Следящий умножитель частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

< 1 732866 (6I ) Дополнительное х авт. свил-ву (51) М. Кл. (22) Заявлено 09.1 1.77 (21) 2540227/18-24

S 06 F 7/52

Гесудерствеиимй комитет

СССР с присоединением заявки РЙ(23) Приоритет

10 Мелам изобретеиий и открытий

Опубликовано 05,05.80, Бюллетень Ж 17

Дата опубликования описания08,05.80 (5З) УДК681;327 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. E. Чеботаев и В. Ф. Мотни (71) Заявитель (54) СЛЕДЯЩИЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в импульсных системах, а также для преобразования процессов, информация о которых передается частотным методом.

Известны умножители частоты, содержащие управляемые генераторы частоты, фазовые компараторы и нелинейные элементы (11, Наличие перечисленных устройств приводит к значительной фазовой ошибке пре1О образования, а также к существенной статической и динамической ошибке воспроизведения частоты. Кроме того, такие схемы не позволяют осуществлять построI5 ение следящих умножителей частоты с приемлемыми динамическими характеристиками при наиболее простой аппаратурной реализации

Наиболее близким к предлагаемому явля- 20 ется следующий умножитель частоты, содержаший измеритель рассгласования, выполненный на базе реверсивного счетчика, двух, ключей и двух элементов ИЛИ, ключ-формирователь, на сигнальный вход которого подается опорное напряжение — + Оо, интегратор, занимающий алемент, генератор импульсов управляемой частоты и связи

И.

Устройство осуществляет умножение входной частоты на постоянное число с помощью изменения выходной частоты управляемого генератора в зависимости от управляющего воздействия, формируемого с интегратора через запоминающий алемент, используемый для сглаживания флюктуаций выходного напряжения интегратора.

Умнажитель работает в релейно-пропорциональном режиме. Однако такая организация умножителя сравнительно сложна. Кроме того, он не обеспечивает нулевой фазовой ошибки, что в принципе невозможно иэ-эа нестабильности таких алементов как управляемый генератор, интегратор.

Иля осуществления функционирования необходимо использование опорного напряжения (U0 ), что снижает возможности умножителя и усложняет его аппаратурную

73286 реализацию. Можно построить следящий умножитель частоты с использованием только дискретных элементов с более высокой стабильностью и надежностью при более простой аппаратурной реализации.

В качестве генератора импульсов высокой частоты можно использовать кварцевый ! генератор с высокой стабильностью колебаний и построить устройство следящего типа с высокими статическими и динами- 10 ческими характеристиками.

Пель изобретения - повышение точности и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что

15, в следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого соединен со входом умножителя, и делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом измерите30 ля рассогласования, а вход — с выходом умножителя, введен управляемый делитель частоты, генератор импульсов, реверсивный счетчик, триггер, элемент И и счетчик,причем первый и второй входы управляемого делителя частоты подключены соответственно к выходу генератора импульсов и реверсивного счетчика, а выходк выходу умножителя, первый и второй входы реверсивного счетчика соединены соответственно с первым выходом измерителя рассогласования и выходом элемента И, входы которого подключены ко второму выходу измерителя рассогласования, выходу триггера и выходу генератора им35 пульсов, первый, второй и третий входы счетчика соединены соответственно с выходом генератора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый вход триггера подключен ко входу умножителя, а второй вход — к выходу счетчика, На чертеже представлена структурная схема следящего умножителя частоты.

Умножитель содержит измеритель 1 рассогласования, делитель 2 частоты, вход которого соединен с выходом умножителя (первый вход измерителя 1 рассогласования является входом устройства, а второй соединен с выходом делителя частоты 2,), реверсивный счетчик 3, триггер 4, первые входы которых соединены соответственно с выходом элемента И 5 и счетчика 6, вторые - с первыми выходом и входом измерителя 1 рассогласования со-, ответственно, а выходы подключены к первым входам счетчика 6 и элемента И 5 соответственно, второй и третий входы которого соединены с выходом генератора

6 4

7 импульсов и вторым выходом измерителя 1 рассогласования соответственно, второй вход счетчика 6 соединен с выходом генератора 7 импульсов, первый и второй входы управляемого делителя 8 частоты подключены к выходам реверсивного счетчика 3 и генератора 7 импульсов соответственно, а выход соединен с входом делителя 2 частоты, третий вход счетчика 6 подключен ко входу устройства.

Следящий умножитель частоты работа ет следующим образом.

Входные импульсы частоты 1, умножаются на число И (в обшем случаеп> 1) таким образом, что на выходе управляемого делителя 8 частоты формируются импульсы повышенной частоты кЫ =" <в равномерно расположенные внутри дискрета входных 1 импульсов. При изменении частоты в входных импульсов в широком диапазоне частот умножитель обеспечивает слежение за изменением входной частоты.

Частота импульсов на выходе устройства &bit должна быть равна требуемой повышенной частоте (т,е. Т „ у,= ь. + р ), Регулирование частоты осуществляется изменением коэффициента деления (с ) управляемого делителя 8 частоты. На вход управляемого делителя 8 частоты поступают импульсы с постоянной частотой ($ „„), вырабатываемые генератором 7 импульсов. При изменении коэффициента деления управляемого делителя 8 частоты на выходе получается ряд фиксированных частот, соответствующих различным входным частотам „. Коэффициент деления может быть и дробным, поэтому

h — - не только целое число. Обратная связь по частоте с помощью делителя 8 частоты позволяет следить с высокими динамическими характеристиками за изменениями входной частоты. Последовательность импульсов с частотой 1 сравнивается в измерителе 1 рассогласования с последовательностью импульсов на выходе делителя частоты. Если часто".à последней отличается от требуемой, то на выходе измерителя рассогласования появляется сигнал ошибки (й ) с соответствующим знаком (51Д и йГ ), который через контур управления, содержащий реверсивный счетчик 3, элемент И 5, триггер

4 и счетчик 6 изменяет коэффициент дедения (+) управляющего делителя 8 частоты. Причем для исключения автоколебаний в системе управляющее воздействче на управляемый делитель 3 частоты подается таким образом, что коэффициент де5 732866 ления изменяется каждый раз на один шаг только при определенном рассогласовании по частоте (й f > одоп). При соответствуюшем выборе величины шага можно получить требуемую инерционность устрой- 5 ства (желательно близкую к инерционности изменения, если такую предвари- ( тельно можно оценить).

В общем случае для обеспечения качественного слежения за изменением час- 0 тоты ., инерционность устройства должна быть не больше инерционности процесса изменения входной частоты. В измерителе 1 рассогласования сравниваются

15 частоты х sbtx | K — — ы — °

F FB ix

Вх и вх и

Разность частот ф измеряется заполнением разности периодов ь1=—

20 гЯ импульсами постоянной (высокой) частоты с выхода генератора 6 импульсов.

На реверсивном счетчике 3 за время д = - С Я) (где Г (f) — время, оп- 25 ределяемое счетчиком 6), определяемое триггером 4, подсчитываются импульсы высокой частоты. В установившемся режи— ме при f = const,d.t =htntqtt х.управляюшее воздействие с выхода контура уп- 50 равления постоянно, т.е. Е „=h При изменении частоты $ в изменяется количество импульсов повышенной частоты с выхода управляемого делителя 8 частоты, что приводит к динамической ошибке внут-З5 ри дискрета входных импульсов (f By,).

Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов повышенной частоты осушествляетсч изменением коэффициента деления (9,). управляемого делителя 8 час- 46 тоты через контур управления, содержаIllHH триггер 4 элемент И 5, реверсив ный счетчик 3 и счетчик 6, по результатам не только подсчета количества импульсов высокой частоты за период Ьт, 45 но и с учетом частоты (fgtt ) входных импульсов, что эквивалентно (f ). За счет такого управления сохраняется точность умножения частоты в широком диапазоне входных частот (). Умножитель частоты осуществляет слежение за частотой входных импульсов и ее умножение. Изменение частоты импульсов повышенной частоты достигается изменением коэффициента деления (Я, ) делителя 2 час-55 готы таким образом, что йь ф

=t:opsy

Для достюкения данкой пропорции контур управления изменяет АС пропорционально ф и поэтому хорошо отслеживает изменение частоты входных импульсов в широком диапазоне с сохранением точности. При сравнительно низкой частоте

) управляюгцее воздействие изменяется на большую величину, позволяюшую более эффективно компенсировать ошибку по частоте, При высокой частоте входных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка, При отсутствии счетчика 6 управляющее воздействие определяется только величиной рассогласования, в общем случае не зависяшей от частоты поступления ($ ) входных импульсов, и поэтому при широком изменении частоты входных импульсов точность преобразования максимальна только для определенной частоты (B X. с ), для которой рассчитан умножитель. Для остальных же частот точность преобразования. резко ухудшается, что существенно снижает функциональные возможности устройства. Расширить частотный диапазон можно изменением частоты генератора импульсов для каждой новой частоты входных импульсов, но такой путь по техническим соображениям имеет ограниченные возможности. Счетчик 6 с триггером

7 и элементом И 5 выполняет функцию обратной связи по управлению воздействием реверсивного счетчика 3 на управляемый делитель 8 частоты. Счетчик 6 подсчитывает импульсы высокой частоты с выхода генератора 7 импульсов в интервале от входного импульса (7B+ ) до импульса переноса счетчика 6. Импульсы высокой частоты суммируются с числом, введенным в счетчик 6 с выхода реверсивного счетчика 3, причем разрешение на вход числа дается каждым входным импульсов (4B> ). С выхода счетчика 6 поступает информация через триггер 4 и элемент И 5,на реверсивный счетчик 3 для изменения управляющего воздействия на управляемый делитель 8 частоты.

На счетный вход реверсивного счетчика 3 поступают импульсы высокой частоты с выхода генератора 7 импульсов через элемент И 5, управляемый триггером

4. Триггер 4 устанавливается каждым им.пульсом частоты в и сбрасывается сигналом с выхода счетчика 6. Переключение реверсивного счетчика 3 на сложь73286 ние или вычитание осуществляется в звисимости от знака рассогласования частот с другого выхода измерителя 1 рассогласования (sly h AF ). Расчет параметр ров следящего умножителя частоты может быть осуществлен на основании требований к точности преобразования частоты.

Предлагаемый следящий умножитель частоты легко реализуется на устройствах дискретной техники, сравнительно прост по конструкции и требует меньших затрат при реализации. Применение элементов дискретной техники позволяет значительно повысить точность преобразования частоты в широком диапазоне. Причем минимальная частота на выходе устройства определяется разрядностью управляемого делителя частоты и частотой генератора импульсов, а максимальная - возможностью генератора импульсов. В определенных (широких) частотных диапазонах (на которые рассчитывается) умножитель обладает лучшими статическими и динамичес«ими характеристиками. Переход из одного частотного поддиапаэона в другой реализуется сравнительно просто (например, использование делителя частоты с выхода генератора импульсов), так как реализация устройства на все поддиапазоны с вы- сокой точностью умножения практически невозможна. Использование кварца в генераторе импульсов позволяет получить большую стабильность высокой частоты.

Кроме того, предложенный умножитель обладает повышенной надежностью работы. Испытания реализованного макета показывают его высокую работоспособность и точность умножения, 6 8

Формула изобретения

Следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого соединен со входом умножителя, и делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом измерителя рассогласования, а вход — с выходом умножителя, о т л и ч а ю m и и с я тем, нто, c ..целью упрощения устройства и повышения точности, умножитель содержит управляемый делитель частоты, генератор импульсов, реверсивный счетчик, триггер, элемент И и счетчик, причем первый и второй входы управляемого делителя частоты подключены соответственно к выходу генератора импульсов и реверсивного счетчика, а выход — к. выходу умножителя, первый и второй входы реверсивного счетчика соединены соответственно с первым выходом измерителя рассогласования и выходом элемента И, входы которого подключены ко второму выходу измерителя рассогласования, выходу трит гера и выходу генератора импульсов,первый, второй и третий входы счетчика соединены соответственно с выходом генератора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый вход триггера подключен ко входу умножителя, а второй вход - к выходу счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Риэкин И. Х. Умножители и делители частоты. М., Связь, 1976, с. 20622 1.

2. Авторское свидетельство СССР № 447721, кл. g» 06 G 7!16, 1973 (прототип).

732866

Составитель В. Березкин

Редактор А, Маковская Техред И. Асталош Корректор В. Бутяга

Заказ 1 554/ 10 Тираж 751 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4