Цифровой умножитель частоты

 

Союз Советскмк

Соцнелистичесинк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.07.77 (21) 2510430/18 — 24 с присоединением заявки М (23) П риоритет (5l)M. Кл.

G 06 F 7/52

Госудорственньй комитет ссср по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.10,79. Бюллетень Рй 38

Дата опубликования описания 15.10.79 (53) УДК681.325 (088.8) \ (54) ЦИФРОВОЙ УМЯОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам для умножения низких и инфранизких частот, Известно устройства для умножения частоты, содержащее генератор импульсов, два управляемых делителя частоты, элемент задержки, счетчик, группу элементов И и регистр памяти (11

Известно также устройство для умножения частоты, содержащее формирователь, блок управления, элементы И и ИЛИ, генератор тактовых импульсов; триггер, делитель частоты, счетчик импульсов, реверсивный счетчик, группы элементов И и наборное поле (21.

Общим недостатком известных устройств является пониженная точность умножения частоты при высоких требованиях по быстродействию.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является цифровой умножитель частоты, содержащий усилитель-ограничитель, соединенный входом с входом цифрового умножителя частоты и подключенный выходами к входам амплитудных дискримина торов, триггеры, выход первого из которых соединен с выходом цифрового умножителя частоты, а выход второго триггера подключен к первому входу основного элемента И, соединенного выходом со счетным входом основного счетчика, выходы которого подключены к цифровым входам управляемого делителя частоты, соединенного счетным входом с выходом генератора импульсов и подключенного выходом к входу формирователя импульсов ввода (31

Данный цифровой умножитель имеет быстродействие, равное полупериоду,входной часто15 ты, и практически не имеет погрешности несимметрии ограничения. Недостатками прототипа являются наличие погрешности умножителя, обусловленной отклонением входной частоты от оптимальной, и наличие погрешнос. ти умножения, обусловленной ошибками выполнения время-импульсного преобразования.

Целью настоящего изобретения является (повышение точности умножения в широком диапазоне частот.

691853

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой умножитель частоты дополнительно введены счетчики, элементы И и ИЛИ, дешифратор коррекции и основной дешифратор, подключенный входами к выходам первого дополнительного счетчика, соединенного первым входом с первым входом первого элемента ИЛИ и выходом управляемого делителя частоты и подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами амплитудных дискриминаторов, и к первому входу второго триггера, соединенного вторым входом с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к первому выходу основного дешифратора, а второй вход соединен с выходом второго дополнительного счетчика, подключенного счетным входом к выходу основного элемента И, соединенного вторым входом с выходом генератора импульсов, причем поразрядные входы второго дополнительного счетчика подключены к соответствующим выходам основного счетчика, соединенного суммирующим и вычитающим входами соответственно со вторым и третьим выходами основного дешифратора, подключенного вторым, третьим и четвертым выходами к входам дешифратора коррекции, выходы которого соедйнены с первыми входами первого и второго дополнительных элементов И, причем выход первого дополнительного элемента И, соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов ввода и управляющимвходом управляемого делителя частоты, соедйнен со вторым входом первого элемента ИЛИ, подключенного выходом ко второму входу второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом первого триггера.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема умножителя.

Цифровой умножитель частоты содержит усилитель-ограничитель 1, амплитудные дискриминаторы 2 и 3, генератор 4 импульсов, первый и второй тритгеры 5 и 6, основной элемент И 7, первый и второй дополнительные элементы И 8 и 9, управляемый делитель 10 частоты, основной счетчик 11, основной дешифратор 12, первый и второй дополнительные счетчики 13 и 14, формирователь 15 импульсов ввода, дешифратор 16 коррекции, первый, второй и третий элементы ИЛИ 17, 18 и 19.

Выходы усилителя 1 соединены "череЪ Соответствующие дискриминаторы 2 и 3 со входами элемента ИЛИ 18, подключенного выходом к первому входу триггера 6 и второму входу счетчика 13, первый вход которого соединен с выходом управляемого делителя 10 частоты, 5 !

О

4 входом формйрователя 15 и первым входом элемента ИЛИ 17. Выход триггера 6, подключенного вторым входом к выходу элемента

ИЛИ 19, соединен с первым входом элемента И 7, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 импульсов и счетному входу управляемого делителя 10 частоты, а выход элемента И 7 соединен со счетными входами счетчиков 11 и 14. Входы элемента

ИЛИ 19 подключены к первому выходу основного дешифратора 12 и выходу счетчика

14, соединенного поразрядными входами с соответствующими выходами счетчика 11, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к второму и третьему выходам основного дешифратора 12. Управляющий вход управляемого делителя 10 частоты, соединенного цифровыми входами с выходами счетчика 11, подключен к выходу формирователя 15 и второму входу элемента И 8, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 17. Выходы дешифратора 16 коррекции, подключенного входами к второму, третьеt му и четвертому выходам основного дешифратора 12, соединены с первыми входами элементов И 8 и 9. Выход элемента И 9, подключенного вторым входом к выходу элемента ИЛИ

17, соединен через триггер 5 с выходом устройства.

Цифровой умножитель частоты работает следующим образом.

При синусоидальном входном сигнале входное воздействие подается на вход усилителя- ограничителя 1, где ограничивается. Затем выходные противофазные напряжения усилителя 1 дискриминируются двумя идентичными дискриминаторами 2 и 3 (их моменты срабатывания могут быть совмещены с положительными нульпереходами сигнала) . Импульсные сигналы через элемент ИЛИ 18 с двойной частотой 21вх поступают на первый вход триггера б, устанавливая его каждым импульсом в единичное состояние и давая разрешение на прохождение импульсов высокой частоты 1ги с выхода генератора 4 через элемент I И7 на счетные входы счетчиков 11 и 14. Счетчик ll выполнен реверсивным, изменение его состояния в сторону увеличения или уменьшения выходного кода М достигается сигналами с выходов основного дешифратора 12. Переключение на сложение или вычитание определяется знаком рассогласования по частоте.

Так, если живых п 1вх (где n — коэффициент умножения умножителя), то сигнал рассогласования Л = О, и сигналом с первого выхода основного дешифратора 12 триггер 6 через элемент ИЛИ 19 сбрасывается, запрещая прохождение импульсов с генератора 4 на счет 691853 чаются только к выходам старших разрядов счетчика 11. Время, в течение которого про.исходит коррекция воздействия М путем соответствующего суммирования или вычитания

5 импульсов с выхода генератора 4 в счетчике 11, регулируется сбросом триггера 6 через элемент ИЛИ 19 сигналом с первого выхода основного дешифратора 12 или сигналом с выхода счетчика 14.

Для нормального функционирования без режима автоколебаний в установившемся состоянии в умножителе с помощью основного дешифратора 12 искусственно создается зона нечувствительности, которой соответствует сигнал на первом выходе дешифратора 12.

:--.:-Выходные импульсы 2 живых с выхода управляемого делителя 10, возникающие вследствие периодического йереполнения счетчика делителя 10, поступают на первый вход элемента ИЛИ 17 и на вход формирователя 15 импульсов. С помощью формирователя 15 осуществляется ввод в делитель 10 кода М с удвоенной частотой по отношению к частоте

2 fabrx что позволяет улучшить динамические

25 характеристики .устройства.

Для устранения ошибки по фазе, обусловленной дискретностью изменения коэффициента деления управляемого делителя 10, используется фазовая коррекция, реализованная на элементах И 8 и 9, дешифраторе 16 коррекции и элементе ИЛИ 17. Фаэовая коррекция осуществляется за счет добавления или вычитания из выходной последовательности требуемого количества импульсов.

Дешифратор 16 коррекции (выполненный, например, на триггерах и элементах И), управляет отпиранием элементов И 8 и 9 в соответствии с таблицей.

Состояние выходов

1 ° (D Е

0

»

На вход С поступает сигнал с четвертого выхода дешифратора 12, т.е. сигнал, соответствующий отсутствию рассогласования (без эо55 ны нечувствительности, так как в данном случае оно не влияет на возникновение режима автоколебаний). В этом случае фазовая коррекция ие производится. :ные входы счетчиков 11 и 14. Выходной код счетчика 11 имеет в установившемся режиме постоянйое значение, равюе М и определяющее коэффициент деления q управляемого делителя 10

q г — М, где k — разрядность делителя 10 частоты.

Требуемое изменение выходной частоты ум- ножителя достигается изменением коэффициента q с помощью счетчика 11 по результатам подсчета в счетчике 13 суммы Ь и импульсов частоты 2 1вых с выхода делителя 10

1 частоты за период входной частоты f x умножителя.

Для обеспечения режима слежения за изменением входной частоты в широком частотном диапазоне, изменение Ь q коэффициента деления делителя 10 частоты формируется не только в виде функции вышеуказанного рассогласования Ь и, но и в виде функции входной частоты, причем выполняется соотношение

- Ю-= cons

Ч

Для выполнения данного соотношения используется счетчик 14, включенный в контур внутренней обратной связи управления воздействием счетчика 11 на делитель 10 частоты.

При этом, на сравнительно низких входных частотах управляющее воздействие М изменяется на большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку умножения. При более высокой входной частоте. управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка. Для обеспечения нормального характера протекания переходных процессов, поразрядные входы счетчика 14 подклюНаличие сигнала на входах

При поступлении сигнала на вход В (со второго выхода дешифратора 12), коррекция рсуществляется добавлением импульсов с uac-

t тотой 4 живых к выходной последовательносI ти 2 Фвь,х через элемент И 8.

При поступлении сигнала на вход А, коррекция осуществляется путем подавления им 7

691853

1 пульсов частоты 2 живых за счет запирания элемента И 9 на требуемое время. Количество суммируемых или вычитаемых (подавляемых) дополнительных импульсов определяется сигналами рассогласования с выхода дешифратора

12 и может регулироваться дешифратором 16.

Практически происходит добавление или вычитание 1 — 3 — х импульсов >что позволяет приблизительно в 2 раза уменьшить время переходного процесса.

Для получения формы сигнала умноженной частоты типа "меандр". выходной сигнал с элемента И 9 делится на два триггером 5.

Таким образом, данное устройство по сравнению с прототипом имеет улучшенные статические и динамические характеристики в широком диапазоне частот, Повышение точности умножения достигается за счет использования отрицательной обратной связи по частоте в сочетании с корректирующим воздействием, позволяющим стабилизировать относительный шаг коррекции в широком диапазоне частот, соответствующего выбора диапазона частот и зоны нечувствительности, а также использования фазовой коррекции. При правильно выЛ бранных схемных элементах устройство позво.ляет в широком диапазоне частот снизить погрешность время-импульсного преобразования в Кд раз, где Кд = коэффициент деления делителя частоты Прототипа.

Формула изобретения

Цифровой умножитель частоты, содержащий усилитель-ограничитель, соединенный входом с входом цифрового умножителя частоть1, а выходами — с входами амплитудных дискриминаторов, триггеры, выход первого из которых соединен с выходом цифрового умножителя частоты, а выхгд второго триггера подключен к первому входу основного элемента И, соединенного выходом со счетным входом основного счетчика, выходы которого подключены к цифровым входам управляемого делителя частоты, соединенного счетным входом с выходом генератора импульсов и подключенного выходом к входу формирователя импульсов ввода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности умножения в широком диапазоне частот, в цифровой умножитель частоты дополнительно введены счетчики, s элементы И и ИЛИ, дешифратор коррекции и основной дешифратор, подключенный входами к выходам первого дополнительного счетчика, соединенного первым входом с первым входом первого элемента ИЛИ и выходом управляемого делителя частоты и подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами амплитудных дискриминаторов, и к первому входу второго триггера, соединенного вторым входом с выходом третьего элемен.та ИЛИ, первый вход которого подключен к первому выходу основного дешифратора, а второй вход соединен с выходом второго дополнительного счетчика, подключенного счетным входом к выходу основного элемента И, соединенного вторым входом с выходом генератора импульсов, причем поразрядные входы второго дополнительного счетчика подключены к соответствующим вь1ходам основного

25 счетчика, соединенного суммирующим и вычитающим входами соответственно со вторым и третьим выходами основного дешифратора, подключенного вторым, третьим и четвертым выходами к входам дешифратора коррекции, зо выходы которого соединены с первыми входа ми первого и второго дополнительных элементов И, причем выход первого дополнительного элемента И, подключенного вторым входом к выходу формирователя импульсов ввода и управляющему входу управляемого делителя частоты, соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, подключенного выходом к второму входу второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом перI вого триггера, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР И 580555, 4 кл. G 06 F 7/52, 1976.

2, Авторское свидетельство СССР И 479805, кл. G 06 F 7/39, 1972.

3. "Техника средств связи, серия "Радио измерительная техника", М., вып. 6, 1976, с. 96.

691853

Составитель С. Казинов

ТехредJI.Ëëôåðîâà

Редактор Н. Лобач

Корректор Т.Скворцова.

Заказ 6217/39

Тираж 780 Подписное

UHHNIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

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