Цифровой умножитель частоты Советский патент 1981 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной ,и измерительной текнике и преаназначено для умножения частоты сигнала при измерении частоты низкочастотных сигналов фазы или формы периодических сигналов. Известен цифровой умножитель частоты основанный на подсчете в течении периода входного сигнала Т числа импульсов с выхода генератора тактовых им- пупьсов (ГТИ), деленных на Км (где К коэффициент деления депитедя импульсов) .В конце периода это число заносится в буферный каскад и в счетчик обратного счета (СОС), на счетный вход которого поступает тактовая частота ГТИ. На выходе ССХЗ образуются импульсы частотой ( где - - частота входного периодического сигнала) 1 .Наиболее близок к предлагаемому умножитель частоты импульсов, состоящий иа формирователя импульсов, счетчика чис ла импульсов, буферного каскада, счегчик обратного счета, Ренератора т.актовых импульсов, делителя числа импульсов, элемента задержки и элемента ИЛИ .2. . Общая погрешность умножителей частоты складывается из погрешности от не- :табильности частоты квантующих импульсов, погрешности вследствие квантовани;я периода Т., -и. погрешности, возникающей из - за потери незначителбной части периода умножаемой частоты на перезапись информации из счетчика числа импульсов в буферный каскад и из буферного каскада в счетчик обратного счета. Первая и третья составляющие общей погрешности значительно меньше второй, зависящей от частоты г енератора тактовых импульсов и коэффициента умножения К . . Цель изобретения - уменьшение погрешности умножения, возникающей, вследствие квантования периода входного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой умножирель частотц, содержащий первый буферный каскад, первый счетчик обратного счета, генератор так товых импульсов, выход которого подклю384чен ко вхоцу делителя ччсла импульсов, выход которого соединен Со счетным вхоаом счетчика числа импульсов и счетным входом первого счетчика обратного счета, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, вторрй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и входом элемента задержки, Bbixda которого подключен ко входу сброса счетчика числа импульсов и выходу управления записью буферного каскада, а выход -ко входу,управления записью счётчика обратного счета, вход которого через буферный каскад соединен с выходом счет чика числа импульсов , введены второй элемент ИЛИ, второй счетчик обратного счета, второй бус ерный каскад и второй счетчик числа импульсов, выход которого через второй буферный каскад соединен со входом второго счетчика обратного счета, выход которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и входом управления записью второго буферного каскада, а выход- со входом управления записью второго счетчика обратного счета, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, при этом выход де- лйтеля числа импульсов подключен,к счетному входу второго счетчика числа импуль- сбв, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки. На фиг, 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства на фиг. 2 временные диаграмы, поясняющие его работу. Устройство состоит из последовательно соединенных первого счетчика 1 числа импульсов, буферного каскада 2, счетчика 3 обратного счета (СОС) , выход которого подключен к первому входу первого элемен та ИЛИ 4, второй вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов, входом элемента 6 задержки и входом управления записью буферного каскада 2, а вых первого элемента ИЛИ 4 подключен ко вхо ду управления записью СОС 3, счетный вход которого соединен с выходом генератора 7 тактовых импульсов (ГТИ) и входо делителя 8 числа импульсов, первый выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 1 числа импульсов, вход установки которого соединен с выходом элемента 6 задержки. канал умножения состоит из последовательно соединенных второго счетчика 9 1 числа импульсов, второго буферного каскада 10 и второго счетчика 11 обратного счета, выход которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ 4 и второму входу второго элемента ИЛИ 12, первый вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов и входом управления записью второго буферного каскада 10, а выход подключен к входу управления записью второго СОС 11 счетный вход которого соедийен с выходом ГТИ 7, при этом второй выход делителя 8 числа импульсов подключен к счетному входу второго счетчика 9 числа импульсов, вход-установки которого соединен с выходом элемента 6 задержки, Предлагаемое устройство работает следующим образом. Формирователь 5 из входного периодического сигнала ( фиг. 2 а) формирует короткие прямоугольные импульсы (фиг, 2 б) период .повторения которых равен периоду входного сигнала Т . Эти импульсы поступают на вход элемента 6 задержки, входы управления записью буферных Каскадов 2 и 10 и первые входы элементов ИЛИ 4 и 12, На счетный вход первого счетчика 1 поступают импульсы с первого выхода делителя-8 числа импульсов с частотой г, U) На счетный вход второго счетчика 9 поступают импульсы со второго выходаГ делителя 8 с частотой V-f-. где К(-пК - коэффициент деления делителя 8; П и К - целые числа; ,j. - частота повторения импульсов ГТИ 7. период входного сигнала Т., в счетчик 1 поступает число импульсов, равное , vvv счетчик 9 2 2 ьх к В конце периода импульсом с выхода формирователя 5 эти числа перезаписываютя соответственно в буферный каскад 2, СОС 3 и в буферный каскад 1О, СОС 11. На счетные входы СОС 3 и 11 поступают импульсы с выхода ГТИ 7 с частотой В результате этого число N считывается с СОС 3 после перезаписи (момент времени i-Q на фиг. 2 б) через Промежуток вре- мени, равный Т bbix.f t-, с СОС 11 через N, bix.l Т, На выкоце СОС 3 и 11 через проме жутки времени, равные соответственно и T ftblV образуются импупьсы виг) которые через элементы (фиг. 2 ИЛИ 4 и 12 поступают на вхоцы управления записью СОС 3 и 11, благодаря ч му числа N и Н,ц аерезаписываются из бу ферных каскадов 2 и 10 соответственно в СОС 3 и 11. Таким образом, за перио входного си.гналаТпу на выходе первого канала умножения (выход СОС 3) образуется число импульсов, равное -согласно (5) . тV а на выходе второго канала умножения (выход СОС 11) равное

1й1

Т

-г За счет усечения N и N до целого числа при измерении интервала времени, равного Т„ , возникает погрешность кван тования, равная соответственно где иЬцг -периоды повтор ния импульсов, поступающих на счетные входы счетчиков 1 и 9 Э соответственно с .первого и второго выхоаоЬ делителя 8 числа импульсов. В результате этого на выходе каналов умножения частоты импульсы формируюге, к,,

т.е..

( 17)

7--П

Cj. к ся не в моменты времени, равные соответственно.I ,-. ttv . 1--«,а, ., 1; т 1бх -.Hi ЬЫХ.2 . , 3- , а в моменты времени . ;.--(-) .(ltE,). i--1.2,...K, (1А) т.е. к концу периода Т ( и ) накопленная ошибка по времени в каналах умножения частоты равна в наихудшем случае соответственно N Ъ € ЕТ . 2 2 ЬХ ., п Накопленная ошибка в известном умножителе частоты при коэффи циенте умножения, равном Ry , равна ошибке g. согласно (15). Графики накопленных ошибок ё, и ,, по времени приведены на фиг. 2 д . Отношение § согласно (15) и (16) Со равно . так как В предлагаемом устройстве импульсы с выхода СОС 11, образующейся в моменты времени согласно (14), используются для синхронизации СОС 3. Гра.фик накопленной ошибки умножителя частоты ё, приведен на фиг. 2 д., а ее величина к концу пе- . .риода равна -.-v(e- ).Ii3L/ii,,е,Че,г) TSX т т т/ вх KV/K- 1 1 /-1 -t V ,,„, :f;( Таким образом, погрешность умножения из - за квантования периода входного сигнала в предт агаеМом устройстве меньше чем в известны)с, причем степень уменьшения погрешнрсти зависит от величинь коэффициентов W и К, 784 Элемент 6 задержки предназначен для формирования импульсов сброса счетчиков -1 и 9 в конце каждого периода после перезаписи чисел, подсчитанных счетчиками 1 и 9 за период Т,, в буферные каска- ды 2 и 1О).Формула изобретен и. я Цифровой умножитель частоты, содержа щий первый буферный каскад, первый счет чик обратного счета, генератор тактовых импульсов , выход которого подключен ко входу делителя числа импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика числа импульсов и счетному входу первого.счетчика обратного счета, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, входом элемента задержки, выход которого подключен ко входу сброса счетчика числа импульсов и входу управления записью, буферного каскада, а выход -ко входу управления записью счетчика обратного счета, вход которого через буферный каскад соединен с выходом счетчика числа импульсов, отличающи О18 с я тем, что, с целью yMeni iiieiinH погрош- ности умножения, в нег-о встаены второй элемент ИЛИ, второй счетчик обратного счета, второй буферный каскад и второй счетчик числа импульсов, выход которого через буферный каскпц соединен со входом второго счетчика обратного-счета, выход которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и входом управления звписью второго буферного каскада, а выход - со входом управления записью вто- рого счетчика, обратного счета, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, при этом второй выход делителя числа импульсов подключен к счетному входу второго счетчика Импульсов, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США №3970954, кл. 33153, 1976. 2. ТИИЗР, 1975, т. 63, №9, с. 116117.

.7