Цифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоприемных и передакщих устройствах , в измерительной аппаратуре, в частотно-преобразующих узлах хранителей времени. Целью изобретения является повышение кратковременной стабильности частоты следования выходND 4ib 00 rff фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 03 К 5/156

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3817954/24-21, (22) 08 ° 10. 84 (46) 07.07,86. Бюл. Ф 25 (72) В.А.Иванов и А.А.Чертков (53) 621.374.387 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 764 114, кл, Н 03 К 5/ 156, 31.03,78.

Горячев А,А., Фадеев A,Н. Дискретный частотный манипулятор. Труды

НИИГМП, 1977, вып. 34.

„„SU, 1243118 А1 (54) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОБРАЗ.ЦОВОЙ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоприемных и передающих устройствах, в измерительной аппаратуре, в частотно-преобразующих узлах хранителей времени. Целью изобретения является повышение кратковременной стабильности частоты следования выход1243118 ных импульсов. Для достижения цели в устройство, состоящее из образцового высокочастотного импульсного генератора 1, преобразователя 2 код-частота, m-фазных распределителей 7 и 8 импульсов, элементов 9-1, 9-2.. .9 — m совпадения, элемента 10 сложения, введены и-разрядный счетчик 5 импульсов, преобразователь 6 код-напряжение„ шина 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 элементы обеспечивают стабилизацию фазы имИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в 9адиоприемных 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 выходных импульсов за счет линейно изменяющейся задержки импульсов.

На,фиг.i 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, m-фазные распределители 7 и 8 импульсов, элементы 9-, 1, 9-2,...,9-m 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 выходных импульсов, Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса »а величинуЧ зависящую от его номера в пачке, В устройстве для смещения выходных

C импульсов 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.

2 формирователь 15 импульсов, шину 16 выходных импульсов устройства, Приведены временные диаграммы сигналов на выходах (фиг,2) образцового высокочастотного генератора 1 (a), 2, m m-фазного распределителя 7 импульсов (о, Ь,2 ), преобразователя 2 код-частота (4), старшего разряда и-разрядного счетчика 5 .импульсов (< -), 1Î 1, 2, m m-фазного распределителя- 8 импульсов (ж, ц, К ), элемента 10 логического сложения (4), элемента 11 совпадения (М).

Временные диаграммы (фиг..3) пояс15 няют принцип линейно меняющейся задержки: импульсы запуска быстрой пи.лы (ц ), напряжения быстрой и медленной пилы (Б), задержанные импульсы относи- тельно импульсов запуска быстрой пи20 пы (Ь) е ременные диаграммы сигналов (фиг.4): на выходе преобразователя 2 код-час гота 5L)„ на выходе элемента 11 совпадения (б), на входах компаратора 14 (б), на выходе компаратора 14 (g), на шине 16 выходных импульсов устройства (д )., Устройство содержит образцовый

:высокочастотный генератор 1, подключенный к входу тактирования преобразователя ? код-частота, входы разряо дов которого с весами 2 -2" связань

12431 Г8 4 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 и-разрядного счетчика 5 импульсов .соединены с информационными входами преобразователя 6 код-напряжение. Входы m-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-т совпадения соединены соответственно с выходами m-фазных распределителей 7 и 8 импульсов. Выходы элементов 9-1, 9-2,.. °, 9-m совпадения соединены с входами элемента 10 логического сложения ° Дополнительный 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 ши35 ной 16 выходных импульсов.

Устройство работает следующим об10 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- 45 тоте F. Подача кода частоты F только на вход старших разрядов преобразователя 2 код-час ота при сохранении нулей на и младших его разрядах эквивалентна умножению числа.Р на число 50

N. Поэтому фактически в преобразователь 2 код-частота введен код числа NF, где N = 2 ".

После запуска устройства импуль..сы образцового высокочастотного гене-,55 ратора 1 с частотой f .поступают на вход m-фазного распределителя 7 импульсов, который формирует m-фазный сигнал с частотой F =1 > /m (фиг.2 6, f>, g ) . Одновременно импульсы образ— цового высокочастотного генератора тактируют преобразователь 2 код-частота, который формирует последователь. ность импульсов с частотой NF (фиг.2 Ь ) . В и-разрядном счетчике 5 импульсов эта частота делится в N раз (фиг.26. ). Импульсы с частотой

F = t/Т поступают на вход m-фазного распределителя 8 импульсов, который формирует m-фазный сигнал с часто<той Енц = F/m (фиг.2Ж, И, g). Элементы 9-1, 9-2...,, 9 -m совпадения поочередно открываются импульсами соответственно с 1, 2, ..., ш-го выхода ш-фазного распределителя 8 импульсов. Таким образом, за один период T« = 1/Рнч импульсов ш-фаз ного распределителя. 8 элементы 9-1,9-2, 9-m совпадения формируют поочередно

1, 2,..., m-ю пачку. высокочастотной последовательности импульсов. Все пачки импульсов имеют длительность

Tä=T. В элементе 10 логического сложения формируется последовательность пачек (фиг.2Л ), в которой пачки следуют с периодом 7 . Причем средняя частота импульсов на выходе элемента 10 логического сложения sa период

Тн равна Fcp = ч+- нч ° Дпя случая вычитания (фиг.2, эпюра) и результате ступенчатого приращения фазы первая пачка сдвигается в сторону запаздывания на Т, вторая — Hà 2Те и т.д., а m-я пачка †. на шТ . Так как внутри пачек импульсы следуют с постоянным периодом mT< то сдвиг m пачки на время mTo означает, что ко личество импульсов в ней уменьшилось на один. импульс. В результате средняя частота уменьшается Р F -Р .

Аналогично можно пояснить получение

Fep для случая сложения частот. Элемент 11 совпадения служит для привязки временного положения импульсов на выходе элемента 10 логического сложения к импульсам образцового высокочастотного генератора 1 (фиг.2м ), Это необходимо для исключения нестабильной задержки импульсов при их передаче от образцового высокочастот-. ного генератора 1 к входу элемента 1 совпадения. Импульсы смещаются на Ъ . (фиг.2М ).

Таким образом,. последовательность импульсов на выходе элемента 11 совI

12431 падения имеет низкую стабильность мгновенной частоты.

Рассмотрим работу преобразователя 2 код-напряжение, и-разрядного счетчика 5 импульсов, преобразователя 6 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 вь1ходных импульсов. Стабилизация фазы осуществляется смещением каждого выходного импульса на величину T, зависящую от его номера в пачке. В устройстве для смещений Т 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 одинаковой амплитуды — быстрой и медленной пил (фиг,З б )..

На фиг.З 6 обозначены „, длительность соответственно быстрой и медленной пилы; Т п — период быстрой пилы.

Задержанные относительно импуль— сов запуска быстрой пилы (фиг.З а ) импульсы (фиг.3 g ) формируются в момент равенства напряжений быстрой и о медленной пил. При этом задержка равна

i -д

I Э где 5 F шаг считывания (смещения) р

i=1 2 ° ° ° (юп /а Π— номер точки считывания.

Как видно из фиг.З Ь и формулы (1), 45 минимальная задержка Гу,„= ьь, а максимальная задержка т „

Причем, если эти пилообразные напряжения или оба нарастают, или оба убывают, то задержка увеличивается во времени. Если одно из них нарастает, а другое убывает, то задержка уменьшается во времени, Этот прием, используется для обеспечения линейно возрастающей задержки (смещения в сторону запаздывания) выходных импульсов устройства в случае вычитания частот (Р „ -Рнч ), а также - ли18 б нейно убывающей задержки (смещения в сторону опережения) выходных импульсов устройства для случая сложения частот (F +F>< ) °

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 шТо

Т Т

mT, где (Т/шТ,) — количество импульсов в пачке, Тогда, . i ль где i=1 2 (Т/mT,) — номер импульса в пачке, В этом случае (. уи, = л L а 7л р = — То е

Из условия получения l = Т, следует, что длительность быстрой пилы необходимо выбрать равной Т,, г

Так как смещению на время 1-- подвергаются импульсы на выходе элемента 11 совпадения, то ими и производится запуск быстрой пилы, Следовательно, Т „ = тпТО. Учитывая, что смещение Ь 4 = аГ получает первый импульс в пачке, а смещение g gz= Т, — последний импульс в пачке, длительность медленной пилы выбирается равной длительности пачки, Таким образом, если выполняются равенства t@ = Т,, Т п = mT, t . = Т, реализуется .шаг смещения, равный требуемому

mT;, h!.

Т

Напряжение быстрой пилы формируется генератором 13 пилообразного напряжения, запускаемым импульсами с выхода .элемента 11 совпадения через триггер 12 (фиг,4 6 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 F j одинаково и равно числу N состояний и-разрядного счетчика 5 импульсов, Счетчик 5-является двоичным и имеет емкость

1243118

1 1 — — ° N = — = Т.

Злп NF F

Компаратор 14 формирует импульсы в момент равенства напряжений быстрой и медленной пилы (фиг.4 Ь ), При перестройке устройства но частоте путем изменения кода числа F на шине 4 управления автоматически изменяется крутизна медленной пилы.

Вследствие этого автоматически изменяется и шаг смещения Аь, необходимый для полной компенсации фазовых сдвигов выходных им импульсов, Причем ша .д Г уменьшается при понижении частоты и увеличивается при повьппении частоты Р.

Последовательность импульсов на выходе компаратора 14 (фиг.4 Ф ) близ- . ка к идеальной, но отличается от нее наличием парази-.:-ой модуляции фазы выходных импульсов. Это отличие обусловлено тем, что медленная пила не идеально линейная, как на фиг.3 5, а ступенчатая. Найдем связанную с этим погрешность a t „ временного положетйх ния выходных имйульсов устройства.

Из геометрических соображений (фиг.4м,ь) можно получить равенство

nU ,откуда с учетом (2) получим

U„ Т, N=2 где — число разрядов счетчика 5, и равное числу разрядов преобразовате— ля 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 N.

В процессе работы и-разрядный счетчик 5 импульсов последовательно принимает все N = 2 возможных состояи ния. Следовательно, на выходе преобразователя 6 код-напряжение формируется ступенчатое пилообразное напряжение — медленная пила (фиг.4 6 ) .

Причем ее приращение равно высоте од- 15 ной ступени д U = U,/2 (2), а максимальное значение — U, где U, опорное напряжение преобразователя 6 код-напряжение. Так как длительность медленной пилы определяется вре8rl менем заполнения и-разрядного счетчика 5 импульсов (считается с нулевого состояния), то для era заполнения за время Т потребуются импульсы с частотой следования NF 25 (фиг,4ц), Время заполнения и-разрядного счетчика 5 импульсов равно требуемому значению

Т.ди т. л лщх =,, = 2-„(3) .Длн оце и

По этой 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 f,=10 МГц.

Тогда Т,= 1/f, = О, 1 мкс), Максимальное число разрядов у современных преобразователей код-напряжение (серии 572) составляет и,„„„= !2. Подставив выбранные значейия Т, и и в формулу (3), получим ь тц „„ 2.10 (мкс) = Оэ02 ганс)

Таким образом, стабильность периода следования выходных импульсов повьппается в 4096 раз.

Формула изобретения

Цифровой преобразователь образцовой частоты следования импульсов содержащий образцовый высокочастотный импульсный генератор, преобразователь код-частота, вход тактирования которого соединен с выходом образцового высокочастотного генератора, два m-фаэных распределителя импульсов, вход первого иэ которых подключен к выходу- образцового высокочастотного генератора, m 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, отличающийся тем, что, с целью повьппения 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 ш-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 высокочастотного

12431 генератора и элемента логического сложения, а выход — с входом установки 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 нап18 1О ряжения и преобразователя код-напряженйе, а выход — к входу формирователя и входу сброса триггера, причем и младших входов преобразователя код-напряжение подключены к шине логического нуля, его старшие (g-n) входов подключены к шине управления, а выход формирователя импульсов явяется выходом устройства. то

Й

° ее ° Ее ° ° ° е ° ° e ° е ° ° е

1243118

Э ° °

Составитель Ю.Акаткин

Т ехр ед К. Бонкало

Корректор В.Синиицкая

Редактор Л.Гратилло

Заказ 3717/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4