Цифровой преобразователь частоты следования импульсов

( ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБРВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР М 828389, кл. Н 03 К 5/13, 11.07.79.Авторское свидетельство СССР Р 1243118, кл, Н 03 К 5/156, 0810,84 (54) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и переданщих устройствах, преимущественно в тех случаях, когда предъявлянтся высокие требования к сохранении исходной фазовой стабильности и микроминиат(ризации устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Преобразователь содержит высокочастотный генератор 1 импульсов, шины 3 и 4 логического нуля иуправления соответственно, п-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов,шины 6 и 7 вклвчения режимов сложения и вычитания частот соответственно, преобразователь 2 код - частота,компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения и формирователь 15импульсов, Введение преобразователя11 код - напряжение, постоянного запоминающего устройства 9 и шины 10кода высокой частоты и образованиеновых связей между элементами устройства позволяет расширить диапазонзначений входных и выходных частотследования импульсов и обеспечитьвозможность подстройки параметровпреобразователя при переменной высокой частоте следования, Использование устройства в аппаратуре синтезачастей позволяет уменьшить время переключения частот, 3 ил.277369 2 201Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, в радиоприемных и передающих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частности преобразующих узлах хранителей времени, преимущественно в тех случаях, когда. предъявляются высокие требования к сохранению исходной фазовой стабильности и микроминиаторизации устройств.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности при переменной высокой частоте и повышения верхней границы диапазона выходных частот.На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип линейно меняющейся задержки, где 2 а - импульсы запуска быстрой пилы; 2 б - напряжения быстрой и медленной пил, "2 н - задерканные импульсы (относительно импульсов запуска быстрой пилы); на фиг. 3 временные диаграммы сигналов (За - на входе 14; Зб - на выходе преобразователя 2 код - частота; Зв, г - соответственно ня входах и выходе компаратора 1 2; Зд - на выходе 16 ).Устройство содержит высокочастотный генератор 1 импульсов, преобразоватепь 2 код - частота, шину 3 логического нуля, шину 4 управления, и-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсон, шйны 6 и 7 включения режимов соответственно сложения частот и вычитания частот, первый преобразователь 8 код - напряжение, постоянное запоминающее устройство 9, шину . 10 кода высокой частоты, второй преобразователь 11 код - напряжение, компаратор 12, генератор 13 пилообразного напряжения, вход 14 устройства, формирователь 15 импульсов, выход 16 устройства. Высокочастотный генератор 1 импульсов (фиг, 1) подключен к входу тактирования преобразователя 2 код - частота, входы разрядов которого со и-весами 2 -2 связаны с шиной 3 логического нуля, а разрядами с весаПми 2 -2 - с шиной 4 управления, и-разрядный реверсивный счетчик 5 импульсов счетным входом подключен к выходу преобразователя 2 код - частота, первым и вторым управляющими 25 ЗО 35 40 45 50 входами соецинен с шинами 6 и 7 включения режимов соответственно сложения частот и вычитания частот, а выходами подключен к входу первого преобразователя 8 код - напряжение, Адресный вход постоянного запоминающего устройства 9 связан с шиной 10 кода высокой частоты, а выход - с входом второго преобразователя 11 код - напряжение. Первый.и второйвходы компаратора 12 соединены соответственно с выходами первого преобразователя 8 код - напряжение игенератора 13 пилообразного напряжения, подкличенного первым и вторымвходами соответственно к выходу второго преобразователя 11 код - напряжение и к входу 14 устройства, а выход через формирователь 15 импульсов - с выходом 16 устройства, На шину 3 логического нуля постоянно подан нулевой потенциал. На шину 4 управления подают код (например, двоичный), соответствующий низкой частоте 1". Подача кода частоты Р только на вход старших разрядов преобразователя 2 код - частота при сохранении нулей на и младших его разрядах эквивалентна умножении числа Р наНчисло И=2 . Поэтому фактически в преобразователь 2 код - частота введен код числа ИГ. Шины 6 и 7 служат для вклочения режимов соответственно сложения и вычитания частот. Первый и второй входы генератора 13 пилообразного напрякения служат для подачи напряжений соответственно питания и импульсов запуска. пилы. В постоянном запоминающем устройстве 9 для каждого номинала высокой (входной) частоты следования записан двоичный код, соответствующий величине напряжения питания генератора 13 пилообразного напряжения. Выборку двоичного кода из постоянного запоминающего устройства 9 производят подачей на его адресные входы через шину 10 двоичного кода адреса ячейки, в которой записано значение напряжения, соответствующего частоте следования входных импульсов устройства. Преобразователь работает следуищим образом.Перед запуском устройства на шине 4 управления устанавливается код, соответствующий низкой частоте Р, а на шине 1 О - код высокой частоты Г. Реверсивный счетчик 5 обнуляется,1 О 20 25 30 35 40 45 50 3 12На шины 6 и 7, в зависимости от режима работы устройства подают требуемые потенциалы, После запуска устройства на вход 14 поступает последовательность импульсов с высокой частотойследования, которая преобразуется в последовательность импульсов с частотой Г+Г на выходе 16.Смещение высокой частоты Г на требуемое значение реализуется на основе принципа линейно меняющейся задержки. Сущность его заключается всравнении амплитуды двух пилообразных напряжений - быстрой пилы и медленной пилы (фиг, 2 б). Задержанныеотносительно импульсов запуска(фиг. 2 а) быстрой пилы импульсы(фиг. 2 в) формируются в момент равенства напряжений быстрой и медленной пил. Причем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают,или оба убывают, то задержка увеличивается во времени. Если же одно изних нарастает, а другое убывает, тозадержка уменьшается во времени.Этот прием используется для обеспечения линейно возрастающей задержки(смещения в сторону запаздывания)выходных импульсов устройства в режиме вычитания частот (1-Р), а также линейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходныхимпульсов устройства в режиме сложения частот (1+У).Поясним с помощью эпюр на фиг, 2возможность смещения высокой частоты Г в сторону уменьшения, т.е. получение частоты 1-Г. Пусть периодследования импульсов запуска (фиг,2 а)быстрой пилы будет равен периодувходных импульсов Т с высокой частоЬтой Г следования, а длительность медленной пилы будет равна периоду импульсов Т=1/Р с низкой частотой следования (фиг. 2 а, б). Тогда, еслидлительность быстрой пилы 1 устаноБвить равной Т 6 (фиг. 2 б), то задержка будет равна6; =3. вь (1)где Ь, - шаг задержки (смещения);х=1, 2,т/а) - номер импульса в последовательности импульсов запуска (фиг, 2 а) на интервалевремени, равным Тв. Как видно из фиг. 2 в и формулы (1), диапазон изменения задержки - от вТ до Тв, Таким образом, если в исходной последовательности импульсов запуска (фиг. 2 а) на интервале времени,равном Т; насчитывалосьимпульсов,то в последовательности задержаныхимпульсов (фиг. 2 в) на том же интервале времени насчитывается теперь-1 импульсов. Это объясняется тем,что -й импульс в результате смещения на период Т вышел за пределы интервала Т. Следовательно, частотаследования задержанных импульсов смещается 1 .Т р НрВЬ 1нАналогичным образом можно пояснить получение Р , для случая сложения частот. Напряжение быстрой пилы (фиг. Зв)формируется генератором 13 пилообразного напряжения в паузе между .входными импульсами, поступающими свхода 14 устройства (фиг. За). Этимиимпульсами производится сброс выходного напряжения генератора 13 пилообразного напряжения до нулевого значения, Напряжение медленной пилы(фиг. Зв) формируется первым преобразователем 8 код - напряжение. Длятого, чтобы получить медленную пилу,у которой высота не зависит от периода (частоты), применена аппроксимация линейно изменяющегося напряжения ступенчатым напряжением. Число Ступ пенек" аппроксимации при любом значении периода Т=1/Р одинаково и равно числу И=2" состояний и-разрядного реверсивного счетчика 5 импульсов, разрядность которого равна разрядности первого преобразователя 8 код - напряжение, а также числу младших разрядов преобразователя 2 код -частота, на которые постоянно поданнулевой потенциал. Так как длительность медленной пилы определяется временем заполнения и-разрядного реверсивного счетчика 5 (считая с нулевого состояния), то для его заполнения эа время Т потребуются импульсы с частотой следования БР (фиг.Зб) Действительно, время заполнения реверсивного счетчика 5 в этом случае равно- Б=Т1 ап ду нф Задачу формирования последовательности импульсов с частотой следования БР выполняет преобразователь 2 код - частота, который тактируетсяимпульсами высокочастотного генератора 1. Таким образом обеспечиваетсяпостоянство числа И "ступенек" медленной пилы при любом значении периода Т. Как видно из Аиг. Зв, элементарное приращение медленной пилы равно высоте одной ступенив.Б=Б /2 . (2)где 11 - опорное напряжение первого Опреобразователя 8 код - напряжение,равное высоте медленной пилы,Компаратор 12 в момент равенстванапряжений быстрой и медленной пилы(Фиг. Эг) запускает Формирователь 15, 5с выхода которого очередной импульспоступает на выход 1 б устройства.Рассмотрим принцип работы устройства при переменной высокой частоте г. Сущность его заключается в том, 20что в зависимости от устанавливаемого номинала входной частоты изменяется и напряжение питания генератора 13 пилообразного напряжения. Этонеобходимо для того, чтобы высота 25быстрой пилы не зависила от периодаследования входных импульсов. Еслипилообразное напряжение Аормируетсяна отрезке времени, равном периодуТ =1/Г следования импульсов запуска, З 0вто высота У, быстрой пилы равна11 =Б Т =-="-, (3)о 1где Я, Е,- соответственно крукфтизна, напряжение питания и постоянная времени цепи заряда генератора13 пилообразного напряжения, Каквидно из Аормулы (3), постоянствавеличины У =1 (при переменной частоте ) можно добиться изменениемнапряжения питания Е при неизменнойвеличине. Получим из Формулы (3)выражениеЕк 11 о с 3 фИз Аормулы (4) видно, что величина Е для каждого известного номинала частоты Г определена. Следовательно, используя постоянное запоминаю"щее устройство 9 можно хранить в немв двоичном коде значения Ек для всехнбминалов частот. Второй преобразователь 11 код - напряжение Аормируетуровень напряжения Е соответственноего двоичному эквиваленту. При перестройке устройства по высокой частоте одновременно со сменой номинала входной частоты Г изменяется и код номера этой частоты на шине 10, В результате этого вторым преобразователем 1 код - напряжениеформируется новый уровень напряженияЕ, соответствующий установленномуноминалу входной частоты,Последовательность импульсов навыходе компаратора 12 (Аиг, Зг) близка к идеальной, но отличается от нееналичием паразитной модуляции Фазывыходных импульсов. Это отличие обусловлено тем, что медленная пила неидеально линейная, как на фиг, 2 б,а ступенчатая, Найдем связанную сэтим погрешность Ь твременногоположения выходных импульсов устройства. Из геометрических соображенийпо Фиг. Эв можно получить равенствоьУ 10; т,откуда с учетом (2) получимТ ь 3 Тв (5)максоДля оценки этой погрешности зададим значения Тв и и исходя из возможностей современной элементарнойбазы, При реализации цифровых узловустройства на микросхемах серии 155,работающих на частотах до 15 МГц,примем Г=10 МГц. Тогда Т =1/1=0,1 мкс.Максимальное число разрядов у современных преобразователей код - напряжение (серии 572) составляет и=12, Подставив выбранные значения Ти и в Формулу (5), получиммакс =рл. -2 0 мкс=0,02 нс0 1 - 5 формула изобретенияЦийровой преобразователь частоты следования импульсов, содержащий высокочастотный генератор импульсов, шину логического нуля, шину управления, преобразователь код - частота, вход тактирования которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, и младших входов - с шиной логического нуля, а старшие (с 1-и) входов - с шиной управления, и-разрядный реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя код - частота первый преобразователь код - напряжение, входы которого соединены с выходами и-разрядного реверсивного счетчика импульсов, компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого преобразова теля код - напряжение, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом компаратора, Ьормирователь импульсов, входкоторого подключен к выходу компаратора, а выход является выходом устройства, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что,с целью расширения функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона значенийвходных и выходных частот следованияимпульсов и обеспечения возможностиподстройки параметров преобразователя при переменной высокой частотеследования, в него введены шина кода 2773 б 9 8высокой частоты, постоянное запоминающее устройство, адресный вход которого соединен с шиной кода высокой частоты, второй преобразователь коднапряжение, вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход - к первому входу генератора пилообразного напряжения, второй вход которого является 10 входом устройства, шины включениярежимов сложения и вычитания частот, подключенные соответственно к первому и второму входам управления и-разрядного реверсивного счетчика импуль сов.27 /369 1 1 Составители 19 Техред А,Крав катк едактор М. Петров Корректор Б. Бутяга ЛНИИПИ Заказ 6 и 035, Производственно-полиграсическое предприятие г, Ужгород, ул, Проектн И П ТиГосудар стотелам изобсква, Жа.ж 8 1 бенного комитететений и откркРаушская наб СССРйд. 4/5