Частотный двухпороговый компаратор Советский патент 1983 года по МПК H03K5/19 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано как в качестве автономного устройства, так и в составе автоматизированных систем регулирования, контроля и измерения.

Известен частотный . двухпорого-. вый компаратор, содержаиций двухпороговый элемент, связанный через соответствующие элементы памяти с логическим элементом И. Двухпорйговый элемент выполнен на двух ждущих мультивибраторах , элементы памяти - на счетных триггерах, снабженных управляюищми входами 1Л

Одним из недостатков данного устройства является его сравнительно низкая помехоустойчивость вблизи порогов срабатывания, которая проявляется в многократных срабатываниях устройства при наличии шума, вызывающего частотную модуляцию контролируемой частоты, а также вследствие нестабильности параметров времязадающих цепей ждущих мультивибраторов, вызывакидей частотную модуляцию прроговых частот.

Йаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотный двухпороговый генератор, сот

держащий генератор опорной частоты, двухпороговый элемент, первый и вт9рой входы которого соединены с соответствующими источниками сигналов управления, а одноименные выходы с первыми входами соответственно первого и втоЕЮГо элементов памяти, одни из выходов которых подключены к соответствующим входам логического

10 элемента И, первый формирователь импульсов, вход которого подключен к источнику входного сигнала, а выход - к вторым входаил элементов памяти и через второй формирователь им15пульсов - к третьему входу двухпорогового эле 1ента 2,

К недостаткам известного устройст ва относится - также его сравнительно . невысокая помехоустойчивость вблизи

20 порогов срабатывания в присутствии шума, вызывающего частотную модуляцию контролируемой частоты, а также вследствие изменения опорных интервалов времени, вызываемого кратковре25менной нестабильностью частоты генератора опорной частоты.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

Поставленная цель достигается тем

30 что в устройство, содержащее генера тор опорной частоты. двухпороговый .элемент, первый и второй входы кото рого соединены соответственно d первым и вторым источниками сигнало управления, а одноименные выходы с первыми входами соответственно JiepBoro и второго элементов памяти, первые выходы которых подключены к соответствующим входам элемента И, первый формирователь импульсов, вход которого подключен к источнику вход ного сигнала, а выход - к вторым входам первого и второго элементов памяти и через второй формирователь импульсов к третьему входу двухпорогового элемента, введены однопороговый элемент, третий источник сигнала управления, два ключа, переключатель два элемента ИЛИ и третий формирователь импульсов г причем выход генератора опорной частоты соединен с первым входом однопорогового элемента непосредственно и с четвертым вхо дом двухпорогового элемента через первый ключ, вход управления которог соединен выходом элемента ИЛИ, пер вый вход которого соединен с первым выходом переключателя, а второй вход с выходом однопорогового элемента, второй вход которого соединен с третьим источником сигнала управления, а третий вход соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход КО торого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а второй вход - с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом второго .формирователя импульсов, а вход управления - с вторым выходом первого элемента памяти, вход ipeTbero формирователя импульсов соединён с вторым выходом переключателя, вход которого соединен с выходом логического элемента И, а вход управления с первым выходом двухпорогового элемента. На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, двухпороговый элемент 2, первый и второй входы которо го соединены с соответствующш и,источниками сигналов управления,а одно именные выходы - соответственно с пе выми входами элементов 3 и 4 памяти , одни из выходов которых подключены к соответствующим входам логического элемента И 5, формирователя 6 импульсов, вход которого подключен к источнику входного сигнала / а выход - к вторым входам элементов 3 и 4 памяти и через формирователь импульсов - к третьему входу двухпорогового элемента 2. Устройство содержит также однот пороговый элемент 8, третий источник сигнала управления, два ключа 9 и 10, переключатель 11, два логических элемента ИЛИ 12 и 13 и формирователь 14 импульсов, причем выход генератора 1 опорной частоты соединен, с первым входом однопорогового элемента 8 непосредственно и, с четвертымВХОДОМ, двухпороговсго эле-: мента 2 чёрез ключ 9.Вход управления ключа 9 через логический элемент ИЛИ 12 соединен с первым выходом переключателя 11 и выходом однопорогового элемента 8, второй вход которого соединен с третьим источником сигигша уяравления, а третий его вход соединен через логический элемент ИЛИ 13 с выходом формирователя 14 импульсов и -с вырсодом ключа 10. .Вход ключа 10 соединен с выходом формирователя 7 тлпульсов, а вход управления - с вторым выходом элемента 3 памяти. Вход фор 1ирователя 14 импульсов соединен с вторым выходом переключателя 11, вход которого соединен с выходом логического элемента И 5. На вход 15 подается входной сигнал, на входы 16-18 - сигналы уцравления, соответствующие выходные сигналы снимаются с выходов 19-21. Двухпороговый элемент 2 может быть выполнен как на базе счетчика со схемами сравнения, выходы которых подключены к входам соответствующих триггеров, так и на базе счетчиков, предустановка которых осуществляется через вентили, а импульсные выходы переноса подключены к входам соответствующих триггеров, либо в виде любой другой схемы, формирующей сигналы при поступлении на ее вход определенных чисел импульсов, заданных сигналами управления. Однопороговый элемент 8 может быть выполнен аналогично элементу 2, либо на базе ждущего мультивибратора с триггером на выходе. Устройство работает следующим образом. Больший ГБС и меньший fд,с пороги срабатывания компаратора задаются в виде кодов чисел N и NI на входах 16 и 17 соответственно. Причем . V-«ol«Mc... где f0 - частота следования импульсов генератора 1. На вход 18 подается код числа.AN, соответствующего значению гистерезиса компаратора, определяющего больший fgQ и меньший fд opoги отпускания компаратора. Причем 60- io КН,ЛМ г), i Q-- о KN2.+& N г1

Электрические сигналы, частота f которых по;;лежит контролю, поступают на вход 15 формирователя 6. Последний форми|)ует прямоугольные импульсы с частотой следования, ргшной частоте входных сигнгшов fy .

Если на выходе формирователя 6 появляется импульс, то он, поступает на входы записи элементов 3 и 4 памяти. При этом сигналы- на единичных выходах элементов 3 и 4 принимают значения, соответствукнцие значениям сигналов на первом и втором выходах двухпорогового элемента 2. Тогда единичное значение на одном из выходов 19-21 устройства образуется соответственно при единичных значениях сигналов на обоих выходах двухпорогового элемента 2, при единичном значении сигнсша только на его первом выходе и при нулевых значениях сигнсшов на обоях его выходах.

Сигнал с выхода 20 через переключатель 11 поступает на вход логического элемента ИЛИ 12 при нулевом значении сигнала на первом ваходе двухпорогового элемента 2, и на вход фО1 4ирователя 14 - при единичном значении этого сигнгта.

В том случае, когда единичный сигнал образуется на выходе 21 , ключ 10 разблокирован, а на выходах перек шчателя 11 сигнгшы имеют нулевое значение независимо от его состояния,- По згщне «у фроиту импульса формирователя 6 срабатывает формирователь 7.. Импульс последнего устанавливает двухпороговый элемент 2 в исходное нулевое состояние, соответствующее нулевому значению сигнала на его выходах и через KJno4 16 проходит на вход логического элемента ИЛИ 13. Образующийся при этом на выходе элемента 13 импульс устанавливает однопорогопый элемент 8 в исходное нулевое состояние, соответ.ствующее нулевому значению сигнала на его выходе. При этом сигнал на выходе логического элемента ИЛИ 12 также принимает нулевое значение и ключ 9 оказывается заблокированным

На счетный вход рднопорогового элемента 8 поступают импульсы генератора 1. В процессе счета этих импульсов элемент 8 срабатывает при поступлении на его вход - А N-j. импульсов, число которялх соответствует значению гистерезиса ксалпаратора, и формирует на своем выходе . единичный сигнал. Ключ 9 разблоки гуется и импульсы генератора 1 начинают поступать на счетный вход двухпорогового элемента 2. В процессе счета этих импульсов двухпороговый элемент 2 срабатывает и на его :первом выходе появляется единичнЬй сигнал, если до появления второго импульса формирователя 6 с выхода

гбнератора 1 успевает поступить еще импульсов, число которых соответствует большему порогу fg срабатывания компаратора. ДвухпорогОвый элемент 2 срабатывает повторно

5 .и на его втором выходе появляется единичный сигнал, если на его счетный вход успевает поступить еще импульсов. Общее число импульсов, образукицееся на выходе генера10 тора 1 после появления импульса формирователя б, равно соответственно Н «- А Nfr при первом и М А N при втором срабатывании двухпорогового элемента 2.

5

Таким образом, первый и второй

моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 при единичном значении сигнала на выходе 21 определяются соответственно большим fpo и меньшим

мо порогами отпускания.

Если единичный сигнал образуется на выходе 20, то ключ 10 блокируется, а переключатель 11 при нулевом значении сигнала на первом выхо25 де двухпорогового элемента 2, образукхцемся при срабатывании формирователя 7, устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с ВЕяхода 20 поступает на вход логи0 ческого элемента ИЛИ 12. При этом на выходе последнего независимо от состояния однопорогового элемента 8 образуется единичный сигнал, разблокирующий клзач 9. Двухпороговый эле5 мент 2 срабатывает и на его первом выходе образуется единичный сигнал, если к моменту появления следующего .импульса формирователя 6 на выход генератора 1 поступает N им-, 0 пульсов. В момейт срабатывания переключатель 11 устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с шхкода 20 поступает на вход, формирователя 14. По образующемуся

с на его входе перепаду напряжения

формирователь 14 срабатывает и формирует импульс, поступающий через логический элемент ИЛИ 13 на соот- ветствующий вход однопорогового элемента 8. На выходе последнего образуется нулевой сигнал,блокирующий ключ 9. В результате двухпороговый элемент 2 срабатывает повторно и на его вtopoM выходе образуется единичный сигнал, если к моменту появ5 ления следующего импульса формирова-г теля 6 на выход генератора 1 поступает импульсов. Таким образом, при единичном сигнале на выходе 20 моменты срабатывания двух0 порогового элемента 2 определяются больишм fgc порогом срабатывания и меньшим f.. порогом отпуСкания комAlt

паратора.,

При единичном сигнале на выходе 19 5 импульсы на входы логич-еского эле, мента ИЛИ 13 не поступают и на вы|ходе однопорогового элемента 8 устанавливается единичный сигнал, разблокирующий ключ 9. В результате моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим fgp и меньшим ffnc порогами срабатывания компаратора.

В общем случае двухпороговый элемент 2 срабатывает дважды независимо от значений сигналов на выходах 19-21 ((например при включении устройстваК если к моменту появления очередного импульса формирователя 6 число импульсов, образующихся на выде генератора , превышает число N2,+ ДМ..

Между моментами появления двух импульсов формирователя б на выхо, де генератора 1 образуется N.y импульсов , равное

. V- olt4Если контролируемая частота f меньше меньшего порога fj oотпускания компаратора (fy. fg) , то N у 7 N2 + ДНр и, следовательно,, двухпороговый элемент 2 срабатывает дважды до появления очередного импульса формирователя б и на его обоих выходах образуются единичные сигналы. Тогда при поступлении очередного импульса формирователя на единичном выходе элемента 4, т. е. на выходе 19, образуется единичный сигнал, соответствующий результату сравнения Меньше, а моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим fgи меньшим f;,c. порогами, срабатывания компаратора.

Если контролируемая частота f находится в пределах заданных порогов срабатывания ( не )то N N N и, следовательно, до появления очередного импульса формирователя 6 двухпороговый элемент 2 успевает сработать только один раз, единичный сигнал образуе1ч;я только на его первом выходе.Тогда после появления очередного импулса на выходе формирователя 6 на единичном выходе элемента 3 и нулевом выходе элемента 4 образуются единичные сигналы. На выходе элемента И 5 и следовательно, на выходе 20 образуется единичный сигнал, соответствующий результату сравнения Норма. При этом моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим порогом fg-c срабатывани и меньшим порогом f,o отпускания.

Есликонтролируемая частота f оказывается больше большего порога fpf; срабатывания (fx gc N х М и, следовательно, двухпороговый элемент 2 не успевает сработать ни р$зу и сигналы на обоих его выходах имеют нулевое значение, тогда после появления очередного импульса формирователя б на нулевом выходе элемента 3/и, следовательно,

на выходе 21 образуется единичный, сигнал, соответствующий результату сравнения Больше. При этом пороги срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим и

меньшим f;4no п0рогами отпускания.

В результате, если значение контролируемой частоты jn оказывается равным или близким меньшему или большему %с порогам срабатывания компаратора, то обра ннх срабатываний

компаратора вследствие частотной модуляции контролируемой частоты под влиянием, например шумовой составляющей , не произойдет, если изменение . Д-f ш частоты входного, сигнала не превысит значения .Afy гистерезиса компаратора.

Введение новых элементов - однопорогового элемента, двух ключей, переключателя, двух логических элементов ИЛИ и формирователя импульсов позволяет исключить.многократнне срабатывания двухпорогового компаратора вблизи порогов его срабатывания, т.е. повысить помехоустойчивость устройства.

Формула изобретения

35 Частотный двухпороговый компаратор , содержащий генератор опорной частоты, двухпороговый элемент, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вто40 рым источниками сигналов управления, а ,одноименное выходы - с первыми входами соответственно первого и второго элементов памяти, первые выходы которых подключены к соответ45 ствующим входам элемента И, первый формирователь импульсов, вход которого подключен к источнику входного сигнала, а выход - к вторым входам . первого и второго элементов Пс1мяти

CQ и через второй формирователь импульсов к третьему входу двухпорогового элемента, отличающийся тем, что, с целью повьлиения гйэмехоустойчивости, в него введены однопороговый элемент, третий источник сигнала управления, два ключа, переключатель, два элемента ИЛИ и третий формирователь импульсов, причем выход генератора озорной частоты соединен с первым входом однопоро°0 гового элемента непосредственно и с четвертым входом двухпорогового элемента через первый ключ, вход управления которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход кото65 рого соединен с первым выходом переключателя, а второй вход - с выходом однопороговогоэлемента, второй вход которого соединен с третьим источником сигнала управления, а третий вход соединен с выходом второг элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а второй вход с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а вход управления - с вторым выходом первого элемента памяти, вход третьего

формирователя импульсов соединен с вторым выходом переключателя, вход которого соединен с выходом элемента И, а вход управления - с первым выходом двухпорогового элемента.

Источники информации, принятые во в-нимание при экспертизе

1.Частотный компаратор, состоящий из ждущего мультивибратора

и триггера.- Электроника, 1972, I 9, Ci61-62.

2.ABToficKoe свидетельство СССР № 570193, кл. Н 03 К 5/19, 1977.