Цифровой частотный детектор Советский патент 1981 года по МПК H03D3/00 

Изобретение OTHocHfcH к измерительной технике и предназначено для частотного детектирования в широком диапазоне частот с линейной зависи-мостью выходного напряжения от частоты входного аналогового или импуль сного сигнала. Известен цифровой частотный детектор, содержащий ограничитель вход ных сигналов, соединенный с первым входом сумматора по модулю 2, делитель частоты, выход которого подключ ко второму входу сумматора по модулю 2, а вход соединен с выходом устройства управления тактовым генерато ром, первый вход которого соединен с выходом сумматора по модулю 2 и входом фильтра нижних частот, а,второй вход - с выходом тактового генератора TI Недостатками этого цифрового частотного детектора являются низкая то ность детектирования и ограниченный частотный диапазон детектирования. Цель изобретения - повышение точности детектирования и расширения ча тотного диапазона детектирования. Указанная цель достигается тем, что в цифровой частотный детектор, содержащий устройство управления так товым генератором, тактовый генератор, счетчик и фильтр Н11жних частот, в котором выход устройства управления тактовым генератором соединен с выходом тактового генератора и со входом счетчика, дополнительно введены входной формирователь, триггер, два дешифратора, п-декадный счетчик , выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты, причем, выход входного формирователя соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен со входом устройства управления тактовым .генератором, с установочными входами счетчика и п-декадного счетчика, а также со входом выходного формирователя, первые входы первого дешифратора соединены с выходе1ми счетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход со входом п-дёкадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы которого соединены с переключателем, детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входом триггера, а выход выходного формирователя соединен со входом фильтра нижних частот. На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового частотного детектора; на фиг. 2 - временная диаграмма на фиг. 3 - зависимость выходного напря жения от частоты входного сигнала. Цифровой частотный детектор содер жит входной формирователь 1, триггер 12/. счетчик 3, устройство 4 управлени генератором тактовых импульсов, фильт 5 нижних частот, генератор б тактовых импульсов , первый дешифратор 7, п-декадный счетчик 8, второй дешифратор 9, выходной формирователь 10, переключатель 11 детектируемой частоты. Вход формирователя 1 соединен с источником детектируемого сигнала, а выход - с установочным входом R триггера 2. Единичный выход триггера 2 соединен ,с устройством 4 управления тактового генератора, со вводом выходного формирователя 10, с устано ночными входами R счетчиков 3 и 8. Выходы счетчика 3 соединены с первыми входами первого дешифратора 7, вы ход которого соединен со входом п-де кадногЬ счетчика 8, вторые входы дешифратора 7 соединены с переключателем 11 выбираемой частоты детектирования. Первые входы второго дешифратора 9 соединены с выходами п-декадного счетчика 8, а его вторые входы - с переключателем 11 выбираемой частоты детектирования, выход дешифратора 9 соединен со счетным входом триггера 2. Выход устройства 4 управления тактового генератора соединен с выходом генератора б и со счет ным входом счетчиков 3. Выход выходного формирователя 10 соединен со входом фильтра 5 нижних частот; Устройство работает следующим образом.. В момент перехода входного сигнала через нуль из минуса и плюс) на выходе входного формирователя 1 появ ляется короткий импульс, который уст тавливает триггер 2 по установочному входу R в О. На выходе триггера 2 устанавливается нулевой потенциал, который разрешает счет счетчикам 3 и 8, включает устройство 4 управления тактовым генераторогу, на выходе выходного фор мирователя 10 появляется положительный потенциал на время, равное полов не периода выбранной третьоктавной частоты. Включенное устройство 4 поз воляет проходить тактовым импульсам с выхода генератора 6 на счетный вход счетчика 3. Когда счетный импульс достигает входа дешифратора 9, соответствующего выбранной частоте детектирования переключателем 11, на выходе дешифра тора 9 появляется потенциал который опрокидывает триггер 2 по счетно му входу в 1. Потенциал на единичном выходе триггера 2 одновременно ыключает устройство управления 4, атормаживает генератор б тактовых мпульсов, устанавливает счетчики3 8 в О, и на выходе формирователя 10 появляется отрицательный потенцил. При этом устройство находится исходном состоянии. Длительность положительного потениала на выходе формирователя 10 рава половине периода выбранной третьктавной частоты То|2, длительность отицательного потенциала на выходе форирователя 10 равна , где Т период детектируемой частоты. Потенциал положительного и отри ательного импульсов по модулю равны. Следовательно, сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот линейно пропорционален разности длительностей . импульсов и описывается уравнением ,(-i .Эпюры напряжений в различных точках детектора представлены на фиг. 2, где а - входное напряжение ; .6 - напряжение на установочном входе триг-. гера.2; в - напряжение на счетном входе счетчика 3; г - напряжение на счетном входе триггера 2; д - напряжение на единичном выходе триггера 2; е - напряжение на входе фильтра 5 нижних частот. Если на фиг. 2а tj - первый переход через нуль дедектируемого сигнала; t - второй переход через нуль детектируемого сигнала/ tg, - третий переход через нуль детектируемого сигнала/ то положительная полуволна синусоиды; отрицательная полуволна синусоиды. Для синусоидального сигнала Для сигналов импульсной формы . Уравнение (1) можно представить в соответствии с циклом работы детектора как .j. ) и/ууТр %t, 2 la,-tj zJ ((TO-T,)- (2) . Если имеется сдвиг по напряжению срабатывания входного формирователя на время д1, то заполнение счетчи начинается в t а следующее заполнение счетчиков начинается в + ut. Подставив в (2) новые значения времен, получаем г4, It - -u-tVlVut) -(t,a(,)b 17 (). Из приведенных рассуждений видно что (2)-и (3) равны, следовательно, точность детектирования не зависит от формы входного сигнала и качества входного формирователя,- так как цикл измерения определяется периодом вход ного сигнала. Линейная зависимость (1) верна в пределах следовательно, частотный диапазон детектирования ограничен частотой f. Для расширения частотного диапазона детектирования необходимо повышать частоту генерато ра (или уменьшать длину счетчиков). Детектировать с самой высокой час тотой f малые f- не имеет смысла, так как ацвых. о Из (4) видно, что чем выше f, тем меньше динамический диапазон детектирования. Для расширения дина.мического диапазона детектирования применяется счетчик 3, преобразующий частоту сле дования импульсов тактового генератора 6 в третьоктавный ряд частот, кратный 1; 1,25; 1,6i ... 8 Гц. С помощью дешифратора 7 и переклю чателя 11 выбирается необходимая час тота fQ , а с помощью п-декадного сче чика 8 частоты частота f понижается в 10 раз, п определяется переключателем 11 и дешифратором 9. Выбор fg по трётьоктавному ряду предоп ределен требованиями выделения девиации частоты, выраженной в процентно отношении, при спектргшьном анализе в третьоктавных полосах. Если предположить динамический ди пазон выходных напряжений детектора (60 дБ), а число неое5ходимых различных полос равным в полосе примерно ,232 (третьоктавна полоса), то ширина частотного диапаз на детектирования с фиксированной астотой fo и с требуемым динамичесим диапазоном определяется из U и. 5,:1м Ji.. , Х о 2 откуда fo 7/ 0,232 fj . Число переключаемых частот i обходимое для перекрытия cL декад по частоте, определяется eg 10 -entieri,575o(.. 6 м rentier Eg- O,232 К примеру, если , тогда . Следовательно, в предлагаемом устройстве частотный диапазон детектирования в п раз шире, чем в известном. Кроме того, применение выходного формирователя 10 позволяет избавиться от постоянной составляющей при малих девиациях частоты относительно f . , Формула изобретения Цифровой частотный детектор, содержащий устройство управления тактовым генератором, тактовый генератор, счетчик и фильтр нижних частот, в котором выход устройства управления уактовым генератором соединен с выходом тактового генератора и со входом счетчика, .отлич ающ и и с я тем, что, с целью повышения точности детектирования и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введены входной формирователь, триггер, два дешифратора, пдекадный счетчик, выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты, причем выход входного формирователя соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен . со входом устройства управления тактовым генератором, с установочными входами счетчика и п-декадного счетчика, а также со входом выходного формирователя, первые входы первого дешифратора соединены с выходами счетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход - со входом п-декадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы ко-торого соединены с переключателем детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входом триггера, а выход выходного формирователя соединен со входом фильтра нижних частот. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии 52-35274, кл. 98(5) Е 21 (Н 030) 3/00 , 08.09.77.

Фиг.2

w . Фиг.3