Способ цифрового умножения частоты
(СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН ар Н 03, К 5/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3392724/18-21 (22) 11.02.82 (46) 30.12.84. Бюл. Р 48 (72) В.E.Äåì÷åíêî (53) 621.317 (088.8) (56) 1. Гиммель Б.А. Цифровой способ умножения частоты и его применение к цифровому спектральному анализу периодических сигналов. — "IEEE Тгйns.
Instrum. and Mess", 1977, 9 2, с. 181-183.
2. Смеляков В.B. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот . И., "Энергия", 1975, с ° 42-45 (прототип). (54)(57) CftOCOS ЦИфрОВОГО УИНОЖЕНИЯ
ЧАСТОТЫ, заключающийся в том, что подсчитывают эа период входной частоты число импульсов тактовой частоты, делят это число на коэффициент умножения частоты, определяют целую и дробную части результата деления, считывают целую часть в следующем периоде импульсами тактовой частоты и корректируют временное положе.ние импульсов умноженной частоты, отличающийся тем,, что, ((и И)(в А с целью повышения точности, опреде-, ляют значение дробной части с точностью до К-й.доли периода Т тактовой частоты, например, методом задержанных совпадений и сдвигают каждый импульс умноженной частоты на часть периода тактовой частоты, величину которой определяют по формуле
T (É j(n) t,/g где (s) — величина временного сдви- т га и-го импульса умножен ной частоты, )(ь) — ближайшее целое число, удовлетворяющее условию
k)N >(n- ) + H (t))-) (n) st;) (n) к, 1 М- I где М8(-il.(w-1)М «) - < )(i)1=1 — значение дробной части числа импульсов тактовой частоты, содержащихся в одном периоде умноженной с учетом ее начального значения Б (1) и суммы предыдущих значенийj .
1132351
З5.Д.Т 1 (3) бО о
Цель изобретения — повьааение точности умножения частоты.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключаю- 5
Изобретение относится к измерительной технике..и может быть использовано, в частности при создании частотомеров, фазометров и синхронных накопителей, работающих в,диапазоне низких и инфранизких частот и ис 5 пользующих умножение частоты, Известен способ цифрового умножения частоты, состоящий в подсчете за период Т входной частоты числа импульсов тактовой частоты, деления 10 этого числа N p на коэффициент уиножения частоты K и "считывании" целой части результата. деления в следующем периоде импульсами тактовой частоты Щ. 15
Недостатком его является низкая точность. Общая погрешность умножения частоты состоит иэ погрешности от нестабильности частоты ip такто .ых импульсов и погрешности кванто-,20 анния периода Т входного сйгнала при ето измерении. При стабилизации частоты д основной вклад вносит вторая составляющая погрешности, зависящая от частоты fz и коэффициента 25 умножения К . Максимальное значение
I абсолютной погрешности умножения, ) возникающей из-за квантования периода Т при его измерении равно к . (1) 30 о а максимальное значение приведенной погрешности умножения с
a кг т, 1 где г — — частота входного сигх Т нала.
Наиболее близким по технической сущности к изрбретению является спо- 40 соб цифрового умножения частоты, в соответствии с которым подсчитывают за период входной частоты число импульсов тактовой частоты, делят это число на коэффициент умножения час- 45 тоты, определяют целую и дробную части результата деления, считывают целую часть в следующем периоде импульсами тактовой частоты и корректируют временное положение импульсов умноженной частоты, причем сдвигают на период тактовой частоты те из них, номер которых определяют по значению дробной части результата деления и количеству предыдуших сдви- 55 гов $2) .
Максимальное значение погрешности умножения частоты,при использовании данного способа равно
Согласно (1) для уменьшения максимального значения погрешности умножения при заданном значении коэффициента умножения K необходимо увеличивать тактовую частоту fp, однако максимальное значение ее ограничивается быстродействием используемой элементной базы.
При измерении периода т входного сигнала путем квантования его тактовыми импульсами, период повторения
1 которых Т =, число импульсов за период
m.=() (4) где (МД вЂ” обозначает ближайшее снизу целое, число.
Действительное значение периода равно щемся в том, что подсчитывают за период входной частоты число импульсов тактовой частоты, делят зто число на коэффициент умножения частоты, определяют целую и дробную части результата деления, считывают целую часть в следующем периоде импульсами тактовой частоты и корректируют времен- ное положение импульсов умноженной частоты, определяют значение дробной части с точность до К-й доли периода Те тактовой частоты, например, методом задержанных совпадений,и сдвигают каждый импульс умноженной частоты на.часть периода тактовой частоты, величину которой определяют по формуле
Т (n) = g(n) Т !К, где Т (n) — величина временного сдчига n-ro импульса умноженной частоты;
j(n) — ближайшее целое число., удовл"творяющее условию
К (N> (n -1 ) + Ng (1 )1 —,) (п ) с 1; .) (n )
На фиг.I представлен график изменения максимального значения абсолютной погрешности умножения 1кривая Х), погрешности умножения прототипа (кривая II) и предлагаемого способа (кривая III) для первых двух выходных импульсов умноженной частоты; на фиг.2 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Умножение частоты в соответствии со способом производится следующим образом.
1i.32351 (б) Д= N — +д т
II о К т где k д с — Р»
К
«. = ( (7)
ЗО (16) (8) т„,„(<1 - (-ф-) . т (9) N,,(1)- Tb т (11) 65 т = ы т, +д (5)
< где да а =Т вЂ” погрешность измерения периода т, возникающая вследствие квантования периода Т так- 5 товыми импульсами с периодом повторения
Т (погрешность квантования) .
Остаток д при предельном значе1 нии тактовой частоты 1„ можно измерить с точностью до К-й доли периода используя, например, метод задержанных совпадений.
Тогда 15 число уровней квантования периода повторения Т, импульсов тактовой частоты; погрешность измерения остатка д, возникающая вследствие квантования его на 1 уровней, Измеренное значение периода Т в конечном счете равно (при синхронизации тактовой частоты с началом периода входной частоты) 35
Момент появления первого выходного (умноженного} импульса в известных способах (1). определяется. выражением
Значение абсолютной погрешности момента появления первого выходного импульса (точка В, фиг.1) д(1)са = т (10) 50
Максимальное значение абсолютной погрешности умножения в известных способах (1 определяется выражением (1) в прототипе Pg - выражением (3), 55
Действительное значение момейта .появления первого выходного импульса с учетом (3) при синхронизации импульсов тактовой частоты с началом считывания информации о длительности 60 периодаТ -, T (1) = †— Т + — ) — Т
N N
Вьн.. К) О Кв К< О где N,(1) — число, пропорциональное первому периоду умноженной частоты, состоящее из целой части
< н (1) = + — и„. (13
В предлагаемом способе момент появления гервого выходного импульса определяется выражением
Т (1) = Н Т + }(1) (14) где величина сдвига первого выходного импульса зависит от величины дробной части Ng(1) и определяется из условия
KNg (1) }(1) с 1 ) (15) где }(1) - 6nmeakwee целое число.. удовлетворяющее условию (15), причем
g (1)c К. Величина абсолютной погрешности момента появления первого выходного импульса согласно (15) д (1) = Ng(1) Th = и .(1)т (1} ) а д . = †и соответств )ет точке С на фиг.1.
При считывании синхронизированными импульсами тактовой частоты f целой части числа N„, начиная с момента появления первого выходного импульса, значение абсолютной погрешности момента появления второго вы ходного импульса (без введения icop»» рекции)
d(2) = (Б (1) + Ng(1))- То, (17) что соответствует точке Р на фиг.1, Величина необходимого сдвига вто. рого выходного импульса определяется из условия, аналогичного условию (15).:
KtN (1) + N (1)) -,}(2) с 1, (18) где д(2) — ближайшее целое число, удовлетворяющее условию (18), причем «1(2)» K.
Величина сдвига во времени вгopo
ro выходного импульса
Т (2) }(2) . (19);
Значение абсолютной погрешности момента появления второго выходного импульса равно (точка Е, фнг.1)
Ь (2) Я (2)т (N<(1) +
+ N (1)) ° т - (2.)-+С&, (26) 1132351 где (2) — дробная часть числа N< для второго выходного импульса.
Аналогично, значение необходимого сдвига и-ro выходного импульса по времени равно (21) т,(ь) = 3(.) ; где )(и) — ближайшее целое число, удовлетворяющее условию
К (И<(и-1) + И .(1)) - Д(и) с 1,,) 1и)(К, (22) 10 где И (и-1) = (n-1)н (1) - ". (33) 15
n- ь К (.Е,,) (1) - Значение дробнОй части числа с учетом начального значения ее и суммы предыдущих чисел g(i).
Значение абсолютной погрешности момента появления и-го выходного импульса равно
Д (и) = И (и) Т, = t Ng(n 1) +
+ N (1)Д вЂ” J(n) cñ д" (24) как следует из выражений (16), (20) и (24) максимальное значение абсолютной и приведенной йогрешностей момента появления выходных импульсов ((погрешности умножения) данного способа т Ф= = К
»
Ef6
Сдвиг выходных импульсов на время, Т кратное величине — к- можно проиэвоК 40 дить следующим образом.
Целая часть числа Ю, равная (12), "считывается" при помощи N и-1 импульсов частоты f и одного импульса этой же частоты, задержанного на вре 45 мя, равное
T (n) = )(й) †(26)
Прн этом после каждого выходного им- 50
I пульса умноженной частоты должна производиться синхронизация импуль, сов тактовой частоты с началом считывания информаций.
Минимальное значение выходного пе-55 риода равно одному импульсу тактовой частоты, т.е. (27}
Следовательно, значение периода 60 входного сигнала должно удовлетворять условию (28)
Для известного способа (2J соотношение между коэффициентами умножения К, входной и тактовой частотаI! ми такое же, как и (29), однако максимальное значение погрешности умножения частоты с учетом (3} и (25) в
К раз больше, чем в предлагаемом способе.
Цифровой умножитель, реализующий предлагаемый способ, содержит формирователь 1, синхронизируемый генератор 2 тактовых импульсов, счетчик 3, первый блок деления 4, первое запоминающее устройство 5, реверсивный счетчик б, линию задержки 7, первую группу схем 8 совпадения, дешифратор 9, второй блок 10 деления, второе запоминающее устройство 11, вычислитель 12, вторую группу схем 13 совпадения, блок 14 выделения периода и элемент ИЛИ 15. При этом вход формирователя 1 является входом устройства, его выход соединен с первым входом счетчика 3, входами схем 8, генератора 2 и первым входом элемента 15, выход генератора 2 соединен с входом линии 7 и вторым входом счет чика 3; выходы которого через блок 4 соединены с входами устройства 5, выходы которого соединены с входом вычислителя 12 и установочными входами счетчика 6, выходы дешифратора 9 соединены с входами блока 10, выходы которого соединены через устройство 11 с входами вычи лителя 12, выходы которого соединены с входами схем 13 и входом блока 14, выход которого соединен со счетным входом счетчика б, выход которого является выходом устройства и соединен со вторым входом элемента 15, выход которого соединен с установочными входами вычислителя 12 и счетчика б.
Цифровой умножитель работает,следующим образом.
Формирователь 1 вырабатывает импульсы, период повторения которых равен длительности периода Т входного сигнала. В конце периода число Н, импульсов тактовой частоты, вырабатываемой генератором 2, подсчитанное счетчиком 3, делится на величину V, в блоке 4 и результат деления записывается в устройство 5. Кроме того, в конце периода Т остаток 4.а то измеряется при помощи метода <задержанных. совпадений, реализующегося схемой, состоящей иэ линии 7 с k отводами, схем 8 и дешифратора 9. Каждый квантующий импульс. Т поступает на лииню 7, и через интервалы — - на т, соответствующих выходах линии 7 появляются импульсы., К каждому из
Х выходов линии 7 подключена схема совпадения, все k схем совпадения входят в состав схем 8. На вторые
1132351 рователя 1, тогда
10 т, ь ц ф и Ч входы всех схем совпадения поступают импульсы с выхода формирователя 1.
В момент прихода импульса с выхода формирователя.1 срабатывает та схема совпадения, на которой совпадают во времени импульс с периодом повторения, и импульс с выхода формиTî
1 где N — номер выходного канала лио
1 нии 7, к.которому подключена сработавшая схема совпа 35 дения.
В дешифраторе 9 номер выходного канала линии 7 преобразуется в число N, которое в блоке 10 делится о на ве;.ичину k К, а результат деления заносится в устройство 11.
С выходов устройств 5 и 11 числа †1 и, поступают на входы вы о, Г о
К КК числителя 12, который по управнению (22) вычисляет величины сдвигов выходных импульсов. Сдвиг выходных импульсов осуществляется при помощи группы схем 13 и блока 14. первый вы 30 ходной импульс умноженной частоты получают при считывании целой части числа, пропорционального периоду, импульсами тактовой частоты f снимаемыми с выхода линии 7 под номер (1) ° р и д и у — 35 при считывании целой части числа
М = (И ) импульсами частоты, снимаемнми с выхода линии 7 под номером (1 (1) + g (2)) <„, где знак (А) обозначает число Д по модулю k, при- чем если )(1) + )(2))К, то включается блок 14, а номер выхода линии 7 равен ) (2) =,)(1) + )(2) К, если же )(1) + J(2)<К, то блок 14 не включается, а номер выхода линии 7 1 (2).
j(1) + j(2), Аналогично для любого номера выходного импульса с выхода блока 14 импульсы частотой Г поступают на вход считывания счетчика 6, в котором сразу после окончания периода входного сигнала и после каждого выходного импульса устанавливается эна чение N = (И 1 при поступлении им ц . oä пульсов с выхода элемента 15.
В предлагаемом способе цифрового умножения частоты Уменьшают погрешность измерения периода входной час— тоты, используя метод задержанных совпадений, а коррекцию временного положения выходных импульсов проиэво. дят путем введения сдвига каждого иэ них на часть периода тактовой час тоты, величину которой определяют по значению дробной части числа, номера выходного импульса и количества предыдущих сдвигов, Зкономический эффект от внедрения предлагаемого способа цифрового умножения частоты состоит в уменьшении погрешности умножения (при за- данных значениях коэффициента умножения и диапазона умножаемых частот), что позволяет примерно на порядок повысить точность измерений с использованием умножения частоты, например сдвига фаэ, частоты, параметров периодических сигналов в диапазоне низких и инфраниэких частот.
1132351
Составитель В.Латышев
Техред С.Легеза Корректор A-Обручар
Редактор Т.Колб филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4,Заказ 9605/44 Тираж 861 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5
