Умножитель частоты гармонических сигналов Советский патент 1982 года по МПК H03B19/10 

I

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для применения в качестве умножителя частоты, и может быть использовано, например, в устройствах внутришагового деления (интерполяторах) измерительных преобразователей перемещений.

По основному авт.св.1/ 843158 известен умножитель частоты гармонических сигналов, содержащий источник сигналов(в качестве которого может быть использован двухканальный измерительный преобразователь с выходными синусными и косинусными сигналами) ,. п-последовательно включенных каскадов умножения частоты, блоки суммирования, блок обработки, счетчик и инвертор, причем первый выход п-каскада умножения частоты подключен непосредственно к первым входам суммирующих элементов первого блока суммирования и к одному из входов блока обработки и через инвертор - к первым входам суммирующих ,элементов второго блока суммирования и к другому входу блока обработки, второй выход п-того каскада умножения частоты подключен ко вторым входам суммирующих элементов первого и второго блоков суммирования и к третьему входу, блока обработки, остальные входы -которого соединены с выходом суммирующих элементов первого и второго блоков суммирования, а выход - ко входу счетчика. Это устройство обеспечивает получение коэффициента умножения равного 4К 2 или (4К-2)2, т.е. при подключении к умножителю частоты синусно-косинусного измерительного преобразователя перемещений в качестве источника сигналов, оно функционирует, как устройство внутришагового деления

налов перем ений PJ.

Однако э данном устройстве отсутствует возможность запуску или прекращения операции умножения от

сигнала начала отсчета преобразователя перемещений, что необходимо для исключения неоднозначности измерения перемещений при реверсе, появления недостоверной информации при умножении, т.е. интерполяции сигналов преобразователя перемещений, что сужает функциональные возможности и снижает надежность.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при одновременном повышении надежности работы. Поставленная цель достигается тем, что в умножитель частоты гармонических сигналов, содержащий источник сигналов последовательно соединенных каскадов умножения частоты, каждый из которых состоит из сумматоров и выпрямителей, блоки суммирования, блок обработки, счетчик и инвертор, причем первый выход п-ого каскада умножения частоты подключен непосредственно к первым входам суммирующих элементов первого блока суммирования и к одном из входов блока обработки, а через инвертор - к первым входам суммирующих элементов второго блока суммирования и ко второму входу блока обработки, второй вход п-ого каскада умножения частоты подключен ко вторы входам суммирующих элементов первого и второго блоков суммирования и к третьему входу блока обработки, остальные входы которого соединены с выходами суммирующих элементов первого и второго сумматоров, а выход ко входу счетчика, введены компаратор, элемент И и соединенные последовательно{п+1)суммирукичие ячейки, первый вход первой из, который подключен к дополнительному выходу, второй и третий входы - к первому и второму выходам источника сигналов второй вход каждого из остальных суммирующих ячеек соединен с выходом соответствующего каскада умножения частоты, а выход (п+1)-ой суммирующей ячейки через соединенные последовательно компаратор и элемент И, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока.логической обработки, подключен к дополнительному входу счетчика.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема умножителя частоты гармонических сигналов.

Умножитель содержит источник 1 сигналов (например синусно-косинусный преобразователь перемещений) п-каскёдов (2-1)-(2-п) умножения, каждый из которых состоит из сумматоров и двухполупериодных выпрямителей 7-10,инвертор 11, блоки 12 и 13 суммирования,каждый из которых состоит из суммирующих элементов, число которых равно К-1 , ,2,3, 4...,каждый суммирующий элемент может быть выполнен,например,на усилителе, вход которого через масштабные резисторы является входом суммирующего элемента, блок логической обработки, счетчик 15, и п+1 суммирующие ячейки 16-1-16-(п+1), первая из которых содержит однополупериодные выпрямители 17 и 18, трехвходовой сумматор 19 и вентиль 20, а остальные состоят из двухполупери-. одного выпрямителя 21, сумматора 22 и вентиля 23, компаратора Л и элемента И 25.

Умножитель частоты гармонических сигналов работает следующим образом.

Источник 1 сигналов вырабатывает два ортогональных сигнала sinujt и cos cut. Выпрямители 7 и 8 выделяют модули этих сигналов sinuJt и созШ;. Далее сигналы суммируются в сумматоре 5, на его выходе напряжение имеет треугольную форму и больше по частоте в два раза. В сумматорах 3 и t образуются сигналы соответственно вида S in (cjyt-45) и cos () . В блоках другой цепи осуществляются операции аналогичные описанным. На выходе сумматора 6 образуется треугольное напряжение удвоенной частоты, сдвинутое по фазе на 90® относительно треугольного напряжения на выходе сумматора 5Так производится удвоение частоты в каскаде умножения 2-1. Работа последующих каскадов умножения аналогична работе первого каскада. Поэтому общий коэффициент умножения п каскадов равен Таким образом, после ряда преобразований входные сигналы источника 1 преобразованы умножителем частоты в два треугольных сигнала, сдвинутых по фазе на 50. Далее эти треугольные сигналы поступают на соответствующие входы 5 блоков суммирования 12 и 13, состоящие из К-1 суммирующих элементов, где , 3 ,... В каждом элементе происходит суммирование

с разными весовыми коэффициентами, соответствующих двум из трех треугольных сигналов: третий образуетс на выходе инвертора 11. Весовые коэффициенты зависят от отношения величин масштабных резист.оров, которые должны равняться , где (K-l) - номер следующего элемента. Например, при желании пол чить коэффициент умножения 80 при выбираем , т.е. в блоке суммирования 12 и 13 по f суммирующих элемента.Отношения величин масштабных резисторов зависят от порядв перкового суммирующего, .элемента:

вом оно равно т - Т ;

во втоа 1 - - 43 J . ром г- - ; в третьем 5--3 2

4 4

в четвертом 5--4

Места .терехода ломаных линий через нуль фиксируются в компараторах блока логической обработки и подсчитываются в счетчике 15- Таким образом общий коэффициент умножния равен +К-2 или (+К-2) 2 , о это значит, что на выходе блока И имеет место последовательность коротких импульсов, период которых меньше периода входного гармонического сигнала в число раз, равное коэффициенту умножения.

Источник 1 сигналов, вместо которого использован преобразователь перемещений в электрический сигнал вместе с основными информационными сигналами (синусного и косинусного) формирует также электрический си|- нал начала отсчета (обычно от какойлибо метки). Синусный и косинусный входные сигналы подвергаются однополупериод ному выпрямлению в блоках 17 и 18 и вместе с сигналом начала отсчета суммируются в сумматоре 19После вентиля 20 остается лишь часть сигнала, этот сигнал поступает на суммирующую ячейку 16-2, куда так же подается сигнал треугольной формы удвоенной частоты с выхода первого каскада 2-1 умножения. В двухполупериодном выпрямителе 21 треугольный сигнал выпрямляется и суммируется с сигналом в сумматоре 22. Далее обработка повторяется в следующих ячейках 1S-2-16-(п+1). Сигнал по мере обработки в суммирующих ячейках 16-1 - 16-(п+1) все время обостряется, т.е. длительность его относитель3057 .

но периода основного сигнала уменьшается. После (п+1)-ой суммирующей ячейки 16-(п+1), сигнал поступает , на компаратор 2k, где на уровне

5 срабатывания формируется в прямоугог льный сигнал. Этот сигнал в блоке 25 совпадений сопоставляется с последовательностью коротких импульсов, имеющихся в блоке 1, и на выходе

10 блока 25 образуется один импульс,

который управляет счетчиком 15, обеспечивая возможность его запуска, или, наоборот, возможность прекращения счета с помощью сигнала начала отсчета источника сигналов (изме-. рительного преобразователя перемещений) , что необходимо для исключения неоднозначности измерения перемещений при реверсе, появления недостоверной информации при умножении (инверполяции). Эти обстоятельства обеспечивают технико-экономический эффект, заключающийся в расширении функциональных возможностей устройства.

Формула изрбретения

Умножитель частоты гармонических сигналов по авт. св. ff , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном повышении надежности в работе, в него введены компаратор, элемент И и соединенные последовательно (п+1) суммирующие ячейки, первый вход первой из которых подключен к дополнительному выходу, второй и третий входы - к первому и второму выходам источника сигналов, второй вход каждой из остальных суммирующих ячеек соединен с выходом соответствующего каскада умножения частоты, а выход (п+1)-ой суммирующей ячейки через соединенные последовательно компаратор и элемент И, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока логической

обработки, подключен к дополнительному входу счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

№ , кл. Н 03 В 19/10,27.02.79.