Цифровой умножитель частоты Советский патент 1981 года по МПК H03K23/00 H03B19/10 

(54) ЦИФРОВОЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

1 Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и предназначено для умножения частоты сиг нала при измерении частоты низкочастотных сигналов, фазы или формы периодических, сигналов. Известен цифровой умножитель час тоты, основанный на подсчете в течение периода входного сигнала Tgx числа импульсов с выхода генератора тактовых импульсов (ГТИ), деленных на п (где п - коэффициент деления делителя импульсов). В конце период это число заносится в буферный каскад и в счетчик обратного счета (сое), на счетный вход которого пос тупает тактовая частота ГТИ. На выходе сое образуются импульсы частотой nfgx где частота входного периодического сигнала) Более близким к предлагаемому яв ляется умножитель частоты, содержащий формирователь импульсов, счетчик числа импульсов, буферный каска счетчик обратного счета, генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, элемент задержки и эл мент ИЛИ 2J . Общая погрешность умножителя час тоты складывается здесь из погрешно ти от нестабильности частоты квантующих импульсов, погрешности вследствие квантования периода Tg и погрешности, возникающей из-за потери незначительной части периода умножаемой частоты на перезапись информации из счетчика числа импульсов в буферный каскад и из буферного каскада в еОС. Первая и третья составляющие общей погрешности значительно меньше второй, зависящей от частоты ГТИ f и коэффициента умножения п. Целью изобретения является повышение точности умножения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой умножитель частоты, содержащий счетчик числа импульсов, счетный выход которого через буферный каскад подключен ко входу счетчика обратного счета, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко вхоЛу делителя числа импульсов и счетному входу счетчика обратного счета, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, входом элемента задержки, выход которого подключен ко входу сброса счетчика импульсов, и входом управления записью бу ферного каскада, а выход - со входом управления записью счетчика обратного счета; введены формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом делителя числа импульсов, и второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход - с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход - со счетным входом счетчика числа импульсов. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу .Устройство состоит из последовательно соединенных счетчика 1 числа импульсов, буферного каскада 2, счет чика Зобратного счета (СОС), выход которого подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ 4, первый вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов, входом элемента 6 задержки, первым входом второго элемента ИЛИ 7 и входом управления записью буферного каскада 2. Выход генератора тактовых импульсов (ГТИ) 8 соединен со счетным входом счетчика 3 и входом делителя 9 числа импульсов, выход которого подключен ко входу формирователя 10 прямоуголь ных импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к счетному В-ХОДУ счетчика 1, вход установки которого соединен с выходо элемента б задержки, при этом вход управления записью счетчика 3 соединен с выходом первого элемента ИЛИ 4 Устройство работает следующим образом. Формирователь 5 из входного периодического сигнала (фиг. 2а) формирует короткие прямоугольные импуль сы (фиг. 2б), период повторения которых равен периоду входного сигнала Эти импульсы поступают на вход элемента 6 задержки и первый вход второго элемента ИЛИ 7, на второй вход которого поступают прямоугольные импульсы с выхода формирователя 10 прямоугольных импульсов (фиг. 2в), частота повторения которых равна a коэффициент заполнения равен 1/2 независимо от величины входной частоты (f-r - частота повторения импуль сов ГТИ 8 (фиг. 2в), п - коэффициент деления делителя 9 импульсов, равный коэффициенту умножения умножителя частоты). С выхода второго элемента ИЛИ 7 импульсы поступают на счетный вход счетчика 1. За время, равное длительности периода Трхf в счетчик 1 поступит число импульсов fr -г В конце периода это число перезаписывается в буферный каскад 2 и.в счетчик 3 обратного счета (СОС). На счетный вход СОС 3 поступают импульсы с выхода ГТИ 8, в результате чего после перезаписи число N считывается с СОС 3 через промежуток времени, равный На выходе СОС 3 образуется импульс, который через элемент ИЛИ 4 поступает на вход управления записью СОС 3, благодаря чему перезаписывается информация из буферного каскада 2 в СОС 3. Таким образом, за период входных сигналов IPX на выходе умножителя частоты образуется п импульсов, так как согласно (3) Твх „ За счет усечения N до целого числа при измерении интервала возникает погрешность квантования, равная в известном устройстве 2 т т .f ВХ . ВХ где с , - период повторения импульсов , поступающих на счетный вход счетчика 1. В результате этого на выходе умножителя частоты импульсы формируются не в момент времени t, i ifi.i i 1,2, л n а в моменты времени i(l±E), , 2, т.е. к концу периода (для i п) наопленная ошибка по времени в известном устройстве будет равна в наихудшем случае При заданных значениях Т gx и коэффициента умножения погрешность Е уменьшается путем увеличения частоты f.. Однако f.,, имеет предел, ограничивамый быстродейсгаием СОС 3. В предлагаемом устройстве на счетный вход счетчика 1 поступают импульы с выхода второго элемента ИЛИ 7 (фиг. 2г), на первый вход которого поступают импульсы с формирователя (фиг. 26) , а на второй - с формирователя 10 (фиг. 2в). Счетчик 2 работает, (считает) по передним фронта импульсов с выхода элемента ИЛИ 7. Если в конце периода Tg промежуток времени между передними фронтами по леднего импульса с формирователя 10 прямоугольных импульсов и входного импульса с выхода формирователя 5 равен I 27; то в счетчике 1 записывается еще 1, импульс (в известном устройстве сче импульсов заканчивается в момент t, Таким образом, в предлагаемом изобретении погрешность измерения интервала Tgx будет равна в наихудшем случае 2T0xfT К концу периода накопленная ошибка по времени будет равна т.е. вдвое меньше, чем у известного устройства. Графики циклического изменения погрешности моментов формирования выходных импульсов приведены на фиг. 2д. Элемент 6 задержки предназначен для формирования импульсов сброса счетчика 1 в конце каждого периода (после перезаписи числа, подсчитанного счетчиком 1 за период буферный каскгщ 2). Формула изобретения Цифровой умножитель частоты, содержащий счетчик числа импульсов, выход которого через буферный каскад подключен ко входу счетчика обратного счета, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко входу делителя числа импульсов и счетному входу счетчика обратного счета, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, входом элемента задержки, выходjкоторого подключен ко входу сброса счетчика числа импульсов, и входом управления записью буферного каскада, а выход со входом управления записью счетчи- ка обратного счета, отличающийся тем, что, с целью повышения точности умножения, в него введены формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом делителя числа импульсов, и второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, второй вход с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход - со счетным входом счетчика числа импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3970954, кл. 331-53, 1976. 2. ТИИЭР, 1975, т.63. 9, с. 116-117.

V

rihnn - П|П

тл w

i