Умножитель частоты

(51)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Самарский филительского института теции производства дви. (56) Авторское свидетМ 1338032, кл. Е 03 КАвторское свидетМ 1506505, кл, Н 03 ВАвторское свидетМ 1427552, кл. Н 03 В НОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫпользование: умножитель частоты отя к импульсной технике и может исваться вустройствах автоматики и тельной технике. Сущность изобреустройство содержит: входную шину 2 опорной частоты, выходную шину еры 4,5, элемент 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ еверсивный счетчик 7, счетчик 8, де, 10 частоты, элемент И 11, 7 ил.(54) УМ (57) Ис носитс пол ьзо измери тения: 1, шину З,тригг ИЛИ, р лителиПредлагаемое изобретение относится к радиотехнике и импульсной техники и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники.Известен умножитель частоты,содержащий первый и второй счетчики, элемент сравнения, входы которого подключены в выходам счетчиков, первый и второй делитель частоты, триггер, элемент ИЛИ, элемент И, первый вход которого подключен к выходу триггера, а выход - кпервому входу элемента ИЛИ,НедостатКом известного устройства является его сложность, в частности, необходимость в пяти счетчиках и в специфическом генераторе опорной частоты..Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является умножитель частоты, содержащий счетчик, вход которого подключен к шине опорной частоты, реверсивный счетчик, элемент сравнения, первая и вторая группы входов которого подключены соответственно к информационным выходам счетчика и реверсивного сЧетчика, первый делитель частоты, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, второй делитель частоты, вход которого подключен к выходу элемента сравнения и к выходной шине, первый триггер, установочный вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, второй триггер, элемент И, первый вход которого подключен к входной шине, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу элемента И,Недостатком известного устройства является низкая надежность работы умножителя частоты. Действительно, это устройство требует фазирования элементов устройства внешним сигналом, В процессе работы фазирование может быть нарушено, например, из-за воздействия помехи в виде ложного импульса входной частоты, на счетный вход триггера 7. При этом без повторного внешнего фазирования нарушается функционирование устройства, Подобное происходит и при резком йзменении входной частоты. Фазирование внешним сигналом требуется и при подаче питающего напряжения,Другим недостатком известного устройства является неравномерность импульсов выходной частоты, т.к, из выходной последовательности импульсов могут циклически "вырезаться" импульсы, совпадающие по времени с импульсами входной частоты,Цель изобретения - повышение надежности функционирования и обеспечение равномерности выходной частоты.50 И. Выход триггера 4 подключен к счетномувходу триггера 5, к первому входу элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к входу направления счета реверсивного счетчика 7, Выход триггера 5 подключен к вторым входам эле 55 ментов 6, 11, 3-вход подключен к выходуделителя 10 частоты, а О-вход - к шине логического "0". Вход разрешения счета реверсивного счетчика 7 подключен к выходу элемента 6, счетный вход к выходу делителя 9 частоты и информационных выходов юит 5 10 15 2030354045 Поставленная цель достигается тем, что умножитель частоты, содержащий счетчик, вход которого подключен к шине опорной частоты, реверсивный счетчик, элемент сравнения, первая и вторая группы входов которого подключены соответственно к информационным выходам счетчика и реверсивного счетчика, первый делитель частоты, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, второй делитель частоты, вход которого подключен к выходу элемента сравнения и к выходной шине, первый триггер, установочный вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, второй триггер, элемент И, первый вход которого подключен к входной шине, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу элемента И, снабжен элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешениясчета реверсивного счетчика, а первый и второй входы. подключены соответственно к . выходам первого и второго триггеров, при этом информационные входы счетчика подключены к информационным выходам ре-:.версивногосчетчика, счетный вход второго.триггера подключен к входной шине, выход:,элемента И подключен.к устайовочномувхо-ду второго делителя частоты, а второй входподключен к выходу первого триггера, счетный вход которого подключен к выходу второго триггера и к входу направления счета, реверсивного счетчика, а информационный вход подключен к шине логического нуля,выход и второй вход элемента ИЛИ подключены соответственно к входу записи и к выходу переноса счетчика,На фиг. 1 изображена функциональнаясхема умножйтеля частоты, на фиг. 2, 3, 4. 5;6, 7 - временные диаграммы работы устройстваУмножитель частоты содержит входнуюшину 1, шину 2 опорной частоты, выходнуюшину 3, триггеры 4, 5, элемент 6, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, реверсивный счетчик 7, счетчик 8, делители частоты 9, 10, элемент 11 И,элемент 12 ИЛИ и элемент 13 сравнения. Входная шина 1 подключена к счетному входу триггера 4 и к первому входу элемента 11ключены к соответствующим информационным входам счетчика 8, Кроме того. выходы истарших разрядов реверсивного счетчика 7 подключены к имладших разрядов группы входов А элемента 13, при этомстарший разряд группы подключен к шине логического "0", Информационные выходы счетчика 8 подключены к группе входов В элемента сравнения 13, Шина 2 опорной частоты подключена к счетным входам делителя 9 частоты и счетчика 8, выход переноса которого подключен к первому входу элемента 12 ИЛИ, а вход записи к выходу элемента 12. Выход элемента 11 подключен к второму входу элемента 12 и к установочному входу делителя 10 частоты, счетный вход которого подключен к выходу элемента 13 сравнения и к выходной шине 3,Устройство работает следующим образом. На эпюрах фиг, 2 сверху вниз изображено: 1 - импульсы входной частоты; 4, 5. 11 - выходные сигналы соответственно триггеров 4, 5 и элемента 11 И; 8 - сигнал на выходе переноса счетчика 8; 8 - содержимое счетчика 8, т,е, текущее значение его кода; 13, 10, 12 - выходные сигналы соответственно элемента 13 сравнения, делителя 10 частоты и элемента 12 ИЛИ,На эпюрах фиг. 3, 4, 5, 6, 7 сверху вниз изображено: 1 - импульсы входной частоты;4, 10, 5, 11, 6 - выходные сигналы соответственно триггера 4, делителя 10 частоты, триггера 5, элемента 11 И, и элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.На счетный вход счетчика 8 поступает опорная частота 10, Счетчик 8 работает на вычитание, и в момент обнуления на его выходе переноса формируется импульс, который через элемент 12 поступает на вход записи, В результате в счетчик 8 запишется код 2 реверсивного счетчика 7. Далее, содержимое счетчика 8 уменьшается и при поступлении на его счетный вход Е импульсов произойдет вновь обнуление счетчика 8 и запись в него кода 7, Очевидночто частота 11 на выходе переноса счетчика 8 составит: На входы В элемента 13 сравнения поступает линейно изменяющийся код счетчика 8, а на входы А поступит код МА = 7/2. Поэтому на выходе "больше" элемента 13 будет сигнал типа меандра с частотой 11(см. фиг, 2). Поэтомудля выходной частоты устройства можно записать:оЕонх =- 1 = - (2)5 10 15 Эта частота поступает на делитель 10, коэффициент деления которого равен требуемому коэффициенту умножения КУ устройства.Импульсы входной частоты 1 х с шины 1 поступают на счетный вход триггера 4, который срабатывает по спаду (заднему фронту) этих импульсов. По спаду выходного сигнала триггера 4 триггер 5 устанавливается в "0" по С-входу, а по Я-входу устанавливается в "1" импульсами делителя 10 частоты.Если живых = КУ ах, (3) то триггеры 4, 5 работают синхронно и синфазно,Импульсы входной частоты, поступающие в моменты т 1, сз, т 5 обязательно проходят через элемент И и фазируют счетчик 8 иделитель 10, т.е, записывают в них соответственно хи ку. В моменты т 2, 14 эти импульсычерез элемент 8 могут проходить в том слу 20 чае, когда триггер 5 будет устанавливатьсяв "1" несколько раньше, нежели триггер 4.На фиг. 2 изображен случай, когда в "1"устанавливается раньше триггер 4, поэтомув моменты т 2, т 4 на выходе элемента 11 им 25 пульсы отсутствуют. Добавим, что при условии (3) это принципиального значения неимеет,Поскольку выполняется (3), то выходныеимпульсы делителя 10 совпадают с входны 30 ми импульсами ах с точностью, определяемой заданной дискретностью, в первуюочередь частотой 10 и разрядностью счетчиков 7, 8 и элемента 13. Практически полногосовпадения не будет и пусть в момент сз35 входной импульс поступает раньше выходного импульса делителя 10, Код счетчика 8 вэтом случае не успеет обнулиться, и в негобудет записан исходный код. Таким образом, на выходе переноса счетчика 8 импульс40 не сформируется, т,е. как и в прототипе наблюдаются циклические пропуски импульсов, Однако, на выходе элемента 13подобного пропуска не наблюдается, и, следовательно, предлагаемое устройство обес 45 печивает равномерность импульсоввыходной частоты,На выходе элемента 12 указанный пропуск восполняется импульсом входной частоты. В момент т 5 изображен случай, когда50 счетчик 8 и, следовательно, делитель 10 успевают сформировать выходные импульсы.В результате на выходе элемента 12 ИЛИ вокрестностях момента 15 могут присутствовать два импульса, Поэтому выходной сиг 55 нал элемента 12 не может быть выходомустройства.При выполнении (3) - установившийсярежим - код г не изменится, так как сигнална выходе элемента 6 равен О, и работареверсивного счетчика 7 запрещена (см.или с учетом (2)Ку Твх =14 11; Т =12 - 11,Куг Фиг. 3 с момента 11 по момент 1 з), После момента 1 з входная частота увеличивается, т.е, т 4 - сзтз - 12. Поэтому триггер 4 установится в "1" (момент 14) раньше, чем триггер 5 (момент 15), т.к. в этом интервале На выходе элемента 6 сформируется импульс длительностью Лт 1 ЛТ 1=Твх - Твых =Тех у Твых,где Твх - период входной частоты,Твых - период выходной частоты.В интервале ЛТ потенциал "1" с выходаэлемента 6 разрешает работу реверсивного счетчика 7, на счетный вход которого поступает частота коррекции 5 где Ку - коэффициент деления делителя 9, также равный коэффициенту умножения.Поскольку на вход направления счета реверсивного счетчика поступает "1", то он работает на вычитание и, после чего в нем устанавливается код г 1 г 1 = г - Лг 1 = г - ЛТ 1 - =г - ЛТ 1 б(.Гу Покажем, что частота Ьк, формируемая делителем 9 является оптимальной.Частота 11 выходных импульсов делителя 13 составляет А период этой частоты составит 1 кугТ == - =Ку ТвхтоВ установившемся режимеКугТ= " =Твх.(5)тоВ случае же нарушения (3) появляется необходимость коррекции, т.е. на основании (4) можно записать Вычитая (4) из (6) получим5ЛТ=1" Лг; Лг =Лт к- =Лт ьк (7)ку , , тоо Выражение (7) означает, что при использовании частоты Ьк достаточно лишь однократной коррекции для восстановления условия(3). При этом предполагается На фиг. 4 в интервале т 1 - сз - установившийся режим, а с момента 1 з 1 вх уменьшилась, Поскольку теперь ТТ то в "1" триггер 5 установится в момент 14 раньше, чем триггер 4 (момент Ь). Имеем, что В интервале ЛТ 2 с выхода элемента Бпоступает потенциал разрешения счета реверсивным счетчиком 7, а, поскольку. в этом интервале на входе напряжения счета "3", то реверсивный счетчик 7 работает на сложение, увеличивая г и уменьшая живых 33 г 2 = г+ Лг 2 = г+ ЛТ 2 г+ ЛТ 2 бс, (9)1(у Нарушения условия (8) может быть примногообразном многократном изменениивходной частоты или сразу после включенияустройства - подачи на него напряжения .питания, В этом случае в реверсивном счетчике 7 устанавливается случайное значениеНа фиг, 5 изображен случай, когда смомента 11 период Т 1 в несколько раз меньше периода Твх В этом случае однократной коррекции,в интервале 12 - С 4 мсжЕт Оказаться недостаточно, и в интервале 15 - 1 б происходит уточнение коррекции (возможно с изменениемзнака),На фиг. 6 изобоажен случай, когда смомента 11 период Т в несколько раз больше периода Твх, Коррекция производится втечение нескольких периодов входной частоты,На фиг. 7 изображен случай, когда вустановившемся режиме, в момент т 2 приходит помеха, в виде ложного импульса вход+ДТ - У) оМ1 о ной частоты. В этом случае, через один-двапериода входной частоты устройство вновьвыходит на установившийся режим.Таким образом, предлагаемый умножитель частоты автоматически выходит на рабочий режим после воздействия помех, прискачкообразном изменении входной частоты и сразу после включения, При этом обеспечивается большая, в сравнении спрототипом, равномерность импульсов выходной частоты,Имея указанные выше преимущества,предлагаемое устройство, вместе с тем, неявляется более сложным в сравнении с прототипом. Действительно, вновь вводимый 15элемент 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. реализуется на двух элементах И и одном элементеИЛИ. Входы одного из этих элементов Иподключены соответственно к прямому иинверсному выходам триггеров 4, 5, а входы 20другого элемента И - к вторым выходам этихтриггеров. В ы ходы И че рез элемент ИЛИподключены к входу разрешений счета реверсивного счетчика 7.Более того, на реализацию предлагаемого умножителя частоты потребуетсяменьше аппаратных затрат за счет сокращения разрядности элемента 13 сравнения,Действительно, беэ ущерба для точностиумножения, на входы элемента сравнения 30можно не подключать несколько младшихразрядов счетчиков 7, 8. Последствием будет лишь возможное изменение скважности, О выходной частоты, т,е, нарушитсяусловие О =2, свойственное для сигнала 35"меандр", Ограничением для снижения разрядности элемента 13 сравнения являетсяусловиеЙм,р.г, где К.р - емкость младшихразрядов, не используемых элементом 40сравнения.Промышленностью не выпускаются нереверсивные счетчики, работающие на вычитание. Поэтому обычно в подобныхслучаях используют микросхемы реверсивных счетчиков, что приводит к усложнениюи удорожанию аппаратуры.В предлагаемом умножителе частотысчетчик 8 может работать на сложение, т,е.можно использовать, например, микросхему К 555 ИЕ 15, Для этого дополнительно следует ввести следующие изменения: входразряда Ап элемента 13 подключить к логической "1", а вход направления счета реверсивного счетчика 7 подключить к 55инверсному выходу триггера 4. Теперь выражение (2) для выходной частоты примет вид-Л =ЛТ (12)Формула изобретения Умножитель частоты, содержащий счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с шиной опорной частоты, выходы поразрядно соединены с первой группой входов элемента сравнения кодов, выход которого соединен с выходной шийой и с тактовым входом первого делителя частоты, выход которого соединен со входом запуска первого триггера, установочный вход - с первым входом элемента ИЛИ и с выходом элемента И, второй триггер, второй делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом реверсивногс счетчика импульсов, и шину входной частоты, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования при одновременном повышении равномерности выходной частоты, в него введен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом разрешения счета реверсивного счетчика импульсов, вход направления счета которбго соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с тактовым входом первого триггера, информационный вход которого подключен к общей шине, и с выходом второго триггера, счетный вход которого соединен с шиной входной частоты и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с выходом первого триггера, тактовый вход второго делителя частоты соединен со счетным входом счетчика импульсов, вход записи которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переноса счетчика импульсов, информационные входы которого соединены поразрядно с выходами реверсивного счетчика импульсов и со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов с младшими разрядами. второй группы входов элемента сравнения кодов, старший разряд которой соединен с общей шиной,1781817 фиг.Редактор Н.Коляда Заказ 4281 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Ч10Составитель В.БезубцевТех ред М.Моргентал Корректор О.Густи