиравание вентилей 15 и 16. После этого в регистре 9 бддут последовательно расположены двоичные коды разностей частот для 1, 2 ... т-го каналов, являющиеся

выходными кодами преобразователя (или коды скоростей объектов в случае допплеровского преобразователя). Затем цикл измерения может быть повторен. Если при пуске в работу допплеровского преобразователя в регистре 9 устанавливаются начальные значения кодов (в частности, нулевые), а стробироваиие вентилей происходит непрерывно, то выходные коды преобразователя являются кодами перемещений излучателя 3 относительно приемншшв 4 информации. Пзмеиение старших разрядов кодов разностей частот (скоростей, перемешений) происходит в результате переполнения младших разрядов (осушествляюших запомииание положения фронта входного сигнала)-выделения единиц переносов или заемов из старших разрядов. Сигналы переносов из самого старщего разряда кода в самый младший разряд кода следующего канала (как и сигналы

заемов для самого старшего разряда) гасятся в сумматоре 8 сигналами от блока 13 управления.

Эффективность предлагаелшго преобразователя разности частот -в код про-верена при его использовании для определения перемешений излучателя относительно приемников ультразвука в воздущной среде. По сравнению с прототипом предлагаемый преобразователь допускает повышение уровня щумов на 20 децибелл. Дискретная фильтрация входных сигналов в предлагаемом преобразователе сделала иенужным использование резонансных усилителей для входных сигналов. Широкополоеиьте усилители после прцел1ников ультразвук позволили практически свести к нулю сдви фазы между исходным сигналом частотноп датчика и входным сигналом преобразователя В результате точность отсчета перемещени

повысилась примерно вдвое.

Формула изобретения

Многоканальный вреобразователь разности частот в код, содержащий делитель частоты, подключенный через носледовательно соединенные излучатель, ириемники информации и коммутатор к одному входу вычитателя, выход которого через блок синхронизации соединен с двумя входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом регистра, к счетному входу которого подключен выход сумматора, выходы блока управления соединены с управляющими входами блока синхронизации, сумматора, коммутатора и регистра, выходы генератора опорных импульсов подключены ко входам делителя частоты и блока управления, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности преобразователя, в него введены счетчик, блок предустановки и многовходовой элемент И, выходы разрядов регистра через последовательно соединенные блок предустановки, счетчик и многовходовой элемент И соединены с другим входом вычитателя, счетный вход счетчика соединен с дополнительным выходом генератора опорных импульсов, дополнительный выход блока управления соединен с управляющим входом блока предустановки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 451116, кл. G08C 9/04, 11.02.73.

2 Авторское свидетельство СССР № 475638, кл. G06K 11/00, 1972.

PUi.f

з()

Лз(-0uiOj(n) 2(}

пuiilj(n) ()(пН)

uij(ni-J)

U)2(n + f)

uO),(ni-1) pUi.Z