Умножитель частоты

(088,8), пв делам изобретеиий и открытийОпубликовано 30.06.80. Бюллетень М 24 Дата опубликования описания 30.06.80(71) Заявитель Ивановский энергетический институт им, В, И. Ленина(54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использо.вано в устройствах, требующих повышениячастоты электрических сигналов,Известно устройство для умножения частот,содержащее триггеры, элементы И, генераторуправляемой частоты, делитель частоты, и-разрядные суммирующие и выппающие счетчики,осуществляющие преобразование входной час.тоты умножителя в цифровой код 111.Однако преобразование частоты в цифровойкод сопровождается погрешностью, пропорцио.нальной величине дискретности сигнала, запол.няющего и-разрядные вычитающие счетчики.Поэтому, обеспечивая дальнейшее расширениечастотного диапазона и повышенное быстродей.ствие, такой умножитель отличается йедостаточ.ной точностью умножения, а также сложностьютехнической реализации,Наиболее близким техническим решением кпредлагаемому изобретению является умножитель частоты, содержащий управляемый генератор, делитель частоты, выход которого соеди.нен с первым вхощм первого элемента И и,через элемент задержкй, с первым-входомпервого триггера, первый выход которого под.;ключен ко второму входу первого и первомувходу второго элементов И, второй выход пер.вого триггера подключенк первым входам5третьего и четвертого элементов И, второйвход первого триггера через второй элементзадержки соединен со входом устройства и вто.рым входом третьего элемента И, выходы первого и третьего элементов И подключены, со.10ответственно, к первому и второму входамвторого триггера, выходы которого подйлюче.ны, соответственно, ко вторым входам второгои четвертого элементов И, выход которого15подключен к первому входу интегратора, вы.ход которого подключен ко входу управляемо.го генератора, выход которого соединен с выходом умножителя и входом делителя частоты 12),Недостатком умножителя является низкаяточность и ограниченный диапазон коэффициен.,тов умножения.Цель изобретения - повышение точностии расширение диапазона умножения.569 4 О 15 20 25 30 35 40 45 50 553 744Цель изобретения достигается тем что умножитель содержит первый и второй элементыНЕ,пятый и шестой элементы И и одновибра.тор, вход которого подключен ко входу умножителя, выход - к первому входу пятого эле.5мента И и,через первый элемент НЕ, к перво.му входу шестого элемента И, выход которогоподключен к первому входу интегратора, вто.рой вход которого подключен к выходу пято.го элемента И, второй вход которого подклю.чен к выходу второго элемента И и входу второго элемента НЕ, выход которого подключенко второму входу шестого элемента И,На фиг. 1 представлена блок-схема умножителя частоты; на фиг, 2 - направленный граф;на фиг, 3 - временная диаграмма работы эле.- мейтов уйнокителя.Умножитель частоты содержит делитель 1частоты, выходом соединенный с первым входом элемента 2 И и, через элемент задержки 3,с первым входом триггера 4, второй вход которого связан через элемент 5 задержки с вхо-дом умножителя и первым входом элемента6 И, Первый выход триггера 4 подключен к .вторым входам элементов 2 и 7 И, а второй,выход - ко вторым входам элементов 6 и8 И. Выходы элементов 2 и 6 И подключенык входам триггера 9, первым выходом соеди. ненного с первым входом элемента 7 И, авторым выходом - с первым входом элемента8 И, Выход элемента 7 И подключен ко второму входу элемента 10 И, и через инвертор11, к второму входу элемента 12 И.Первый вход элемента 12 И через инвертор13 связан с первым входом элемента 10 И ивыходом одновибратора 14, вход которогоподключен к входу умножителя. При этом, выход элемента 10 И соединен с прямым входоминтегратора 15, а выходы элементов 8 и 12 Исвязаны с инверсным входом интегратора 15,выход которого подключен к входу управляемого генератора 16. Выход генератора 16 со.единен с входом делителя 1 частоты.Умножитель частоты работает следующимобразом.В исходном состоянии на первых выходахтриггеров 4 и 9 присутствуют нулевые потенциалы. Эти состояния триггеров принимаютза нулевые, а состояние, когда нулевые потенциалы присутствуют на вторых выходах этихтриггеров, принимают за единичные. На направленном "графе (фиг. 2) эти состояния обозначены через 1 и 0 и показаны в кружках, астрелками обозначены переходы из одного состояния в другое под действием отдельных импульсов А или Б. Общее состояние схемы, когда оба триггера в нулевых состояниях, обозна.чено цифрой 17, В этом состоянии на элемент6 И с выхода триггера 4 подается сигнал за прета, поэтому импульс А входной частоты не пропускается на вход триггера 9. Этот импульсчерез промежуток времени т, сформированныйэлементом 5 задержки, переключает триггер 4в единичное состояние, На направленном графеэто соответствует переходу из состояния 17 всостояние 18, В этом состоянии с выхода триг.гера 4 подается сигнал запрета наэлемент 2 И,поэтому импульс Б частоты обратной связи не проходит через элемент 2 И на вход триг. гера 9, Однако, через промежуток времени т,сформированный элементом задержки 3, он изменяет состояние триггера 4 (переход .из сос.тояния 18 в 17 на направленном графе), под.готавливая запрет импульсу А на прохождениечерез элемент 6 И, Таким образом, чередова.нйе входных А и обратной связи Б импульсовприводит к переключению триггера 4, состоя.ние триггера 9 при этом не меняется. Приходподряд двух импульсов (например входных) приводит к такому состоянию, когда в моментпоявления входного импульса А на одном извходов элемента 6 И, на другом присутствуетразрешающий потенциал. В этом случае триггер9 переключается в единичное состояние, Этосоответствует переходу из состояния 18 в 19,Величина широтно-импульсного сигнала свыхода триггера 4, когда он переходит иэ сос.тояння 17 в состояние 18 и обратно, а такжеиз состояния 19 в состояние 20 и обратно,пропорциональна фазовому рассогласованиючастот А и Б, Триггер 9 переключается с приходом подряд двух одноименных импульсов,т, е, с изменением знака фазового рассогласования, Таким образом, триггер 4 определяетвеличину, а триггер 9 выявляет знак фазовогорассогласования,В установившемся режиме широтно-импульсный сигнал с выхода триггера 4 подается с помощью элемента 7 И на вход элемента 10 И,где суммируется с постоянным по длительное. ти сигналом одновибратора 14, который запускается каждым импульсом А входной частоты, Кроме того, инвертированные широтно. импульс. ный иодновибратора сигналы суммируются элементом 12 И, Суммарные сигналы с выхода элементов 10 И и 12 И подаются на прямой и инверсный входы интегратора 15 соответственно, Сложение этих сигналов поясняется вре. меиной диа;раммой (фиг. 3), где цифрами обозначены сигналы с выходов соответствующихэлементов блок схемы, показанной на фиг. 1,На первом участке диаграммы длительностьширотно-импульсного сигнала 7 несколько боль ше длительности импульсов одновибратора 14и на прямой вход интегратора 15 подаются уз.кие импульсы 10, При суммировании инвертироманных широтно. импульсного 1 1 и одновиб.ратора 13 сигналов на инверсный вход юпег5 б 9 6 напряжения интегратора, накопленного за время 50 Я 5 . 744рзтора подается нулевой сигнал 12. С выходаинтегратора 15 снимается постоянное напряжение, при котором управляемый генератор генерирует импульсы с частотой 1 вй, где 1 вх -частота входных импульсов, М - коэффициентделения делителя 1 частоты, Как видно из диаграммы (фиг. 3), величина фазового рассогласования импульсов А и Б в установившемсярежиме равна длительности импульсов одновибратора. При увеличении, по каким-либо причи.нам, величины фазового рассогласования им.пульсов А и Б увеличивается длительность им-пульсов 10 на прямом входе интегратора 15,а уменьшение рассогласования приводит к исчезновению импульсов 10 и появлению импульсов 12 (П участок временной диаграммыфиг. 3) на инверсном входе интегратора,Следовательно, выходное напряжение интег.ратора и частота управляемого генератора 1 бизменяются в необходимую сторону до тех пор,пока величина фазового рассогласования нестанет равной длительности импульсов одновибратора 14,При резком изменении входной. частоты изменяется знак фазового рассогласования, и наинверсный вход интегратора 15 подается широтно.импульсный сигнал с выхода элеЬента 8 И,изменяя в необходимую сторону напряжениеинтегратора и частоту управляемого генератора.Благодаря этому, в схеме умножителя исклю.чается режим биений и устраняется опрокидывание регулирования. Исключение цепи тактования из схемы известного устройства дляумножения частот и введение одновибратораи дополнительных логических элементов И поз- Зволяет в установившемся режиме работы умножителя значительно уменьшить длительностьимпульсов, поступающих на интегратор 15, чтообеспечивает уменьшение пульсации выходногонапряжения интегратора и увеличение равномерности выходной частоты умножителя (точностьумножения). При этом в противоположностьизвестному), на вход триггера 4 поступаютдве последовательности импульсов с фазовымсдвигом, по времени равным длительности импульсов одновибратора, что значительно большевеличины Г. Это обеспечивает нормальную ра.боту умножителя, а именно исключает одновременный приход импульсов на вход тригге/ра 4 при значительных внешних возмущениях,вызывающих фазовый сдвиг поступающих последовательностей имйульсов. Из временных диаграмм на фиг, 3 видно, что длительность вход.ных импульсов интегратора 15 не зависит отвремени Г, а определяется в установившемсярежиме только величиной утечки напряженияна интеграторе. Ввиду того, что в предлагае.мом умножителе утечка напряжения интеграто.ра не должна обеспечивать расход (списывание) Г, как это делается в известном, то, конструктивно, интегратор может выполняться с ве. личиной утечки напряжения на порядок мень.шей, чем в противопоставляемом устройстве,что улучшает точность Умножения Исключение цепи тактования устраняет так.же зону нечувствительности в замкнутом кон.туре регулирования схемы умножителя. Благодаря этому, понижение входной частоты умно.жителя не приводит к искажению фазового ф.положения импульса входного сигнала и увеличению неравномерности выходной частоты,Устойчивость умножителя в этом случае увеличивается.Таким образом, исключение из схемы умножителя цепи тактования и введение новых эле.ментов - одновибратора, инверторов и допол.нительных элементов И позволяет повыситьточность и расширить диапазон коэффитщентовумножения умножителя, Сравнительные испытания данного устройства с известным устройством показали, что введение новых элементовдает возможность обеспечить мгновенную точ.ность умножения частоты не хуже 0,01% в диапазоне изменения коэффициентов умноженияот 20 до 1000,Формула изобретенияУмножитель частоты, содержащий управляемый генератор, делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и, через элемент задержки, с первым входом первого триггера, первый выход кото. рого подключен ко второму входу первого и первому входу второго элементов И, второй выход первого триггера подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И,второй вход первого триггера через второй элемент задержки соединен со входом устройстваи вторым входом третьего элемента И, выходы первого и третьего элементов И подключены,соответственно, к первому и второму Входам второго триггера, выходы которого подключе. иы, соответственно, ко вторым входам второго и четвертого элементов И, выход которого подключен к первому входу интегратора, выход которого подключен ко входу управляемого генератора, выход которого соединен с выходом умножителя и входом делителя частоты, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона умножения умножителя, он содержит первый и вто. рой элементы НЕ, пятый и шестой элементы И и одновибратор, вход которого, подключен ко входу умножителя, выход - к первому входу пятого элемента И и, через первый элемент НЕ, к первому входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу интеграИ. Нанкин Григору еда Тираж 751 Под КИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий 13035, Москва., Ж, Раушская наб.,к аз 3794/13 писноеСР 5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 7тора, второй вход которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход которо.гоподключен к выходу второго элемента И и входу второго элемента НЕ, выход которого подключен.ко второму входу шестого элемента И. 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР И 404085,кл. 6 06 Р 7/39, 1973.2. Авторское свидетельство СССР по заявке1 М 2183038. кл 6 06 Р 7/39 з 201075