Умножитель частоты

 

1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий блок вычисления разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго накопительных регистров, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные фильтр нижних частот и управляемый генератор, выход которого соединен с управляющим входом второго накопительного регистра, при ,эТом сигнальные входы первого и второги накопительных регистров являются соответственно первыми вторым входами установки кода коэффициента умножителя частоты, отличающийся ,...тем, что, с целью расширения диапазона умножаемых частот при повышении сй,ектральной частоты выходного сигнала, в него введен элемент задержки, ваход которого соединен с управляющим входом первого накопительного регистра, между выходом цифроаналогового преобразователя и входом фильтра нижних частот введены последовательно соединенные сумматор и . блок выборки-запоминания, между выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора введен формирователь§ пилообразного напряжения, управляю (Л щие входы которого соединены с соответствующими сигнальными входами втос рого накопительного регистра, при этом вход элемента задержки соединен с управляющим входом блока выборки- S запоминания, и точка их соединения является входом умножителя частоты.,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) 3(5И Н 03 В 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>

CO

Сд М ,4 °

Сд (21) 3469923/18-09 (22) 03.06.82 (46) 30.05.84. Бюл. )р 20 (72) В.Г.Василенко, В.И.Мнкулович, Н.Н.Скриган и О.Э.Шукело (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 621.374.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 602326, кл. Я 03 В 21/02, 1976.

2. Патент США Р 3913028, кл. 331-1А, опублик. 1975 (прототип). (54)(57) 1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий блок вычисления разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго накопительных регистров, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные фильтр нижних частот и управляемый генератор, выход которого соединен с управляющим входом второго накопительного регистра, при этом сигнальные входы первого и второги накопительных регистров являются соответственно первым и вторым входами установки кода коэффициента умножителя частоты, о т л и ч а ю— шийся .:тем, что, с целью .расширения диапазона умножаемых частот при повышении с((ектральной частоты выходного сигнала, в него введен элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом первого накопительного регистра, между выходом цифроаналогового преобразователя и входом фильтра нижних частот введены последовательно соединенные сумматор и блок выборки-запоминания, между выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора введен формировательж пилообразного напряжения, управляющие входы которого соединены с соответствующими сигнальными входами второго иаиопительиого регистра, при этом вход элемента задержки соединен с управляющим входом блока выборки- Я запоминания, и точка их соединения .является входом умножителя частотые

1095345

2. Умножитель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что формирователь пилообразного напряжения содерх ит последовательно соединенные управляемый источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, генератор тока, усилитель мощности и блок выборки-запоминания, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, включенный между собой общей шиной и входом усилителя мощности электронный ключ, параллельно которому подключен конденсатор, а также последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом выход формирователя импульсов соединен также с управляющим входом блока выборки-запоминания, вход формирователя импульсов является входом, управляющие входы управляемого источника опорного напряжения являются управлякицими входами, а выход усилителя мощности - выходом формирователя пилообразного напряжения

1 2

Изобретение относится к радиотех- их гармоники. Поэтому входная и вынике и может использоваться в качест- ходная частоты не могут быть ниже ве умножителя частоты при синтезе частоты среза фильтра нижних частот,. частот и отношений частот„ в частнос- так как в противном случае выходной ти для синтеза опорного сигнала в 5 сигнал будет промодулирован этими синхронных Устройствах контроля сос- составляющими. Таким образом, фильтр тояния машин и механизмов с вращаю- нижних частот ограничивает снизу диащимися узлами по результатам измере- пазон входных и выходных частот. ния частотных составляющих вибраций Уменьшение полосы пропускания фильти акустических шумов. 30 ра нижних частот приводит к замедлеИзвестен умножитель частоты на нню процесса регулирования в систеоснове кольца фазовой автоподстройки ме, что ограничивает ее применение частокол с делителем частоты с дроб- для умножения изменяющейся входной ным коэффициентом деления в цепи об- частоты. Таким образом, диапазон ратной связи (1) . 15 входных частот не может быть расшиОднако в известном умножителе час- рен без ухудшения спектральной чистоты неравномерность выходных импуль- тоты выходного сигнала или динамисов делителя частоты приводит к моду- ческих свойств устройства. ляции выходного сигнала субгармоника- Цель изобретения — расширение днами частоты сравнения. пазона умножаемых частот при повышеНаиболее близким к предложенному нии спектральной чистоты выходного является умножитель частоты, содер- сигнала. жащий блок вычисления разности, пер- Поставленная цель достигается тем вый и второй вхо ы которого соедине- что з умножитель частоты, содержащий!

ыы соответственно с выходами перво- р блок вычисления разности, первый го и второго накопительных Регистров и второй входы которого соединены а выход соединен с входом цифроанасоответственно с выходами первого логового преобразователя ЦаП . по" и второго накопительных регистров, следовательно соединенные фильтр HH+ а выход соединен с входом цАП, послених частот и управляемый генератор 3О довательно соединенные фильтр нижних выход которого соединен с управляю- частот и управляемый генератор выщим цходом второго накопительного ход которого соединен с управляющим регистра, при этом сигнальные входы входом второго накопительного регистпервого и второго накопительных Ре- ра, при этом сигнальные входы первогистров являются соответственно пер го и второго накопительных регистров вым.и вторым входами установки кода

35 являются соответственно первым и втокоэффициента умножения умножителя рым входами установки кода коэффицичастоты, управляющий вход первого ента умножения умножителя частоты, накопительного регистРа является вхо- введен элемент задержки, выход котодом умножителя частоты, а выход ЦаП рого соединен с управляющим входом соединен с входом фильтра HH®H« 40 первого накопительного регистра, межчастот j2j . ду выходом ЦАП и входом фильтра нижОднако в выходном сигнале Ш П Н> них частот введены последовательно вестного умножителя частоты Рисут- соединенные сумматор и блок выборкиствуют составляющие входной частоты, запоминания, между выходом управляечастоты управляемого генератора и 45 мого генератора и вторым входом сум1095345 матора введен формирователь пилообразного напряжения, управляющие входы которого соединены с соответствующими сигнальными входами второго накопительного регистра, при этом вход элемента задержки соединен с управляющим входом блока выборки-запоминания, и точка их соединения является входом умножителя частоты.

При этом формирователь пилообразного напряжения содержит последовательно соединенные управляемый источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, генератор тока, усилитель мощности и блок выборкизапоминания, выход которого соединен 15 с вторым входом дифференциального усилителя, включенный между общей шиной и входом усилителя мощности электронный ключ, параллельно которому подключен конденсатор, а также 70 последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом выход формирователя импульсов 75 соединен также с управляющим входом блока выборки-запоминания, вход формирователя импульсов является входом, управляющие входы управляемого источника опорного напряжения являются управляющими входами, а выход усилителя мощности — выходом формирователя пилообразного напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного умножителя частоты; на фиг. 2

l структурная электрическая схема фор- мирователя пилосбразного напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы работы умножителя частоты.

Умножитель частоты содержит пер- 40 вый накопительный регистр 1, второй накопительный регистр 2, блок 3 вычисления разности, UpII 4, элемент задержки 5, блок б выборки-запоминания, фильтр нижних частот ФНЧ 7, 45 управляемый генератор 8,сумматор 9, формирователь 10 пилообразного напряжения, при этом формирователь 10 пилообразного напряжения содержит управляемые источник 11 опорного напря- 50 жения, дифференциальный усилитель 12, блок выборки-запоминания 13, формирователь 14 импульсов, генератор тока

15, усилитель мощности 16, конденсатор 17, электронный ключ 18, элемент задержки 19.

Умножитель частоты работает следующим образом.

На сигнальные входы первого и второго накопительных регистров подаются коды чисел весовых конэффициентов соответственно »»» и Ц . Входной сигнал с частотой f „ выступает на вход элемента задержки 5 и на управляющий вход блока б выборки-запоминания. Выходной сигнал с частотой 1 »„„ снимается с выхода управляемого генератора 8. В режиме синхронизма частота выходного сигнала f цх связана с частотой входного сигнала 1 „ соотношением н» ы»»,» ВХ

2 (э„(t) =»»зх(Ц.И»+3»(() где и it) — количество импульсов

8Х. входного сигнала, поступивших к моменту на управляющий вход первого накопительного регистра 1;

1 (t) — погрешность квантования фазы, представляющая собой пилообразную функцию с периодом T >„ начальным значением 0 и конечным »

Нормированная фаза выходного колебания связана с числом, накопленным во втором накопительном регистре 2, выражением, Q»»»,»»»W="ц)»х 2 2

nâè„it ) — количество импульсов выходного сигнала, поступивших к моменту на управляющий вход второго накопительного регистра 2; — погрешность квантова. ния фазы, представляющая собой пилообразную функцию времени с периодом Т „„, начальным значением 0 и конечным Н .

1 (t ) Ilo каждому импульсу, поступающему с выхода элемента задержки 5, в первом накопительном регистре 1 производится суммирование ранее накопленного числа с числом М» — т.е ° вычисляется значение квантованной по 2 »» нормированной фазы входного сигнала с весовым коэффициентом )»»,, а по каждому импульсу, поступающему с выхода управляемого генератора 8, во втором накопительном регистре 2 происходит накопление числа и — «т.е. вычисляется значение квантованной по

2»» нормированной фазы выходного сигнала с весовым коэффициентом M> .. На фиг. 3 al представлена зависимость вычисленных первым и вторым накопительными регистрами 1 и 2 квантован ных по 2 »» фаз входного и выходного сигналов от времени.

Нормированную фазу входного колебания можно представить через число, накопленное в первом накопительном регистре 1, как

1095

Блок 3 вычисления разности формирует разность содержимого первого и второго накопительных регистров 1 и 2. В результате на выходе ЦАП 4 имеется напряжение IJ,(Ö;, представля ющее собой преобразованный в аналоговую форму код разности, вычисленной блоком 3:

Это свидетельствует о том, что в выходном сигнале блока б выборки-эапо. минання исключены гармоники входной и выходной частот.

ФНЧ 7 подавляет помеху, обусловленную переходным процессом в блоке

6 выборки-запоминания. его выходное. напряжение является управляющим для управляемого генератора 8 и изменяет его частоту в соответствии с за- . оном изменения входной частоты. где k — коэффициент преобразования

ЦАП 4.

В Установившемся режиме нормированная разность фаз постоянна, т.е.

»qibtx(t) .Чм(И Ч поэтому

Таким образом, в выходном сигнале .

ЦАП 4 присутствуют составляющие с частотой входного сигнала и частотой 25 выходного сигнала,а также их гармоники.

Выходной сигнал UAII 4 представлен на фиг. 34. Формирователь 10 пилообразного напряжения формирует пилооб- 30 разное напряжение (фиг. 3 Ц с уровнем 4» g< и периодом Т щ, синфазное с выходным сигналом. Это напряжение суммируется в сумматоре 9 с выходным сигналом ЦАП 4 H компенсирует погреш-35 ность 6 (Ц квантования фазы Выходного сигйала. Выходное напряжение() (Ц сумматора 9 (фиг. Зд), в котором присутствует только напряжение ошибки, обусловленное квантованием фазы вход-40 ного cmmma, определяется выр»жением

О % =)», q.i k„Cps) ., Функции В, й) является периодической с периодом T „, т.е. О» (1»т „ )=К,(6) Д5

Поэтому значения напряжения на выходе блока 6 выборки-запоминания, которые являются выборками из напряжения

Ц (Я в моменты времени » = МТ „.-1.О, при фйксированной входной частоте будут иметь Постоянный уровень, не зависящий т времени (фиг. Зд), поскольку период напряжения ошибки Р,(4) равен периоду входного сигнала:

55 где t> — вРемя задержки элемента эа- 60 держки 5.

Формирователь 10 пилообразного напряжения работает следующим образом. Конденсатор 17 заряжается постоянным током генератора тока 15, в результате чего напряжение на конденсаторе 17 линейно нарастает. Из сигнала, поступающего на вход формирователя 14 импульсов, формируются импульсы, по которым производится выборка пикового значения выходного напряжения усилителя мощности 16.

После выборки электронный ключ 18 открывается импульсом с выхода элемента задержки 19 и разряжает конденсатор 17. Напряжение выборки с выхода блока выборки-запоминания 13 сравнивается в дифференциальном усилителе 12 с напряжением на выходе управляемого источника 11 опорного напряжения. В зависимости от разности входных напряжений в дифференциальном усилителе 12 формируется напряжение, управляющее величиной выходного тока генератора тока 15.

Таким образом, выходной сигнал усилителя мощности 16 представляет собой пилообразно изменяющееся напряжение, синфаэное с сигналом на входе формирователя 14 импульсов.

Амплитуда пилообразного напряжения,задается величиной опорного напряжения управляемого источника 11 и поддерживается постоянной за счет регулирующего, действия цепи отрицательной обратной связи, включающей блок выборки-запоминания 13 и дифференциальный усилитель 12.

На вход ФНЧ 7 поступает сигнал, уже не содержащий помехи на частотах входного и выходного сигналов и их гармониках, что позволяет работать с входными частотами, расположенными значительно ниже частоты среза фильтра.

Таким образом, в предложенном умножителе частоты значительно расширяется диапазон умножаемых частот при повышении спектральной чистоты выходного сигнала.

ВНИИПИ Заказ 3618/39

Тираж 862 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4