Формирователь импульсов с регулируемой частотой следования

СВОЗ ССИЕ 1 СКИХСО И АЛИС:ТИ 1 Е СКИХРЕСПУБЛИК К 23 сс 00, Н 19 00 1)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМУ СВ 21) 4866761/0922) 13.06,9046) 07,12.92. Бюл, М72) А.Н.Беспалов и54) Шапиро Д.Н. и Псинтеза частот, М.:187 45А.Чертковин А.А, Основы теорииадио и связь, 1981, с,Ь ИМПУЛЬСОВ С РЕОЙ СЛЕДОВАНИЯ ится к радиотехнике и может быть испольбразующих узлах апэталонных частот, ов, в синхронизатох и передающих устХ(54) ФОРМИРОВАТЕЛ ГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТ (57) Изобретение относ и импульсной технике, зовано в частотно-прео паратуры времени и измерительных прибор рах, а также в приемнь П,ЬО 1780186 роиствах радиотехнических систем. Устро, 1- ство содержит опорный генератор 1, д 1 а элемента И 2 и 3, делитель 4 частоты.с пер)- менным коэффициентом деления, счетнь й триггер 6, КЯ-триггер 7, суммиру)ощий счечик 9, блок 11 сравнения кодов, вычитакщий счетчик 12. Перечисленные блокл соединены следующим образом; 1-3-9-7-2- 12-11-6-4, 1-2, 1-4, 7-3, 4-6, 4-7, Цель изобретения достигается путем снятия ограничения на гределы изменения коэффициента деления за счет параллельной работы суммирующего 9 и вычитающего 12 счетчиков, наличия новых связей между блсками, 2 ил,Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в частотно-преобразующих узлах аппаратуры времени и эталонных частот, измерительных приборов, в синхронизаторах, а также в приемных и передающих устройствах радиотехнических систем,Известно устройство, которое содержит делитель частоты с переменным коэффициентом деления, генератор случайных чисел, блок сравнения кодов, триггер, два элемента И и делитель частоты.Недостатком устройства является низкая фазовая стабильность выходных импульсов, обусловленная неоптимальным алгоритмом дробного преобразования опорной частоты, который приводит к формированию выходной импульсной последовательности с максимальной неравномерностью,Наиболее близким по технической сущности является устройство, которое состоит из опорного генератора, делителя частоты с переменным коэффициентом деления, трех счетчиков (сложения, вычитания и реверсивного), семи элементов И, двух триггеров, двух элементов ИЛИ и одного инвентора,Сущность заключается в минимизации неравномерности выходной импульсной последовательности путем такого чередования интервалов деления опорной частоты на п или(п+1), при котором выполняется условие оптимальности; отклонение Л 1 выходного импульса, от соответствующего ему гипотетического (с периоадом Т=(п+ р )То Ьт- ,Тоо 2(2) где То - период опорной частоты, и. а, ф - соответственно целая часть, числитель и знаменатель дробного коэффициента деления.Недостатком прототипа является наличие ограничения п(3 -а ) на пределы изменения целой части дробного коэффициента деления, что сужает диапазон изменения частоты следования импульсов и уменьшает быстродействие устройства,Целью изобретения является расширение диапазона изменения частоты следования импульсов и повышение быстродействия устройства,Предлагается формирователь импульсов с регулируемой частотой следования, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с10 15 20 25 30 35 40 45 50 переменным коэффициентом деления итриггер, последовательно соединенные ЙЯтриггер, первый элемент И и вычитающийсчетчик, суммирующий счетчик, тактовыйвход которого подключен к выходу второгоэлемента И, при этом выход опорного генератора соединен с другим входом первогоэлемента И и первым входом второго элемента И, а кодовый вход задания коэффициента деления делителя частоты спеременным коэффициентом деления является первым кодовым входом управлениячастотой формирователя импульсов с регулируемой частотой следования, вторым кодовым входом управления частотойкоторого является вход кодового сигналапредварительной установки суммирующегоСчетчика.Указанная цель достигается тем, что вустройство введен блок сравнения кодов,первый кодовый вход которого соединен скодовым выходом вычитающего счетчика.при этом выход суммирующего счетчика соединен с Я-входом КЯ-триггера, выход которого соединен с другим входом второгоэлемента И, а выход счетного триггера соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентомделения, выход которого соединен с Я-вхсдом КЯ-триггера, выход блока сравнения ксдов соединен с информационным входомтриггера, установочный вход которого является установочным входом формирователяпоследовательности импульсов с регулируемой частотой следования, выходом котсрого является выход делителя частоты спеременным коэффициентом деления, приэтом вход кодового сигнала предваритель.ной установки вычитающего счетчика и дру.гой кодовый вход блока сравнения кодовявляются соответственно третьим и четвер.тым кодовыми входами управления формирователя последовательности импульсов срегулируемой частотой следования,Реализация устройства поясняется нафиг.1, где1 - опорный генератор,2, 3 - соответственно первый и второйэлементы И4 - делитель частоты с переменным коэффициентом деления,5 - первый кодовый вход управлениячастотой устройства,б - счетный триггер,7 - ВЯ-триггер,8 - выход устройства,9 - суммирующий счетчик,10 - второй кодовый вход управлениячастотой устройства,11 - блок сравнения кодов.кода коэффициента деления, При низком и высоком потенциалах на его установочном входе он срабатывает с коэффициентом пересчета соответственно и и (п+1). Счетный триггер 6 реализуется на основе тактируемого 3 К- или О-триггеров, в которых информационным входбм является соответственно 3- или О-входы. Использование в нем третьего входа (начальной установки) позволяет установить требуемый режим работы устройства ( а ( или2 а) в зависимости от его исходного2состояния. В первом случае он устанавливается в единичное состояние, во втором случае - в нулевое состояние. Триггер 7 представляет собой обычный асинхронный ВЯ-триггер, Суммирующий счетчик 9 также является счетчиком с предварительной установкой кода коэффициента деления. Он служит для подсчета а или (Р - а) импульсов входной частоты в режимах соответственно а(- или а , Если2 2счетчик 9 имеет емкость Р, то коэффициент пересчета, равный а, реализуется путем подачи на его вход кодового сигнала предварительной установки дополнительного кода (инвентированный + дв.ед, в младшем разряде) числителя дробной части коэффициента деления. Коэффициент пересчета (Р - а) реализуется при подаче на его вход кодового сигнала предварительной установки прямого кода числителя дробной части коэффициента деления, так как его емкость в этом случае станет равной (Р - а) . Указанные режимы работы счетчика 9 являются известными и подробных пояснений не требуют. Вычитающий счетчик 12 служит для формирования разности (3) или (4). Он представляет собой реверсивный счетчик с предварительной установкой кода знаменателя Р, работающий в режиме вычитания содержимого на единицу по приходу опорного импульса. Запись числа Р в счетчик 12 производится по сигналу обнуления, поступающему с выхода "обратный перенос" (вывод 13 микросхемы 155 ИЕ 6) на его вход разрешения записи (вы вод 11 микросхемы 155 И Е 6), Эта связь является внутренней, поэтому на фиг;1 она не показана.Блок 11 сравнения кодов служит для проверки условий (3) или (4), Согласно этим условиям, на его второй кодовый вход подается код а или (Р - а) в режимах соответственно а или а . При2 2 выполнении условий(3) или(4) на его выходе 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 появляется высокий потенциал, в противном случае - низкий потенциал.Поясним работу устройства в режиме а ( с исходного состояния, в котором:2в управляемый делитель 4 частоты, счетчики 9 и 12 и блок 11 сравнения кодов занесены коды установки соответственно с входов 5, 10, 13 и 14 управления устройства;триггеры б и 7 находятся соответственно в единичном и нулевом состояниях.После запуска устройства на тактовый вход управляемого делителя 4 частоты поступают входные импульсы (фиг.2 а) от опорного генератора 1. Высокий потенциал на установочном входе делителя 4 частоты (фиг.2 б) вынуждает его срабатывать с коэффициентом (и+1) (фиг,2 в). Первым выходным импульсом устройства триггер 6 сбрасывается, а триггер 7 устанавливается в единичное состояние (фиг,2 б, г) и разрешает прохождение опорных импульсов на входы счетчиков 9 и 12 (фиг.2 д), При этом содержимое счетчика 12 с каждым входным импульсом уменьшается на единицу, После поступления на счетчик 9 а импульсов он переполняется и своим выходным импульсом сбрасывает триггер 7 в нулевое состояние (фиг.2 г, д), запрещая прохождение импульсов на входы счетчиков 9 и 12. В счетчике 12 фиксируется содержимое, равное (Р - а) которое сравнивается в блоке 11 с а . Еслй (Р - а) а, то при поступлении на выход устройства очередного импульса коэффициент пересчета делителя 4 частоты не изменится и процессы в устройстве повторяются. Повторение циклов формирования выходных импульсов с интервалом пТО (фиг.2 в) будет происходить до тех пор, пока содержимое счетчика 12 не станет меньше а . В этом случае появление высокого потенциала на выходе блока 11 (фиг.2 е) подготавливает триггер б к установке в единичное состояние очередным выходным импульсом устройства (фиг.2 в, б), С поступлением очередного импульса на выход устройства в делителях 4 частоты устанавливается коэффициент деления (и+1) и тактовые импульсы,. поступающие на счетчик 12, считывают остаток в нем до полного его обнуления, Тогда сигналом обнуления счетчика 12, поступающего с выхода "обратный перенос" на его вход разрешения записи, в него заносится код числа 3, Оставшимися из а в пачке тактовыми импульсами производится вновь считывание содержимого счетчика 12, но теперь со значения Р . Работа делителя 4 частоты с коэффициентом пересчета (и+1) будет12 - вычитающий счетчик,13, 14 - соответственно третий и четвертый кодовые входы управления устройства,15 - установочный вход устройсгва, На фиг,2 процессы в устройстве поясняются временными диаграммами,2 а - на выходе опорного генератора 1, 2 б - на выходе триггера 6,2 в - на выходе 8 устройства,2 г - на выходе КЯ-триггера 7,2 д - на тактовых входах суммирующего и вычитающего счетчиков 9, 12,2 е - на выходе блока 11 сравнения кодов,2 ж - на выходе 8 устройства, реализующего дробный коэффициент деления, рава 3ный и+ р =3 -16,На фиг.1 опорный генератор 1 подключен к второму и первому входам соответственно элементов И 2, 3 и к тактовому входу делителя 4 частоты с переменным коэффициентом деления, у которого кодовый вход задания коэффициента деления является первым кодовым входом 5 управления частотой устройства, установочный вход соединен с выходом счетного триггера б, а выход, обьединенный со счетным входом триггера б и Б-входом ВЯ-триггера 7, подключен к выходу 8 устройства, Тактовый вход суммирующего счетчика 9 связан с выходом второго элемента И 3, вход кодового сигнала предварительной установки является вторым кодовым входом 10 управления частотой устройства, а выход соединен с В-входом ВЯ-триггера 7, выход которого подключен к первому и второму входам соответственно элементов И 2, 3. Первый кодовь 1 й вход блока 11 сравнения кодов связан с кодовым выходом вычитающего счетчика 12, у которого тактовый вход соединен с выходом первого элемента И 2, а вход кодового сигнала предварительной установки является третьим кодовым входом 13 управления устройства, Другой кодовый вход блока 11 сравнения кодов является четвертым кодовым входом 14 управления устройства, установочный вход 15 которого является установочным входом счетного триггера б, информационный вход которого соединен с выходом блока 11 сравнения кодов.По аналогии с прототипом рассмотрим алгоритм работы заявленного устройства,В общем случае, если на выходе делителя частоты с переменным коэффициентом деления появилось ч=х+у импульсов, из которых х получены в результате деления опорной частоты на и, а у на (и+1), то откло 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 нение ч-го импульса от соответствукще, оему гипотетического составит В конкретном случае, если нарушение условия оптимальности (1) происходит при коэффициенте и (в режиме а (- ) для с-го2по номеру выходного импульса, то чтобы это не случилось, -й импульс получают при коэффициенте (и+1) в этом случае отклонение -го импульса от соответсгвующего ему гииотетйческого как следует из (2) при х=ки у=1, равно Условие оптимальности (1) требует выполнения неравенства из которого (без учета знака отклоненияЛЙ) вытекает условие переключения делителя частоты ". переменным коэффициентом деления с коэффициента г, на (и+1) Лналогично находится условие ф -(Р - а)для переключения дели 2теля частоты с переменным коэффициентом деления с коэффициента (и+1) на и. Поскольку в режиме а ( а лах =и в режиме2 2а(Р - а) п= , то условиям пе 2 2реключения будут удовлетворять еще более строгие неравенства(4) Формулы (3) и (4) определяют алгоритм работы заявленного устройства,Опорный генератор 1 служит для получения импульсов опорной частоты1- . Делитель 4 частоты с переменнымТкоэффициентом деления представляет собой счетчик с предварительной установкойили продолжаться всего один цикл, так как содержимое счетчика 12 к концу этого цикла (после вычитания числа а ) останется больше а . Даже в самом худшем случае, когда остаток в нем в начале цикла деления на (и+1) равен 1, а а п= , содержимое его к концу этого цикла ф - (ап 1 ах - 1) превысити, следовательно, апах, Невыполнение условия (3) обуславливает появление на выходе блока 11 низкого потенциала (фиг,2 е), который подготавливает триггер 6 к сбросу в нулевое состояние очередным выходным импульсом (фиг.2 б) и переключению делителя 4 частоты с коэффициента (п+1) на и, В результате, устройство приходит в исходное состояние, с которого все описанные процессы повторяются.Работа устройства в режиме аот 2 лицается от первого (а) только исход 2ным состоянием; в котором:в счетчик 10 с входа 10 управления занесен прямой код числа а;на второй кодовый вход блока 11 с входа 14 управления подан код числа (/ - а);триггер 6 с помощью установочного входа 15 устанавливается в нулевое состояние,Для более полного понимания алгоритма работы устройства на фиг,2 ж приведена выходная импульсная последовательность, полученная из входкой последовательности импульсов (фиг.2 а) с коэффициентом делеа 3ния и+ р=3 - . На этой эпюре числа в16промежутке импульсов и над кими указывают соответственно коэффициент пересчета и содержимое счетчика 12, при которых получен данный импульс. Как видно из фиг,2 ж, каждому переключению делителя 4 частоты с коэффициента 3 на 4 предшествует фиксация такого содержимого в счетчике 12, значение которого всегда меньше а=3, т.е. условие (3) за весь цикл работы выполкяется.В отличие от прототипа, где в реверсивном счетчике формируются суммы Яху=(х+") а У (Р - а),если а С 2 Яху=(у+1) (Р - а) -х а, если а5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 путем последовательного сч та а , а затем ф - а) импульсов опорной частоты, или наоборот, в заявленном устройстве повторногосчета (,В - а) или а импульсов всоответствующих режимах ке производится, Это позволило снять одно и ( - а) из двух ограничений прототипа; и а , и (/ - а) .В прототипе минимальное значение пп 1 п= ф, так как ограничение и (Р - а) должно выполняться и для а гпту =1, т.е, и ( / -1). В этом случае, и должно быть не меньшс чем /, так как ф -1.В заявленном устройстве пяп= , так2 как ограничение п а должно выполняться и длЯ апах = -1, т.е. и 2 -1, котоРое выполняется при и, равном2Таким образом, выигрыш в ппп, и следовательно, в расширении диапазона изменения цастоты составит 2 раза.Кроме того, уменьшение минимального значения и в 2 раза приведет к соответствующему повышению верхнего предела выходных цастот и, следовательно, к увеличению быстродействия устройства также в 2 раза.В отличие от прототипа, которое реализуется с применением большого количества элементарных логических ячеек, заявленное устройство реализуется ка крупных типовых узлах вычислительной техники с высоким уровнем интеграции (применение элементарных логических ячеек сведено к минимуму; 2 против 10 в прототипе), Это позволяет дополнительно повысить надежность устройства в целом, а также улучшить массогабаритные характеристики объектов, в которых применяется устройство.Формула изобретения Формирователь импульсов с регулируемой частотой следования, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с переменным, коэффициентом деления и триггер, последовательно соединенные ВЯ-триггер, первый элемент И и выцитающий счетчик,суммирующий счетчик, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента И, йри этом выход опорного генератора соединен с другим входом второго элемента И и первым входом второго элемента И, а кодовый вход задания коэффициента деления делителя цастоты с переменным коэффициентом деления является первым кодовым входом управления частотой формирователя им1780186 15 1 Г Ул Щгг Составитель А.ЧертковТехред М.Моргентал Корректор Н.ГУ ктор Заказ 4442 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро гарина, 1 пульсов с регулируемой частотой следования, вторым кодовым входом управления, частотой которого является вход кодового сигнала предварительной установки суммирующегосчетчика,отличающийся тем, 5 что, с целью расширения диапазона изменения частоты следования импульсов и повышения быстродействия, введен блок сравнения кодов, первый кодовый вход которого соединен с кодовым выходом вычи тающего счетчика, при этом выход суммирующего счетчика соединен с й-входом ВЯ-триггера, выход которого соединен с другим еходом второго элемента И, а выход счетного триггера соединен с устано вочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с Б-входом ВЯ-триггера, выход блока сравнения кодов соединен с информационным входом триггера, установочный вход которого является установочным входом формирователя последовательности импульсов с регулируемой частотой следования, выходом которого является выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления, при этом вход кодового сигнала предварительной установки вычитающего счетчика и другой кодовый вход блока сравнения кодов являются соответственно третьим и четвертым кодовыми входами управления формирователя последовательности импульсов с регулируемой частотой следования.