Умножитель частоты следования импульсов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii 7() 5657 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29,09.77 (21) 2530382/18 — 21 (51)М. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

H 03 К 5/01

9ноуднротнвнный комитет

СССР но делан изобретений н открытий

Опубликовано 25,12.79. Бюллетень М 47 (53) УДК 621.374 (088.8) Дата опубликования описания 25.12,79 (72) Авторы изобретения

Г. Ф. Астапенко, А. А, Белый, Е. И. Левша и В. И. Микулович

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54} УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Настоящее изобретение относится к импульсг . ной технике, Известен умножитель частоты следования импульсов, содержащий формирователь импульсов счетчики импульсов, блоки сравнения, з

5 запоминающий регистр, блок управления и триггер (1).

Недостатком умножителя частоты является снижение точности его работы при больших коэффициентах умножения.

Известен умножитель частоты следования импульсов, содержащий делитель опорной частоты импульсов, входной и выходной формирователи импульсов, счетчик импульсов и счетчик импульсов опорной частоты, блок управления, запоминающий регистр и блок элементов И (21.

Недостатком данного умножителя также является пониженная точность при больших коэффициентах умножения.

Белью изобретения является повышение точности умножения, С этой целью в умножитель частоты следования импульсов, содержащий входной формиf рователь импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной, генератор опорной частоты, выход которого соединен с входом делителя частоты, запоминающий регистр, входы которого соединены с выходами счетчика импульсов, а первый выход через блок переноса подключен к первому входу счетчика импульсов опорной частоты, выход которого через выходной формирователь импульсов соединен с вторым входом блока переноса, введен сумматор, регистр хранения суммы и элемент запрета, выход которого подключен к второму вход счетчика опорной частоты, первый вход соединен с вторым выходом выходного формирователя импульсов, а второй вход — с выходом генератора опорной частоты и вторым входом выходного формирователя импульсов, третий вход которого соединен с первым выходом сумматора, первый. зход которого соединен с вторым выходом запоминающего регистра, а второй — с выходом регистра хранения суммы, первый вход которого подключен к второму выходу сумматора, а второи вход — к третьему выходу выходного форми705 657 рователя импульсов, при этом второй вход входного формирователя импульсо» соединен с выходом делителя частоты, третий вход — с выходом генератора опорной частотьr, первый выход — с первым входом запоминающего ре гистра, второй и третий выходы — с входами счетчика импульсов.

На чертеже изображена структурная электрическая схема умножителя частоты следова,ния импульсов.

Он содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2 частоты следования импульсов, входной формирователь 3, счетчик 4 импульсов, запоминающий регистр 5, блок переноса

6 параллельного кода, счетчик 7 импульсов опорной частоты, выходной формирователь 8 импульсов, сумматор 9, регистр 10 хранения суммы, элемент НЕ 11 (элемент запрета). Цифрой 12 обозначена входная шина устройства, Счетчик 4 импульсов на и двоичных разрядов состоит, например, из (n — mr)-разрядной пересчетной схемы и последовательно соединенных с ней между собой вг-разрядных счетных модулей, которые управляются коммутатором. Целое число r, определяющее разрядность модулей, задается из соотношения

r > (о9г42 (например, при d = 10, r = 4, а при, d = 2, . r = 1)., Счетчик опорной частоты 7, также состав лен из последовательно соединенных (n — mr)разрядной пересчетной схемы и mr-разрядных счетных модулей, управление которыми осуществляется через коммутирующие блоки.

Сумматор 9, состоящий из идентичных суммирующих по модулю d блоков, соединенных по цепи переноса последовательно, может переключаться коммутаторсм на суммирование . чисел с переменной, но фиксированной (при заданном коде положения запятой) разрядностью слов.

Коммутаторы управляются шиной, кодовое состояние которой соответствует необходимому положению запятой в требуемом коэффициенте умножения.

Входной формирователь 3; синхронизируемый генератором 1 опорной частоты, обрабатывает входной сигнал, поступающий на входную шину, и сигнал с выхода делителя 2 частоты следования импульсов с переменным дроб ным коэффициентом деления. Кроме формирования импульсной последовательности, поступающей на вход счетчика 4 импульсов, он вырабатывает также импульс переписи содержимо го этого счетчика в запоминающий регистр 5 и импульс сброса счетчика импульсов в исходное состояние.

Д

Выходной формирователь 8 импульсов, также синхронизируемый генератором 1 опорной частоты и обрабатывающий сигнал переполнения счетчика 7 импульсов опорной «астоты и сигнал переноса от сумматора 9, формирует выходную импульсную последовательность устройства и вырабатывает следующие

1 управляющие сигналы: импульс переписи параллельного кода из запоминающего регистра

10 .5 в счетчик 7 импульсов опорной частоты через блок переноса 6, импульс записи результата суммирования из сумматора 9 в регистр хранения 10 и сигнал запрета на прохождение импульсов от генератора 1 через элемент НЕ

15 11 на вход счетчика 7 импульсов опорной частоты.

Принцип работы умножителя частоты заключается в следующем.

Пусть требуется реализовать умножение на

20 некоторый произвольный коэффициент К, который можно представить в системе счисления по основанию д ;- „а" а„.„д -"+..-+ „а +а,а

25 - ц Q "+... -ьц . Д

1 -(6-i) где (! + 1). — максимальная разрядность слов, с которыми может оперировать делйтель с переменным дробным коэффициентом деления 2.

Тогда, учитывая ограничения, налагаемые на

30 целую часть, коэффициент деления делителя 2

K =8 Д - Q +, .+.Я д- . А при этом 5 =С „ Ь 1=С „. > -. =С(.1Следовательно, на шине управления делителем

35 частоты 2 должно устанавливаться состояние, соответствующее кодовой комбинации в

o" в4.в "вр

Требуемый коэффициент дополнительного, умножения при этом составляет величину d .

Код, соответствующий данному коэффициепту дополнительного умно>кения, через шины управ пения и коммутаторы подготавливает цепи счетчика 4 импульсов, сумматора 9 и счетчика 7 импульсов опорной частоты к реализации заданного коэффициента умножения. В счетчи. ке 4 импульсов при этом первые ir-разрядных счетных модулей переключаются на счет по модулю d, а остальные (m — i) модули и пересчетная схема включаются в цепь так, что, образуют единый (и — ir)-разрядный двоичный счетчик, Кроме того, коммутатором этого счетчика подключаются к выходу входного формирователя установочные входы триггеров этого счетчика таким образом, что начальная его загрузка будет соответствовать коду числа (2" — 24 ).

Одновременно с этим сумматор 9 переклю. чается на суммирование чисел по модулю d .

705657

150

Данная операция осуществляется эа счет того, что сигнал переноса чере коммутатор сумматора 9 снимается только с выхода i-го- по порядку суммирующего блока.

В счетчике 7 импульсов опорной частоты посредством коммутаторов внутренняя структура перестраивается таким образом, что первые i модулей отключаются, а сигнал с вы. хода элемента ПЕ И подается прямо на счетный вход (» + 1)-го счетного модуля. В ре- зультате этого формируется двоичный {n — ir)разрядный счетчик.

Работа умножителя частоты происходит следующим образом.

В моменты прихода на входную шину 12 очередных импульсов умножаемого сигнала входным формирователем 3 осуществляется привязка каждого из них к тактируемой серии генератора 1 опорной частоты f . При этом всякий раз вырабатывается последовательно развернутые по времени сигнал переписи содержимого счетчика 4 (числа Р) в заломинающий регистр 5, а затем, с интервалом в половину периода опорной частоты То/2— импульс сброса счетчика 4 в состояние, соответствующее коду числа (2" — 2с1 ).

Одновременно с выработкой сигнала переписи входной формирователь 3 осуществляет запрет на прохождение очередного импульса с выхода делителя 2 на счетный вход счетчика 4. Если в момент выработки управляющих сигналов появляется импульс на выходе делителя, то входной формирователь 3 запоминает это; и сигналом сброса производится установка счетчика 4 в скорректированное состояние, соответствующее коду числа (2 — 2d + 1).

rt

После этого запрет на прохождение импульс- ной последовательности с выхода делителя 2 на вход счетчика 4 снимается, и в течение следующего периода входного сигнала Т „ происходит очередной подсчет импульсов, по о ступающих с частотой Х = 1, где тд— частота импульсной последовательности на выходе делителя 2 с переменным дробным коэффициентом деления, К вЂ” коэффициент деления делителя 2.

Число Р, записанное за это время в счетЪ . чике 4 и определяемое выражением )=— ! Т где " = †., после переписи в запомийающий

- к регистр 5, используется последующими блоками для преобразования в последовательность равномерно распределенных выходных импульсов требуемой частоты 111„1х.Такое преобразование осуществляется следующим образом.

Число Р, хранящееся в запоминающем регисхре 5, расчлиняется на две составляющие; це6

11 ую — (д1) и дробнуюР - —,. —;) где(...} означает целую часть числа, заключейного в скобках. "При этом целая часть Г подается

5 в инверсном двоичном коде на блок переноса ч

6, а дробная часть Р используется сумматором 9.

Выходной формирователь 8 импульсов по мере поступления сигнала переполнения с выхода счетчика 7 импульсов опорной частоты, периодически вырабатывает, кроме выходного сигнала умноженной частоты 1,,импульс переписи начального кода Р1 (Р1 — инверсный двоичный код числа Р1 ) в счетчик 7, импульс записи результата очередного суммирования из сумматора 9 в регистр хранения 10, а также осуществляет запрет на прохождение одного импульса с выхода генератора 1 опорной частоты на вход счетчика 7 через элемент

НЕ 11. Таким образом, выходной сигнал умно. жителя синхрониэирован сигналом переполнения счетчика 7. Период импульсной последовательности на выходе определяется соотношением

Если в момент появления сигнала переполнения от счетчика 7 присутствует сигнал перенозо са с выхода сумматора 9, то выходной формирователь 8 импульсов осуществляет запрет на прохождение не одного, а двух импульсов от генератора 1 на вход счетчика 7, что позволяет получить новое значение периода выходного сигнала

h-«1р т =То (2 Р +27=Т (Р. + 2+В °

Частота. появления сигналов переноса с вйхода сумматора 9 прямо зависит от величины дроб40 ной части Р числа Р, и, таким образом, должное чередование выходных импульсов, положение на временной шкале которых задается я

° интервалами Твь и Т „„, определяет средний период выходных импульсов Таим язых 1о Р„ч2+Р ) =

+2+ — — — -Т 1+2

Так как число Р определяется оотношеннем т ,i= - -2d » \.

Г +a* Ы, 1 вх х а (т к а a )= к а ьоА ) д

,„„, =а" к„ю„,, где d К вЂ” требуемый коэффициент умножеA ния..

Рассмотрим методическую погрецяость в формировании выходной импульсной нп.

705657, 5

t5 частот

25

35

50 тельности. Так как измерение периода умножае мой частоты производится в результате запо. минания дискретной последовательностью эталонных импульсов временного интервала, равного входному периоду, то максимальная погрешность в определении числа Р не превыша- ет единицы младшего разряда

1 - Г11, где Р— реальное полученное в предварительном счетчике 4 численное значение выражения (. : )

При этом максимальный набег по фазе в BbIходной умноженной последовательности за время очередного периода входного сигнала дзставит величину о

ЬЧ = 2%,,у Тщ "о

134 I Х, Ийъ BOPõ

T К,ь Г Т 1,К 1-1)

=2.

Т Г . Г

ВЬ Х ВЬЮ ВЫ К

Н умно>кителях частоты, реализуемых по принципу получения коэффициента умножения, равного коэффициенту деления, максимальная . величина набега фазы в выходной последовательности определяется выражением

О ЬХ ВЫХ

Т Т

Вью ьь1х т (й1К +1)

-2 ьых и1 таким образом, из отношения

И „,„d К +

-d

1 аЧ: „К + видно, что чем больше "начение коэффициента умножения, тем более точно по отношению к сравниваемым устройствам реализуется в предложенном умножителе частоты требуемый коэффициент умножения.

Бели величину Ьр ограничить значением

2я, то при заданном диапазоне изменений целой части коэффициентов умножения от 1 до

1000, верхний йредел -:выходных частот определяется из выражения (дЧ 6Я вьа к =<о / е +1

3 (для заявленного .устройства),, Е! (аЧ » йВ 1

Внх К (для прототипа), / де d -10; д 1=103

При частоте генератора f, равной 4-10 ГМ, численные значения предельных частот соответственно равны: (дЦ) c.gP ВУХ Щ, g 1 )з )= 60 КГЦ (для заявляемого объекта): 1 дЧ » Ж В„„М „, ЮЪ =4КГЦ(прототипа) . 3

Таким образом, приведенные соотношения показывают, что настоящий умножитель частоты следования импульсов имеет более точные но

< сравнению с известными характеристики, преобразования, особенно при больших значениях коэффициентов умножения, что позволяет применить его в качестве генератора опорных частот для систем обработки сложных сиг палов в более широком диапазоне выходных

Формула изобретения

Умножитель частоты следования импульсов, содержащий входной формирователь импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной, генератор опорной частоты, выход которого "îåäèíåí с входом делителя частоты, запоминающий регистр, входы которого соединены с выходами счетчика импульсов, а первый выход через блок переноса подключен к первому входу счетчика импульсов опорной частоты, выход которого через выходной формирователь импульсов соединен с вторым входом блока переноса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности умножения, в него введены сумматор, регистр, хранения суммы и элемент запрета, выход которого подключен к второму входу счетчика опорной частоты, первый вход соединен с вторым выходом выходного формирователя импульсов, а второй вход — с выходом генератора опорной частоты и вторым входом выходного формирователя импульсов, третий вход

40- которого соединен С первым выходом сумма тора, первый вход которого соединен с вторым выходом запоминающего регистра, а второй — с выходом регистра хранения суммы, первый вход которого подключен к второму выходу сумматора, а второй вход — к третьему выходу выходного формирователя импульсов, при этом второй вход входного формирователя импульсов соединен с выходом делителя частоты, третий вход — с выходом генератора опорной частоты, первый выход — с первым входом запоминающего регистра, второй и третий выходы — с входами счетчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР.N 354546, кл. Б 03 К 5/00, 1971, 2. Авторское свидетельство СССР Р357668, кл. Н 03 К 5/01, 1972 (прототип),