Устройство цифрового сопровождения фазы периодического сигнала

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК УБЛИК(19) 1)4 Ь 7 00 ТЕНИ У ЛЬС ю Мучник ые системы фазово./ Под ред. М. И.Советское радио и синЖодвиш1980 ССР979.ПРОВОЖГНАЛА ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ Сви(54) УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОГО СДЕНИЯ ФАЗЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИ(57) Изобретение относится к электронике и обеспечивает расширение рабочего диапазона частот. Устр"во содержит генератор импульсов, сумматоримпульсных последовательностей, измерительный счетчик импульсов, детектор периодического сигнала, счетчик импульсов, регистр памяти, параллельный сумматор-накопитель. Длядостижения цели введены элементы Ии блок вычисления порядка величинвыходного сигнала счетчика импульсов. Блок вычисления выполнен в виде трех дополнительных элементов И.Счетчик импульсов 5 выполнен в виде дополнительного параллельногосумматора-накопителя. 1 э,п. ф-.лы,21376241 ЛЯЛЯ-РТ,1Изобретение относится к электронике; может быть использовано врадиотехнических, акустических иэлектрических системах для полученияинформации о мгновенном текущем значении фазы периодического сигнала,в частности в условиях его частотнойи 4 йзовой модуляции, и является усовершенствованием устройства поавт. св. В 902266.Целью является расширение рабочего диапазона частот.На фиг. 1 представлена структур"ная электрическая схема устройствацифрового сопровождения фазы периодического сигнала; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.Устройство цифрового сопровождения фазы периодического сигнала содержит генератор 1 импульсов, сумматор 2 импульсных последовательностей, измерительный счетчик 3, детектор 4 нулей периодического сигнала,счетчик 5 импульсов, выполненный ввиде дополнительного параллельногосумматора-накопителя, регистр 6 памяти, параллельный сумматор-накопитель 7, элементы И 8 и блок 9 вычисления порядка величин выходногосигнала измерительного счетчика им"пульсов, выполненный в виде первого10, второго 11 и третьего 12 дополнительных .элементов И.Генератор 1 содержит задающийгенератор 13, 1-К-триггер 14, первый15, второй 16, третий 17 и четвертый18 элементы И-НЕ.Детектор 4 содержит регистр 19сдвига, пятый 20, шестой 21, седьмой 22 и восьмой 23 элементы И-НЕ.Счетчйк 3 содержит первый 24 ивторой 25 четырехразрядные счетчики.Параллельный сумматор-накопитель7 содержит первый 26 и второй 27 па"раллельные четырехразрядные сумматоры, а также первый 28 и второй 29четырехразрядные регистры,Сумматор 2 импульсных последовательностей содержит девятый 39 и де"сятый 31 элементы И-НЕ.Выходной счетчик 5 импульсов, выполненный в виде параллельного сумматора"накопителя, содержит третий32 и четвертый 33 параллельные четы"рехразрядные сумматоры, третий 34 ичетвертый 35 четырехразрядные реги"стры, а также пятый - двенадцатый36-43 инверторы,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Устройство работает следующим образом,На вход устройства поступает периодический сигнал, частота которого близка к нижнему пределу частотного диапазона, т,епримерно равна,например, 16 кГц (фиг, 2 а, интервал,-). При этом длительность периода близка к максимальной. Детектор4 нулей при переходе сигнала черезнуль от "-" к "+" вырабатывает дваимпульса, разнесенных во времени,причем первый импульс (фиг. 2 б) фиксирует нулевое значение фазы, авторой (фиг. 2 в) сдвинут относительно первого, эти импульсы синхронизированы соответственно с первым ивторым тактами генератора 1, частота которых равна, например, 4 мГц,Причем первый импульс образуетсяна выходе восьмого элемента И-НЕ 23,а второй импульс на выходе шестогоэлемента И-НЕ 21.По первому импульсу содержимоеизмерительного счетчика 3 записывается в регистр 6 памяти. Одновременно этим импульсом счетчик 5 и параллельный сумматор-накопитель 7 устанавливаются в начальное, в данномслучае, нулевое состояние. Такимобразом, вэтот момент содержимоесчетчика 5 соответствует нулевомузначению фазы периодического сигнала, и число на его выходе соответствует этому значению.По второму импульсу содержимоеизмерительного счетчика 3 устанавливается в начальное единичное состояние.В промежутках между импульсамиустановки через счетный вход счет"чик 3 заполняется импульсами с частотой Р, поступающими с выхода четвертого элемента И-НЕ 18 (Р=4 МГц).В результате на его выходе образуется число, равное количеству посту"пающих импульсов, но в обратном коде, т.е, счетчик 3 работает на "вычитание". За период Т входного сигнала измерительный счетчик 3 принимает РхТ импульсов. В регистр 6 число из счетчика 3 записывается в обратном коде где Я - емкость счетчика 3. Так как в нижней части диапазона сопровождения (при й) период Т ближе к своему максимальному значению,то на вход счетчика 3 поступает близкое к максимальному число импульсовтактовой частоты Р, Следовательно,в момент окончания периода Т в счетчике 3 присутствует число, близкоек нулю. Это число записано в регистр6 памяти,С выхода регистра 6 памяти кодстарших разрядов одновременно подается на вход параллельного сумматоранакопителя 7 и на вход блока 9 вычисления.Блок 9 работает следующим образом.Все разряды регистра 6 имеют зна"чение "1", в этом случае выходы блока 9 имеют также значение "1".Прямые выходы блока 9 подключенык входам младших разрядов параллельного сумматора-накопителя 7 в обратном порядке, т.е. старший разрядвключен на вход первого (младшего)разряда, (и)-й " на вход второгоразряда и т.д, В результате при значении выходов , в момент каждогостроба с выхода десятого элементаИ-НЕ 31 сумматора 2 по параллельному входу старших разрядов (входы четвертого параллельного четырехразрядного сумматора 33) суммируются "О"и "1" по входу переноса четвертогопараллельного сумматора четырехраэрядного сумматора 33."1" переноса образуется за счетсуществования всех "1" на входахтретьего параллельного четырехразрядного сумматора 32 и постоянной"1" на входе переноса Р,. В результате счетчик 5 импульсов, в случае40всех "1" на входе блока 9, работаетв режиме четырехраэрядного счетчика импульсов,Младший разряд на выходе "1" ре,у 45 гистра б имеет значение О , осталь ные разряды - "1", В этом случае выходы блока 9 имеют значение "1", а выход третьего дополнительного элемента И 12 "О", В момент каждого строба в счетчике импульсов 5 Опи 50 по параллельному входу четвертого параллельного четырехразрядного сумматора 33, и одному из входов третьего параллельного четырехразрядного сумматора 32 и "1" по выходу перено" са из третьего разряда в четвертый третьего параллельного четырехраэрядного сумматора 32, Эта "1" обраэуется за счет существования всех "1"на входах третьего параллельного четырехразрядного сумматора 32 и "1"на входе его переноса. В результатесчетчик 5 импульсов в этом случаеработает в режиме пятиразрядногосчетчика импульсов.Второй разряд на выходе регистра6 имеет значение "О", остальные "1".:В этом случае выходы второго 11 итретьего 12 дополнительных элементов И имеют значение "О". Счетчик 5импупьсов работает в режиме шестиразрядного счетчика импульсов.Третий разряд на выходе регистра6 имеет значение "О". В этом случаена дополнительных элементах И 10,11 и 12 выходах "О", Счетчик 5 импульсов работает в режиме семиразрядного счетчика импульсов.Четвертый разряд регистров 6 име"ет значение "О". В этом случае вы"ходы блока 9 имеют значение "О",Счетчик 6 импульсов работает в режиме восьмиразрядного счетчика импуль"сов,Таким образом, в случае самогодлинного периода Т, когда как минимум, на выходе четвертого разрядарегистра 6 существует "О", счетчик5 работает в режиме восьмиразрядногодвоичного счетчика импульсов. Одновременно благодаря наличию всех "1"на инверсных выходах блока 9 открывают все элементы И 8. Входы этихключей связаны с выходами последнихчетырех старших разрядов параллельного сумматора-накопителя 7, а выходы ключей - с входами его соответствующих разрядов.При включении всех элементов И 8все восемь разрядов параллельногосумматора накопителя имеют обратнуюсвязь с выходов на входы второгослагаемого и, таким образом, всеразряды параллельного сумматора-накопителя включены в режиме параллельного сумматора-накопителя.В результате при частотах входного сигнала, близких к Е, в работе устройства участвуют все восемьразрядов измерительного счетчика 3,счетчика 5 и параллельного сумматоранакопителя 7.В этом случае импульсы частоты Рс выхода второго элемента И"НЕ 16генератора 1 поступают на вход сумматора 2 и далее на счетный входсчетчика 5 импульсов. Одновременно эти импульсы с выхода сумматора 2 поступают на вход стробирования па" раллельного сумматора-накопителя 7, на параллельный вход которого из регистра 6 подается рассогласование ЬБ. Следовательно, каждым импульсом частоты Р величина накопленной суммы в параллельном сумматоре"нако 1 пителе 7 увеличивается на ЬЯ , При непрерывном стробировании параллельный сумматор-накопитель 7 переполняется, на его выходе вырабатывается импульс, и цикл заполнения возобнов ляется. Импульс переноса поступает на вход девятого элемента И-НЕ 30 сумматора 2, где стробируется импульсом второго такта генератора 1, поступающим на второй вход девятого элемента И"НЕ 30. В результате на выходе сумматора 2 формируется дополнительный импульс, синхронизированный с вторым тактом генератора 1, который поступает на счетный вход 25 счетчика 5 импульсов и стробирующий вход параллельного сумматора-накопителя 7.Таким образом, в момент перепол" кения параллельного сумматора"накопителя 7 в него вводится начальная сумма, равная ь Я , которая является исходной при последующем цикле его заполнения. При наличии остатка в параллельном сумматоре-накопителе 7 в момент формирования импульса пере полнения исходной величиной являетсясумма остатка и ь Я (в дальнейшем для упрощения понимания рабо" ты схемы описание дается без учетаостатка).Количество импульсов, стробирующих параллельный сумматор"накопитель 7 в очередном цикле накопления, равно1 Я-ЬЯ 1 и = епг --9где епйцелая часть выражения,стоящего в скобках;50(Я- ьЯ) - емкость параллельного сумматора-накопителя 7 послевведения начального числа ЬЯПериод заполнения параллельного сумматора-накопителя 7 равенБ - ЬЯ Т 3 Щ т авю т ьЯ РТс учетом того что ЬБ = Б-Р Т Т = - -ФВ Ь. ЯПри этом общее количество цикловпереполнения параллельного сумматора"накопителя 7 за период входного сиг"нала ТТа щщ щ д ЯТТаким образом, на вход сумматора 2 и далее на счетный вход счетчика 5 за период сопровождаемого сигна" ла Т поступают дополнительные импульсы, что равно величине рассогласования в измерительном счетчике 3. Общее количество импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 5 импульсов в течение периода Т входного сигнала, равноИ = Т Р + К = Я - Ь Я + ЬБ = Я и не зависит от величины этого периода и частоты при установившейся частоте входного сигнала (в случае рассматриваемого восьмираэрядного устройства Н = 2 Ь),Таким образом, на выходе устройства формируется цифровая разверткас постоянным количеством дискрет втечение периода входного сигнала,т,е, синхронизированная с началом иконцом этого периода. Мгновенныезначения этой развертки соответствуют текущим значениям фазы входногосигнала с погрешностью, не превышающей одной дискреты счетчика 3 импульсов (фиг, 2 а, до момента времени Е,).Во втором случае на входе устрой"ства в момент времени Т, (фиг. 2 а)частота входного сигнала скачкообразно увеличивается в 3,5 раза. Вэтом случае старший (восьмой) разряд измерительного счетчика 3 импульсов остается в состоянии "1",нулевое значение принимает предшествующий седьмой разряд.При значении седьмого разряда"О", а восьмого "1" измерительногосчетчика 3 импульсов и регистра 6сигналы с выходов блока 9 преобразуют счетчик 5 импульсов из восьмиразрядного в семиразрядный.Одновременно инверсный сигнал свыхода первого блока 9 закрываетодин из элементов И 8 и разрываетобратную связь восьмого разряда параллельного сумматора-накопителя 7, 1376241На первый вход второго параллельного четырехразрядного сумматора 27 подается нуль. В результате старший разряд параллельного сумматора"5 накопителя 7 перестает работать в режиме накопления сигнала. Но, так как на втором входе второго параллельного четырехразрядного сумматора 2 существует "1", соответствующая 10 значению страшего разряда регистра 6, он работает в режиме трансляции переноса из предыдущего седьмого разряда непосредственно на выход переноса, Поэтому параллельный сумматор накопитель 7 преобразуется в семираз" рядный.Таким образом,. сохраняется взаимное соответствие количества функционирующих разрядов измерительного счетчика 3 импульсов, параллельного сумматора-накопителя 7 и счетчика 5 импульсов. При значении частоты входного сигнала, равном 3,5 Е, устройство функционирует как семиразрядное и переключение его из восьмиразрядного режима в семиразрядный осуществляется элементом И 8 и блоком 9.Пусть частота входного сигнала в 3,5 раза скачкообразно изменяется с момента времени С (фиг. 2 а). В момент времени С , , й фаза его равна нулю. На фиг, 2 г приведены идеальные значения фазы этого сигна" ла, на фиг. 2 д - фазовый отсчет на выходе четырех старших разрядов устройства. Быстродействие устройства равно периоду входного сигнала. Поэтому с момента скачкообразного изме.нения частоты входного сигнала й до окончания первого периода измененной частоты Твыходной сигнал искажен.Но уже с момента временй й, т.е. с запаздыванием на период входного сигнала, цифровое сопровождение фазы45 осуществляется в пределах требуемой точности устройства.Рассмотрим работу устройства в случае Г ь 16 Г, Как и в предыдущем случае фактически разрядность вычислительной части устройства уменьшается при увеличении входного сигнала, В этом случае значение периода входного сигнала минимально. Поэтому уже четыре старших разряда измерительного счетчика 3 импульсов не изменяют своего первоначального состояния, и их значение равно "1", т,е. все выходы регистра 6 имеют значение "1". На всех выхо" дах блока 9 присутствуют "1", которые переключают счетчик 5 импульсов в четырехраэрядный режим. Одновременно все нули с инверсных выходов блока 9 исключают с помощью элементов И 8 из обратной связи четыре старших разряда параллельного сумматора-накопителя 7, Так как на первые входы этих старших разрядов подаются "1", то перенос с выхода четвертого разряда первого параллельного четырехраэрядного сумматора 26 прямо транслируется через пятый, шестой, седьмой и восьмой разряды на выход второго параллельного четырехразрядного сумматора 27 и параллельный сумматор- накопитель 7 функционирует в четырех- разрядном режиме, В результате устройство осуществляет цифровое сопровождение фазы периодического сигнала, частота которого 161- 32 Е в четырехразрядном режиме с точностью четвертого двоичного разряда.Существует две особенности функционирования устройства.На вход переноса младшего разряда параллельного сумматора-накопителя 7 постоянно подана "1", компенсирующая потерю "1" при формировании йБ обратным кодом результата счета импульсов счетчиком 3.В момент начала каждого цикла сопровождения в счетчик 5 импульсов через девятый 30 и десятый 31 элементы И-НЕ добавляется один импульс. Этот импульс компенсирует неточность цифрового сопровождения фаэ, возникающую вследствие того, что начало периода детектором 4 фиксируется всегда с небольшой задержкой.Формула изобретения1. Устройство цифрового сопровождения фазы периодического сигнала по авт. св. У 902266, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, введены элементы И и блок вычисления порядка величины выходного сигнала измерительного счетчика импульсов, при этом элементы И включены между выходами и вторыми входами старших разрядов параллельного сумматора-накопителя, а блок вычисления порядка величины выходного сигнала измери"тельного счетчика импульсов подключенвходами к выходам регистра памяти иинверсными выходами - к вторым входамэлементов И, выходы младших и стар"ших разрядов блоха вычисления порядка величины выходного сигнала измерительного счетчика импульсов под"ключены соответственнок входамстаршихи младшихразрядов счетчикаимпульсов,выполненного в виде дополнительного параллельного сумматора-накопителя.Г 2. Устройство по п. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления порядка величин выходного сигнала иэмерительного счетчика импульсов выполнен в виде последовательно соединенных дополнительных элементов И, вторые входы и выходы которых являются входами и выходами блока вычисления порядка величин выходного сигнала измерительного счетчика импульсов.ЮЬхоЮ