Умножитель частоты
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик оо790328 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13. 12. 78 (21) 2697250/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 231280.. Бюллетень ¹47
Дата опубликования описания 23. 12. 80 (51)М. Кл.
Н 03 В 19/00
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621 ° 374,4(088.8) (12) Автор изобретения
Е. Н. Хохлачев (11) Заявитель (54) УМНО. КИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и в измерительных приборах. 5
Известен умножитель частоты, содержащие измеритель периода следования входных импульсов, генераторы импульсов, блоки управления, логические элементы, регистры 1) . 10
Недостатком данного умножителя частоты являются низкая точность уменьшения и малое быстродействие регулировки коэффициента умножения частоты. 15
Известно также устройство умножения частоты, содержащее регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вход которого подключен через
BBHTHJIh к входной шине, элемент задержки, дешифратор, респределитель, коммутатор и многовходовой элемент
ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа (2j.
Недостатками устройства являются 25 низкая точность умножения частоты при использовании сложных схем генерации калиброванных частот íà основе автономного задающего генерато ра с делителями частоты.
Цель изобретения повышение точности умножения частоты.
Указанная цель достигается тем, что в умножитель частоты, содержащий регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вхбд которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, дешифратор, распределитель., коммутатор, и многовходовой элемент ИЛИ, каждый вход . которого подключен к выходу соответствующего ключа, введены измеритель периода следования входных импульсов, дополнительный регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, дополнительный многовходовый элемент
ИЛИ, дополнительный коммутатор, триггер управления, .элементы ИЛИ .и дополнительный вентиль, при этом выход вентиля через элемент задержки соединен с одним из входов триггера управления, выход которого подключен к другому входу вентиля и к управляющему входу дополнительного коммутатора, выход регистра сдвига импульсов ка:,-.иброванной частоты — с другим входом триггера управления и со входом дополнительного регистра сдвига импульсов калиброванной частоты, разрядные выходы которого через до 790328
40 полнительный коммутатор, а разрядные выходы регистра сдвига импульсов калиброванной частоты непосредственно подключены ко входам дО.полнительного многовходового элемента ИЛИ, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих ключей, вторые входы которых подключены к выходам распределителя через соответствующий элемент,ИЛИ, другие входы которых соединены с выходами коммутатора, причем выход многовходового элемента ИЛИ подключен к первому входу измерителя периода следования входных импульсов и к первому входу дополнительного вентиля, второй вход которого соединен с первым управляющим входом, измерителя периода следования импуль" сов, второй вход которого соединен с входной шиной,,второй управляющий выход — со входом распределителя и с управляющим входом коммутатора, а информационные выходы через дешифратор — со входами коммутатора.
Ба чертеже представлена структурная электрическая схема умножителя частоты.
Умножитель частоты содержит измеритль 1 периода следования входных импульсов, состоящий из двух разрядного счетчика на триггерах 2 и 3, оперативного счетчика 4 и ключей 5 и 6, регистров 7. и 8 сдвига импульсов калиброванной частоты, выполненных на многозвенных линиях задержки, вентиль 9, управляющий подачей импульсов на вход регистра
7 сдвига, триггер 10 управления, элемент 11 задержки, коммутатор 12, управляющий подачей импульсов с выходов дополнительного регистра 8 .сдвига, многовходовой элемент ИЛИ
13, первый вход которого соединен со всеми отводами многозвенных линий задержки, второй вход - через один отвод, третий вход — через два отвода и т.д., ключи 14, управ ляющие подачей импульсов с выходов многовходового элемента ИЛИ 13 {в данном случае используется 20-входовой элемент), многовходовой элемент ИЛИ 15, осуществляющий развязку импульсных сигналов, поступающих через ключи 14, вентиль 16, управляющий подачей выходных импульсов умножителя частоты, дешифратор 17, вырабатывающий сигнал на одном из вылодов в зависимости от значения двоичного кода, записанного в счетчике 4, коммутатор 18, управляющий подачей сигналов с выходов„дешифратора 17, распределитель 19; который служит для записи кода, соответствующего коэффициенту умножения, элементы ИЛИ 20, служащие для развязки сигналов, подаваемых с выходов распределителя 19 и коммутатора 18 на входы ключей 14.
Устройство работает следующим образом.
В исходный момент времени триггеры 2,3 и 10 и счетчик 5 находятся в нулевом состоянии. В результате этого положительными потенциалами с нулевых выходов триггеров 3 и. 10 открыты ключ 5, вентиль 9 и коммутатор 12, отрицательными потенциалами с единичных выходов триггеров 2 и 3 закрыты ключ 6, коммутатор 18 и вентиль 16.
В распределителе 19 записан код, соответствующий требуемому коэффициенту умножения и, для рассматриваемого случая и = 2. В соответствии с этим на том из выходов распределителя 19, номер которого n = 2, имеется положительный потенциал, а на остальных выходах — нулевые потенциалы. В результате этого положительным потенциалом, подаваемым через второй элемент ИЛИ 20 открыт второй ключ 14, а остальные ключи закрыты.
В момент времени 1„ на вход устройства подаются импульсы U<„ преобразуемой частоты F „= †" . Первый импульс Уьх через открытый ключ 5 перебрасывает триггер 2 в единичное состояние, в результате чего положительным потенциалом 0„ триггер 2 открывается ключ 6. Одновременно первый импульс через вентиль 9 поступает на вход регистра сдвига 7 и элемент задержки 11, проходит элемент задержки 11 и через время
< C, С <Т
ЭЪ Ьх меньшее времени задержки одним звеном, перебрасывает триггер 10 в единичное состояние. Вентиль 9 и коммутатор 12 закрываются нулевым потенциалом 00 триггера 10 с нулевого выхода триггера 10 и импульсы. с этого момента не поступают с выхода вентиля 9 на вход регистра сдвига 7. Первый входной- импульс проходит последовательно звенья линий задержки регистра 7 сдвига, каждый раз опаздывая на величину ьх в результате чего на первом выходе многовходового элемента
ИЛИ 13, объединяющего выходы всех звеньев линии задержки, будет образована последовательность импульсов с периодом 7, на втором выходе, будет образована последовательность импульсов с периодом 2 и т.д.
Через открытый второй ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и ключ
6 импульсы с периодом 2 поступают на вход счетчика 4 и заполняют его.
B момент и второй входной импульс через ключ 5 перебрасывают триггер 2 в нулевое состояние, в результате этого нулевым потенциалом U c единичного выхода триггера 3 закрывается ключ 6, положительным потенциалом с единичного выхода триггера
3 открываются коммутатор 18, вентиль
790328
16 и сбрасывается в нулевок состояние распределитель 19, закрывая тем самым второй ключ 14.
Поступлейие импульсов на счетчик
4 с выхода ключа 6 прекращается и на счетчике 4 будет записан двоичный код Я, определяющий измеренную величину периода входных импульсон.
ТВМ и Г
Соответственно на выходе Й дешиА ратора 17 появится положительный потенциал, который через элемент ИЛИ 20 откроет соответствующий ключ 14 управляющий подачей импульсов с того выхода, многовходового элемента
ИЛИ 13, номер которого равен М
Для рассматриваемого случая (Т „-= gf, 7= =а), н результате чего. положительным потенциалом с шестого выхода,дешифратора 17 через шестой элемент ИЛИ 20 откроется шестой ключ
14 и импульсы с периодом Т,х=бс с шестого выхода многонходоного элемента ИЛИ 13 через открытый шестой ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ
15 и вентиль 16 поступают на выхОд умножителя частоты. Таким образом, соотношение между частотами следования входных и выходных импульсов умножителя соответствует заданному коэффициенту умножения живых тай т — =2. х таю
Второй и последующий входные им. пульсы не поступают на вход регистра 7 сдвига через закрытый вентиль
9 до тех пор, пока. первый входной импульс не пройдет через регистр 7 сдвига и не перебросит в момент 6 триггер 10 н нулевое состояние. В результате этого открывается коммутатор 12 и вентиль 9, и входные импульсы через открытый вентиль 9 уже могут поступать на вход регистра
7 сдвига. Управление подачей входных импульсов с помощью вентиля 9 необходимо для исключения образования на некоторых выходах многонходового элемента ИЛИ 13 последовательностей импульсов, период следования которых отличается от заданногО и меняется с течением времени.
Например, при Твх= z, Т=, второй входной импульс, при отсутствии вен- . тиля 9 поступит на вход первой линии задержки регистра 7 сдвига, когда первый импульс, пройдя двенадцать звеньев линий задержки, поступит на вход тринадцатого звена и в дальнейшем оба импульса будут прохОдить соответствующие звенья линии ".àäåðæки. В результате этого на пятый вход многонходоного элемента ИЛИ 13,объединяющего выходы каждого пятого звена линии задержки, поступят последовательно первый нходной импульс с выхода пятнадцатогс звена линии за5
g5
60 держки, через время 2 7 второй входной импульс с выхода двадцатого звена линии задержки, а затем через время 3 Г вновь первый ходной импульс с выхода двадцатого звена. На пятом выходе многовходового элемента ИЛИ
13 появятся импульсы с переменным периодом следования, равным d i,3 ., в то время как с выхода =-того ,элемента требуется получа ь импульсы с постоянным периодом следования равным 5а.
После открытия коммутатора 12 и вентиля 9, начиная с момента времени устройство будет работать следующим образом.
Первый входной импульс поступит на вход следующего регистра 8 сдвига и будет в дальнейшем последовательно проходить звенья линии задержки, обеспечивая тем самым непрерывную подачу задержанных им-
Ъ пульсов через открытый коммутатор
12 на входы многонходового элемента ИЛИ 13.
В момент времени на нход регистра 7 сдвига через открытый вентиль 9 поступит другой входной импульс, который, пройдя элемент
11 задержки перебросит триггер 10 в единичное состояние. Коммутатор
12 и вентиль 9 закроются и импульсы выходов регистра сдвига 8 уже не будут поступать на входы многовходового элемента ИЛИ 13. В дальнейшем процесс прохождения импульсон через регистр 8 сдвига повторяется.
Использование дополнительного регистра 8 сдвига необходимо для исключения нежелательного увеличения периода следования импульсов на выходах многовходового элемента
H3IH 13 по сравнению с заданным каждый раэ после прохождения входным импульсом последнего звена регистра 7 сдвига.
Например, в том случае, если используется только регистр 7 сдвига и триггер 10 управляется импульсом с выхода регистра 7 сдвига, то начиная с момента Ф.в и до момента импульсы поступают на входы многонходового элемента ИЛИ 13 с выходов регистра 7 сдвига. B результате этого про =-ойдет нежелательное увеличение периода следования импульсон на нсех выходах многовходового элемента ИЛИ 13 на величину + з
Число дополнительных звеньев должно быть не больше числа основных звеньев линии задержки, т.е. к моменту поступления другого импульса на вход регистра 8 сдвига первый входной импульс уже должен пройти весь регистр 8 сдвига.
B общем случае количество звеньев линии задержки и время задержки од790328
40 и будет в дальнейшем последованим зненом, определяющим диапазон частоты следования импульсов на выходах многовходоного элемента ИЛИ
13, выбирают, исходя из диапазона частот следования входных импульсов и требуемых перделов изменения коэффициента умножения. Так, например, для диапазона входных частот от
1 мГц до 1/60 мГц можно использовать линию задержки, у которой Г= — 1 мкс, а общее число звеньев равно шестидесяти, при этом число основных звеньев равно тридцати.
Минимальная частота импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ
13 будет определяться минимальной входной частотой. Так, для входной частоты F „=1/40 мГц мо;кно получить на соответствующих его выходах сорок различных частот: 1 мГц, 1/2мГц, 1/3 мГц,..., 1/30 мГц. Пределы изменения коэффициента умножения зависят от значения входной частоты.
Так, для Г — — 1/30 мГц коэффициент умножения можно изменять в пределах ,от 2 до 30. Точность установки выходной частоты будет увеличиваться с уменьшением коэффициента умножения. другой коэффициент умножения в процессе работы умножителя устанавливается следующим образом.
Вначале подачей импульса на входы 21 сбрасывают счетчик 4 и триггеры 2 и 3 в нулевое состояние. В результате коммутатор 12, ключ б и вентиль 16 закрываются, а ключ 5 открывается. Одновременно на вход распределителя 19 подается код, соответствующий требуемому умножению
h. На выходе распределителя 19 появится положительный потенциал, который через соответствующий элемент ИЛИ 20 откроет ключ 14. После прихода первого входного импульса открывается ключ б. Через открытый ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ
15 и ключ б импульсы с периодом >>7 поступают на вход счетчика 4. После ,прихода второго входного импульса закрывается ключ 6 и сбрасывается в нуленое состояние расределитель
19, закрывая тем самым ключ 14. На счетчике 4 будет записан двоичный код й, определяющий измеренную величину периода входных импульсов т н„ й=
На выходе дешифратора 17 появится положительный потенциал, кото рый через соответствующий. элемент.
ИЛИ 20 откроет ключ 14. В результате этого импульсы с периодом Нь через ключ 14, многовходоной элемент
ИЛИ 15 и вентиль 16 поступят на выход умножителя.
ЬО
Соотношение между частотами Рв„>„ выходных и Ев„ входных импульсов, т т 1г вь1> твк вх и Р
Fgx N< тбх i будет соответствовать установленному коэффициенту умножения. При достаточно малом времени сброса элементов схемы н нулевое состояние и установки на распределителе 19 требуемого кода время Т установки коэо>Ъ фициента умножения будет практически равно
Tg = Тв„+ Т „ где Твж — случайное время ожидания прихода входного импульса после сброса триггеров 2 и 3 в нулевое состояние Т<> < Т в„
Использование в умножителе частоты н качестве генератора калиброванных частот многозвенной линии задержки при достаточно простой схеме позволяет получить в заданном диапазоне большое количество близлежащих калиброванных частот. Так, например, в рассматриваемом н описании варианте умножителя частоты мо>кно получить 60 различных частот в пределах от
1/t1 до 1/60 1, в то же время при использовании автономного генератора частоты 1/7ь делителя на двоичном счетчике можно получить только 6 различных частот в пределах 1/ ь, 1/2ь, 1/4 Т, 1/8t и т.д.
В итоге значительно повышается точность предлагаемого умножителя.
Например, для нходной частоты в„ = — 1/30ь при заданном коэффициенте умножения » = 3 в рассматриваемом умножителе можно получить точное значение выходной частоты еых=
1/10У в то же время при использовании вышеуказанного генератора получается приближенное значение выходной частоты, равное 1/8. формула изобретения
Умножитель частоты, содержащий регистр сдвига импульсов калибронанной частоты, вход которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, дешифратор, распределитель, коммутатор и многовходоный элемент ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности умножения частоты, в него введены измеритель периода следования входных импульсов, дополнительный регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, дополнительный многовходовый элемент ИЛИ, дополнительный коммутатор, триггер управления, элементы ИЛИ и дополни;ельный вентиль, при этом выход вентиля через элемент задержки соединен с одним из входов триггера управления, выход которого
790328
BHHHIIH Заказ 9075/67 Тираж 995 Подписное
Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 подключен к другому входу вентиля и к управляющему входу дополнительного коммутатора, выход регистра сдвига импульсов калиброванной часстоты — с другим входом триггера управления и со входом дополнительного регистра сдвига импульсов калиброванной частоты, разрядные выходы которого через дополнительный коммутатор, а разрядные выходы регистра сдвига импульсов калиброванной частоты непосредственно подключены ко входам дополнительного многовходового элемента ИЛИ, выходы которого соединены с:. первыми входами соответствующих ключей, вторые входы которых подключены к выходам распре делителя через соответствующий элемент ИЛИ, другие входы которых сое динены с выходами коммутатора, причем выход м..оговхоцового элемента
ИЛИ подключен к первому входу измери-, теля периода следования входных импульсов и к первому входу дополнительного вентиля, второй вход которого соединен с первым управляющим выходом измерителя периода следования входных импульсов, второй вход которого соединен с входной шиной, второй управляющий выход — co входом распределителя и с управляющим входом коммутатора, а информационные выходы через дешифратор — со входами коммутатора.
Источники информациир принятые во внимание при экспертизе
15 1. Патент ФРГ 9 1238955, кл. 21 а 36/22, 1967.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 264457, Н 03 В 19/00, 1968.