Цифровой умножитель частоты

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Г»843201 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51jM. Кл.

Н 03 К 5/01 (22) Заявлено 04 04 79 (21) 2746890/18-21 с присоединением заявки Ле

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 621.374 (088.8) II0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень лГй24

Дата опубликования описания 30.06.81

-- -й! :, ","ч @,,; т зъ ""1:Г%С.,.т :: Г

Б& Б.Г(Ц .у, 1 ""Д Г

Г (72) Автор. изобретения

В.Е.Демченко

Г 412 с

f (71) Заявитель (54) БИФРОВОЙ УГ1НОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к импульсной ,и измерительной технике и прецназначено цля умножения частоты сигнала при измерении частоты низкочастотных сигналов, фазы или формы периодических сигналов. а

Известен цифровой умножитель частоты, основанный на поцсчете в течении периода входного сигнала Т числа импульЬъ сов с выхода генератора тактовых импульсов (ГТИ), деленных на К (где K коэффициент деления делителя импульсов).В конце периода это число заносится в буферный каскац и в счетчик обратного счета (COC), на счетный вход которого поступает тактовая частота ÃÒÈ. НавыходеСОС образуются импульсы частотой КН1® (гце т - частота входного периодиЬх ческого сигнала) 11):

Наиболее близок к предлагаемому ум- о нож итель частоты им пульс ов, состоящий из формирователя импульсов, счетчика числа импульсов, буферного каскада, счетчика обратного счета, 1енератора тактовых импульсов, целителя числа импульсов, элемента задержки и элемента ИЛИ 12). .. Общая погрешность умножителей частоты складывается из погрешности от нестабильности частоты квантующих импульсов, погрешности вслецствие квантования периода Т „.и погрешности, возникающей из — за потери незначительной части периоца умножаемой частоты на перезапись информации из счетчика числа импульсов в буферный каскац и из буферного каскада в счетчик обратного счета. Первая и третья составляющие общей погрешности значительно меньше второй, зависящей от частоты т енератора тактовых импульсов и коэффициента умножения K> ..

Цель изобретения — уменьшение погрешности умножения, возникающей, вследствие квантования периоца входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой.умножиэель частоты, соцержащий первый буферный каскац, первый счетчик обратного счета, генератор так .

ToBblK импульсов, выход которого подклю3 8432 чен ко вкоцу делителя числа импульсов, выкоц которого соединен со счетным входом счетчика числа импульсов и счетным вхоцом первого счетчика обратного счета, выкод которого соединен с первым

5 вкодом первого элемента ИЛИ, вторрй ахоп которого соединен с выходом формирователя импульсов и входом элемента задержки, выход которого поцключен ко вхоцу сброса счетчика числа импульсов и выходу !О управления записью буферного каскада, а выхоц - ко входу управления записью счетчика обратного счета, вход которого через буферный каскад соединен с выходом счетчика числа импульсов, ввецены второй эле- 15 мент ИЛИ, второй счетчик обратного счеt та, второй буферный каскад и второй счетчик числа импульсов, выход которого через второй буферный каскад соединен со вхоцом второго счетчика обратного сче- - 0 та, выход которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и первому вхоцу второго элемента ИЛИ, второй ахоп которого соединен с выхоцом формирователя импульсов и вхоцом управления записью второго буферного каскада, а выходсо входом управления записью второго счетчика обратного счета, счетный вход которого соецинен с выхоцом генератора тактовых импульсов, при этом выход целителя числа импульсов подключен к счетному входу второго счетчика чнсла импульсОв, ахоп установки которого соединен с выходом элемента- задержки.

На фиг. 1 привецена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные циаграмы, поясняющиее е го раб от у.

Устройство состоит из последовательно соединенных первого счетчика 1 числа им40 пульсов, буферного каскаца 2, счетчика 3 . обратного счета (СОС), выкод которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ 4, второй вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов, входом

45 элемента 6 эацержки и входом управления записью буферного каскада 2, а выход первого элемента ИЛИ 4 подключен ко входу управления записью СОС 3, счетный

BK0ll которого соецинен с выходом генераS0 тора 7 тактовых импульсов (ГТИ) и вкодом делителя 8 числа импульсов, первый выкод которого подключен к счетному входу первого счетчика 1 числа импульсов, вход установки которого соединен с

55 выходом элемента 6 задержки. Второй канал умножения состоит из последовательно соециненных второго счетчика 9 числа импульсов второго буферного кас каца 10 и второго счетчика 11 обратного счета, выкоц которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ 4 и второму axovy второго элемента ИЛИ

12, первый вход которого соецинен с выкоцом формирователя 5 импульсов и входом управления записью второго буферно» го каскада 10, а выхоц подключен к входу управления записью второго СОС 11, счетный вход которого соединен с выхоцом ГТИ 7, при этом второй выхоц делителя 8 числа импульсов подключен к счетному вхоцу второго счетчика 9 числа импульсов, вход установки которого соецинен с выходом элемента 6 задержки.

Hpåäëàãàåìîå устройство работает следующим образом.

Формирователь 5 из входного периодического сигнала (фиг. 2 а) формирует короткие прямоугольные импульсы (фиг. 2 б) периоц,повторения которых равен периоцу входного сигнала Т, Эти импульсы

Ьх поступают на вхоц элемента 6 задержки, входы управления записью буфернык Каскацов 2 и 10 и первые вхоцы элементов

ИЛИ 4 и 12. На счетный вход первого счетчика 1 поступают импульсы с первого выхода целителя 8 числа импульсов с частотой

На счетный вхоц второго счетчика 9 поступают импульсы со второго выхода! делителя 8 с частотой

Е = =п „! (2) тт где К =ЬК - коэффициент деления целителя 8; и K - целы е числа; — чаcтота повторения импульсов ГТИ 7.

3а периоц входного сигнала Т в счетЬх чик 1 поступает число импульсов, равное !

Н =Г Т =- - т (ь)

f ! 1 ЬХ К ЙХ

Ъ а в счетчик 9

Г

Й =Е Т = — .Т (!) В конце периода импульсом с выхода формирователя 5 эти числа перезаписываютс ся соответственно в буферный каскад 2, СОС 3 и в буферный ка скац 10, СОС 11.

N1 TIE„

ЬЫХ.1 К а в моменты времени

1О,т

С" "-1 -@1-(1+Е ) ",=".2г " " 1 () к 4 а с СОС 1 1 через

«0Х (ь)

0Ых.2

На выхоце СОС 3 и 1 1 через промежутки времени, равные соответственно helx и 18bll образуются импульсы (фиг. 2 в и г) которые через элементы

ИЛИ 4 и 12 поступают на входы управления записью СОС 3 и 11, благодаря че» му числа Й,1 и И2перезаписываются из буферных каскацов 2 и 10 соответственно в СОС 3 и 11. Таким образом, за период

ВХОДНОГО СИГНаЛа Тих На ВЫХОЦЕ ПЕРВОГО 25 канала умножения (выход СОС 3) образуется число импульсов, равное .согласно (5)

t .-, И (1+Е ), =4,2,,К (14) к т.е. к концу периода Т „(цля i" g1 и х=К ) накопленная ошибка по времени в каналах умножения частоты равна в наихудшем случае соответственно

Я =E.ò = —; к

1 1ьх f /

Я =ЕТ К (2 2 0X K PI (1Ü) Накопленная ошибка в известном умножителе частоты при коэффициенте умножения, равном К„, равна ошибке g, согласно (15).

Графики йакопленных ошибок E и Я по времени приведены на фиг. 2 tl . . Огиошение —" согласно (15) и (16)

Г2 равно âa

Т

0ы11.

ЗО а HB выхоце второго канала умножения (выход СОС 1 1) равное

35 тЕЕ <Е 1 М вЂ” = — =n, . (1Ч) . 2 з

Т

Ь> 11 Ъ (е) так как К,„" П М, е

В предлагаемом устройстве импульсы с выхоца СОС 11, образукицейся в моменты времени согласно (14), используются для синхронизацйи СОС 3. График накопленной ошибки умножителя частоты Е> приведен на фиг. 2 д., a ее величина к концу периоца равна

За счет усечения N1 и 11 ho целого 40 числа при измерении интервала времени, равного Т, возникает погрешность кванЬ тования, равная соответственно

u4 KY

Taх ь к

9.

2 Тэ,"Я, Т ф =6 +(Е - ) ° — — — + — — ).- Й вЂ” -„

4 / 4 к /к К L Ò /g

Ъх ft хт (1Q) 50 и 10« 2 -периоды повторе ния импульсов, поступаюших на .счетные входы счетчиков 1 и 9 Э соответственно с

55 ,первого и второго выходов делителя 8 числа импульсов.

B результате этого на выходе каналов умножения частоты импульсы формируютТаким образом, погрешность умножения из.- за квантования периода входного сигнала в предлагаемом устройстве меньше чем в известны11, причем степень уменьшения погрешнрсти зависит от величины коэффициентов к,1 и К, 5 843201 ь

На счетные входы СОС 3 и 11 поступают ся не в моменты времени, равные соот импульсы с выхоца ГТИ 7 с частотой . ветственно

-J.

В результате этого число N< считывается с С0С 3 после перезаписи (момент време- „;=1 ° Т ни 1о на фиг. 2 б) через промежуток времени, равный ° "0х, 23= ьых.2= l j 4= " 2 ° к i ("2) 843201

Элемент 6 задержки предназначен для формирования импульсов сброса счетчиков

- 1 и 9 в конце каждого периода после пе» резаписи чисел, подсчитанных счетчиками

1 и 9 за период Т, в буферные каска- s ах ды 2 и 10).

Формула изобретения о

Цифровой умножитель частоты, содержаший первый буферный каскад, первый счетчик обратного счета, генератор тактовых импульсов, выход которого йодключен ко входу делителя числа импульсов, вы- 15 ход которого соединен со счетным входом счетчика числа импульсов и счетному входу первого счетчика обратного счета, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирова« теля импульсов, BxoljoM элемента задержки, выход которого подключен ко входу сброса счетчика числа импульсов и входу управления записью, буферного каскада, а выход -ко входу управления записью счетчика обратного счета, вход которого через буферный каскад соединен с выходом счетчика числа импульсов, о т л и ч а ю ш и и 0 с я тем, что, с целью уменьшения погрешности умножения, в него введены второй элемент ИЛИ, второй счетчик обратного счета, второй буферный каскад и второй счетчик числа импульсов, выход которого через второй буферный каскад соединен со входом второго счетчика обратного.счета, выход которого подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и входом управления записью второго буферного каскада, а выход — со входом управления записью второго счетчика, обратного счета, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, при этом второй выход делителя числа импульсов подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М.3970954, кл. 33153, 1 976.

2. "ТИИЭР", 1975, т. 63, Х.9, с. 116117.

843201 г

О д

К

У

О

Составитель О. Митрофанов

Редактор Л.Пчелинская Текред М. Голинка Корректор М. 1царошц

Заказ 5161/80 Тираж 988 Подписюе

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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