Цифровой умножитель частоты

Е твев Ь ЧАСТОЧЪ оси то ння.ение точносим решенипировой вщнй упрвв- рмвцнонс выхода льсов, выходупрввляюИзобретение отн тся к области вычислительной техники н может быть использовано для умножения ниакнх н информационных частот.Известные цифровые умножнтели инфра- низких и ннзкнх частот 1 обладают су 5 щественной погрешностью умножении, обусловленной, нвпример, нвлнчием пос янной составляющей,в выходном сигнвле усилителя-огрвничнтеля. Уменьшенне данной10 погрешностн делением чвс 1 очы ухудщвет временные харвктерйстикн преобразования (уменьшвется быс цюдействие).Наиболее близким техннческ ем к предлвгаемому являетсяумножнтель часточы, содержляемый делитель часточы, ннфо ные входы которого соеданены ми счетчика, генератор нмпукоторого подключен к первому щему входу управляемого делителя чвс точы, формирователь импульсов, входом соединенный с выходом управляемого делителя частоты н входом первого трвггерв, выход кочорого является выходом умножнтеля часточы, выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу управляемого делнтеля чвсчочы, элемент И, первый вход которого соедннен с выходом второго триггера, усилитель, вход которого являечся входом умножнтеля, вы ходы уснлнтеля подключены ковходам вмцлнтудых дискрнминвторов 21Недостаток усчройствв заключается в высокой погрешности умножеБель изобретения - повышта умножителя чвстоъи.Цель достигается тем, ччо умножнтель содержит два злементв ИЛИ, два дополнительных счетчнка и дешнфрачор, прячем выходы амплитудных дискрнмннвторов подключены ко входам первого злементв ИЛИ, выход которого подключен к первым входам второго триггера н первого дополннтельного счетчнкв, второй вход которого подключен к выходу управляемого делитея "частоты, разрядные выходы первого дополнительного счетчика через двшифрвчорподключены к разрядным входам счетчика,информационный вход которож подключенк выходу элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера,разрядные выходы первого счетчика черезвторой дополнительный счетчик подключенык первому входу второго элемента ИЛИ,вкторой вход которого подключен к выходудешифрачоре, выход - ко второму входувторого триггера.10Нв чертеже представлена структурнаисхема предлагаемого устройства. Цифровойумножитель часчочы содержит усилитель1, амплитудные дискриминаторы 2, 3, элемент ИЛИ 4, генеретор 5 импульсов,триггер 6, элемент И 7, дополнительныйсчетчик 8, элемент ИЛИ 9, управляемыйделитель 10. часточьт, счетчик 11, дешифретор 12, дополнительный счетчик 13, формирователь 14 импульсов ввода, триггер15, вход 16 и выход 17 устройства.Умножитель частоты работает следующим образом,При синуеоидальном входном сигнале вкодное воздействие подеется на вход 16 усилителя 1, ограничивается, и выходные противофвзные напряжения усилителя дискриминируются двумя аналогичными дискриминаторами 2, 3 (моменты сребатьтва 30 ния которых могут быть совмещены с нолОжительными нуль-переходами сигнала). Наличие гистерезиса отпускания дискриминаторов 2, 3 несущественно. Импульсные снгнвлы через элемент ИЛИ 4 с двойной частотой (2 вх ) поступают на первый вход триггера 6, устанавливая его каждым импульсом в единичное состояние и девая разрешение на прохождение импуль 40 сов высокой часточы ( 1) с выхода генератора 5 импульсов (в качестве которого может быть использован кварцевый генератор с высокой стабильностью часто ты) через элемент И 7 на счетный вход счетчиков 8 и 11, Счетчик 11 выполнен по схеме реверсивного, изменение его состояния в сторону увеличения выходного кода ф или уменьшения достигается сигналами с выходов дешифратора 12. Переключение нв сложение или вычитание определяется знаком рассогласования на частотечо есть если %тт,х и Е,ьх,.где и - коэффициент умножения умножителя, то сигнал рассогласования тт = О, и соответствующим55 сигналом с выхода дешифрвторв 12 (Э) триггер 6 через элемент ИЛИ 9 сбрасывается, запрещая прохождение импульсов высокой частож ( 1 кв) на счетный вход 73 4сче чиков 8 и 11, Выходной код счеччика 11 имеет в установившемся режиме постоянное значение ( М), определяющие коэффициент пересче та управляемого делителя 10 чвсрэтыс=2 -М,где с - коэффициент деления управляемого делителя 10 частоты;1(- его разрядность,Соо тве тс твеннокв. вкВьхк 2- мВ умножителе осуществляется умножение входной частоты ( вх) в заданное число раз таким образом, что на выходе 17 формируется частота хцх = тт Х.При изменении входной частоты ( Евх) изменяется выходная частота ( 1,х). В этом случае всегда присутствует динамическая ( 8) ошибка преобрвзовения. Требуемое изменение вт,достигается изменением коэффициента деления с управляемого дели тели 10 часточы с помощью счеччика 11 по результатам подсчета количества импульсов повышенной часточы (2 Кв 1 х) с выходе управляемого делителя 10 частоты счетчиком 13 за период входной в ч астоты,,Для обеспечения режима слежения зв изменением входной частоты (1 ) используются не чолько результачьт рассотьласования по частотам.3 к1+42 ВЬ 1 х 1+1 Эх(ЬО Г Ьф 4 1. М И+4)2Втх эх Г 1ьх1+4т, 3 Хт,е, М - не только Ь ,но и % х,т.е. Ь=ф(ь Е ) - функция двух переменных: сигнала рассогласования и входной частоты, В противном случае не досптгается минимальная ошибка умножения в широком частотном диапазоне (а не чолько в рассчитанном).Процесс слежения за изменением входной часчочы ( х) может быть описан таким образом.Период входной часточы ( 1 .) можно выразить формулойТл.2 Хф,Як вх кьЧвх=(4) 5 6933 где (; - период следования импульсовгенератора 5 (У;кПри изменении периода входной частоты5 ошибка воспроизведения цериода импульсвми повышенной частоты будет равнаАт = аИ СЦО,1 о где Ь й - количество импульсов повышенной частоты, соответствующее изменению периода входной частоты (дТВх ), Данная ошибка должна быть компенсирована изменением коэффициента деления ( ) управляемого делители 10 частоты, т.е. ее можно выразить как т =пг А, (3)20 из (2) и (3) можно выразить требуемоедпя компенсации ошибки изменение коэффициента деления ( ) управляемого дели-.телю 10 частоты Если изменение коэффициента делении ( Ь ) определяется только величиной рассогласования (ЬИ), в общем случае не30 зввисишей от входной частоты.(2 Х х 1,% то с приходом каждого импульса частоты (2 Е 51 происходит коррекпия по частоте. Относительный шаг коррекции можно выразить квквт,",,+т.е, при изменении входной частоты (нх точность умножения будет разной нз-заПХ 4 О непостоянства относительного шага коррекции рпя различных входных частот,квк видно из (5), Постоянство относительного шага коррекции достигается использо 45 ввнием дополнительного счеччнка 8, позволяющего изменять коэффициент деления ( ) управляемого делителя 10 частоюА 9таким образом, что,-сода . С по%50 мощью дополнительного счетчика 8 через элемент ИЛИ 9 досчмгаетси данная пропорция изменении Ьпропорциональноо." ьЕ 55 Ткк ккк откошккке -Ь-к - к-, кк кввкА с р%Вх.самость относительного шага коррекции по частоте от входной частоты (1 щх) лн 73 6нейне, Поэтому цифровой умножктель сохрвняет точность умножении частоты в швроком диапазоне входных частот, Прнсравнительно низкой входной частоте управляющее воздействие изменаетсн набольшую величину (код. М), позволяющуюболее эффективно компенсировать ошибкуумножения, При более высокой входнойчастоте управляющее воздействие изменаечси нв меньшую величину, чем достигаетса меньшая динамическая ошибка. Дополнительный счетчик 8 выполняет функциювнутренней обратной свизн по управлениювоздействием счетчнка 11 нв управляемыйделитель 10 часто ш, Причем для эффективного управления достаточно использовать с выхода счеччнка 11 (Ь = М-Ь )1старшие разряды, иначе ухудшветси динамика процесса. При изменении частотывходного сигнала ( 5,), например, в сторону возрастанна ( , +) выходная частота также должна возрвсщ Ю ,+ЬЭ,) на такую величину, чтоалых+ А выхвью:Ивх+вхвхт.е, .Вь 1 хвыхвхвъДанное изменение ь,ьдосчзгаетси пе реключеннем счетчика 11 нв слежение навремя А 1, необходимое дпа компенсации рассогласования по частоте, за которое на реверсивный счетчик 11 цоступит К=ГЛ Еимпульсов, причем дй определяется в основном как сигналом рассогласования ( Ь ), так и входной чвс(дЮточой ( Х вх ); запрещением прохождении импульсов с выхода генератора 5 через элемент И 7, сбросом трщтерв 6 квк сиг налом Ю) с дешифрачора 12, так н им пульсом переполнения дополнительногосчетчика 8, Выходные импульсы с выхода управляемого делителя 10 частоты( 21 , ) возникают вследствие периодического переполнении счетчика упрввляемого делителя 10 частоты импульсамивысокой частоты (1 К 5) с выхода генератора 5 импульсов. Ввод числа М в управлаемый делитель 10 частоты осуществляетса с двойной частотой (Выхпо отношению к 2%в,х с помошьв формирователя 14 импульсов ввода, Двойнаячвсчотв обеспечивает лучшие дкнвмнчес кне характеристики устройства. Кроме то го, дпя нормального функционирования умножителя без режима ввтоколебаннй с юмощью дешифрвчора 12 искусственно создается зона нечувствитеьности, определяемая в обпем случае характеристика-.- ми злекттонных узлов и диапазоном час:;: тот якой умножитель имеет лучшие ста тические и динамические характеристики в широком диапазоне Входных част;3;Предложенный цифровой умножитекь частоты с расширенным диапазоном .Выгодно отличается От прототипа, Оц легко реализуется на элементах дискретнсй тех- О ники, обладает более высокой точностью умножения частот за счет использовакия отрицательной обратной связи пс частоте в сочетании с корректируюцщм воздействием, позволяюшим стабилизировать относительеп-.3 шаг коррекции в широком диапазоне частот, и соо п 3 етствуюцето выбора зоны нечувствительности, Прн пра-. Вильно %1 бракньех схемных элементах "7 с т= ройство позволяет суепествепно сееизи ть абсолотнуео к Отпосктеле,ную пегрешности Зремяимпульсн 01 О преОбразования (п 3 ибли Вительно Вряз где , коэфклици, 8 кт деления делителя частоть прототипа)35 В цеироком диапазоне входных частот, а не для Одной (расчетной) Определеепп 3 й частоты (3)Б результате наличия укя-" занееых достоинств расширяется сфера ис пользования и функциональные возмонно.- з: ти устхйства.ф о Е 3 ",ф с.- ,.", а ,- з О б р е т с, кЦифровой умно 3 ки тель частоты, со 38 р: жа 3 пий упРаВЛЯЗМЫЙ делИтель ЧВСТОМ 3, ИН фОРМЙЩЕОННЫ 8 ВХОДЫ КОЧ 33 ДГО СОЕПУд:-.т с выходами снетчика, Генерато)3 импульсов, выход которого полкщочек к перво-му управляюп 3 ему входу уп 38 вляемогс де.- лителя ч.то яч формиооащечь е, ур Р ВХОДОМ СОЕДЕЕНЕНЕПЕЙ:. ВЫХОДОМ УПРЯВПИЕ. -МОГО дел и теля ч ас то ты и Входом перВОГО триггера, Выход которОГО является Выхо дом умпожителя частоты, выход формирователя импульсов подлюен к упрявляюцему входу управляемого делителя частоты, элемент И, первый вход котоого соединен с Выходом второго трютера, усилитель, вход которого является входом ум но жителя, Выходы ус ил и теля подклк 3 ч 8- ны ко входам амплитудных дискриминап 3- ров, о т л и ч а ю еи и й с я тем, что, с целью повышения .:очности умножителя частоты, он содержит два элемента ИЛИ два дополнителыпех счетчика и децифратор, причем Выходы амплитудных дискриминаторов подключены ко Входам первого элемента, ИЛИ, выход которого подключен к первым Входам второго триггера и первого дополнительного счетчика, Второй вход которого подключеее к выходу управ- ляемОГО делителя ч ас то 33 я; разря 3 у 1 ые Вы ходы первого дополнительного счетчика через дешифратор подключены к 3 азряд- пым входам счетчика, информационный Вход которого подклкчен к выходу злемен. та И,. второй вход которого подспючен к вьеходу второго триггера, разрядные выхо ды первого четника через Второй допел нительный счетеик подключены к пе 3 вому входу второго элемента ИЛИ, Вп 3 рой вход кстороуо подключен к вьходу дешифратора,. Выход - . Ко второму входу Второго триг-. гер гИсточники иеформациипринятые во Внимание при экспертизе3 Кирчанаки Н. В.Нудыкевич Б,. В Ме.п 3 ды и у=тройства цифрового измерения низких и инфранизких частот, Львов, Биша школа, 1976,2. Техника средств связи. Серия -"Радиопзмерительная техика", г."и,. М 1976, с. 86,693373 19 Тираж ИИПИ Государстве по дедам изобре035, Москва, Ж 3 исное СРнного комитета ССтений и открытий 5 Раушская наб Патент, г. Ужгород, ул. Проектнан, 4 и ай Составитель Р. Яворовскаяктор А. Кравченко Техред И, Лстолощ: Корректор М. Поко