Следящий умножитель частоты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик ц 732866с присоелинением заявки РЙ(23) Приоритет яя делам изобретеиий и открытии(54) СЛЕДЯЩИЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в импульсных системах, в также для преобразования процессов, информация о которых передается частотным методом,Известны умножители частоты, содержашие управляемые генераторы частоты,фазовые компараторы и нелинейные элементы 11,Наличие перечисленных устройств приводит к значительной фазовой ошибке пре 1 Ообразования, а также к существенной статической и динамической ошибке воспроизведения частоты, Кроме того, такиесхемы не позволяют осуществлять постро 5ение следящих умножителей частоты с приемлемыми динамическими характеристиками при наиболее простой аппаратурной реализацииНаиболее близким к предлагаемому является следующий умножитель частоты, содержаший измеритель рассглвсования, выполненный на базе реверсивного счетчика, двух, ключей и двух элементов ИЛИ, ключ-формироввтель, на сигнальный вход которого подается опорное напряжение ф Оо, интегратор, звнимвюший элемент, генератор импульсов управляемой частоты и связи НУстройство осуществляет умножение входной частоты на постоянное число с помошью изменения выходной частоты управляемого генератора в зависимости от управляюшего воздействия, формируемого с интегратора через запоминающий элемент, 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 элементов квк управляемый генератор, интегратор,Для осуществления функционирования необходимо использование опорного напряжения ( 1 00 ), что снижает возможности умножителя и усложняет его аппаратурную3 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 динамическими характеристиками,Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства,Указанная цель достигается тем, что15 , в следящий умножитель частоты, содержащий измеритель рассогласования, первый вход которого соединен со входом умно- жителя, и делитель частоты, выход которого соединен со вторым входом измерите 20 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 второйвходы реверсивного счетчика соединенысоответственно с первым выходом измерителя рассогласования и выходом элемента И, входы которого подключены ко второму выходу измерителя рассогласования,выходу триггера и выходу генератора им 35пульсов, первый, второй и третий входысчетчика соединены соответственно с выходом генератора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый вход триггера подключен ковходу умножителя, а второй вход - к выходу счетчика,На чертеже представлена структурнаясхема следящего умножителя частоты.Умножитель содержит измеритель 1рассогласования, делитель 2 частоты, входкоторого соединен с выходом умножителя(первый вход измерителя 1 рассогласования является входом устройства, а второйсоединен с выходом делителя частоты 2,),реверсивный счетчик 3, триггер 4, первые входы которых соединены соответственно с выходом элемента И 5 и счетчика 6 вторые - спервыми выходом ивходом измерителя 1 рассогласования со- ,ответственно, а выходы подключены к первым входам счетчика 6 и элемента И 5соответственно, второй и третий входы которого соединены с выходом генератора 67 импульсов и вторым выходом измерителя 1 рассогласования соответственно, второй вход счетчика 6 соединен с выходомгенератора 7 импульсоа, первый и второйвходы управляемого делителя 8 частотыподключены к выходам реверсивного счетчика 3 и генератора 7 импульсов соответственно, а выход соединен с входомделителя 2 частоты, третий вход счетчика 6 подключен ко входу устройства,Следящий умножитель частоты работает следующим образом,Входные импульсы частоты 1, умножаются на число и (в общем случаеп 1)таким образом, что на выходе управляемого делителя 8 частоты формируются импульсы повышенной частоты Р =п 1 в 1равномерно расположенные внутри дискрета входных 1 г, импульсов, При изменениичастоты 1 в,г, входных импульсов а широкомдиапазоне частот умножитель обеспечиваетслежение за изменением входной частоты. Частота импульсов на выходе устройства Р 151,11 должна быть равна требуемой повышенной частоте (т,е. т 11=и +г,), Регулирование частоты осуществляется изменением коэффициента деления ( с) управляемого делителя 8 частоты. На вход управляемого делителя 8 частоты поступают импульсы с постоянной частотой ( 1,.в ), 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 Ь - не только целое число, Обратная связь по частоте с помощью делителя 8частоты 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 частота последней отличается от требуемой, то на выходе измерителя рассогласования появляется сигнал ошибки ( й ) с соответствующим знаком (51 ДИ ЬГ , который через контур управления, содержащий реаерсивный счетчик 3, элемент И 5, триггер 4 и счетчик 6 изменяет коэффициент дедения (с ) управляющего делителя 8 частоты. Причем для исключения автоколебаний в системе управляющее воздействче на управляемый делитель 8 частоты подается таким образом, что коэффициент де5 732866 ления изменяется каждый раз на один шаг только при определенном рассогласовании по частоте (хЬ 1 доп ), При соответствующем выборе величины шага можно подучить требуемую инерционность устрой ства (желательно близкую к инерционности изменения Х, если такую предвари- ( тельно можно оценить).В общем случае для обеспечения качественного слежения за изменением час тоты ., инерционность устройства должна быть не больше инерционности процесса изменения входной частоты. В измерителе 1 рассогласования сравниваются15 частоты % вьвГ гв 1 хВхвх и Разность частот Ь измеряется заполнением разности периодовь 1= -20аимпульсами постоянной (высокой) частоты с выхода генератора 6 импульсов.На реверсивном счетчике 3 за время д,"=Ь.1-СЯ) (где Г - время, оп ределяемое счетчиком 6), определяемое триггером 4, подсчитываются импульсы высокой частоты, В установившемся режи - ме при= сонв 1,Ь =ьгп 1 г ,управляющее воздействие с выхода контура уп равления постоянно, т.е. Ех= О 1 вх При изменении частотывХ изменяется количество импульсов повышенной частоты с выхода управляемого делителя 8 частоты, что приводит к динамической ошибке внутри дискрета входных импульсов (Х).Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов повышенной частоты осуществляетсч изменением коэффициента деления . управляемого делителя 8 час тоты через контур управления, содержащий 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 (1 Х ) входных импульсов, что эквивалентно(). За счет такого управления сохраняется точность умножения частоты в широком диапазоне входных частот (Х ). Умножи тель частоты осуществляет слежение за частотой входных импульсов и ее умножение, Изменение частоты импульсов повышенной частоты достигается изменением коэффициента деления (С ) делителя 2 часготы таким образом, чтоЬф=сорМ 6Для доствкения данной 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 15 Х ) управляюгдее воздействие изменяется на большую величину, позволяющую 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 зависящей от частоты поступления ( ) входных импульсов, и поэтому при широком изменении частоты входных импульсов точность преобразования максимальна только для определенной частоты (Х 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 генерато ра 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 ( 1 вх ) 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 (1 ). С выхода счетчика 6 поступает информация через триггер 4 и элемент И 5,на реверсивный счетчик 3 ддя изменения управляющего воздействия на управляемый делитель 8 часНа 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 импульсом частоты вх и сбрасывается сигналом с выхода счетчика 6. Переключение реверсивного счетчика 3 на сложь73286 ние или вычитание осуществляется в з -висимости от знака рассогласования частот с другого выхода измерителя 1 рассогласования (61 А АГ ). Расчет параметров спедящего умножителя частоты можетбыть осуществлен на основании требований к точности преобразования частоты.Предлагаемый следяший умножительчастоты легко реализуется на устройствахдискретной техники, сравнительно простпо конструкции и требует меньших затратпри реализации. Применение элементовдискретной техники позволяетзначительно повысить точность преобразования частоты в широком диапазоне, Причем минимальная частота на выходе устройства определяется разрядностью управляемого делителя частоты и частотой генератораимпульсов, а максимапьная - возможностью генератора импульсов. В определенных (широких) частотных диапазонах (накоторые рассчитывается) умножитель обпадает лучшими статическими и динамичесими характеристиками. Переход из одного частотного поддиапаэона в другой реализуется сравнительно просто (например,использование делителя частоты с выходагенератора импульсов), так как реализация устройства на все поддиапазоны с вы-сокой точностью умножения практическиневозможна. Использование кварца в генераторе импульсов позволяет получитьбопьшую стабильность высокой частоты,Кроме того, предложенный умножительобладает повышенной надежностью работы. Испытания реализованного макета показывают его высокую работоспособностьи точность умножения,6 8Формула изобретенияСледяший 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 ш и й с я тем, нто, с.целью упрощения устройства и повышения точности, умножитель содержит управляемый делитель частоты, генератор импульсов, реверсивный счетчик, триггер, элемент И и счетчик, причем пер- вый и второй входы управляемого делителя частоты подключены соответственно к выходу генератора импульсов и реверсивного счетчика, а выход - к. выходу умножитедя, первый и второй входы реверсивного счетчика соединены соответственно с первым выходом измерителя рассогласования и выходом алемента И, входыкоторого подключены ко второму выходуизмерителя рассогласования, выходу тритгера и выходу генератора импульсов,первый, второй и третий входы счетчика соединены соответственно с выходом генератора импульсов, входом умножителя и выходом реверсивного счетчика, первый входтриггера подключен ко входу умножителя,а второй вход - к выходу счетчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Риэкин И, Х, Умножители и делители частоты, М., "Связь", 1976, с, 20622 1.2. Авторское свидетельство СССР447721, кл. 0,06 С. 716, 1973Составитель В, БерезкинРедактор А, Маковская Техред И. Асталош Корректор В. БутягаЗаказ 1554/10 Тираж 751 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4