Цифровое устройство для сличения частот Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для сличения частот периодических сигналов с получением результата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в цифровую ЭВМ. Известны устройства для сличения, частот, содержащие смеситель, к выходу которого подключается индикатор 1 . Однако эти устройства характеризуются недостаточной разрешающей способ ностью и точностью, а также необходимостью использования в устройствах аналоговых элементов (например, фильт ров нижних частот). Наиболее близким к изобретению по функциональному назначению и достигаемому результату является устройство для получения разностной частоты из двух импульсных последовательностей, использующее принцип совпадения импульсов 2 . Устройство состоит из триггера, двух формируквдих устройств, инвертора и двух элементов И.. Недостатком указанного устройства является малое быстродействие, обусловленное необходимостью ожидания начала совпадений импульсов сравниваемых импульсных последовательностей. Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства для сличеиия частот. Указанная.цель достигается тем, что в цифровое устройство для сличения частот, содержащее соединенные последовательно генератор опорной частоты, формирователь импульсов опорной частоты, формирователь входных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, введены дополнительно (п) каналов сравнения частот, линия задержки, триггер, элемент ИЛИ, блок управления, счетчик импульсов ,. бЛок определения знака коррекции и секционированная линия задержки, выходы которой соответственно подключены к первым входам каналов сравнения частот, кроме первого; выходы всех каналов подключены через элемент ИЛИ ко входу блока управления, первый выход которого подключен ко входам каналов сравнения частот, второй выход блока управления соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен со входом счетчика импульсов, причем выход

формирователя входных импульсов подключен к первому входу блокаопределения знака коррекции, к третьим входам каналов сравнения частот и через линию задержки ко входу триггер, выходы которого соответственно подключены к четвертому и пятому входам каналов сравнения частот, а выход формирователя импульсов опорной частоты подключен соответственно к входу секционированиой линии задержки, ко второму входу блока определения знака коррекции и к первому входу первого канала сравнения частот при этом все каналы сравнения частот соединены в кольцо по шестсяну входу каладого канала/ а так же тем, что каждый канал сравнения частот содержит последовательно соединенные первый ключ, элемент И и второй ключ, при этом выход элемента И подключен через последовательно соединенные третий ключ и элемент сборки к первому входу первого ключа, причем вторые входы первых ключей каждого канала являются первым входом, вторае входы элемента сборки являются вторым входом, вторы входы элементов И, вторых и третьих ключей являются соответственно третьим, четвертым и пятым входами каналов, а шестым входом является третий вход элемента сборки.

На чертеже приведена структурна схема устройства.

Устройство состоит из генератора опорной частоты, формирователя 2, импульсов опорной частоты, формирователя 3 входных импульсов, блока 4 определения знака коррекции, секционированной линии 5 задержки, каналов б,,,б сравнения частот, состоящих из первых ключей 7 ...7ц, элементов .,.8 и, вторых ключей 9 , , ,9, и третьих ключей 10 .. .10, элементов ll;j...ll сборки и элемента 12 ИЛИ, линии 13 задержки, триггера 14 общего элемента 15 И блока 16 управления и счетчика 17 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Опорный сигнал частоты f с генертора 1 опорной Частоты поступает на формирователь 2 импульсов опорной частоты, который формирует опорную последовательность прямоугольных импульсов длительностью Zr с периодом следования Т l/fp, а из сигнала измеряемой частоты fx формирователь 3 входных импульсов формирует входну последовательность прямоугольных импульсов длительностью с периодом следования Т l/f,, причем величина С должна удовлетворять следующим условиям:

.- )

Г5 Y-

TO TX

Т С-Т

Входная последовательность прямоугольных импульсов с выхода формирователя 3 входных импульсов поступает далее на блок 4 определения знака коррекции, первые входы элементов 8, ... f 8 И каналов 6,..6f, сравнения частот, линию 13 задержки и элемент 15 И. Опорная последовательность прямоугольных импульсов с выхода формирователя 2 импульсов опорной частоты посту - пает на вход секционированной линии 5 задержки и кроме того, непосредственно через открытый первый ключ 7 на второй вход элемента 8 И канала 6 . С выходов секционированной линии 5 задержки опорные последовательности 5 прямоугольных импульсов сдвинутые относительно друг друга на время задержки между выходами поступают через открытые ключи на вторые входы элементов 8,,..,8j И каналов

2 бц

Количество п каналов сравнения

частот определяется из выражения

Тр

(2)

h-ent.

где ent - округленное до большего целого значения отношения To/t- aaПри частотах f входного сигнала, близких к опорной частоте f, и при

Q соблюдении условий (1) на выходах элементов 8...8цИ образуются пакеты импульсов совпадений, число которых в пакетах обратно пропорционально разности и прямо пропорционально . Совпадения могут произойти последовательно в нескольких элементах И (их количество определяется соотноиением между tr и t. И если начать отсчет с момента, совпадения в первом или последнем из этих элементов (учитывается, что нумерация кольцевая, т. е, после п следует 1), то погрешность неопределенности положения импульсов достигает с момента совпадения в последующих (или предыдущих) схемах еще большей величины. Поэтому ключи из ряда 7 .,.7( каналов сравнения частот, в которых произошли первые совпадения, закрываются импульсами с выходов элементов И этих каналов, прешедшими черев соответствующие нормально открытые ключи ЬЦ ...9, и элементы 11.,.11( сборки. Импульс же изме-г ряемой частоты f, п ройдя через линию 13 задержки, которой он задерживается на время 6ojibujee Сг , перебрасывает триггер 14 с раздельными входами. В результате ключи 9 . ,,9, закрываются, а ключи 10..,10 открываются.

0 Если 1 номер канала, в котором происходит совпадение переднего фронта импульса входной последовательности, а j - то же для заднего фронта, то отсчет начинается с момента появления первого совпадения с каНалов i-1 или j +i, что зависит от того, меньше или больше период Т периода TQ. Погрешность неопределен ности момента начала отсчета достигает в этом случае лишь значения разности периодов Т,,-То . Первый импульс пакета совпадений в этом слу чае проходит соответствующий ключ и ряда 10 ...10и элемент 12 ИЛИ и поступает на блок 16 управления. Функ циональное назначение блока 16 упра ления состоит в тем, чтобы элемент 15 И, разрешающий поступление в счет чик 17 импульсов измеряемой частоты f , оставался открытым на временной интервал, ограниченный первыми импульсами совпадений последовательных пакетов импульсов совпадений. Таким образом, при поступлении первого импульса пакета совпадений на блок 16 управления, выходной сигнал последнего открывает элемент 15 И. Одновре менно этот же импульс пакета совпаде ний с соответствующего ключа ряда 10 ...10 поступает через элемент 11, . .. 11 сборки на ключи ряда 7,j . . . 7 (кроме ключа данного канала), закрывая те из них, которые оставались открытыми. При поступлении на блок 1 управления первого импульса нового пакета совпадений, последний закрывает элемент 15 И прекращая подсче счетчиком 17 импульсов измеряемой частоты, и в счетчике 17 фиксируется значение п. Кроме того, сигнал со второго выхода блока 16 управления поступает через элементы 11 ..-. 11 ,, сборки на все ключи 7...7 каналов сравнения частот, закрывая последне из них, бывшее открытым. Искомое значение измеряемой частоты определяется из выражения г- - ILr ч Ш О где m - число импульсов опорной частоты, подсчитанное счетчиком импульсов в интервале времени между первыми импульсами совпадений последовательных пакетов совпадений. Поскольку частота опорного генера тора fQ И измеряемая частота f.- близ ки (что необходимо для получения пакетов импульсов совпадений), то значения т. и п отличаются лишь на еди ницу, т. е. m ri + 1. Поэтому значе ние m определяется коррекцией значения п на единицу, знак же коррекции зависит от того, меньше или боль ше период 1 периода То. Информацию о знаке коррекции дает блок 4 определения знака коррекции, на входы которого подаются импульсы с выходов формирователя 2 импульсов опорной частоты и формирователя 3 входных импульсов. Значение п, зафиксиЕЮванное в счетчике 17 импульс информация о знаке коррекции с выхо да блока 4 определения знака коррекции и значение известной опорной частоты ffi вводятся в цифровую ЭВМ, где по формуле (3) производится определение искомого значения измеряемой частоты. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить максимальное время между моментом пуска и моментом начала счета с величиныТГо/1Т 1-ТоГ присущей известному устройству, до величины i,,oie|lV ob4To приводит к увеличению быстродействия. Формула изобретения 1.Цифровое устройство для сличения частот, содержащее соединенные последовательно генератор опорной частоты и формирователь импульсов опорной частоты, формирователь входных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, отличающеес я тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства, в него дополнительно введены (п) каналов сравнения частот, линия задержки, триггер, .элемент ИЛИ, блок управления, счетчик импульсов, блок определения знака коррекции и секционированная линия задержки, выходы которой соответственно подключены к первым входам каналов сравнения .частот, кроме первого: выходы всех каналов подключены через элемент ИЛИ ко входу блока управления, первый выход которого подключен ко вторым входам каналов сравнения частот второй выход блока управления соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен со входом счетчика импульсов, причем выход формирователя входньк импульсов подключен к первому входу блока определения знака коррекции, к третьим входам каналов сравнения частот и через линию задержки по входу триггера, выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам каналов сравнения частот, а выход формирователя импульсов опорной частоты подключен соответственно ко входу секционированной линии задержки, ко второму входу блока определения знака коррекции и к первому входу первого канала сравнения частот, при этом все каналы сравнения частот соединены в кольцо по шестому входу каждого канала. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый канал сравнения частот содержит последовательно соединенные первый ключ, элемент И и второй ключ, при этом выход элемента И подключен через последовательно соединенные третий ключ и элемент сборки к первому входу первого ключа, причем вторые входы первых ключей каждого канала является первым входом, вторые входы элемента сборки являются вторым входом, вторые входы элементов И, вторых и третьих ключей являются соответственно третьим, четвертым и пятьм входами каналов, а шестым входом является третий вход элемента оборки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Аппаратура для частотных и временных измерений. Под ред. А. П. Горшкова. М., Советское радио , 1971, с. 149-150.

2.Авторское свидетельство СССР 200620, кл. Н 03 К 01.09.66.