Устройство удвоения частоты следования импульсов

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к измерительной технике, и в частности может быть использовано в технике радиосвязи, например в синтезаторах частоты приемопередающих установок с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) в качестве умножителей частоты следования импульсов. Целью изобретения является создание устройства удвоения частоты следования импульсов, обеспечивающее повышение стабильности и уменьшение времени на формирование удвоенной частоты следования импульсов. Поставленная цель достигается тем, что устройство включает первый 1 и второй 2 элементы НЕ, первый 3 и второй 4 элементы И, одновибратор 5 и элемент ИЛИ 6. При такой схеме удвоение входной последовательности импульсов осуществляется только путем последовательного выполнения логических операций - умножения, сложения и отрицания, что позволяет избавиться от поддержания регулируемых характеристик устройства на требуемом уровне и от цепи обратной связи в целом. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к измерительной технике, и в частности может быть использовано в технике радиосвязи, например в синтезаторах частоты приемопередающих установок с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) в качестве умножителя частоты следования импульсов.

Известен умножитель частоты следования импульсов, содержащий формирователь импульсов, элемент задержки, реверсивный счетчик, цифровой сумматор, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь и управляемый генератор (авт. св. N 1298831, 1987).

Однако в указанном умножителе для получения выходной частоты следования импульсов необходимо предварительно выставить двоичный код и величину опорного напряжения. Это снижает быстродействие устройства при быстрых изменяющихся данных для формирования выходных частот следования импульсов.

Известен умножитель частоты следования периодических импульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, элемент И, триггер, делитель частоты следования импульсов, элемент НЕ, триггер с соответствующими функциональными связями (авт. св. N 1298878, 1988).

Указанный умножитель, обеспечивая достаточно стабильную частоту следования импульсов, не позволяет формировать быстро изменяющуюся сетку частот при их соединении в синтезаторах частоты каскадным методом.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, которое содержит генератор пилообразного напряжения (ГПИ), два одновибратора, фазовый детектор (ФД), элемент ИЛИ (авт. св. N 1352626, 1988). Вход устройства подключен к входу ГПИ, первого одновибратора и второму входу элемента ИЛИ. Вход ГПИ подключен к второму входу ФД. Вход первого одновибратора к входу второго одновибратора, выход которого подключен к первому входу ФД и первому входу элемента ИЛИ. На управляемый вход первого одновибратора подключен выход ФД. Выходом устройства является выход элемента ИЛИ.

Однако устройство-прототип имеет следующие недостатки: невысокая стабильность удвоенной частоты следования импульсов, которая определяется линейностью рабочего участка пилообразного напряжения и характеризующаяся коэффициентом нелинейности γ [см. Л. М. Гольгенберг "Импульсные и цифровые устройства". М. Связь] Известно, что "пила" в ГПИ имеет экспоненциальный закон нарастания. Для получения требуемых значений g необходимо, чтобы питающее напряжение в g раз превосходило первоначальное. Поэтому для достижения линейности как правило используют только 10 начального участка "пилы" (близкого к линейному). Однако для достижения требуемого уровня нарастания "пилы" необходимо питающее напряжение увеличить в 10 раз. Если учитывать, что скважность импульсов в прототипе относительно не высокая, то реализация такого условия в цифровых устройствах наталкивается на существенные трудности, связанные с достижением линейности и, следовательно, требуемой стабильности умножения.

Кроме того, интервал времени, необходимый для формирования заданного удвоения частоты, определяется временем установления стационарного процесса по цепи обратной связи и в прототипе он составляет относительно большой временной промежуток. А это приводит к задержке срабатывания устройства после прихода первого входного импульса. Данный недостаток не позволяет использовать устройство-прототип в каскадном соединении для получения сетки частот в синтезаторах частоты в приемопередающих установках с ППРЧ, т.к. ППРЧ предусматривает быстрые изменения частоты при формировании сетки частот. При указанных задержках это приведет к "набеганию" нестабильности при переключении с одной рабочей частоты на другую и, в конечном итоге, к срыву работы синтезатора частот, управляемого по сигналам с ППРЧ.

Наличие в прототипе цепи обратной связи "ФД-одновибратор-ГПН" требует подачи управляющего напряжения, которое регулирует длительность импульса, формируемого первым одновибратором. При совпадении времени перехода "пилы" через нулевой уровень и импульса формируемого вторым одновибратором по заднему фронту импульса, поступаемого с выхода управляющего одновибратора, на выходе ФД будет присутствовать управляющее напряжение. Наличие в прототипе цепи обратной связи "ФД-одновибратор-ГПН" позволяет управлять длительностью импульса, формируемого первым одновибратором, для уравнивания его длительности с временем перехода "пилы" через нулевой уровень в начальный период работы устройства-прототипа. Таким образом, для выхода на режим удвоения необходимо некоторое время, что делает эту характеристику существенным недостатком в случае его использования в синтезаторах частоты, применяемых в приемопередающих установках с ППРЧ.

Целью изобретения является создание устройства удвоения частоты следования импульсов, обеспечивающее повышение стабильности и уменьшение времени на формирование удвоенной частоты следования импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство удвоения частоты следования импульсов, включающее одновибратор и элемент ИЛИ, выход которого является выходом устройства, дополнительно введены первый и второй элементы НЕ, первый и второй элементы И. Вход устройства подключен к входу одновибратора, первому элементу НЕ и второму входу второго элемента И. Выход одновибратора подключен к второму входу первого элемента И и к входу второго элемента НЕ. Выход первого элемента НЕ подключен к первому входу второго элемента И. Выход второго элемента НЕ подключен к первому входу второго элемента И. Выходы первого и второго элемента И соединены с входами элемента ИЛИ.

При такой совокупности существенных признаков предлагаемое устройство наряду с удвоением частоты обеспечивает стабильность выходной последовательности импульсов с малым временем на их формирование, благодаря отсутствию в предлагаемом устройстве цепей обратной связи и использованию в нем функционально законченных элементов И, ИЛИ и НЕ.

На фиг. 1 показана структурная схема элемента удвоения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого устройства; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие принцип работы ГПН и одновибратора прототипа.

Устройство удвоения частоты следования импульсов (фиг. 1) состоит из первого 1 и второго 2 элементов НЕ, первого 3 и второго 4 элементов И, одновибратора 5 и элемента ИЛИ 6.

Вход устройства подключен к входу одновибратора 5, первому элементу НЕ 1 и второму входу второго элемента И 4. Выход одновибратора 5 подключен к второму входу первого элемента И 3 и к входу второго элемента НЕ 2. Выход первого элемента НЕ подключен к первому входу первого элемента И 3. Выход второго элемента НЕ 2 подключен к первому входу второго элемента И 4, выход первого 3 и второго 4 элемента И подключены к входам элемента ИЛИ 6, выход которого является выходом устройства.

Элементы, из которых состоит предлагаемое устройство, могут быть реализованы на типовых интегральных микросхемах, например серии 155.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Последовательность импульсов скважности T/τ-2, где T период следования последовательности импульсов; τ длительность импульсов (фиг. 2a), поступает на вход элемента НЕ 1 (фиг. 2b) и на вход одновибратора 5, который формирует импульс той же длительности t, но с запозданием t/2 (фиг. 2c). В момент одновременного присутствия длительности импульсов на обеих входах элемента И 3 на его выходе будет сформирован импульс длительности τ/2. Одновременно импульс длительности τ/2 будет сформирован и на выходе элемента И 4 в момент присутствия на первом входе, инвертируемого импульса и импульса сформированного на выходе одновибратора 5. Таким образом, элемент ИЛИ 6, объединяя последовательности, поступающие на его вход с выходов элементов И, (фиг. 2 k, e, n) с частотами следования T/0,5 τ, формирует выходную удвоенную частоту следования импульсов T/0,5τ+T/0,5τ=2(T/0,5τ), где 1/2T-F или 2F-1/T.

В прототипе для формирования удвоенной частоты следования импульсов ФД выдает управляющее напряжение на вход первого одновибратора в случае, когда время прихода импульсов с выхода второго одновибратора совпадает с временем перехода "пилы" через нулевой уровень. Однако при большом периоде следования синхроимпульсов, поступающих на вход устройства-прототипа, увеличивается время нарастания пилообразного напряжения. В этом случае стабильность удвоенной частоты следования импульсов будет зависеть от момента перехода "пилы" через нулевой уровень, который в свою очередь определяется половиной периода следования синхроимпульсов. Для сохранения стабильности необходимо поддерживать рабочий участок "пилы" линейным (фиг. 1). Для этого увеличивают питающее напряжение ГПН, определяющее амплитуду "пилы". Данный метод поддержания стабильности становится неприемлемым в синтезаторах частоты в приемопередающих установках с ППРЧ, так как приводит к значительной нестабильности и искажениям, причины которых описаны выше.

В предлагаемом устройстве удвоение входной последовательности импульсов осуществляется только путем последовательного выполнения логических операций умножения, сложения и отрицания, что позволяет избавиться от поддержания регулируемых характеристик устройства на требуемом уровне и от цепи обратной связи в целом. Это преимущество дает возможность каскадного соединения предлагаемого устройства и его использования в синтезаторах частоты в приемопередающих установках с ППРЧ.

Формула изобретения

Устройство удвоения частоты следования импульсов, содержащее одновибратор и элемент ИЛИ, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены первый и второй элементы НЕ, первый и второй элементы И, вход устройства подключен к входу одновибратора, входу первого элемента НЕ и второму входу второго элемента И, выход одновибратора подключен к второму входу первого элемента И и к входу второго элемента НЕ, выход первого элемента НЕ подключен к первому входу первого элемента И, выход второго элемента НЕ подключен к первому входу второго элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены с входами элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3