Умножитель частоты

( 9) (11) 1)5 6 06 Р 7 68 Е ИЗОБРЕТЕНТЕЛЬСТВУ ОПИСА РСКОМУ С К(71) Киевский политехнический институ50-летия Великой Октябрьской социаческой революции(56) Авторское свидетельство СССРМ 834697, кл. 6 06 Е 7/52, 1981,. Авторское свидетельство СССРМ 1179334, кл. 6 06 Р 7/68, 1985.(57) Изобретение относится к вытельной технике и может быть исполно. например, в си,нхронизируд истислиова- мых д ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) синтезаторах периодических сигналов сложной формы, Цель изобретения - повышение точности умножения частоты, Умно- житель частоты содержит формирователь 1 . импульсов, источник 2 опорного напряжения, три триггера 3, 4, 13, четыре элемента И 15, 16, 17, 17, фильтр 6 нижних частот, коммутатор 7, управляемый генератор 8 импульсов, два формирователя 9, 19 импульсов сброса, два фазовых детектора 10, 11, элемент ИЛИ-НЕ 12, ключ 14, два делителя 15, 20 частоты, три счетчика 21, 24, 26, дешифратор 22, одновибратор 23 и реверсивный счетчик 25, соединенные между собой Функционально, 3 ил.счетчика, выход управляемого генератора импульсов соединен со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным выходом умножителя частоты, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности умножения частоты, в него введены второй делитель частоты, реверсивный счетчик, второй фазовый детектор, источник опорного напряжения, дешифратор, элемент ИЛИ-НЕ, одновибратор и третий и четвертый элементы И, причем разрядные выходы .первого счетчика соединены соответственно с установочными входами реверсивного счетчика, вход вычитания которого соединен с выходом второго элемента И, выходтретьего элемент та И соединен с входом сложения реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены соответственно с устайовочными входами второго счетчика, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого соединен с входом первого делителя. частоты; выход которого соединен со старшим входным разрядом дешифратора, остальные входные,разряды которого соединены соответственно с разрядными выходами третьего счетчика, старший разрядный выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, выход второго фазового детектора соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторыми третьим выходами дешифратора, выход5 второго формирователя импульсов сбросасоединен с входом одновибратора и входами установки в "0" реверсивного счетчика итретьего триггера, вход установки в "1" которого соединен с входом установки в "1"10 второго триггера, входом установки в "0"второго делителя частоты и выходом первого формирователя импульсов сброса, выхододновибратора соединен.с входом строби. рования дешифратора, выход управляемого15 генератора импульсов соединен с информа-:ционным входом ключа, выход которого соединен с входом второго делителя частоты,выход которогосоедйнен со счетн ым входом первого счетчика, выход фильтра20 нижних частот соединен с первым информационным входом коммутатора, второй ин.- формационный вход которого соединен свыходом источника опорного напряжения, авыход коммутатора соединен с входом уп 25 равляемого генератора импульсов, выходвходного формирователя импульсов соединен с первым входом четвертого элементаИ, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и входом второго30 формирователя импульсов сброса, а выходчетвертого элемента И соединен с входомустановки в "0" второго триггера, выход которого соединен с входом установки в "0"первого триггера,35.оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Га аказ 654 ВНИИПИ Госу Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике, предназначено для умножениячастоты периодических сигналов и можетбыть использовано, например, в синхронизируемых синтезаторах периодических сигналов сложной формы, в фазометрах,фазорегуляторах,Известен умножитель частоты, содержащий генератор тактовых импульсов, основной делитель частоты, ключи, первый ивторой счетчики, две группы элементов И,управляемый делитель частоты, формирователь импульсов, управляемый генератор импульсов, фильтр нижних частот, фазовый 15детектор и дополнительный делитель частоты.Недостатком данного умножителя является низкая точность умножения в связи стем, что погрешность измерения каждого 2 Опериода входного сигнала не компенсируется соответствующей подстройкой частотыуправляемого генератора вследствие инерционности схемы фазовой автоподстройкичастоты, 25Известен также умножитель частоты,содержащий блок управленйя, генератортактовых импульсов, подключенный выходом к сигнальным входам первого и второгоключей, выходы которых соединены,со счет- ЗОными входами первого и второго счетчиковсоответственно, и коммутатор, подключенный выходом к установочному входу треть-:его счетчика, соединенного выходом свыходной шиной умножителя частоты, вхо- З 5дом управления установкой кода третьегосчетчика и входом делителя частоты, подключенного вьходом к первому входу фазового детектора, соединенного вторымвходом с выходом формирователя импульсов, а выходом - с входом фильтра нижнихчастот, подключенного выходом через управляемый генератор импульсов к счетномувходу третьего счетчика, причем вход формирователя импульсов соединен с шиной 45ввода умножаемой частоты, два регистра,при этом блок управления содержит тритриггера, два элемента И и два формирователя импульсов сброса, подключенные выходами к входам обнуления первого и 50второго счетчиков соответственно, входпервого формирователя импульсов сбросасоединен с выходом первого элемента И,свходом разрешения записи первого регистра и с входом обнуления первого триггера, 55подкл ючен ного входом установки в единицук выходу второго элемента И, к входу разрешения записи второго регистра и к входувторого формирователя импульсов сброса,а выходом - к управляющему входу коммутатора, соединенного информационными входами с выходами первого и второго регистров, информационные входы которых подключены к выходам первого и второго счетчиков соответственно, причем первый элемент И соединен первым входом с выходом второго триггера и с первым входом второго элемента И, а вторым входом - с управляющим входом второго ключа и с инверсным выходом и информационным входом третьего триггера, подключенного прямым выходом к второму входу второго элемента И и куправляющему входу первого ключа, а синхронизирующим входом - к выходу формирователя импульсов и к информационному входу второго триггера, соединенного синхронизирующим входом с выходом третьего счетчика,Недостатком этого умножителя является низкая точность умножения частоты, Причина этого недостатка заключается в следующем,В данномумножителе частоты длительность периода выходного сигнала равна Твых = КхТуг, где Мх - результат измерения 1-го периода входного сигнала Тх; Туг - значение длительности периода сигнала управляемого генератора (УГ),При изменении значения Мы происходит. скачкообразное изменение длительности периода выходного сигнала умножителя и, следовательно, возникает ошибка умножения. Эта ошибка устраняется соответствующимизменением длительности периода колебаний, генерируемых УГ, что осуществляется схемой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) УГ,Вследствие инерционности схемы ФАПЧ, которая характеризуется временем установления 1 увт частоты сигнала УГ при известной начальной расстройке Ь 1 р, погрешность умножения устраняется только по истечении времени 1уст, Инерционность схемы ФАПЧ в значительной мере определяется постоянной времени фильтра нижних частот, входящего в ее состав. Обычно круст Тх.Вместе с тем, при непрерывном.квантовании входного сигнала число квантующих импульсов йх в пределах каждого 3-го периода Тх = Тх не остается постоянным, а изменяется вследствие погрешности квантования,Погрешность квантования определяется следующим образом; 01= ТхвЙх-Тх = = ЛСн 1- Лъь где Тхв -период квантующих импульсов; Л 1 Н - временной интервал, равный части первого периода квантующего сигнала, находящийся вне измеряемого ин 1797113тервала Тх; Л 1 ь - интервал времени между последним квантующим импульсов и концом измеряемого периода Тх (Ермолов Р.С, Цифровые частотомеры. Л.: Энергия, 1973, с, 36), Значения Л 1 н и Л 1 изменяются в пределах интервала (О; Ткв и могут быть равны между собой только тогда, когда значения периодов Т и Ткв кратны. При этом погрешность квантования гтрк= О, В атом же случае возможно, что Лтн = О, а Л Ь = Та, или наоборот, Ль = Тка, а Ль = = О, Тогда погрешность квантования о с будет максимальной и равной - Т;При отрицательной погрешности квантования о.1 ее значение определяется дробной частью отношения Тх и Ткв и равно (Тх/Ткв) Тке, где (Тх/Ткв) дробная часть отношения Тх/Ткв Если значение. Л тн увеличивается, то соответственно увеличивается и значение Ли. Когда Лдостигает значения Ль = Ти продолжает увеличиваться, число квагнтующих импульсов Кх), находящихся в пределах измеряемого периода Тх 1, увеличивается на 1, а погрешность д 1 становится положительной и равной 71 = = Тка - О 1 - , Само значение Лщ+1) стайовитСя раВНЫМ Лтц+1) = Л Ь- Тка.Поскольку входной и квантующий сигналы независимы, то при непрерывном квантовании входного сигнала для первого измерения интервал Л Ь 1 будет случайным, а все последующие значения Ль и Л 1 и, включая значение Ль 1, определяются соотношением Тх и Ткв и изменяются вместе с номером измеряемого периода 1,Так,для ) = 2 значение Л 1 н 2 будет равно.Ьц и т,д,Таким образом, значения от изменяются вместе с номером измеряемого периода 1, и это является причиной разброса значений Йх даже при Тх = Тх. Диапазон разброса значений йх зависит от соотношения Тх и Тка, и его максимальное значение равно Й 1. Если результаты измерения смежных ПЕрИОдОВ Йх И Йх+1) ИМЕЮТ КрайНИЕ ЗкаЧЕНИя, тО йх. - Их(+1) = )2),При монотонном изменении частоты входного сигнала изменяется соотноаенив Тх и Т,а, а также от, В этом случае максимальное значение погрешности квантования (гтвах будет равно тп 1 а = + 1. Поэтому результаты измерения двух смежных пери- ОдОВ Мх И Икр+1) ТОЛЬКО Эа СЧЕТ ПОГрЕШНОСтИ квантования могут отличаться на 2,Период чередования отличающихся значений йх зависит от дробной части соотношения Т и Ти имеет максимальное значение 2 Т, например при (Тх/Тка) = 0,5 и Л гн 10,5 Та, В рассматриваемом умножителе часто. ты разброс значений результатов измерения каждого )-го периода сигнала Т приводит к возникновению погрешности умножения, В связи с тем, что минимальный период чередования отличающихся значений меньше времени установления частоты УГ схемой ФАПЧ, устранения погрешности умножения не происходит. В данном устройстве работа схемы ФАПЧ оказывается весьма неэффективной, что и является причиной низкой точности умножения частоты.Целью изобретения является повышение т 6 Чности умножения частоты. 5 10 15 Указанная цель достигается тем, что в умножитель частоты, содержащий входной формирователь импульсов, первый фазовый детектор, первый делитель частоты, фильтр нижних частот, коммутатор, управляемый геры, первый и второй формирователи импульсов сброса, ключ и. первый и второй элементы И, причем информационный вход 25 умножителя частоты через входной формирователь импульсов соединен с первым входом первого фазового детектора и с входом установки в единицу первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход первого делителя частоты 30 соединен с вторым входом первого фазового детектора, выход кОторого соединен с входом фильтра нижних частот, выход третьего триггера соединен с уп равлябщим входом коммутатора, выход первого элемента И соединен с входом первого формирователя импульсов сброса, выход которого соединен с входом установки в ноль первого счетчика; выход управляемого генератора 40 импульсов соединен со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным выходом умножителя частоты, дополнительно введены второй делитель частоты, реверсивный счетчик, второй фазовый детектор, источник опорного напряжения, дешифратор, элемент ИЛИ-НЕодновибратор и третий и четвертый элементы И, причем разрядные выходы первогосчетчика соединены соответственно с уста 50 новочными входами реверсивного счетчика вход вычитания которого соединен с выходом второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом сложения реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены соответственно с установочными входами второго счетчика, выход которого соединен со счетным входом 55 третьего счетчика, выход которого соединен с входом первого делителя частоты,выход которого соединен со старшим входным 20 генератор импульсов, первый, второй и третий счетчики, первый, второй и третий триг 179711310 20 25 30 35 40 45 50 55 разрядом дешифратора, остальные входные разряды которого соединены соответственно с разрядными выходами третьего счетчика, старший разрядный выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, выход второго фазового детектора соединен с первым входом элемента ИЛИНЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выхо дами дешифратора, выход второго формирователя импульсов сброса соединен с входом одновибратора и входами установки в ноль реверсивного счетчика и третьего триггера, вход установки в единицу которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, входом установки в ноль второго делителя частоты и выходом первого формирователя импульсов сброса, выход одновибратора соединен с входом стробирования дешифратора, выход управляемого генератора импульсов соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с входом второго делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход фильтра нижних частот соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения,а выход коммутатора соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход входного формирователя импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и входом второго формирователя импульсов сброса, а выход четвертого элемента И соединен с входом установки в ноль второго триггера, выход которого соединен с входом установки в ноль первого триггера.Повышение точности умножения частоты в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что дискретное регулирование частоты выходного сигнала умножителя осуществляется при помощи цепи пороговой обратной связи по отклонению частоты УГ от номинального значения, Если частота входного сигнала постоянна или изменяется в пределах полосы удержания схемы ФАПЧ, коэффициент деления второго счетчика, выход которого является выходом умножителя частоты, остается неизменным, а соответствующее изменение частоты выходного сигнала осуществляется только путем изменения частоты сигнала УГ. При изменении частоты входного сигнала в диапазоне, превышающем полосу удержаниясхемы ФАПЧ (диапазона возможной автоматической перестройки частоты УГ), осуществляется коррекция текущего значениякоэффициента деления, т.е. его увеличениеили уменьшение, с тем чтобы уменьшитьотклонение частоты УГ от номинальногозначения и предотвратить тем самым срывсинхронизации ФАПЧ, В процессе осуществления коррекции текущее значение коэффициента деления второго счетчикаизменяется последовательно на единицумладшего разряда,Цикл измерения длительности периода.входного сигнала осуществляется толькопри отсутствии синхронизации ФАПЧ, например после подключения к входу умножения частоты источника сигнала,Таким образом,у предлагаемого умножителя частоты при постоянной или изменяющейся в пределах полосы удержанияФАПЧ частоте входного сигнала погрешность умножения отсутствует, У прототипа вэтом случае максимальная абсолютная по. грешность умножения (скачок значения периода выходного сигнала) равна 2 Ту. Еслидиапазон изменения частоты входного сигнала превышает полосу удержания ФАПЧ,то вследСтвие осуществления коррекции текущего значения коэффициента делениявторого счетчика возникает погрешностьумножения, максимальное значение. которой равно Туг, что в два раза меньше, чем ваналогичной ситуации у прототипа. Крометого, период осуществления коррекции определяется только скоростью изменения частоты входного сигнала, в то время как у. прототипа изменение коэффициента деления определяется еще и погрешностьюквантования, Поэтому скачкообразное изменение частоты выходного сигнала у предлагаемого умножителя происходит реже,чем у прототипа.Сравнение свойств предлагаемого умножителя частоты и прототипа свидетельствует о наличии положительного эффекта -повышения точности умножения.На фиг,1 изображена блок-схема умножителя частоты; на фиг.2. 3 - временныедиаграммы сигналов, поясняющие его работу,Умножитель частоты содержит входнойформирователь 1 импульсов, источник .2опорного напряжения. первый и второйтриггеры 3 и 4 соответственно, четвертыйэлемент И 5, фильтр 6 нижних частот, коммутатор 7, управляемый генератор 8 импульсов, второй формирователь 9импульсов сброса, первый и второй фазовые детекторы 10 и 11 соответственно, элемент ИЛИ-НЕ 12, третий триггер 13. ключ 14, первый делитель 15 частоты, первый, второй и третий элементы И 16, 17 и 18 соответственно, первый формирователь 19 импульсов сброса, второй делитель 20 частоты, третий счетчик 21, дешифратор 22, одновибратор 23, второй счетчик 24, реверсивнь 1 й счетчик 25 и первый счетчик 26. Информационный вход умножителя частоты через входной формирователь 1 импульсов соединен с первым входом первого фазового детектора 10 и с входом установки в единицу первого триггера 3, Выход первого триггера 3 соединен с управляющим входом ключа 14. Выход первого делителя 15 частоты соединен с вторым входом первого фазового детектора 10, выход которого соединен с входом фильтра 6 нижних частот, Выход третьего триггера 13 соединен с управляющим входом коммутатора 7, Выход первого элемента И 16 соединен с входом первого формирователя 19 импульсов сброса, выход которого соединен с входом установки в ноль первого счетчика 26. Выход управляемого генератора 8 импульсов соединен со счетным входом второго счетчика 24, выход которого соединен с информационным выходом умножителя частоты. Разрядные выходь 1 первого счетчика 26 соединены соответственно с установочными входами реверсивного счетчика 25, вход вычитания которого соединен с выходом второго элемента И 17, Выход третьего элемента И 18 соединен с входом сложения реверсивного счетчика 25,разрядные выходы которого соединены соответственно с устайовочными входами второго счетчика 24, Выход второго счетчика 24 соединен со счетным входом третьего счетчика 21, выход которого соединен с входом первого делителя 15 частоты. Выход делителя 15 соединен со старшим входным разрядом дешифратора 22, остальные входные разряды которого соединены соответственно с разрядными выходами третьего счетчика 21. Старший разрядный выход третьего счетчика 21 соединен с первым входом второго фазового детектора 11, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 10, Выход второго фазового детектора 11 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 12, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера 13, Выход элемента ИЛИ-НЕ 12 соединен с первыми входами первого, второго й третьего элементов И 16, 17 и 18. соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выхо 10 15 20 мационный вход которого соединен с 25 30 40 50 55 дами дешифратора 22, Выход второго формирователя 9 импульсов сброса соединен с входом одновибратора 23 и входами установки в ноль реверсивного счетчика 25 и третьего триггера 13, вход установки в единицу которого соединен с входом установки в единицу второго триггера 4, входом установки в ноль второго делителя.20 частоты и выходом первого формирователя 19 импульсов сброса. Выход одновибратора 23 соединен с входом стробирования дешифратора 22, Выход управляемого генератора 8 импульсов соединен с информационным входом ключа 14, выход которого соединен с входом второго делителя 20 частоты, выходом соединенного со счетным входом первого счетчика 26, Выход фильтра 6 нижних частот соединен с первым информационным входом коммутатора 7, второй инфорвыходом источника опорного напряжения 2, Выход коммутатора 7 соединен с входом управляемого генератора 8 импульсов. Выход входного формирователя 1 импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И 5, второй вход которого соединен с выходом первого триггера 3 и входом второго формирователя 9 импульсов сброса, Выход четвертого элемента И 5 соединен с входом установки в ноль второго триггера 4,выход которого соединен с входом установки в ноль первого триггера 3,Умножитель частоты работает следующим образом.Входной формирователь 1 импульсов преобразует входной сигнал в последовательность прямоугольных импульсов(фиг.2 б) с нормированными значениями уровня и длительности перепада, Эти импульсы поступают нэ второй вход первого фазового детектора 10, а также на тактовый вход первого триггера 3 и второй вход четвертого элемента И 5. Пусть в исходном состоянии, до поступления импульсов с выхода формирователя 1, первый триггер 3 находится в состоянии логйческОго нуля, а второйтриггер 4 и третий триггер 13 - в состоянии логической единицы. При этом ключ 14 будет закрыт, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 12 формируется сигнал логического нуля, источник 2 опорного напряжения подключен коммутатором 7 к входу управляемого генератора (УГ) 8, Напряжение источника 2 равно такому значению, при котором частота сигнала управляемого генератора 8 равна номинальному значению (среднему значению частоты рабочего диапазона). Предположим, что запись информации в первый триггер 3 и установка в ноль второго триггера 4, осуществляется положительным перепадом уровня (фронтом) соответствующего сигнала,С поступлением первого импульса с выхода формирователя 1 положительным перепадом в первый триггер 3 осуществляется запись логической единицы. Формирующимся на выходе триггера 3 положительным перепадом уровня сигнала, через открытый четвертый элемент И 5, осуществляется обнуление второго триггера 4. Ключ 14 открывается, и импульсы с выхода управляемого генератора 8 через второй делитель 20 частоты поступают на счетный вход первого счетчика 26 импульсов.С поступлением второго импульса с выхода формирователя 1 в первый триггер 3 осуществляется запись логического нуля, Отрицательным перепадом уровня сигнала (спадом), формирующимся при этом на выходе триггера 3, запускается второй формирователь 9 импульсов сброса, на выходе которого через интервал времени т равный времени задержки установки кода на установочных входах реверсивного счетчика 25 после того, как ключ 14 будет закрыт, формируется импульс сброса. Этим импульсом осуществляется перепись кода измеренного периода входного сигнала Мх из первого счетчика 26 в реверсивный счетчик 25, обнуление третьего триггера 13 и запуск одновибратора 23. После обнуления триггера 13 вход управляемого генератора 8 коммутатором 7 подключается к выходу фильтра б нижних частот. Элемент ИЛИ-НЕ 12 открывается, и далее сигнал нэ его выходе будет определяться выходным сигналом второго фазового детектора 11.После запуска одновибратора 23 на его выходе формируется импульс, блокирующий дешифратор 22, Длительность блокирующего импульса тб, определяется постоянной времени схемы ФАПЧ и равна времени установления частоты сигнала управляемого генератора 8 примаксимально возможной начальной разности частот сигналов на входах первого фазового детектора 10, обусловленной погрешностью измерения периода входного сигнала,Число импульсов М, поступившее на вход первого счетчика 26 зэ период входного сигнала Т равноМх =фЛСн ЛЬ)+Тх/ТоКумн =Тх/ТоКумн где Т 0 - номинальное значение период колебаний, формируемых управляемым генератором 8; Льн - часть периода квантующего сигнала, находящегося вне измеряемого интервала Тх. Л Ь, - часть периода квантующего синала, находящегося между последним вэнтующим импульсом в пределах интервала Тх и концом этого интервала; Кумн - коэффициент умножения частоты, равный коэффициенту делениявторого делителя 20,5 После записи кода И в реверсивныйсчетчик 25 коэффициент деления счетчика24 становится равным Их На его выходе,который является выходом умножителя частоты, формируется сигнал с периодом Тмх,10 равным Т,ы= Т 0Мх = Тх/Кумн. Таким образом, данное устройство осуществляет деление периода входного сигнала или, что тоже самое, умножение частоты,Так как код йх является приближенным15 значением аналоговой величины Тх, то значение Твоих будет формироваться с погрешностью оумн, равной оумн =Т,ы - Т,/Кумн.Устранение погрешности умножениягумн осуществляется соответствующей под 20 стройкой частоты управляемого генератора8, т,е. изменением значения Ту относительно номинального Т 0 до достижения точногоравенства Твых = Тх/Кумн = Туг Их, где Туг -текущее значение частоты сигнала управля 25 емого генератора 8,Подстройка частоты управляемого генератора 8 выполняется схемой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), в составкоторой входят третий счетчик 21, первый30 делитель 15 частоты, первый фазовый детектор 10 и фильтр 6 нижних частот. Счетчик 21имеет коэффициент деления Кумн/2, а делитель 15 частоты - 2.Процесс подстройки частоты управляе 35 мого генератора 8 осществляется следующим образом, На первый и второй входыфазового детектора 10 поступают сигналысоответственно с выхода делителя 15(фиг.2 э), частота которого равна Ьых/Кумн, и40 с выхода формирователя 1, частота которогоравна 1 х (фиг.2 б). На выходе фазового детектора 10, при условии, что схема ФАПЧ работает в режиме установившегося захватачастоты, формируется последовательность45 однополярных импульсов с частотой 21 х(фиг,2 в). Скважность этих импульсов О зависит от сдвига фаз входных сигналов гр иоднозначно определяет уровень постоянной составляющей выходного сигнала фазового детектора 10. Постояннаясоставляющая выделяется фильтром б нижних частот и через коммутатор 7 поступаетна управляющий вход генератора 8. Всякоеизменение частоты входного сигнала 1 х вызы 55 вает соответствующее изменение уровня постоянной составляющей и соответствующееизменение частоты сигнала генератора 8.Если частота входного сигнала 1 хпри текущем значении кола М, не равнагхвых/Куцн, но находится в пределах полосы захвата, схема ФАПЧ обеспечивает. синхронизацию управляемого генератора 8входным сигналом умножителя и тем самымустановление равенства частот на входахпервого фазового детектора 10, В процессеработы схема ФАПЧ отслеживает изменения частоты входного сигнала умножителя впределах полосы удержания; При этом кодй не изменяется и погрешность умноженияне возникает,При .плавном изменении частоты входного сигнала 4 в диапазоне, превышающемполосу удержания схемы ФАПЧ, для предотвращения срыва синхронизации осуществляется коррекция текущего значения кодайх. Коррекция выполняется путем увеличения или уменьшения числа Мх последова-.тельно на единицу младшего разряда так,чтобы отклонение Л 1 частоты сигнала генератора 8 от номинального значения 1 о = 1/Тоуменьшалось и йе превышало границ полосы удержания,.Коррекция значения кода Мх осуще-.ствляется схемой, содержащей второйфазовый детектор 11; стробируемый дешифратор 22, элементы И 17 и 18, элементИЛИ-НЕ 12.Осуществление коррекции кода Кх основано на том, что граничным значениямполосы удержания (или полосы захвата) соответствуют определенные граничные значения скважности импульсов Йр.щах иОгр,юп, формирующихся на выходе фазового детектора 10; а также на том, что временное положение этих импульсов связано свременным положением импульсов, формирующихся на выходе старшего разрядасчетчика 21. Взаимное положение данныхимпульсов определяется как режимом работы схемы ФАПЧ, так и свойствами первогоделителя 15 и генератора 8.Предположим, что перепад уровня.сигнала на выходе первого делителя 15(фиг,2 а)формируется при положительном перепадеуровня сигнала на его входе (фиг.2 г), а частота управляемого генератора 8 имеет такую зависимость от управляющегонапряжения, при которой знак приращениячастоты совпадает со знаком приращенияуправляющего напряжения (таким свойством обладает, например,С-генератор с варикапом в контуре).Синхронизация управляемого генератора 8 входным сигналом умножителя осуществляется схемой ФАПЧ только приоднозначной связи сдвига фаз входных сигналов фазового детектора 10 с постояннойсоставляющей сигнала на его выходе.25 щего на его первый вход (фиг,2 а), будет располагаться внутри интервала л", 2 л . При этом положительные перепады уровней сигналов, формирущихся на выходе фазового детектора 10 и на выходе старшего разряда 30 счетчика 21, будут совпадать во времени,Определение временного положенияимпульсов, формирующихся на выходе фазового детектора 10, относительно сигнала, формирующегося на выходе старшего раз ряда счетчика 21, осуществляется вторымфазовым детектором 11. На его выходе формируется последовательность импульсов (фиг,2 д), временное положение которых относительно импульсов, формирующихся на 40 выходе старшего разряДа счетчика 21 45 Предположим, что сдвиг фазы сигнала. поступающего на второй вход фазового детектора 10 (входного сигнала умножителя), относительно сигнала; поступающего на его первый вход, равен дЪ= Зл/2, В этом случае50 нэ выходе фазового детектора 10 формиру. ются импульсы со скважностью О, = 2, которые синфазны импульсам, формирующимся на выходе старшего разряда счетчика 21, При этом на выходе второго фазового де 55 тектора 11 устанавливается сигнал логической единицы, э на выходе элементаИЛИ-НЕ будет сигнал. логического нуля, которым элементы И 16, 17 и 18 удерживаются в закрытом состоянии,10 15 20 У обычного фазового детектора (пере- множителя сигналов) такая связь имеет место в ограниченном интервале значений фазовых сдвигов - О; л) или л;2 д. В диапазоне фазовых сдвигов О: 2 л) результат фазового детектирования неоднозначен, Например, у фазового детектора, выполненного на логической схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, зависимость постоянной составляющей выходного сигнала от сдвига фаз входных сигналов имеет вид треугольника с максимумами в точках 0 и 2 л и минимумом в точке Уг. Поэтому рабочий диапазойфазовых сдвигов входных сигналов фазового детектора в режиме установившегося захвата частоты может располагаться только внутри одного из интервалов - О; л) или т; 2 к), который определяется зависимостью частоты сигнала управляемого генератора от управляющего напряжения, В данном устройстве, при указанной выше зависимости, диапазон фазовых сдвигов сигнала на втором входе фазового детектора 10 (фиг.2 б) относительно сигнала, поступаю(фиг,2 г), зависит от выходного сигнала фазового детектора 10, т.е, от сдвига фаз еговходных сигналов,При плавном уменьшении частоты входного сигнала 1 (фиг,2 б) фазовый сдвиг рг увеличивается, Это приводит к уменьшению СКВажНОСтИ (УВЕЛИЧЕНИЮ ДЛИтЕЛЬНОСтИ Ти 1) импульсов на выходе фазового детектора 10 (фиг.2 в) и появлению отрицательных импульсов на выходе второго фазового детектора 11 (фиг.2 д), Спад этих импульсов совпадает с отрицательным перепадом уровня выходного сигнала старшего разря да счетчика 21, а временное положение фронта зависит от скважности импульсов Ог, поступающих с выхода фазового детектора 10, ДЛИтЕЛЬНОСтЬ Тиг ЭТИХ ИМПУЛЬСОВ раВНа Ти 2 =Ти 1 - Тном = То (1/2 О, - 0,25), где Ти 1 - длительность импульсов, поступающих с выХОДа ПЕРВОГО фаЗОВОГО ДЕтЕКтОРа 10; Тном - дЛИтЕЛЬНОСтЬ ИМПУЛЬСОВ Т,1 ПрИ Ог = 2.На выходе 3 дешифратора 22, с периодом То, формируются стробирующие импульсы (фиг,2 ж), фронт которых опережает фронт импульсов, поступающих с выхода второго фазового детектора (фиг,2 д), на время не менее тр пРи%аТгрг = То (1/2 Огр.ыо - 0,25). Значение 1 р определяется быстродействием цифровых элементов умножителя (длительностью импульсов, при которой обеспечивается нормальная работа этих элементов), Спад стробирующих импульсов запаздывает относительно спада импульсов, поступающих с выхода старшего разряда счетчика 21, на время Ър 2 Тгр 2.Когда скважность импульсов на выходе первого фазового детектора 10 достигает ГраНИЧНОГО ЗНаЧЕНИя О, = Огр.п,1 о, дЛИтЕЛЬ- ность импульсов на выходе второго фазового детектора 11 становится равной Тиг = Тгр,2 И ОНИ НаЧИНаЮт ПЕрЕКрЫВатЬСя ВО времени со стробирующими импульсами, 40 поступающими с выхода 3 дешифратора 22. На выходе элемента И 18 начинают формироваться корректирующие импульсы (фиг,2 и), которые поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 25, После 45 прихода первого импульса текущее значение кода М, содержащегося в реверсивном счетчике 25, увеличивается на единицу, В результате период следования импульсов на выходе счетчика 24 (выходе умножителя) Твых увеличивается на ЬТ = Туг; Периодследования импульсов на выходе делителя 15 также увеличивается, и фазовый сдвиг входных сигналов рг первого фазового детектора 10 уменьшается, На выходе второго 55 фазового детектора 11 скважность импуль- СОВ УВЕЛИЧИВаЕтСЯ (ДЛИтЕЛЬНОСтЬ Тиг УМЕНЬ- шается),.Если значение скважности импульсов на выходе фазового детектора 10 О, становится больше граничного значения ОгЙр,гпьто импульсы, поступающие с выхода 3 дешифратора 22, не будут перекрываться во времени с йм пульсами, формирующимися на выходе второго фазового детектора, Формирование корректирующих импульсов прекращается, и на выходе элемента И 18 устанавливается уровень логического нуля.Предположим, что частота входного сигнала умножителя 1 плавно увеличивается (период Тх уменьшается), В этом случае фазовый сдвиг сигналов рг, поступающих на входы фазового детектора 10, уменьшается, При грг3 й/2 на выходе фазового детектора 11 формируются отрицательные импульсы, фронт которых совпадает со спадом импульсов, поступающих с выхода старшего разряда счетчика 21, а временное положение спада определяется скважностью выходных импульсов первого фазо- ВОГО дЕтЕКтара 10, ДЛИтЕЛЬНОСтЬ Ти 2 Этик импульсов в данном случае будет равна Ти 2 = Тном - Ти 1 = То (0,25 - 1/2 Ог)На выходе 2 дешифратора 22, с периодом То, формируется последовательность стробирующих импульсов (фиг.2 е), спад которых запаздывает относительно спада импульсов, поступающих со второго фазового детектора 11 (фиг,2 д), на время не менее тр (как и в предыдущем случае) при Ти 2Тгр 2 .= То (0,25- 1/2 Огрлэ) Ф ронт стробирующих импульсов опережает спад импульсов, формирующихся на выходе старшего разряда счетчика 21, на время 1 гр 1Тгр 1 .Когда.скважность импульсов на выходе первого фазового детектора 10 достигает граничного значения Огр.ва, длительность ИМПУЛЬСОВ Тиг, ПОСтуПаЮщИХ С ВЫХОда Втсрого фазового детектора, становится равнсй Ти 2 =Тгр 1 и Они пЕРЕкРываютСЯ вО времени с импульсами, поступающими с выхода 2 дешифратора 22, На выходе элемента И 17 формируются корректирующие импульсы, поступающие на вычитающий вход реверсивного счетчика 25.После поступления корректирующего импульса текущее значение кода Й уменьшается на единицу, вследствие чего период следования импульсов на. выходе второго счетчика 24 (выходе умножителя) уменьша-. ется на ЬТ = Туг, Соответственно уменьшается период следования импульсов на выходе первого делителя 15, и фазовый сдвиг сигналов на входах фазового детектора 10 увеличивается, Если значение скважйости Ог становится меньше граничного значения О, Огр.щз, то формирование корректирующих импульсов прекращается.20 30 35 40 50 Таким образом, при монотонном изменении частоты входного сигнала в пределах, превышающих границы полосы удержания ФАПЧ, осуществляется корректировка кода й, путем последовательного изменения его значения на единицу. Максимальная абсолютнаяя погрешность умножения, возникающая при этом, равна о 1= Туг.Предположим, что частота входного сигнала находится вне границ полосы захвата ФАПЧ и, следовательно, синхронизация управляемого генератора 8 отсутствует. В этом случае фазовый сдвиг сигналов, поступающих на входы фазового детектора 10, будет периодически изменяться в диапазоне О 2 л)Когда текущее значение фазового сдвига будет находиться за пределами рабочего диапазона, т.е. игр.пь р О и 2 л.р рр.пх, то в пределах временного интервала Л 1 = т, (фиг.Зе). одна из границ которого опережает фронт импульсов, формирующихся на выходе старшего разряда счетчика 21, на время гоо = Тр/4 - хгр 2, а вторая граница запаздывает относительно того же фронта на время т -=Т,/4 - тр 1, выхоДной сигнал втоРого фазового детектора 11 будет иметь уровень логического нуля (фиг.Зд), Соответственно, в пределах интервала Л с, на выходе схемы ИЛИ-НЕ 12 (и первом входе элемента И 16) будет сигнал логической единицы, В этом же временном интервале элемент И 16 открывается положительным импульсом, формирующимся на выходе 1 дешифратора 22 (фиг,Зе). Частота следования импульсов, формирующихся на выходе 1 дешифратора 22, равна 1 стр = 2/То.Фронтом первого сформировавшегося на выходе элемента И 16 положительного импульса (фиг,Зж) запускается первый формирователь 19 импульсов сброса. Этим импульсом осуществляется обнуление второго делителя 20 частоты и первого счетчика 26 импульсов, а также установка в:единицу второго и третьего триггеров 4 и 13 соответственно, Элемент ИЛИ-НЕ закрывается, и на его выходе устанавливается сигнал логического нуля, которым блокируется формирование импульсов на выходах элементов И 16, 17 и 18, Управляющий вход генератора 8 коммутатором 7 подключается к источнику 2 опорного напряжения,В результате этих действий схема измерения длительности периода входного сигнала умножителя Тподготавливается к выполнению цикла измерения. Фронтом первого поступившего с выхода формирователя 1 импульса триггер 3 устанавливается в состояние логической единицы и т,д., в соответствии с процедурой измерения периода входного сигнала, описанной ранее,Неизбежная погрешность измерения длительности периода входного сигнала в и редлагаемом умножителе частоты определяет только начальную расстройку Л 1 частот на входах первого фазового детектора 10, У прототипа, как было показано ранее, погрешность измерения периода входного сигнала непосредственно является причиной возникновения погрешности умножения. Поэтому допускаемая максимальная погрешность измерения периода входного сигнала (зависящая от соотношения частот входного и квантующего сигналов) у предлагаемого умножителя может быть больше, чем у прототипа, Это обстоятельство обусловливает наличие дополнительного положительного эффекта - расширения рабочего диапазона в сторону высоких частот,При равенстве допустимых значений погрешности умножения, в общем случае, частота входного сигнала у предлагаемого умножителя может быть в 2 раза выше, чем у прототипа (ограничивается погрешностью умножения, возникающей из-за дискретности коэффициента деления управляемого делителя частоты). Если частота входного сигнала постоянна, то расширение рабочего диапазона частот может быть еще более существенным. В этом случае погрешность измерения длительности периода входного сигнала ограничивается только полосой захвата ФАПЧ, значение которой обычно составляет единицы процентов,Формула изобретения Умножитель частоты, содержащий входной формирователь импульсов, первый фазовый детектор, первый делитель частоты, фильтр нижних частот, коммутатор, управляемый генератор импульсов, первый, второй и третий счетчики, первый, второй и третий триггеры, первый и второй формирователи импульсов сброса, ключ и первый и второй элементы И, причем информационный вход умножителя частоты через входной формирователь импульсов соединен с первым входом первого фазового детектора и с входом установки в "1" первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход первого делителя частоты соединен с вторым входом первого фазового детектора, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход третьего триггера соединен с управляющим входом коммутатора, выход первого элемента И соединен с входом первого формирователя импульсов сброса, выход которого соединен с входом установки в "0" первого