Умножитель частоты Советский патент 1982 года по МПК H03B19/10 

(54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

I

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для умножения частоты в системах автоматики, измерительной и импульсной технике.

Известен умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, вь1ходы которых объединены, и подключены к входу фильтра нижних частот, а также преобразователь. периода в напряжение, сигнальный вход которого объединен с другим входом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты 1.

Однако известный умножитель характеризу ется повышенным значением паразитной частотной модуляции выходного сигнала.

Цель изобретения - уменьшение паразитной частотной модуляции выходной частоты в устйновившемся режиме.

Для этого в умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый и второй выходы которюго подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, выходы которых объединены и подключены к входу фильтра нижних частот, а также преобразователь периода в напряжение, сигнальный вход которого объединен с другим входом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты, введены последовательно соединенные индикатор рассогласования и ключ, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения в период и счетчик, выход которого соединен с входом предварительной записи делителя частоты, первый и второй выходы -преобразователя периода в напряжение подключены соответственно к входу преобразователя напряжения в период и к другому входу ключа, выход которого соединен с дополнительным входом фильтра 1ШЖНИХ частот, первый, второй и третий выходы индикатора рассогласования соединены соответственно с входом синхронизации делителя частоты, с управляющим входом преобразователя периода в напряжение ис входом сброса импульсно-фазового детектор вход синхронизации счетчика соединен с сигнальным входом преобразователя периода в напряжение, а первый-и второй входы 1шдика тора рассогласования подключены соответствен но к первому и второму выходам импульснофазового детектора. Кроме того, индикатор рассогласования выполнен в виде последовательно соединенных второго фильтра нижних частот, одновибратора и элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход третьего фильтра нижних частот, при этом первым и вторым входами индикатора рассогласования являются соответственно входы второго и третьего филь тра нижних частот, а первым, вторым и третьим выходами индикатора рассогласования являются соответственно выходы элемента ИЛИ, третьего фильтра нижних частот и одновибратора. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого умножителя; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема индикатора рассогласования; на фиг. 3 диаграммы, поясняющие работу устройства. Умножитель частоты содержит импульснофазовьгй детектор 1, первый и второй генераторы 2 и 3 тока, первый фильтр нижних частот (ФНЧ)4, управляемый генератор 5, делитель 6 частоты, преобразователь 7 периода в напряжение, преобразователь 8 напряжения в период, ключ 9, счетчик 10, индикатор 11 рассогласования, состоящий из второго ФНЧ 12 одновибратора 13, третьего ФНЧ 14 и элемент ИЛИ 15. Устройство работает следующим образом. В установившемся режиме при отсутствии девиации входной частоты фронты импульсов входной частоты (фиг. 2а) и частоты обратной связи (фиг. 26), снимаемые с вь1хода делителя 6 частоты, совпадают . На выходах импульс но-фазового детектора 1 при этом присутствуют короткие одинаковые по. длительнос-щ импульсы, воздействующие на управляемые разнополярные генераторы 2 и 3 тока. При один ковых токах генераторов 2 и 3 их действие взаимно компенсируется и на конденсаторе ФНЧ 4, изменения установившегося значения напряжения не происходит. Управляемый генератор 5 выдает сигнал постоянной частоты, большей, чем входная частота в число раз, определяемое коэффициентом деления делителя 6 частоты. При наличии девиации входной частоты, импульсно-фазовый детектор 1 выявляет соответствующее рассогласование частот, однако выходная частота управляемого генератора 5 оказывается слабо подверженной паразитной частотной модуляции входным сигналом, так как ФНЧ 4 сглаживает высокочастотные пульсации напряжения, обусловленные девиацией входной частоты. При резком уменьшении входной частоты в момент времени tj (фиг. 2) на выходе импульсно-фазового детектора 1 в момент t2, где интервал i времени t2-ti равен предшествующему периоду входной частоты, появляется сигнал, поступающий на вход индикатора 11 рассогласования. В момент 1з на втором выходе индикатора 11 рассогласования возникает сигнал (фиг. 2в), воздействующий на преобразователь 7 периода в напряжение таким образом, что с выхода последаего, подключаемого к 9 (фиг. 2г), снимается линейно изменяющееся напряжение (пунктирная линия на фиг. 2г) генератора пилообразного напряжения, входящего в состав преобразователя 7. Одновременно, сигнал с первого выхода индикатора 11 рассогласования открывает ключ 9, и с момента Чз напряжение на конденсаторе ФНЧ 4 начинает изменяться, повторяя форму линейно изменяющегося напряжения генератора пилообразного напряжения, входящего в состав преобразователя 7. Этим достигается форсирование перезаряда емкости ФНЧ 4. В этом режиме система ожидает появления импульса входной частоты и с его приходом в момент t исчезает с выхода импульсно-фазового детектора 1, а в момент s исчезает сигнал, снимаемый с первого выхода индикатора 11 рассогласования. Ключ 9 закрывается. К этому моменту на конденсаторе ФНЧ 4 фиксируется напряжение, при котором частота управляемого генератора 5 соответствует новому значению периода входной частоть (фиг. 2а). Таким образом осуществляется коррекция системы по частоте. Для коррекции по фазе предусмотрены линейный преобразователь 8 напряжения в период, подключаемый к выходу преобразователя 7 периода в напряжение, и счетчик 10, на счетньш вход которого подаются импульсы преобразователя 8 напряжения в период, а на вход сброса импульсы входной частоты. Задним фронтом импульса с первого выхода индикатора 11 рассогласования (фиг. 2в) в момент t; происходит перепись содержимого счетчика 10 в делитель 6 частоты. С этого момента частота и фаза выходных колебаний управляемого генератора 5 соответствуютновому значению периода входной частоты. Аналогично происходит переходный процесс при резком увеличении входной частоты (момент tg), с той лишь разницей, что сигнал рассогласования, образующийся на выходе импульсно-фазового детектора 1 (момент t,) и выявленный индикатором 11 рассогласования, вызывает появление на первом выходе индикатора 11 рассогласования импульса, длительность которого соответствует времени, необходимому для перезаряда конденсатора ФНЧ 4 от максимального напряжения, соответствующего максимальному периоду входной частоты, до минимального, соответствующего минимальному периоду входной частоты. По заднему фронту названного :импульса (момент tg) происходит перепись содержимого счетчика 10 в делитель 6 частоты. В этот же момент времени сигналом с третьего выхода индикатора 11 рассогласования осуществляется сброс выходного сигнала импульсно-фазового детектора 1. С момента ±9 частота и фаза выходного сигнала умножителя соответ. ствуют новому значению входной частоты. Постоянные времени элементов, входящих в индикатор 11 рассогласования и определяющие порог его срабатывания, выбираются с учетом точности преобразователей 7, 8 период в напряжение, напряжения в период и управляемого генератора 5, либо задаются исходя из максимально допустимой девиации входной частоты. И так, на основании временной диаграммы (фиг. 2), время переходного процесса tn в системе определяется следующим образом: TH + 1ф при резком уменьщении входной частоты (отрицательный скачок), Гн+Тф t при резком увеличении входной частоты, (положительный скачок), где TH - новое значение периода входной час тоты, 1ф, 1ф (, - времена задержки, вносимы элементами индикатора 11 рассогласования иопределяющие его инерционность срабатывания од длительность выходного импульса индикатора И рассогласования при выявленном положительном скачке входной частоты. При малых по отнощению к TH значениях фп и время переходного процесса приблизительно соответствует одному периоду нового значения входной частоты TH. В установивщемся режиме дополнительно введенные элементы ие оказывают возмущающего действия на систему и паразитная частотная модуляция выходного сигнала имеет незначитель ный уровень, определяемый соотношением де виации входной частоты и постоянной времен ФНЧ 4. Предлагаемый умножитель частоты имеет высокие качествеШ1ые показатели: широкополосиость, высокую точность умножения и боль шое быстродействие. По сравнению с наиболе прогрессивными высокоточными и liiHpoKono1лосными астатическими умножителями частоты с импульсной фазовой автоподстройкой частоты, предлагаемый умножитель обладает значительно более высоким быстродействием. Использование предлагаемого технического решения в измерительной аппаратуре (например, для измерения низких частот, при измерениях в условиях сильных помех) и пре. образовательной технике (например, при синтезе частот) позволяет, в сравнении с традиционным решением,-создавать более быстродействуюцдае высокоточные устройства, вьшолненные на базе или с использованием предлагаемых умножителей частоты. Формула изобретения 1. Умножитель .частоты, содержащий поспедовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, выходы которых объединены и подключены к входу -фильтра нижних частот, а также преобразователь периода в напряжение, сигнальный вход которого объединен с другим входом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты, отличаюШ и и с я тем, что, с целью уменьшения паразитной частотной модуляции выходной частоты в установившемся режиме, введены последовательно соединенные индикатор рассогласования и ключ, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения в период и счетчик, выход которого соединен с входом предварительной записи делителя частоты, первый и второй выходы преобразователя периода в напряжение подключены соответственно к входу преобразователя напряжения в период и к другому входу ключа,, выход которого соединен с дополнительным входом фильтра нижних частот, первый второй И третий выходы индикатора рассогласования соединены соответственно с входом синхронизации делителя частоты, с управляющим входом преобразователя периода в напряжение и с входом сброса импульсно-фазового детектора, вход синхронизации счетчика соединен с сигнальным входом преобразователя периода в напряжение, а первый и второй входы индикатора рассогласования подключены соответственно к первому и второму выходам импульсно-фазового детектора. 2. Умножитель частоты по п. 1, о т л и ч аю ш -и и с я тем, что индикатор рассогласования выполнен в виде последовательно соединенных второго фильтра нижних частот, одновибратора и элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход третьего фильтра нижних частот, при этом первым и вторым входами индикатора рассогласования являются соответственно входы второго и третьего фильтра нижних частот, а первым, вторым и третьим выходами индикатора рассогласования

являются соответственно выходы элемента ИЛИ, третьего фильтра нижних частот и одновибратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №295178, кл. Н 03 В 19/10, 1971 (прототип).