Умножитель частоты

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. Н 03 В 19/00 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) У 1 лНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и в измерительных приборах. 5Известен умножитель частоты, содержащие измеритель периода следования входных импульсов, генераторы импульсов, блоки управления, логические элементы, регистры 111 . 10Недостатком данного умножителя частоты являются низкая точность уменьшения и малое быстродействие регулировки коэффициента умножения частоты, 15Известно также устройство умножения частоты, содержащее реГистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вход которого подключен через вентиль к входной шине, элемент за держки, дешифратор, респределитель,коммутатор и многовходовой элемент ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа 12).Недостатками устройства являются 25 низкая точность умножения частоты при использовании сложных схем генерации калиброванных частот на основе автономного задающего генерато ра с делителями частоты. 1 ель изобретения повышение точности умножения частоты.Указанная цель достигается тем,что в умножитель частоты, содержащийрегистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вхбд которого подключенчерез вентиль к входной шине,элемент задержки, дешифратор, распределитель коммутатор, и многовходовой элемент ИЛИ, каждый вход .которого подключен к выходу соответствующего ключа, введены измерительпериода следования входных импульсов, дополнительный регистр сдвигаимпульсов калиброванной частоты,дополнительный многовходовый элементИЛИ, дополнительный коммутатор,триггер управления, .элементы ИЛИ .идополнительный вентиль, при этомвыход вентиля через элемент задержкисоединен с одним из входов триггерауправления, выход которого подключенк другому входу вентиля и к управляющему входу дополнительного коммутатора, выход регистра сдвига импульсовка:,-.иброванной частоты - с другимвходом триггера управления и совходом дополнительного регистра сдвига импульсов калиброванной частоты,разрядные выходы которого через до40 полнительный коммутатор, а разрядные выходы регистра сдвига импульсов калиброванной частоты непосредственно подключены ко входам дО,полнительного многовходового элемента ИЛИ, выходы которого соединеныс первыми входами соответствующихключей, вторые входы которых подключены к выходам распределителя черезсоответствующий элемент,ИЛИ, другиевходы которых соединены с выходамикоммутатора, причем выход многовходового элемента ИЛИ подключен кпервому входу измерителя периодаследования входных импульсов и кпервому входу дополнительного вентиля, второй вход которого соединенс первым управляющим входом, измерителя периода следования импуль"сов, второй вход которого соединенс входной шиной, второй управляющий выход - со входом распределителя и с управляющим входом коммутатора, а информационные выходы черездешифратор - со входами коммутатора. Ва чертеже представлена структурная электрическая схема умножителя частоты.Умножитель частоты содержит измеритль 1 периода следования входных импульсов, состоящий из двух разрядного счетчика на триггерах 2 и 3, оперативного счетчика 4 и ключей 5 и 6, регистров 7. и 8 сдвига импульсов калиброванной частоты, выполненных на многозвенных линиях задержки, вентиль 9, управляющий подачей импульсов на вход регистра 7 сдвига, триггер 10 управления, элемент 11 задержки, коммутатор 12, управляющий подачей импульсов с выходов дополнительного регистра 8 .сдвига, многовходовой элемент ИЛИ 13, первый вход которого соединен со всеми отводами многозвенных линий задержки, второй вход - через один отвод, третий вход - через два отвода и т.д., ключи 14, управляющие подачей импульсов с выходов многовходового элемента ИЛИ 13 в данном случае используется 20-входовой элемент), многовходовой элемент ИЛИ 15, осуществляющий развязку импульсных сигналов, поступающихчерез ключи 14, вентиль 16, управ"ляющий подачей выходных импульсовумножителя частоты, дешифратор 17,вырабатывающий сигнал на одном извылодов в зависимости от значениядвоичного кода, записанного в счетчике 4, коммутатор 18, управляющийподачей сигналов с выходовдешифратора 17, распределитель 19; который служит для записи кода, соответствующего коэффициенту умножения, элементы ИЛИ 20, служащие для развязкисигналов, подаваемых с выходов распределителя 19 и коммутатора 18 навходы ключей 14. Устройство работает следующим образом.В исходный момент времени триггеры 2,3 и 10 и счетчик 5 находятся в нулевом состоянии. В результате этого положительными потенциалами с нулевых выходов триггеров 3 и 10 открыты ключ 5, вентиль 9 и коммутатор 12, отрицательными потенциалаюи с единичных выходов триггеров 2 и 3 закрыты ключ 6, коммутатор 18 ивентиль 16.В распределителе 19 записан код,соответствующий требуемому коэффициенту умножения ь, для рассматриваемого случая и = 2, В соответст"вии с этим на том из выходов распределителя 19, номер которого и = 2,имеется положительный потенциал, ана остальных выходах - нулевые потенциалы. В результате этого положительным потенциалом, подаваемым черезвторой элемент ИЛИ 20 открыт второй ключ 14, а остальные ключи закрыты,В момент времени 1 на вход устройства подаются импульсы Ох преобразуемой частоты Г : в " . Первый импульс Оьх через открытый ключ 5 перебрасывает триггер 2 в единичное состояние, в результате чего положительным потенциалом О триггер 2 открывается ключ б. Одновременно первый импульс через вентиль 9 поступает на вход регистра сдвига 7 и элемент задержки 11, проходит элемент задержки 11 и через времяС С ТЭЪ Ьхменьшее времени задержки одним звеном, перебрасывает триггер 10 в единичное состояние. Вентиль 9 и коммутатор 12 закрываются нулевым потенциалом Оо триггера 10 с нулевого выхода триггера 10 и импульсы. с этого момента не поступают с выхода вентиля 9 на вход регистра сдвига 7. Первый входной. импульс проходит последовательно звенья линий задержки регистра 7 сдвига, каждый раз опаздывая на величину ьх в результате чего на первом выходе многовходового элемента ИЛИ 13, объединяющего выходы всех звеньев линии задержки, будет образована последовательность импульсов с периодом 7 , на втором выходе, будет образована последовательность импульсов с периодом 2 и т.д.Через открытый второй ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и ключ 6 импульсы с периодом 2 поступают на вход счетчика 4 и заполняют его. В момент й второй входной импульс Оьх через ключ 5 перебрасывают триггер 2 в нулевое состояние, в результате этого нулевым потенциалом О с единичного выхода триггера 3 закрывается ключ 6, положительным потенциалом с единичного выхода триггера 3 открываются коммутатор 18, вентиль16 и сбрасывается в нулевок состояние распределитель 19, закрывая тем самым второй ключ 14.Поступление импульсов на счетчик 4 с выхода ключа 6 прекращается и на счетчике 4 будет записан двоичный код Я, определяющий измеренную величину периода входных импульсон.тВхйГ Соответственно на выходе М дешкоратора 17 появится положительный потенциал, который через элемент ИЛИ 20откроет соответствующий ключ 14управляющий подачей импульсов с того выхода, многовходового элементаИЛИ 13, номер которого равен МДля рассматриваемого случая (Т :=127, 1=1, 1=6) , н результате чегоположительным потенциалом с шестоговыхода,дешифратора 17 через шестойэлемент ИЛИ 20 откроется шестой ключ14 и импульсы с периодом Т,х=бсс шестого выхода многонходоного элемента ИЛИ 13 через открытый шестойключ 14, многовходовой элемент ИЛИ15 и вентиль 16 поступают на выхОдумножителя частоты. Таким образом,соотношение между частотами следования входных и выходных импульсовумножителя соответствует заданномукоэффициенту умноженияСвых тнх 2 "и= - =2,талыхСВторой и последующий входные импульсы не поступают на вход регистра 7 сдвига через закрытый вентиль9 до тех пор, пока первый входнойимпульс не пройдет через регистр 7сдвига и не перебросит в момент 6триггер 10 н нулевое состояние. Врезультате этого открывается коммутатор 12 и вентиль 9, и входныеимпульсы через открытый вентиль 9уже могут поступать на вход регистра7 сдвига. Управление подачей входных импульсов с помощью вентиля 9необходимо для исключения образованияна некоторых выходах многонходовогоэлемента ИЛИ 13 последовательностейимпульсов, период следования которыхотличается от заданногО и меняетсяс течением времени.Например, при ТВх=,С=, второйвходной импульс, при отсутствии вен- .тиля 9 поступит на вход первой линиизадержки регистра 7 сдвига, когдапервый импульс, пройдя двенадцатьзвеньев линий задержки, поступит навход тринадцатого звена и в дальнейшем оба импульса будут проходитьсоответствующие звенья линии задержки. В результате этого на пятый входмногонходоного элемента ИЛИ 13,объединяющего выходы каждого пятого звена линии задержки, поступят последовательно первый нходной импульс свыхода пятнадцатогс звена лкнии за 5 О 15 20 25 ЗО 35 Я 5 50 55 60 держки, через время 27 нторой входной импульс с выхода двадцатого звена линии задержки, а затем через время 3 Г вновь первый ходной импульс с выхода двадцатого звена. На пятом выходе многовходового элемента ИЛИ 13 появятся импульсы с переменным периодом следования, равным,2737., в то время как с выхода этого ,элемента требуется получать импульсы с постоянным периодом следования равным 57.После открытия коммутатора 12 и вентиля 9, начиная с момента времениустройство будет работать следующим образом.Первый входной импульс поступит на вход следующего регистра 8 сдвига к будет в дальнейшем последовательно проходить звенья линии задержки, обеспечивая тем самым непрерывную подачу задержанных им-пульсов через открытый коммутатор 12 на входы многонходового элемента ИЛИ 13.В момент временина нход ре 4.гкстра 7 сдвига через открытый вентиль 9 поступит другой входной импульс, который, пройдя элемент 11 задержки перебросит триггер 10 в единичное состояние, Коммутатор12 и вентиль 9 закроются и импульсы выходов регистра сдвига 8 уже не будут поступать на входы многовходового элемента ИЛИ 13. В дальнейшем процесс прохождения импульсон через регистр 8 сдвига повторяется.Использонанке дополнительного регистра 8 сдвига необходимо для исключения нежелательного увеличения периода следования импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ 13 по сравнению с заданным каждый раэ после прохождения входным импульсом последнего звена регистра 7 сдвига.Например, в том случае, если используется только регистр 7 сдвига и триггер 10 управляется импульсом с выхода регистра 7 сдвига, то начиная с момента Ф.в к до моментаимпульсы поступают на входы многонходового элемента ИЛИ 13 с выходов регистра 7 сдвига. В результате этого произойдет нежелательное увеличение периода следования кмпульсон на нсех выходах многовходового элемента ИЛИ 13 на величину +- зЧисло дополнительных звеньев должно быть не больше числа основных звеньев линии задержки, т.е. к моменту поступления другого импульса на вход регистра 8 сдвига первый входной импульс уже должен пройти весь регистр 8 сдвига.В общем случае количество звеньев линии задержки и время задержки од30 35 40 й будет в дальнейшем последованим звеном, определяющим диапазончастоты следования импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ13, выбирают, исходя из диапазоначастот следования входных импульсов и требуемых перделов изменения коэйфициента умножения. Так, например,для диапазона входных частот от1 мгц до 1/60 мГц можно использовать линию задержки, у которой Г=- 1 мкс, а общее число звеньев равно шестидесяти, при этом число основных звеньев равно тридцати. Минимальная частота импульсов на выходах многовходового элемента ИЛИ 13 будет определяться минимальной входной частотой, Так , для входной частоты Р=1/40 мГц мо;кно получить на соответствующих его выходах сорок различных частот: 1 мГц, 1/2 мГц,1/3 мГц, , 1/30 мГц. Пределы изменения коэффициента умножения зависят от значения входной частоты,Так, для Г = 1/30 мГц коэффициент умножения можно изменять в пределах,от 2 до 30, Точность установки выходной частоты будет увеличиваться с уменьшением коэффициента умножения. другой коэфаициент умножения в процессе работы умножителя устанавливается следующим образом. Вначале подачей импульса на входы 21 сбрасывают счетчик 4 и триггеры 2 и 3 в нулевое состояние, В результате коммутатор 12, ключ б и вентиль 16 закрываются, а ключ 5 открывается. Одновременно на вход распределителя 19 подаетсякод, соответствующий требуемому умножению п. На выходераспределителя 19 появится положительный потенциал, который через соответствующий элемент ИЛИ 20 откроет ключ 14. После прихода первого входного импульса открывается ключ б. Через открытый ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и ключ б импульсы с периодом и 7 поступают на вход счетчика 4. После ,прихода второго входного импульса закрывается ключ б и сбрасывается в нулевое состояние расределитель 19, закрывая тем самым ключ 14. На счетчике 4 будет записан двоичный код И, определяющий измеренную величину периода входных импульсовДс , еНа выходе дешифратора 17 появится положительный потенциал, кото рый через соответствующий, элемент. ИЛИ 20 откроет ключ 14. В результате этого импульсы с периодом Н через ключ 14, многовходовой элемент ИЛИ 15 и вентиль 16 поступят на выход умножителя. 45 50 ЬО Соотношение между частотами Р., выходных и Ец входных импульсов, равное р т т Сво 1 ф ть, мьх - -Ю - твхбудет соответствовать установленному коэффициенту умножения. При достаточно малом времени сброса элементов схемы в нулевое состояние и установки на распределителе 19 требуемого кода время Т установки коэффициента умножения будет практически равноТ+ Тжгде Тож - случайное время ожидания прихода входного импульса после сброса триггеров 2 и 3 в нулевое состояние Т ( ТИспользование в умножителе частоты в качестве генератора калиброванных частот многозвенной линии задержки при достаточно простой схеме позволяет получить в заданном диапазоне большое количество близлежащих калиброванных частот, Так, например, в рассматриваемом в описании варианте умножителя частоты можно получить 60 различных частот в пределах от 1/ до 1/60 , в то же время при использовании автономного генераторачастоты 1/Т делителя на двоичномсчетчике можно получить только бразличных частот в пределах 1/,1/2 С, 1/4 Т, 1/8 С и т.д,В итоге значительно повышаетсяточность предлагаемого умножителя.Например, для входной частоты Г =- 1/30 при заданном коэффициентеумножения= 3 в рассматриваемомумножителе можно получить точноезначение выходной частоты Ьыу,=1/10 в то же время при использовании вышеуказанного генератораполучается приближенное значениевыходной частоты, равное 1/8,формула изобретения Умножитель частоты, содержащий регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, вход которого подключен через вентиль к входной шине, элемент задержки, дешифратор, распределитель, коммутатор и многовходовый элемент ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу соответствующего ключа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности умножения частоты, в него введены измеритель периода следования входных импульсов, дополнительный регистр сдвига импульсов калиброванной частоты, дополнительный многовходовый элемент ИЛИ, дополнительный коммутатор, триггер управления, элементы ИЛИ и дополни;ельный вентиль, при этом выход вентиля через элемент задержки соединен с одним из входов триггера управления, выход которого790328 ВНИИПИ Заказ 9075/67 Тираж 995 Подписное Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 подключен к другому входу вентиляи к управляющему входу дополнительного коммутатора, выход регистрасдвига импульсов калиброванной часстоты - с другим входом триггерауправления и со входом дополнительного регистра сдвига импульсов калиброванной частоты, разрядные выходы которого через дополнительныйкоммутатор, а разрядные выходы регистра сдвига импульсов калиброваннойчастоты непосредственно подключеныко входам дополнительного многовходового элемента ИЛИ, выходы которогосоединены с:. первыми входами соответствующих ключей, вторые входыкоторых подключены к выходам распределителя через соответствующий элемент ИЛИ, другие входы которых соединены с выходами коммутатора, причем выход м,".оговхоцового элементаИЛИ подключен к первому входу измери-,теля периода следования входных импульсов и к первому входу дополнительного вентиля, второй вход которого соединен с первым управляющимвыходом измерителя периода следования входных импульсов, второй входкоторого соединен с входной шиной,второй управляющий выход - со входомраспределителя и с управляющимвходом коммутатора, а информационные выходы через дешифратор - со входами коммутатора,Источники информациирпринятые во внимание при экспертизе15 1. Патент ФРГ М 1238955,кл. 21 а 36/22, 1967.2. Авторское свидетельство СССРР 264457, Н 03 В 19/00, 1968.