Умножитель частоты Советский патент 1980 года по МПК H03B19/00 

1

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и в измерительных приборах.

Известен умножитель частоты, содержащие измеритель периода следования входных импульсов, генераторы импульсов, блоки управления, логические элементы, регистры Ш .

Недостатком данного умножителя частоты являются низкая точность уменьшения и малое быстродействие регулировки коэЛфициента умножения частоты.

Известно также устройство умножения частоты, содержащее регистр сдвига импульсов калиброванной частоты , вход которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, дешифратор, распределитель, коммутатор и многовходовой элемент ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа 2.

Недостатками устройства являются низкая точность умножения частоты при использовании сложных схем генерации калиброванных частот на основе автономного задающего генератора с делителями чсгстоты.

Цель изобретения повьлиение точности умножения частоты.

Указанная цель достигается тем, что в умножитель частоты, содержащий

5 регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вхйд которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, деши ратор, распределитель, коммутатор, и многовхо10 довой.элемент ИЛИ, каждый вход .

которого подключен к выходу соответствующего ключа, введены измеритель периода следования входных импульсов, дополнительный регистр сдвига

5 импульсов калиброванной частоты,

дополнительный многовходовый элемент ИЛИ, дополнительный коммутатор, триггер управления, элементы ИЛИ.и дополнительный вентиль, при этом

20 выход вентиля через элемент задержки соединен с одним из входов триггера управления, выход которого подключен к другому входу вентиля и к управляющему входу дополнительного коммутатора, выход регистра, сдвига импульсов калиброванной частоты - с другим входом триггера управления и со входом дополнительного регистра сдвига импульсов калиброванной частоты, разрядные выходы которого через дополнительный коммутатор, а разрядные выходы регистра сдвига импульсов калиброванной частоты непосредственно подключены ко входам до. полнительного многовходового элемен та ИЛИ, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих ключей, вторые входы которых подклю чены к выходам распределителя через ,1 оответствую1ций элемент,ИЛИ, другие входы которых соединены с выходами коммутатора, причем выход многовходового элемента ИЛИ подключен к первому входу измерителя периода следования входных импульсов и к первому входу дополнительного вентиля , второй вход которого соединен с первым управляющим входом, измерителя периода следования импульс сов, второй вход которого соединен с входной шиной, второй управляющий выход - со входом распределителя и с управляющим входом коммутатора , а информационные выходы через дешифратор - со входами коммутатора Ка чертеже представлена структу ная Электрическая схема умножителя частоты. Умножитель частоты содержит измеритль 1 периода следования входных импульсов, состоящий из двух разрядного счетчика на триггерах 2 и- 3, оперативного счетчика 4 и клю чей 5 и б, регистров 7 и 8 сдвига импульсов калиброванной частоты, выполненных на многозвенных линиях задержки, вентиль 9, управляющий подачей импульсов на вход регистра 7 сдвига, триггер 10 управления, элемент 11 задержки, коммутатор 12 управляющий подачей импульсов с вы ходов дополнительного регистра 8 сдвига, многовходовой элемент ИЛИ 13, первый вход которого соединен со всеми отводами многозвенных линий задержки, второй вход - через один отвод, третий вход - через два отвода и т.д., ключи 14, управ ляющие подачей импульсов с выходов многовходового элемента ИЛИ 13 (в данном случае используется 20-входовой элемент), многовходовой элемент ИЛИ 15 осуществляющий развяз импульсных сигналов, поступающих через ключи 14, вентиль 16, управляющий подачей выходных импульсов умножителя частоты, дешифратор 17, вырабатывающий сигнал на одном из выйодов в зависимости от значения двоичного кода, записанного в счет чике 4, коммутатор 18, управляющий подачей сигналов с выходов дешифра тора 17, распределитель 19, которы служит для записи кода, соответств щего коэффициенту умножения, элеме ты ИЛИ 20, служащие для развязки сигналов, подаваемых с выходов рас пределителя 19 и коммутатора 18 на входил ключей 14 . Устройство работает следующим образом. В исходный момент времени триггеры 2,3 и 10 и счетчик 5 находятся в нулевом состоянии. В результате этого положительными потенциалами с нулевых выходов триггеров 3 и- 10 открыты ключ 5, вентиль 9 и коммутатор 12, отрицательными потенциалами с единичных выходов триггеров 2 и 3 закрыты ключ 6, коммутатор 18 и вентиль 16. В распределителе 19 записан код, соответствующий требуемому коэффициенту умножения п, для рассматриваемого случая п 2. в соответствии с этим на том из выходов распределителя 19, номер которогоп 2, имеется положительный потенциал, а на остальных выходах - нулевые потенциалы. В результате этого положительным потенциалом, подаваемым через второй элемент ИЛИ 20 открыт второй ключ 14, а остальные ключи закрыты . В момент времени i на вход устройства подаются импульсы Ug преобразуемой частоты РЙУ - , Первый импульс UBX через открытый ключ 5 перебрасывает триггер 2 в единичное состояние, в результате чего положительным потенциалом U триггер 2 открывается ключ 6. Одновременно первый импульс через вентиль 9 поступает на вход регистра сдвига 7 и элемент задержки 11, проходит элемент задержки 11 и через время t,i. t Tgx меньшее времени задержки одним звеном Т , перебрасывает триггер 10 в единичное состояние. Вентиль 9 и коммутатор 12 закрываются нулевым потенциалом UQ триггера 10 с нулевого выхода триггера 10 и импульсы, с этого момента не поступают с выхода вентиля 9 на вход регистра сдвига 7. Первый входной- импульс проходит последовательно звенья линий задержки регистра 7 сдвига, каждый раз опаздывая на величину tx в результате чего на первом выходе многовходового элемента ИЛИ 13, обьединяющего выходы всех звеньев линии задержки, будет образована последовательность импульсов с периодом Т , на втором выходе, будет образована последовательность импульсов с периодом it и т.д. Через открытый второй ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и ключ 6 импульсы с периодом 2 поступают на вход счетчика 4 и заполняют его. В момент tjL второй входной импульс Ogijj через ключ 5 перебрасывают триггер 2 в нулевое состояние, в результате зтого нулевым потенциалом 0 с единичного выхода триггера 3 закрывается ключ б, положительным потенциалом с единичного выхода триггера 3 открываются коммутатор 18, вентиль

16 и сбрасывается в нулевоа состояние распределитель 19, закрывая тем самым второй ключ 14.

Поступлейий импульсов на счетчик 4 с выхода ключа 6 прекращается и на счетчике 4 будет записан двоичный код М, определяющий измеренную величину периода входных импульсов. TB

N

ат

Соответственно на выходе N дешиЛ- ратора 17 появится положительный по тенциал, который через элемент ИЛИ 20 откроет соответствующий ключ 14 управляющий подачей импульсов с то-- . го выхода, многовходового элемента ИЛИ 13, номер которого равен Н . Для рассматриваемого случая (Tgj -lit, ) , в результате чего, положительным потенциалом с шестого выхода.дешифратора 17 через шестой элемент ИЛИ 20 откроется шестой ключ

14и импульсы с периодом

с шестого выхода многовходового элемента ИЛИ 13 через открытый шестой ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ

15и вентиль 16 поступают на выхОд умножителя частоты. Таким образом, соотношение между частотами следования входных и выходных импульсов умножителя соответствует заданному коэффициенту умножения

-fa-c

еых

п

--2 .

Tgy 6tr

Второй и последующий входные имульсы не поступают на рход региста 7 сдвига через закрытый вентиль, 9 до тех пор, пока-первый входной мпульс не пройдет через регистр 7 сдвига и не перебросит в момент i триггер 10 в нулевое состояние. В езультате этого открывается комутатор 12 и вентиль 9, и входные импульсы через открытый вентиль 9 уже могут поступать на вход регистра 7 сдвига. Управление подачей входных импульсов с помощью вентиля 9 необходимо для исключения образования на некоторых внходах многовходового элемента ИЛИ 13 последовательностей импульсов, период следования которых отличается от заданного и меняется с течением времени.

Например, при -( з , , второй входной импульс, при отсутствии вентиля 9 поступит на вход первой линии задержки регистра 7 сдвига, когда первый импульс, пройдя двенадцать звеньев линий задержки, поступит на вход тринадцатого эвена и в дальнейшем оба импульса будут проходить соответствующие звенья линии задержки. В результате этого на.пятый вход многовходового элемента .ИЛИ 13,объединяющего выходы каждого пятого звена лимии задержки, поступят последовательно первый входной импульс с выхода пятнгщцатсго- звена линии задержки, через время дТ второй входной импульс с выхода двадцатого звена линии задержки, а затем через время ЗТ вновь первый входной импульс с выхода двадцатого звена. Ла пятом выходе многовходовогоэлемента ИЛИ 13 появятся импульсы с переменным периодом следования, равным (ЗТ, в то время как с выхода этого .элемента требуется получать импульсы с постоянным периодом следования

0 равным 5.

После открытия коммутатора 12 и вентиля 9, начиная с момента времени t-3 устройство будет работать следующим образом.

5

Первый входной импульс поступит на вход следующего регистра 8 сдвига, и будет в дальнейшем последовательно проходить звенья линии задержки, обеспечивая тем самым не0прерывную подачу задержанных им- пульсов через открытый комм таторг 12 на входы многовходового элемента ИЛИ 13.

В момент времени f на вход регистра 7 сдвига через открытый вен5тиль 9 поступит другой входной импульс, который, пройдя элемент

11задержки перебросит, триггер 10 в единичное состояние. Коммутатор

12и вентиль 9 закроются и импульDсы выходов регистра сдвига 8 уже не будут поступать на входы многовходового элемента ИЛИ 13. В дальнейшем процесс прохождения импульсов через регистр 8 сдвига повто5ряется.

Использование дополнительного регистра 8 сдвига необходимо для исключения нежелательного увеличения периода следования импульсов на выходах многовходового элемента

0 ИЛИ 13 по сравнению с заданным каждый раз после прохождения входным импульсом последнего звена регистра 7 сдвига.

Например, в том случае, если ис5пользуется только регистр 7 сдвига и триггер 10 управляется импульсом с выхода регистра 7 сдвига, то начиная с момента t и до момента . , импульсы поступают на входы

0 многовходового элемента ИЛИ 13 с выходов регистра 7 сдвига. В результате этого произойдет нежелательное увеличение периода следования импульсов на всех выходах многовхо5дового элемента ИЛИ 13 на величину t,, .

Число дополнительных звеньев должно быть не больше числа основных звеньев линии задержки, т.е. к моменту поступления другого импуль0са на вход регистра 8 сдвига первый входной импульс уже должен пройти весь регистр 8 сдвига.

В общем случае количество звеньев линии задержки и время задержки оди будет в дальнейшем последованим звеном, определяющим диапазон частоты следования импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ 13, выбирают, исходя из диапазон частот следования входных импульсов и требуемых перделов изменения коэффициента умножения. Так, например, для диапазона входных частот от 1 МГц до 1/60 МГц можно использовать линию задержки, у которой Т 1 МКС, а общее число звеньев равно шестидесяти, при этом число осноных звеньев равно тридцати.

Минимальная частота импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ 13 будет определяться минимальной входной частотой. Так , для входной частоты Fgy,-l/40 мГц могсно получить на соответствующих его выходах сорок различных частот: 1 мГц, 1/2мГц 1/3 МГц,..., 1/30 МГц.. Пределы изменения коэффициента умножения зависят от значения входной частоты. Так, для Fg 1/30 коэффициент умножения можно изменять в пределах ,от 2 до 30. Точность установки выхс1дной частоты будет увеличиваться с уменьшением коэффициента умножени

Другой коэффициент умножения в процессе работы умножителя устанавливается следующим образом.

Вначале подачей импульса на входы 21 сбрасывают счетчик 4 и триггеры 2 и 3 в нулевое состояние. В результате коммутатор 12, ключ 6 и вентиль 16 закрываются, а ключ 5 открывается. Одновременно на вход распределителя 19 подаетсякод, соответствующий требуемому умножению п. Па выходе п распределителя 19 появится положительный потенциал, , который через соответствующий элемент ИЛИ 20 откроет ключ 14. После прихода первого входного импульса открывается ключ 6. Через открытый ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и ключ 6 импульсы с периодом nt поступают на вход счетчика 4. После «прихода второго входного импульса закрывается ключ6 и сбрасывается в нулевое состояние расределитель 19, закрывая тем самым ключ 14. На счетчике 4 будет записан двоичный коц N, определяющий измеренную величи1|у периода входных импульсов

N.-. . пТ.

На Ьыходе дешифратора 17 появится положительный пооенциал, котрый через соответствующий, элемент ИЛИ 20 откроет ключ 14. В результа. те этого импульсы с периодом /УС через ключ 14, многовходовой элеме ИЛИ 15 и вентиль 16 поступят на выход- умножителя.

Соотношение между частотами ) выходных и Fg входных импульсов, равное р

вьш Тй FBX NT

Tfg,x Т

будет соответствовать установленно5 му коэффициенту умножения. При достаточно малом времени сброса элементов схемы в нулевое состояние и установки на распределителе 19 требуемого кода время Тч установки коэффициента умножения будет практически равно

Т + Tgj ,

где TOJH - случайное время ожидания прихода входного импульса после сброса триггеров 2 и 3 в нулевое состояние TQJJ Т g

Использование в умножителе частоты в качестве генератора калиброванных частот многозвенной линии задержки

при достаточно простой схеме- позволяет получить в заданном диапазоне больш.ое количество близлежащих калиброванных частот. Так, например, в рассматриваемом в описании варианте -умножителя частоты можно получить

О различных частот в пределах от l/t до 1/60С , в то же время при использовании автономного генератора частоты 1/t делителя на двоичном счетчике-можно получить только б

различных частот в пределах l/C/ 1/2, l/4t , 1/8С- и т.д.

В итоге значительно повышается точность предлагаемого умножителя. Например, для -входной частоты Fg

l/30t при заданном коэффициенте умножения п 3 в рассматриваемом умножителе можно получить точное значение выходной частоты Fgyy l/lOt в то же время при использовании вышеуказанного генератора пол-учается приближенное значение выходной частоты,равное 1/8.

Формула изобретения

Умножитель частоты, содержащий регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вход которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, дешифратор, распределитель, коммутатор и многовходовый элемент ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности 5 умножения частоты, в него введены измеритель периода следования входных импульсов , дополнительный регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, дополнительный многовхоQ довый элемент ИЛИ, дополнительный .коммутатор, триггер управления,- элементы ИЛИ и дополни-гельный вентиль, при этом выход вентиля через элемент задержки соединен с одним из входов

2 триггера управления, выход которого I