Цифровой преобразователь частоты следования импульсов

 

Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и передающих устройствах , преимущественно в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к сохранению исходной фазовой стабильности и микроминиатюризации устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит высокочастотный генератор 1 импульсов , шины 3 и 4 логического нуля и управления соответственно, п-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов, шины 6 и 7 включения режимов сложения и вычитания частот соответственно , преобразователь 2 код - частота, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения и формирователь 15 импульсов. Введение преобразователя 11 код - напряжение, постоянного запоминающего устройства 9 и шины 10 кода высокой частоты и образование новых связей между элементами устройства позволяет расширить диапазон значений входных и выходных частот , следования импульсов и обеспечить возможность подстройки параметров преобразователя при переменной высокой частоте следования. Использование устройства в аппаратуре синтеза - частей позволяет уменьшить время переключения частот, 3 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU(ill 1 2 (50 4 Н 03 K 5/156 ( (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3850431/24-21 (22) 24.01.85 (46) 15.12.86. Бвл. 1 - 46 (72) В. А. Иванов и А. А. Чертков (53) 621 ° 374,387(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 828389, кл. H 03 К 5/13, 11.07.79.

Авторское свидетельство СССР

У 1243118, кл, Н 03 К 5/156, 08 ° 10.84. (54) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и переданщих устройствах, преимущественно в тех случаях, когда предъявлянтся высокие требования к сохранении исходной фазовой стабильности и микроминиат>>ризации устройств. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит высокочастотный генератор 1 импульсов, шины 3 и 4 логического нуля и управления соответственно, п-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов, шины 6 и 7 вклвчения режимов сложения и вычитания частот соответственно, преобразователь 2 код — частота, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения и формирователь 15 импульсов. Введение преобразователя

11 код — напряжение, постоянного запоминающего устройства 9 и шины 10 кода высокой частоты и образование новых связей между элементами устройства позволяет расширить диапазон значений входных и выходных частот следования импульсов и обеспечить возможность подстройки параметров преобразователя при переменной высокой частоте следования. Использование устройства в аппаратуре синтеза . частей позволяет уменьшить время переключения частот, 3 ил.

277369 2

20

1 1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и передающих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частности преобразующих узлах хранителей времени, преимущественно в тех случаях, когда. предъявляются высокие требования к сохранению исходной фазовой стабильности и микроминиат|оризации устройств.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности при переменной высокой частоте и повышения верхней границы диапазона выходных частот.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства;, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип линейно меняющейся задержки, где 2а — импульсы запуска быстрой пилы; 2б — напряжения быстрой и медленной пил, "2н — задержанные импульсы (относительно импульсов запуска быстрой пилы); на фиг. 3 временные диаграммы сигналов (За — на входе 14; Зб — на выходе преобразователя 2 код — частота; Зв, г — соответственно ня входах и выходе компаратора 1 2; Зд — на выходе 16 ).

Устройство содержит высокочастотный генератор I импульсов, преобразоватепь 2 код — частота, шину 3 логического нуля, шину 4 управления, и-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсон, шйны 6 и 7 включения режимов соответственно сложения частот и вычитания частот, первый преобразователь 8 код — напряжение, постоянное запоминающее устройство 9, шину . 10 кода высокой частоты, второй преобразователь ll код — напряжение, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения, вход 14 устройства> формирователь 15 импульсов, выход 16 устройства.

Высокочастотный генератор 1 импульсов (фиг, 1) подключен к входу тактирования преобразователя 2 код— частота, входы разрядов которого с о n-< весами 2 -2 связаны с шиной 3 логического нуля, а разрядами с весаll ми 2 -2 — с шиной 4 управления, и-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов счетным входом подключен к выходу преобразователя 2 код — частота, первым и вторым управляющими

3G

50 входами соецинен с шинами 6 и 7 включения режимов соответственно сложения частот и вычитания частот, а выходами подключен к входу первого преобразователя 8 код — напряжение, Адресный вход постоянного запоминающего устройства 9 связан с шиной 10 кода высокой частоты, а выход — с входом второго преобразователя 11 код — напряжение. Первый. и второй 1 входы компаратора 12 соединены соответственно с выходами первого преобразователя 8 код — напряжение и генератора 13 пилообразного напряжения, подкличенного первым и вторым входами соответственно к выходу второго преобразователя 11 код — напряжение и к входу 14 устройства, а выход через формирователь 15 импульсов — с выходом 16 устройства. На шину 3 логического нуля постоянно подан нулевой потенциал. На шину 4 управления подают код (например, двоичный), соответствующий низкой частоте Р. Подача кода частоты F только на вход старших разрядов преобразователя 2.код — частота при сохранении нулей на и младших его разрядах эквивалентна умножении числа F HB

И число 3=2 . Поэтому фактически в преобразователь 2 код — частота введен код числа NF. Шины 6 и 7 служат для вкл очения режимов соответственно сложения и вычитания частот. Первый и второй входы генератора 13 пилообразного напряжения служат для подачи напряжений соответственно питания и импульсов запуска. пилы. В постоянном запоминающем устройстве 9 для каждого номинала высокой (входной) частоты следования записан двоичный код, соответствующий величине напряжения питания генератора 13 пилообразного напряжения. Выборку двоичного кода из постоянного запоминающего устройства 9 производят подачей на его адресные входы через шину 10 двоичного кода адреса ячейки, в которой записано значение напряжения, соответствующего частоте следования входных импульсов устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Перед запуском устройства ня шине 4 управления устанавливается код, соответствующий низкой частоте F, a на шине 10 — код высокой частоты f.

Реверсивный счетчик 5 обнуляется.

77369

15

35

45

55

3 l2

На шины 6 и 7, в зависимости от режима работы устройства подают требуемые потенциалы. После запуска уст— ройства на вход 14 поступает последовательность импульсов с высокой частотой 1 следования, которая преобразуется в последовательность импульсов с частотой Г+F на выходе 16.

Смещение высокой частоты f на требуемое значение реализуется на основе принципа линейно меняющейся задержки. Сущность его заключается в сравнении амплитуды двух пилообразных напряжений — быстрой пилы и медленной пилы (фиг. 2б). Задержанные относительно импульсов запуска (фиг. 2а) быстрой пилы импульсы (фиг. 2в) формируются в момент равенства напряжений быстрой и медленной пил. Причем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают, или оба убывают, то задержка увеличивается во времени. Если же одно из них нарастает, а другое убывает, то задержка уменьшается во времени.

Этот прием используется для обеспечения линейно возрастающей задержки (смещения в сторону запаздывания) выходных импульсов устройства в режиме вычитания частот (f-F), а также линейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходных импульсов устройства в режиме сложения частот (f+F).

Поясним с помощью эпюр на фиг. 2 возможность смещения высокой частоты f в сторону уменьшения, т.е. получение частоты f-F. Пусть период следования импульсов запуска (фиг.2а) быстрой пилы будет равен периоду входных импульсов Т с высокой частоЬ той Г следования, а длительность медленной пилы будет равна периоду импульсов T=l/F с низкой частотой следования (фиг. 2а, б). Тогда, если длительность быстрой пилы 1 устаноБ вить равной Т (фиг. 2б), то задержка будет равна ;=1 вь (1) где 6I, — шаг задержки (смещения);

i=1 2.. °, t „ aI) — номер импульса в последовательности импульсов запуска (фиг, 2а) на интервале времени, равным T„, Как видно из фиг. 2в и формулы (1), диапазон изменения задержки — от аТ до Т . Таким образом, если в исходной последовательности импульсов запуска (фиг. 2а) на интервале времени, равном Т„; насчитывалось i импульсов, то в последовательности задержаных импульсов (фиг. 2в) на том же интервале времени насчитывается теперь

i-1 импульсов. Это объясняется тем, что i-й импульс в результате смещения на период Т вышел за пределы интервала Т„. Следовательно, частота следования задержанных импульсов смещается

1 -T„-1

F н Р

Sbe н

Аналогичным образом можно пояснить получение живых для случая сло яения частот.

Напряжение быстрой пилы (фиг. Зв) формируется генератором 13 пилообразного напряжения в паузе между . входными импульсами, поступающими с входа 14 устройства (фиг. За). Этими импульсами производится сброс выходного напряжения генератора 13 пилообразного напряжения до нулевого значения. Напряжение медленной пилы (фиг. Зв) формируется первым преобразователем 8 код — напряжение. Для того, чтобы получить медленную пилу, у которой высота не зависит от периода (частоты), применена аппроксимация линейно изменяющегося напряжения ступенчатым напряжением. Число СтуII пенек" аппроксимации при любом значении периода T„=l/F одинаково и равно числу N=2" состояний и-разрядного реверсивного счетчика 5 импульсов, разрядность которого равна разрядности первого преобразователя 8 код — напряжение, а также числу младших разрядов преобразователя 2 код— частота, на которые постоянно подан нулевой потенциал. Так как длительность медленной пилы определяется временем заполнения и-разрядного реверсивного счетчика 5 (считая с нулевого состояния), то для его запол нения эа время Т„ потребуются импульсы с частотой следования NF (фиг.Зб)»

Действительно, время заполнения реверсивного счетчика 5 в этом случае равно

- ° N=T вап NF н

Задачу формирования последовательности импульсов с частотой следования NF выполняет преобразователь

2 код — частота, который тактируется

12773б9 импульсами высокочастотного генератора 1. Таким образом обеспечивается постоянство числа N ""ступенек" медленной пилы при любом значении периода Т„. Как видно из фиг. Зв, элементарное приращение медленной пилы равно высоте одной ступени

aU=U /2 . (2) где 11 — опорное напряжение первого !О преобразователя 8 код. — напряжение, равное высоте медленной пилы.

Компаратор 12 в момент равенства напряжений быстрой и медленной пилы (фиг. Эг) запускает формирователь 15, !5 с выхода которого очередной импульс поступает на выход 1б устройства.

Рассмотрим принцип работы устройства при переменной высокой частоте f. Сущность его заключается в том, 2ц что в зависимости от устанавливаемого номинала входной частоты изменяется и напряжение питания генератора 13 пилообразного напряжения. Это необходимо для того, чтобы высота 25 быстрой пилы не зависила от периода следования входных импульсов. Если пилообразное напряжение формируется на отрезке времени, равном периоду

T =1/f следования импульсов запуска, у1 в то высота U áûñòðoé пилы равна

V =S Т,=-=-„--"-, (3}

vg f

rpe S, Е, — соответственно крук тизна, напряжение питания и постоянная времени цепи заряда генератора

13 пилообразного напряжения, Как видно из формулы (3), постоянства величины U =U (при переменной частоте f) можно добиться изменением 4О напряжения питания Е„ при неизменной величине . Получим из формулы (3) выражение

Ек 11ь ° ()

Из формулы (4) видно, что величина Е для каждого известного номинала частоты f определена. Следовательно, используя постоянное запоминающее устройство 9 можно хранить в нем в двоичном коде значения Ек для всех нбминалов частот. Второй преобразователь 11 код — напряжение формирует уровень напряжения Е„ соответственно его двоичному эквиваленту.

При перестройке устройства по высокой частоте одновременно со сменой номинала входной частоты f изменяется и код номера этой частоты на шине 10. В результате этого вторым преобразователем !1 код — напряжение формируется новый уровень напряжения

Ек, соответствующий установленному ног.иналу входной частоты, Последовательность импульсов на выходе компаратора 12 (фиг. Зг) близка к идеальной, но отличается от нее наличием паразитной модуляции фазы выходных импульсов. Это отличие обусловлено тем, что медленная пила не идеально линейная, как на фиг, 2б, а ступенчатая. Найдем связанную с этим погрешность 6 t „ временного положения выходных импульсов устройства. Из геометрических соображений по фиг. Эв можно получить равенство

gU bt

0, Т откуда с учетом (2) получим

Т ь|3Т в (5) макс о

Для оценки этой погрешности зададим значения Тв и и исходя из возможностей современной элементарной базы, При реализации цифровых узлов устройства на микросхемах серии 155, работающих на частотах до 15 МГц, примем f=10 МГц. Тогда Т =1/1=0,1мкс.

Максимальное число разрядов у современных преобразователей код — напряжение (серии 572) составляет п„ „

=12, Подставив выбранные значения Т и п в формулу (5), получим ! макс 2 2 . 10 мкс=0 02 нс.

0 1

Формула изобретения

Цийровой преобразователь частоты следования импульсов, содержащий высокочастотный генератор импульсов, лину логического нуля, лину управления, преобразователь код — частота, вход тактирования которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, и младших входов — с линой логического нуля, а старшие (q-п) входов — с шиной управления, и-разрядный реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя код — частота„ первый преобразователь код — напряжение, входы которого соединены с выходами и-разрядного реверсивного счетчика импульсов, компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого преобразователя код — напряжение, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона значений входных и выходных частот следования импульсов и обеспечения возможности подстройки параметров преобразователя при переменной высокой частоте следования, в него введены шина кода

2773б9 8 высокой частоты, постоянное запоминающее устройство, адресный вход которого соединен с шиной кода высокой частоты, второй преобразователь коднапряжение, вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход — к первому входу генератора пилообразного напряжения, второй вход которого является

10 входом устройства, шины включения режимов сложения и вычитания частот, подключенные соответственно к первому и второму входам управления и-разрядного реверсивного счетчика импуль15 сов.

1277369

Асг 5

Составители 19. Акаткин

Техред А.Кравчук

Редактор М. Петрова

Корректор Б. Бутяга

Заказ 6758/55 Тираж 816

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открктий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11одписное

Производственно-полиграфическое предприятие,, г. Ужгород, ул. Проектная, 4