Следящий умножитель частоты Советский патент 1980 года по МПК G06F7/52 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в импульсных системах, а также для преобразования процессов, информация о которых передается частотным методом. Известны умножители частоты, содержащие управляемые генераторы частоты, фазовые компараторы и нелинейные элементы l. Наличие перечисленных устройств приводит к значительной фазовой ошибке преобразования, а также к существенной статической и динамической ошибке воспроизведения частоты. Кроме того, такие схемы не позволяют осуществлять построение следящих умножителей частоты с при емлемыми динамическими характеристиками при наиболее простой аппаратурной реалвзаиии. Наиболее близким к предлагаемому явля- ется следующий умножитель частоты, содер жаший измеритель рассгласования, выполненный на базе реверсивного счетчика, двух ключей и двух элементов ИЛИ, ключ-формирователь, на сигнальный вход которого подается опорное напряжение iUo, интегратор, занимающий элемент, генератор импульсов управляемой частоты и связи Устройство осуществляет умножение входной частоты на постоянное число с помощью изменения выходной частоты управляемого генератора в-зависимости от управляющего воздействия, формируемого с интегратора через запоминающий элемент, используемый для сглаживания флюктуации выходного напряжения интегратора. Умножитель работает в релейно-пропорцнональном режиме. Однако такая организация умножителя сравнительно сложна. Кроме того, он не обеспечивает нулевой фазовой ошибки, что в принципе невозможно из-за нестабильности таких элементов . как управляемый генератор, интегратор. Для осуществления функционирования необходимо использование опорного напряжения ( i DO ) что снижает возможности умножителя и усложняет его аппаратурную реализацию. Можно построить следящий умножитель частоты с использованием только дискретных элементов с более высокой стабильностью и надежностью при более простой аппаратурной реализации, В качестве генератора импульсов высокой частоты можно использовать кварцевый генератор с высокой стабильностью колебаний и построить устройство следящего типа с высокими статическими и динамическими характеристиками. Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что . в следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого соединен со входом умножителя, и делитель частоты, выход которо го соединен со вторым входом измерителя рассогласования, а вход - с выходом умножителя, введен управляемый делитель частоты, генератор импульсов, реверсивный счетчик, триггер, элемент И и счетчик, причем первый и второй входы управляемого делителя частоты подключены соответственно к выходу генератора импуль сов и реверсивного счетчика, а выход - к выходу умножителя, первый и второй входы реверсивного счетчика соединены соответственно с первым выходом -измери теля рассогласования и выходом элемента И,входы которого подключены ко второму выходу измерителя рассогласования, выходу триггера и выходу генератора импульсов, первый, второй и третий входы счетчика соединены соответственно с выходом генератора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый вход триггера подключен ко входу умножителя, а второй вход - к выходу счетчика. На чертеже представлена структурная схема следящего умножителя частоты. Умножитель содержит измеритель 1 рассогласования, делитель 2 частоты, вхо которого соединен с выходом умножителя (первый вход измерителя 1 рассогласования является входом устройства, а второй соединен с выходом делителя частоты 2.) реверсивный счетчик 3, триггер 4, первые входы которых соединены соответственно с выходом элемента И 5 и счетчика 6, вторые - с первыми выходом и входом измерителя 1 рассогласования соответственно, а выходы подключены к пер вым входам счетчика 6 и элемента И 5 соответственно, второй и третий входы ко торого соединены с выходом генератора 7 импульсов и вторым выходом измерителя 1 рассогласования соответственно, второй вход счетчика 6 соединен с выходом генератора 7 импульсов, первый и второй входы управляемого делителя 8 частоты подключены к выходам реверсивного счетчика 3 и генерато()а 7 импульсов соответственно, а выход соединен с Е ХОДОМ делителя 2 частоты, третий вход счетчика 6 подключен ко входу устройства. Следящий умножитель частоты работает Следующим образом. Входные импульсы частоты fg умножаются на число П (в общем случаен.) таким образом, что на выходе управляемого делителя 8 частоты формируются импульсы повышенной частоты вх равномерно расположенные внутри дискрета входных , импульсов. При изменении частоты Q входных импульсов в широком диапазоне частот умножитель обеспечивает слежение за изменением входной частоты. Частота импульсов на выходе устрой- ства gbiT должна быть равна требуемой повышенной частоте (т,е, Т,), Регулирование частоты осуществляется изменением коэффициента деления ( с,) управляемого делителя 8 частоты. На вход управляемого делителя 8 частоты поступают импульсы с постоянной частотой (), вырабатываемые генератором 7 импульсов. При изменении коэффициента деления управляемого делителя 8 частоты на выходе получается ряд фиксированных частот, соответствуюш.их различным входным частотам ц . Коэффициент деления может быть и дробным, поэтому И - не только целое число. Обратная связь по частоте с помощью делителя 8 частоты позволяет следить с высокими динамическими характеристиками за изменениями входной частоты. Последовательность шипульсов с частотой f ц сравнивается в измерителе 1 рассогласования с последовательностью импульсов на выходе делителя частоты. Если частота последней отличается от требуемой, то на вьосоде изме|рителя рассогласования появляется сигнал ошибки { ДЬ ) с соответствующим знаком (Sigil Др ), который через контур управления, содержащий реверсивный счетчик 3, элемент И 5, триггер 4 и счетчик 6 изменяет коэффициент де- дения (с|/) управляющего делителя 8 частоты. Причем для исключения автоколебаНИИ в системе управляющее воздействие на управляемый делитель 8 частоты подается таким образом, что коэффициент де 5732 леиия изменяется каждый раз на одю{ шаг только при опрецеленном рассогласовании по частоте ( Д Л. до). При соответ ствующем выборе величины шага можно получить требуемую инерционность устройства (желательно близкую к инерционноети изменения БЧ ®сли такую предварительно можно оценить), В общем случае для обеспечения качественного слежения за изменением час- тоты {„ инерционность устройства должна быть не больше инерционности процес- са изменения входной частоты. В измерителе 1 рассогласования сравниваются частоты в% « .к- Разность частот Д измеряется заполнением разности периодов --и импульсами постоянной (высокой) частоты с вьисода генератора 6 импульсов. На реверсивном счетчике 3 за время u.t -At-C t) (где xTtt) - время, onределяемое счетчиком 6), определяемое триггером 4, подсчитываются импульсы высокой частоты, В установившемся режиме при 1-вх. const ,&.i .tniin управляющее воздействие с выхода контура управления постоянно, т.е. Fgy., И- изменении частоты изменяется количество импульсов повышенной частоты с выхода управляемого делителя 8 частоты, что приводит к динамической ошибке внут ри дискрета входных импульсов (в). Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов повышенной частоты осуществляется изменением коэффициента д&ления (q,) управляемого делителя 8 частоты через контур управления, содержащий триггер 4, элемент И 5, реверсивный счетчик 3 и счетчик- 6, по результатам не только подсчета количества импульсов высокой частоты за период At, но и с учетом частоты ви входных импульсов, что эквивалентно tT ( i ) За счет такого управления сохраняется точность умножения частоты в широком диапазоне входных частот ( f ач ) Умножитель частоты осуществляет слежение за частотой входных импульсов и ее умноже ние. Изменение частоты импульсов повышенной частоты достигается изменением коэффициента деления (q,) делителя -2 ча готы таким образом, что дц., г--const 66 достижения данной пропорции контур управления изменяет ДС пропорционально С и поэтому хорошо отслеживает изменение частоты входных импульсов в широком диапазоне с сохранением точности При сравнительно низкой частоте (f ) управляющее воздействие изменяется на большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку по частоте. При высокой частоте входных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка. При отсутствии счетчика 6 управляющее воздействие определяется только величиной рассогласования, в общем случае не за- висясцей от частоты поступления (f-a-i входных импульсов, и поэтому при широком изменении частоты входных импульсов точность преобразования максимальна только для определенной частоты (Евхросч для которой рассчитан умножитель. Для остальных же частот точность преобразования. резко ухудшается, что существенj снижает функциональные возможности устройства. Расширить частотный диапазон можно изменением частоты генератора импульсов для каждой новой частоты входньк импульсов, но такой путь по техническим соображениям имеет ограниченные возможности. Счетчик 6 с триггером 7 и элементом И 5 выполняет функцию обратной связи по управлению вс1адейст- вием реверсивного счетчика 3 на управ- ляемый делитель 8 частоты. Счетчик 6 подсчитывает импульсы высокой частоты выхода генератора 7 импульсов в интервале от входного импульса ( до импульса переноса счетчика б . Импульсы окой частоты суммируются с числом, введенным в счетчик 6 с выхода реверсивного счетчика 3, причем разрешение на вход числа дается каждым входным импульсов (i ву ). С выхода счетчика 6 поступает информация через триггер 4 и элемент И 5.на реверсивный счетчик 3 для изменения управляющего воздействия на управляемый делитель 8 час тоты. На счетный вход реверсивного счетчика 3 поступают импульсы высокой частоты с выхода генератора 7 импульсов через элемент И 5, управляемый триггером риггер 4 устанавливаегся каждым импульсом частоты i и сбрасывается сигналом с выхода счетчика 6. Переключение реверсивного счетчика 3 на сложе- 73 ние или вычитание осуществляется в Зависимости от знака рассогласования частот с другого выхода измерителя 1 рас согласования ( ЛР ). Расчет параметров следящего умножителя частоты может быть осуществлен на основании требований к точности преобразования частоты. Предлагаемый следящий умножитель частоты легко реализуется на устройствах дискретной техники, сравнительно прост по конструкции и требует меньших затрат при реализации. Применение элементов дискретной техники позволяет значительно повысить точность преобразования частоты в широком диапазоне. Причем минимальная частота на выходе устройства определяется разрядностью управляемого делителя частоты и частотой генератора импульсов, а максимальная - возможностью генератора импульсов. В определенных (широких) частотных диапазонах (на которые рассчитывается) умножитель о&ладает лучшими статическими и динамичес кими характеристиками. Переход из одного частотного поддиапазона в другой реализуется сравнительно просто (например, использование делителя частоты с выхода генератора импульсов), так как реализация устройства на все поддиапазоны с высокой точностью умножения практически невозможна. Использование кварца в генераторе импульсов позволяет получить большую стабильность высокой частоты. Кроме того, предложенный умножитель обладает повышенной надежностью работы. Испытания реализованного макета показывают его высокую работоспособность и точность умножения. , 68 Формула изобретения Следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого Соединен со входом умножителя, и делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом измерителя рассогласования, а вход - с выходом умножителя, отличающийся тем, что, с .целью упрощения устройства и повышения точности, умножитель содержит управляемый делитель частоты, генератор импульсов, реверсивный счетчик, триггер, элемент И и счетчик, причем nep-s вый и второй входы управляемого делителя частоты подключены соответственно к выходу генератора импульсов и реверсивного счетчика, а выход - к. выходу умножителя, первый и второй входы реверси ного счетчика соединены соответственно с первым выходом измерителя рассогласования и выходом элемента И, входы которого подключены ко второму выходу измерителя рассогласования, выходу триггера и выходу генератора импульсов, первый, второй и третий «оды счетчика соединены соответственно с выходом генералтора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый вход триггера подключен ко входу умножителя, а второй вход - к выходу счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ризкин И. X. Умножители и делители частоты. М., Связь , 1976, с. 2О6221. 2.Авторское сввдетельство СССР № 447721, кл. G.O6 G. 7/16, 1973 (прототип).

Поп uF

n

Л.1