Цифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН ЯО 12431)4 Н 03 К 5 15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ И А ВТОРСКОМУ СВИДЕ ЗОБРЕТЕНИЯ БРАЗОВАОВАНИЯ(54) ЦИФРОВОЙ ПРЕ ЦОВОЙ ЧАСТОТЫ СЛЕД (57) Изобретение ной технике и мож в радиоприемных и вах, в измеритель частотно-преобраз телей времени, Ц ОБРАЗБ 1 ЬСОВ импульстноситст бьггь во СССР 31.03 8 Дис Трудыяе повышение бил сти ч ты Об(56) Авторское свидетельсУ 764114, кл. Н 03 К 5/15Горячев А,А Фадеев Аный частотный манипуляторНИИГМП, 1977, вып, 34,ередающ ой аппа ющих уз лью изо ратковр следова спользовано х устройстатуре, в ах храниретения явменной стаия выход1243118 ных импульсов, Для достижения цели вустройство, состоящее из образцовоговысокочастотного импульсного генератора 1, преобразователя 2 код-частота, т-фазных распределителей 7 и 8импульсов, элементов 9-1, 9-2 .9-тсовпадения, элемента 10 сложения,введены и-разрядный счетчик 5 импульсов, преобразователь 6 код-напряжениешина 4 управления, триггер 12, элемент 11 совпадения, генератор 13.пилообразного напряжения, формирователь 15 импульсов и компаратор 14.Устройство содержит также шины 3 логического нуля и 16 выходных импульсов устройства. Введенные элементыобеспечивают стабилизацию фазы имвременные диаграммы сигналов(фиг.4): на выходе преобразователя 2 код-частота (й.) на выходе элемента 11 25 совпадения (Я, на входах компаратора 14 (б), на выходе компаратора 14 (г), на шине 16 выходных импульсов устройства (д )Устройство содержит образцовый:высокочастотный генератор 1, подключенный к входу тактирования преобразователякод-частота, входы разряодов которого с весами 2 -2"связаны Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в 19 адиоприемных и передающих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частотно-преобразующих узлах хранителей времени, а также в других устройствах для введения малой пойравки к частоте следования импульсов образцового генератора.Целью изобретеныя является повышение кратковременной стабильности интервала следования выходньгх импульсов за счет линейно изменяющейся задержки импульсов. На,фиг,1 приведена структурная электрическая схема устройст:ва; на фиг,2 - временные диаграммы сигналов на выходах; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие принцип линейно меняющейся задержки; на фиг.4 - временные диаграммы сигналов.Схема устройства содержит образцовый высокочастотный генератор 1, преобразователь код-частота 2, шину 3 логического нуля, шину 4 управления, и-разрядный счетчик 5 импульсов преобразователь 6 код-напряжение, ш-фазные распределители 7 и 8 импульсов, элементы 9-, 1, 9-29-ш и 11 совпадения, элемент 10 логического сложения, триггер 12, генератор 13 пилообразного напряжения, компаратор 14,пульсов при передаче их с выхода элемента 11 совпадения на шину 16 выходньгх импульсов, Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса на величинуЧ зависящую от его номера в пачке, В устройстве для смещениявыходныхГимпульсов к моментам времени используется принцип линейно меняюшейся задержки, Сущность его заключается в сравнении двух пилообразных напряжений одинаковой амплитуды - быстрой пилы и медленной пилы, Последовательность импульсов на выходе компаратора 14 близка к идеальной, но отличается от нее наличием паразитной модуляции фазы выходных импульсов, 4 ил,2формирователь 15 импульсов, шину 16выходных импульсов устройства,Приведены временные диаграммы сигналов на выходах (фиг,2) образцовоговысокочастотного генератора 1 Я),2, ш ш-фазного распределителя 7 импульсов (о, Ь,2 ), преобразователя 2код-частота (д), старшего разрядаи-разрядного счетчика 5 импульсов (В.),1 О 1, 2, ш ш-фазного распределителя. 8импульсов (ж, ц, К ), элемента 10 логического сложения (4), элемента 11совпадения (М).Временные диаграммы (фиг.3) пояс 15няют принцип линейно меняющейся задержки: импульсы запуска быстрой пилы (И ), напряжения быстрой и медленнойпилы (Б), задержанные импульсы относи.тельно имггульсов запуска быстрой пи 20 пы И).с шиной 3 логического нуля, а с весами 2-2- с шиной 4 управления, Выход преобразователя 2 код-частота связан со счетным входом и-разрядного счетчика 5 импульсов, Выходы разрядов п-ра.зрядного счетчика 5 импульсов, соединены с информационными входами преобразователя 6 код-напряжение, Входы в-фазных распределителей 7 и 8 импульсов подключены к выходу соответственно .образцового высокочастотного генератора 1 и старшего разряда и-разрядного счетчика 5 импульсов. Все первые и вторые входы элементов 9-1, 9-2 9-в совпадения соединены соответственно с выходами в-фазных распределителей 7 и 8 импульсов, Выходы элементов 9-1, 9-2,, 9-в совпадения соединены с входами элемента 10 логического сложенияДополнительный элемент 11 совпадения первым и вторым входами связан с выходами соответственно образцового высокочастотного генератора 1 и элемента 10 логического сложения, а выходом - с входом запуска триггера 12, единичный выход которого соединен с входом генератора 13 пилообразного напряжения.Компаратор 14 первым и вторым входами связан с выходами соответственно преобразователя 6 код-напряжение и генератора 13 пилообразного. напряжения, а выходом - с входом сброса триггера 12 и через. формирователь 15 импульсов - с ши 35 ной 16 выходных импульсов.Устройство работает следующим об 1 О разом,В исходном состоянии триггер 12 и и-разрядный счетчик 5 импульсов 40 установлены в нулевое состояние, На шину 3 логического нуля постоянно подан нулевой потенциал. На шину 4 управления подают код (например, двоичный), соответствующий низкой час тоте Г. Подача кода частоты Г только на вход старших разрядов преобразователя 2 код-час ота при сохранении нулей на и младших его разрядах экви. валентна умножению числа Г на число 50 М, Поэтому фактически в преобразователь 2 код-частота введен код числа МГ, где И = 2 ",После запуска устройства импульсы образцового высокочастотного генератора 1 с частотой Го .поступают на вход ш-фазного распределителя 7 импульсов, который формирует в-фазный сигнал с частотой Г =1 /ш (фиг.2 Ь,, 1 ). Одновременно импульсыобраз - цового высокочастотного генератора тактируют преобразователь 2 код-частота, который формирует последователь ность импульсов с частотой ИГ (фиг.2 Ь ), В и-разрядном счетчике 5 импульсов эта частота делится в И раз (фиг.2 6. ). Импульсы с частотой Г = 1/Т поступают на вход в-фазного распределителя 8 импульсов, который формирует в-фазный сигнал с часто,той Гч = Г/в (фиг.2 Ж, И, 3 С). Элементы 9-1, 9-2 9-в совпадения поочередно открываются импульсами соответственно с 1, 2, , ш-го выхода ш-фазного распределителя 8 импульсов. Таким образом, за один период Тнч = 1/Гнч импульсов ш-фазногораспределителя. 8 элементы 9-1,9-2, 9-ш совпадения формируют поочередно1, 2.ш-ю пачку, высокочастотной последовательности импульсов. Все пачки импульсов имеют длительность Тп=Т. В элементе 10 логического сложения формируется последовательность пачек (фиг.2 Л ), в которой пачки следуют с периодом 7 . Причем средняя частота импульсов на выходе элемента 10 логического сложения за период Т,ч равна Гс = + Гнч, Для случаявычитания (фиг.21, эпюра) и результате ступенчатого приращения фазы первая пачка сдвигается в сторону запаздывания на То, вторая - на 2 Те и т,д., а ш-я пачка в . на шТ . Так как внутри пачек импульсы следуют с постоянным периодом шТО, то сдвиг ш пачки на время шТо означает, что количество импульсов в ней уменьшилось на один. импульс. В результате среда ума Гол Гф -Гн . Аналогично можно пояснить получение Гср для случая сложения частот. Элемент 11 совпадения служит для привязки временного положения импульсов навыходе элемента 10 логического сложения к импульсам образцового высокочастотного генератора 1 (фиг,2 м ),Это необходимо для исключения нестабильной задержки импульсов при ихпередаче от образцового высокочастот-,ного генератора 1 к входу элемента 1совпадения. Импульсы смещаются на Ь,(фиг,2 М ). Таким образом,. последовательность импульсов на выходе элемента 11 совЬ12431падения имеет низкую стабильность мгновенной частоты.Рассмотрим работу преобразователя 2 код-напряжение, и-разрядного счетчика 5 импульсов, преобразователя б код-напряжение, триггера 12, генератора 13 пилообразного напряжения, компаратора 14, Формирователя 15 импульсов, обеспечивающих стабилизацию Фазы импульсов при передаче их с выхода элемента 11 совпадения на шину 16 вь 1 ходных импульсов, Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса на вели- чинуT, зависящую от его номера в 15 пачке. В устройстве для смещений 7 выходных импульсов к моментам времени, соответствующим их временному положению в идеальной (гипотетической) последовательности,.используется 20 принцип линейно меняющейся задержки, Этот принцип широко используется в стробоокопических осциллографах. Сущность его заключается в сравнении двух пилообразных напряжений одина ковой амплитуды - быстрой и медленной пил (фиг,З б ).На фиг,З 6 обозначены ю щ длительность соответственно быстрой и медленной пилы; Т.п - период быст- ЗО рой пилы.Задержанные относительно импульсов запуска быстрой пилы (фиг,З а ) импульсы (фиг.З ь ) формируются в мо. мент равенстванапряжений быстрой иомедленной пил. При этом задержка равна= т. д.( Ф й = шаг считывания (смещения)рт-=1, 2, , (Си /аЯ - номер точки считывания,Как видно из фиг.Зо и Формулы (1),45минимальная задержка Ги = дь, а максимальная задержкаТиах = дПричем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают, или обаубывают, то задержка увеличиваетсяво времени, Если одно из них нарастает, а другое убывает, то задержкауменьшается во времени, Этот приемиспользуется для обеспечения линейно возрастающей задержки (смещенияв сторону запаздывания) выходных импульсов устройства в случае вычитания частот (Рд -Рнч ), а также - ли 18 бнейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходных импульсов устройства для случая сложения ча" тот (Рч +Гн )В результате смещений каждого импульса на выходе элемента 11 совпадения на время Ы , последний импульс в пачке сместится на Т Следовательно, требуемый шаг смещения в каждой пачке (Фиг 2 4 )То ГЙТоТ Т фшТ,где (Т/шТ,) - количество импульсов впачке,Тогда, . = д 7, где 1=1,2(Т/тТ,) - номер импульса в пачке,В этом случае (,иЬ= д 7, а 7 вйх =- Т,.Из условия получения тд = Т,следует, что длительность быстройпилы необходимо выбрать равной ТгТак как смещению на время 1.- подвергаются импульсы на выходе элемента 11совпадения, то ими и производитсязапуск быстрой пилы, Следовательно,Тщ = шТ Учитывая, что смещениеЬЬ,= дГ получает первый импульс впачке, а смещениеЬщ= Т, - последний импульс в пачке, длительностьмедленной пилы выбирается равной длительности пачки,Таким образом, если выполняютсяравенства с Т ф Тп шТф Тфреализуется .шагсмещения, равный требуемомущТ;д сТНапряжение быстрой пилы Формируется генератором 13 пилообразного напряжения, запускаемым импульсами с выхода, элемента 11 совпадения через триггер 12 (фиг,4 о и Ь ), Крутизна быстрой пилы при неизменной Т фиксирована. Напряжение медленной пилы Формируется преобразователем 6 коднапряжение Для того, чтобы, получить мецленную пилу, у которой высота не зависит от периода (частоты), применена агпроксимация линейно изменяющегося напряжения ступенчатым напряжением. Число "ступенек" при любом значении периода Т (числа Р ) одинаково и равно числу Ч состояний и-разрядного счетчика 5 импульсов, Счетчик 5 является двоичным и имеет емкость10 1 1- И= - =ТфП= ИР РКомпаратор 14 формирует импульсы в момент равенства напряжений быст рой и медленной пилы (фиг,4 Ь ),При перестройке устройства но частоте путем изменения кода числа Р на шине 4 управления автоматически изменяется крутизна медленной пилы, Вследствие этого автоматически изменяется и шаг смещения А, необходимый для полной компенсации фазовых сдвигов выходных им импульсов, Причем ша 1 дТ уменьшается при понижении частоты и увеличивается при повышении частоты Р.Последовательность импульсов на выходе компаратора 14 (фиг.4 й ) близка к идеальной, но отличается от нее наличием паразит.: ой модуляции фазы выходных импульсов, Это отличие обусловлено тем, что медленная пила не идеально линейная, как на фиг,З 8, а ступенчатая. Найдем связанную с этим погрешность ьвременного положетйхния выходных имйульсов устройства, Из геометрических соображений (фиг.4 м,ь) можно получить равенство ьБ д,откуда с учетом (2) получим Б Т, ф И=2, где и - число разрядов счетчика 5, равное числу разрядов преобразователя 6 код-напряжение, а также числу младших разрядов преобразователя 2 код-частота, на которые постоянно 5 подан нулевой потенциал. Поэтому коэффициент деления его тоже равен Ы.В процессе работы и-разрядный счетчик 5 импульсов последовательно принимает все И = 2 возможных состояиния. Следовательно, на выходе преобразователя 6 код-напряжение формируется ступенчатое пилообразное напряжение - медленная пила (фиг.46 ), Причем ее приращение равно высоте од ной ступени д У = Б,/2 (2), а максимальное значение - У где Уоопорное напряжение преобразователя 6 код-напряжение, Так как длительностьмедленной пилы определяется вре О МПменем заполнения и-разрядного счетчика 5 импульсов (считается с нулевого состояния), то для его заполнения за время Т потребуются импульсы с частотой следования ИР 25 (фиг,4 ц), Время заполнения и-разрядного счетчика 5 импульсов равно требуемому значению т,ди Т.йх 11 = 2 Ъ (З).длЯ цоэтой погрешности зададим значение Т, и и, исходя из воэможностей современной элементной базы. При реализации цифровых узлов устройства на микросхемах серии 155, работающих на частотах до 15 МГц, примем Г,=10 МГц. Тогда Т,= 1 И, = 0,1 мкс, Максималь. ное число разрядов у современных преобразователей код-напряжение (серии 572) составляет и,= 2. Подставив выбранные значейия Т, и и в формулу (3), получимь нщ г. 2 10 1 мкс 3 = 0 02 нс,Таким образом, стабильность периода следования выходных импульсов повышается в 4096 раз.Формула изобретенияЦифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов содержащий образцовый высокочастотный импульсный генератор, преобразователь код-частота, вход тактирования которого соединен с выходом образцового высокочастотного генератора, два ш-фаэных распределителя импульсов, вход первого иэ которых подключен к выходу образцового высокочастотного генератора, ш элементов совпадения, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом первого, а второй вход - второго ш-фазных распределителей импульсов, элемент логического сложения, входы которого подключены к выходам соответствующих элементов совпадения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности интервала следования выходных импульсов, в него введены и-разрядный счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя код-частота, а выход старшего разряда - к входу второго а-фаэного распределителя импульсов, преобразователь код-напряжение, входы которого соединены с выходами счетчика импульсов, шина управления, шина логического нуля, триггер, элемент совпадения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами образцового высокочастотного12431генератора и элемента логического сложения, а выход - с входом уста- новки триггера, генератор пилообразного напряжения, вход управления которого соединен с прямым выходом 5 триггера, формирователь импульсов и компаратор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора пилообразного нап 18 1 Оряжения и преобразователя код-напряженйе, а выход - к входу формирователя и входу сброса триггера, причем и младших входов преобразователя код-напряжение подключены к шинелогического нуля, его старшие (с-и)входов подключены к шине управления,а выход формирователя импульсов явяется выходом устройства.1243118Корректор В.Синицкая Составитель Ю.АкаткиТехред К.Боикало ати едакто з 3717/ Тираж 816 НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб д