Цифровой умножитель частоты

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - повышение точности умножения частоты сигналов с изменяющимся периодом-достигается за счет уменьшения погрешности смещения и потери части периода входного сигнала на перезапись кода. Это обеспечивается путем введения в устройство счетчика 14 импульсов, делителей 15, 16 частоты, элементов И 17-22, триггеров 23, 24, элемента ИЛИ 25, инвертора 26. Кроме того устройство содержит генератор 1 тактовой частоты, делители 2,3 частоты, формирователь 4 импульсов управления, счетчики 6,7,9,13 импульсов, блок 8 переноса, элементы ИЛИ 11, 12,входную и выходную шины 5 и 10 соответственно. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И>

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А STOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р 5

Ь г !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4353290/24-21 (22) 27.11.87 (46) 30,09.90. Бюп, № 36 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н. Туполева (72) Н,Е. Саламатин, В,И.Ермолин и А.Б. Дубровский (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 790181,. кл. Н 03 К 5/01, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 843201, кл. Н 03 К 5/01, 1979. (54) ЦИФРОВОЙ УИНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

-(57) Изобретение относится к. импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычис(gy)g Н 03 К 5/156, Н 03 В 19/00

2 лительной техники. Цель изобретения повышение точности умножения частоты сигналов с изменяющимся периодом -достигается за счет уменьшения погрешности смещения и потери части периода входного сигнала на перезапись кода °

Это обеспечивается путем введения в устройство счетчика 14 импульсов, делителей 15, 16 частоты, элементов

И 17 — 22, триггеров 23, 24, элемента ИЛИ 25, инвертора 26. Кроме того, устройство содержит генератор 1 тактовой частоты, делители 2, 3 частоты, формирователь 4 импульсов;управления, счетчики 6,7,9,13 импульсов, блок 8 переноса, элементы ИЛИ 11, 12, входную и выходную шины 5 и 10 соответственно. Ы ил, 1596444

Изобретение относится к импульсной технике и может быть ислользовано в устройствах автоматики ивычислительной техники, а также в синтезаторах частот.

Цель изобретения — повышение точности умножения частоты сигналов с изменяющимся периодом. 3а счет уменьшения погрешности смещения и потери 1р части периода входного сигнала на перезапись кода, Ha r. 1 приведена электрическая функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясня- 15 ющие работу устройства.

Цифровой умножитель частоты содержит генератор 1 тактовой частоты, первый делитель 2 частоты, выполненный с коэффициентом деления К, второй 2р делитель 3 частоты, выполненный с коК эффициентом деления вЂ, формирователь

4 импульсов управления, вход которого 2 подключен к входной шине 5, первый и второй суммирующие счетчики 6 и 7 им)пульсов, информационные. входы первого суммирующего счетчика 6 через блок 8 переноса подключены к информационным входам вычитающего счетчика 9, выход которого подключен к выходной шине 10 . устройства, а счетный вход подключен к выходу генератора 1 тактовой частоты, первый и второй элементы ИЛИ 11 и

12, первый и второй счетчики 13 и 14 импульсов, выполненные реверсивными, третий делитель 15 частоты, выполненный с коэффициентом деления К, четвертый делитель 16 частоты, выполненный 40

К с коэффициентом деления -, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И 17 — 22, первый и второй триггеры 23 и 24, третий эле- 45 мент ИЛИ 25, инвертор 26, вход которого соединен с выходом формирователя

4 импульсов управления, с первым входом первого элемента И 17, с входом управления третьего счетчика 13 импульсов и через первый и третий элементы ИЛИ 11 и 25 — с входом переключения первого триггера 23 с входом управления блока 8 переноса соответственно, а выход инвертора 26 соединен с первым входом второго элемента И 18, 55 вхсдом управления четвертого счетчика

14 импульсов и вторым входом третьего элемента ИЛИ 25, а через второй элемент ИЛИ 12 — с входом переключения второго триггера 24, причем выход ге-. нератора 1 тактовой частоты соединен с вторым входом первого элемента И 17, выход которого через первый делитель

2 частоты соединен с суммирующим входом первого счетчика 13 импульсов, вход обнуления и выход переноса которого соединен с входом обнуления первого суммирующего счетчика 6 импульсов и с вторым входом первого элемента

ИЛИ 11, причем первый выход первого триггера 23 соединен с первым входом пятого элемента И 21, а второй выход с первым входом третьего элемента

И 19, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика 13 импульсов, а второй вход соединен с выходом четвертого делителя 16 импульсов и с вторым входом пятого элемента И 21, выход которого соединен с счетным входом первого суммирующего счетчика 6 импульсов, вход четвертого делителя 16 импульсов .соединен с выходом второго элемента И 18 и через второй делитель 15 частоты — с суммирующим входом второго счетчика 14 импульсов, вход обнуления которого соединен с его же выходом переноса,. с входом обнуления второго суммирующего счетчика и с вторым входом второго элемента ИЛИ 12, вычитаюший вход второго реверсивного счетчика 14 импульсов соединен с выходом четвертого элемента И 20, первый вход которого соединен с первым выходом второго триггера 24, второй выход которого соединен с первым входом шестого элемента

И 22, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента

И 20 и выходом второго делителя 3 час-. тоты, вход которого соединен с выходом первого элемента И 17, а выход шестого элемента И 22 соединен с счетным входом второго суммирующего счетчика 7 импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока переноса 8, при этом выход вычитающего счетчика 9 импульсов соединен с его же входом переноса, В электрической функциональной схеме устройства не указаны связи для установки триггеров 23 и 24 счетчиков

6,7, 13 и 14, блока переноса 8 и др. в исходное состояние.

Для исключения влияния выходов суммирующих счетчиков 6 и 7 друг на дру5 15964 га передача кодов чисел с их выходов осуществляется через схемы 2-ИЛИ, число которых равно числу разрядов (схемы в структурной схеме также не указаны, но входят в состав суммирующих счетчиков 6 и 7).

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 4 из входного периодического сигнала формирует прямоугольные импульсы управления длительностью, равной периоду входного сигнала Ть„ . Эти импульсы поступают на входы управления первого и второго реверсивного счетчиков 13 и 14, вход управления блока 8, на входы первого 23 и второго 24 триггеров. Импульсы с выхода делителя 2 с частотой

fh 20

Е «

К ° где f — частота следовао ния импульсов генератора 1 тактовой частоты, поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика

13. Число импульсов, записанное в 25 счетчике за период (Т ) ., равно

6х l

И.-(T ) .F = (Т ). --, От начала слеbK t I bx дующего (i+1) периода на вычитающий вход этого счетчика с выхода делите- 3р ля 16 через элемент И 19 поступают

2fo импульсы с частотой F = ††. При

К числе импульсов, равном N,, происходит переполнение счетчика 13 и на вы35 ходе его возникает импульс, с помощью которого происходит обнуление счетчиков 13 и 6, опрокидывание первого .триггера 23. При этом счетные импуль.сы с четвертого делителя 16 с часто- 40

2f той F = --+ поступают через пятый

К . элемент И 21 на вход суммирующего счетчика 6, в котором к концу (i+1) периода входного сигнала формируется 45 .код следующего (i+2) периода, который равен N ; 1 = 2N;+, — N;: Одновременно за (i+1) период с выхода третьего делителя 15 поступают импульсы с часто fe 50 той — на суммирующий вход второго

К реверсивного счетчика 14, в котором записан код (i+1) периода, В момент прихода (i+2) периода входного сигнала задним фронтом (i+1) импульса управления осуществляется: передача кода (i+2) периода с выхода счетчика 6 с помощью блока переноса»

44 6 в вычитающий счетчик 9; установка триггера 23 в исходное состояние; начинается формирование кода (i+3) периода в реверсивном 14 и суммирующем

7 счетчиках. Таким образом, процесс умножения частоты идет непрерывно, - В предлагаемом устройстве момент передачи кода из суммирующего счетчика в вычитающнй совпадает с началом периода умножаемого сигнала, Следовательно, отсутствует потеря части периода входного сигнала на перезапись кода из суммирующего в вычитающий счетчик. Процесс перезаписи существенно упростился. Это приведет к более стабильной и надежной работе.

Если принять в качестве входного сигнала периодический сигнал треугольной формы, то для него амплитуда одиннадцатой гармоники составляет 0,6Х от первой и может быть принята эа максимальную частоту спектра входного сигнала f «

В этом случае частота днскретизацнн f o В х =5 макс= 5 1" bx

55 Г „, а коэффициент умножения

К = 55.

Если для цифрового умножения частоты применить интегральные микросхемы серии 155, которые обладают большим быстродействием, а максимальная часто1 та входных импульсов f

Т

10 М1 ц, то, следоватепьно, частота импульсов управления не должна превыпить этой величины. Примем двоичные суммирующий и вычитающий счетчики васьмиразрядньии, имеющими емкость

255 импульсов, Наибольшая частота входного умножаемого сигнала определится из выражения (F )

33 «а(f

bx акс К 255

715 Рц. При этой частоте в известном устройстве импульсы на выходе умножителя имеют смещение относительно номинального их положения на величину, определяемую из выражения и Тр

Э

Те|и где п — число импульсов (периодов), затраченных на перезапись кода из суммирующего в вычитающий счетчик;

Т6их

1596444

СТ,. — Т.,)

К о

Предлагаемый цифровой умножитель частоты выгодно отличается от известного тем, что имеет минимальные погрешность смещения при изменяющейся частоте входных импульсов и погрешность за счет потери части периода входного сигнала на перезапись кода.

Формула изобретения 40

Цифровой умножитель частоты, содержащий генератор тактовой частоты, первый делитель частоты, выполненный с коэффициентом деления К, второй де- 45 литель частоты, выполненный с коэффиК циентом деления —, формирователь импульсов управления, вход которого под50 ключен к входной шине, первыи и второй суммирующие счетчики импульсов, информационные выходы первого из которых через блок переноса подключены к информационным входам вычитающего счетчика, выход которого подключен к выходной шине устройства, а счетный. вход — к выходу генератора тактовой частоты, первый и второй элементы ИЛИ, и в данном примере К(1,6-2)X.

При увеличении частоты входного сигнала на декаду эта погрешность увеличится в 10 раз.

В,предлагаемом устройстве эта погрешность отсутствует.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно увеличить диапазон частот умножаемого сигнала.

Наличие потери части периода умножаемого сигнала приводит к тому,что начало процесса умножения вычитающим счетчиком смещается на и периодов импульсов управления и при формировании 15 последнего периода выходных импульсов в вычитающий счетчик не поступит и импульсов тактовой частоты. Это приводит к тому, что на выходе умножителя за период Т „ появится не К, 2(j а (К-1) импульсов. Это внесет существенную погрешность при выполнении дис кретного преобразования Фурье и ему подобных.

Погрешность смещения при работе устройства с изменяющейся входной частотой для предлагаемого устройства составляет

1 первый счетчик импульсов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности умножения частоты сигналов с изменяющимся периодом, первый счетчик импульсов выполнен реверсивным и введены второй счетчик импульсов, выполненный реверсивным, третий делитель частоты, выполненный с коэффициентом деления К, четвертый делитель частоты, выполненный с коэффици-!

К ентом деления вЂ, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И,первый и второй триггеры, третин элемент ИЛИ, инвертор, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов управления, с первым входом . первого элемента И, с входом управления третьего счетчика импульсов и через первый и третий элементы ИЛИ вЂ” с входом переключения первого триггера и с входом управления блока переноса соответственно, .а выход инвертора соединен с первым входом второго элемента И, входом управления четвертого счетчика импульсов и вторым входом третьего элемента ИЛИ, а через второй элемент ИЛИ вЂ” с входом переключения второго триггера, причем выход генератора тактовой частоты соединен с вторым входом первого элемента И,выход которого через первый делитель частоты соединен с суммирующим входом первого, счетчика импульсов, вход обнуления и выход переноса которого соединены с входом обнуления первого суммирующего счетчика импульсов и с вторым входом первого элемента ИЛИ, причем первый выход первого триггера соединен с первым входом пятого элемента И, а второй выход — с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, а второй вход - с вторым входом пятого элемента И,выход которого подключен к счетному входу первого суммирующего счетчика импульсов и к выходу четвертого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго элемента И и через второй делитель частоты — с суммирующим входом второго счетчика импульсов, вход обнуления которого соединен с его же выходом переноса, с входом обнуления второго суммирующего счетчика импульсов и с вторым входом второго элемента ИЛИ, вычитающий вход вто1596444 1О выходом первого элемента И, а выход шестого элемента И соединен с.счетным входом второго суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока переноса, при этом выход вычитающего счетчика соединен с его же входом переноса. рого счетчика импульсов соединен с выходом четвертого элемента И„первый вход которого соединен с первым выходом второго триггера, второй выход ко5 торого соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И и выходом второго делителя частоты, вход которого соединен с 10

84 g

Фне 2

Составитель Л. Клевцова

Техред М. Ходанич Корректор С. ШевкУн

Редактор. М. Недолуженко

Заказ 2916 Тираж 664 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101