Фазовращатель периодических сигналов на углы 45 град., 135 град., 225 град., 315 град.

Предложено использовать фазовращатель - регистр сдвига с перекрестной обратной связью на указанные углы, выполненный не на трех, а на двух триггерах с добавлением четырех линейных сумматоров сигналов с двумя входами каждый, подключенных к выходам триггеров с сигналами, сдвинутыми между собой по фазе на 90°, начиная с сигнала с нулевым фазовым сдвигом. Выходы сумматоров являются выходами предложенного фазовращателя, который уменьшает сокращение частоты сигналов в 2 раза по сравнению с тремя триггерами в регистре, что упрощает и удешевляет аппаратуру.

Данная полезная модель (ПМ) относится к радиопередающим устройствам, а точнее к двукратной фазовой манипуляции.

Известны фазовращатели на углы 45°, 135°, 225°, 315°, выполненные на регистрах сдвига, состоящих их трех триггеров, с перекрестной обратной связью (счетчики Джонсона), описанные в различных источниках, в том числе в:

1) Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. М: Радио и связь, 1989. С.134-135.

2) Волков А.А. Радиопередающие устройства. М: Маршрут, 2002. С.293-294.

По технической сущности наиболее близким к полезной модели является фазовращатель, представленный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип. В другом источнике описан его аналог.

Прототип состоит из регистра сдвига, содержащего три последовательно включенные триггера, в котором инверсный выход третьего триггера соединении с сигнальным входом первого триггера.

Так как в регистре 3 триггера, то фазовый сдвиг . Это минимальное значение указанного сдвига. Вместе с фазой делится в 8 раз и частота следования входных импульсов. Если триггеры выполнены на цифровых элементах КМОП, то их максимально возможная частота f_max=15 МГц, при которой максимальная частота импульсов на входе регистра МГц. Такую относительно низкую поднесущую частоту трудно преобразовывать в высокую рабочую частоту f₀ >f.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая его рабочая частота, определяемая относительно большим числом триггеров в регистре сдвига с перекрестной обратной связью, что усложняет и удорожает аппаратуру передатчика.

Техническим результатом ПМ является упрощение и удешевление аппаратуры передатчика за счет уменьшения в 2 раза сокращения поднесущей частоты.

Сущность ПМ состоит в том, что предложено вместо регистра сдвига на трех триггерах использовать регистр на двух триггерах с перекрестной обратной связью, в которой введены 4 линейных сумматора, с двумя входами каждый, подключенных к соответствующим выходам триггеров. При двух триггерах в регистре частота делится в 2²=4 раза.

Существенным отличием ПМ является совокупность введенных элементов и их связей, т.к. только они позволяют уменьшить в 2 раза сокращение поднесущей частоты.

Полезная модель иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема фазовращателя, где введенные элементы обведены пунктирной линией, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы фиг.1, на фиг.3 - векторные диаграммы сигналов на входах и выходах сумматоров, а на фиг.4 - принципиальная схема одного сумматора.

На фиг.1 обозначено: 1 - триггер, 2 - сумматор, а на фиг.3 3 - резистор.

Работа схемы (фиг.1) происходит следующим образом.

В исходном состоянии оба триггера находятся в нуле, т.е. на их прямых выходах сигнал равен нулю, а на инверсных - единице. Это значит, что на D-входе первого триггера имеет место единица, т.к. он соединен с инверсным выходом второго триггера, а на D-входе второго триггера - нуль. Когда на тактовые входы С обоих триггеров поступает первый входной (тактовый) импульс U_ВХ(t) (фиг.1), то первый триггер перебросится в единицу, поскольку на его D-входе - единица, а второй триггер останется в нуле. Это показано на фиг.2, где по оси ординат отложены напряжения на ножках D-триггеров, номера которых указаны в виде индексов напряжений U. Регистр выполнен на двойном D-триггере марки К555ТМ2.

После первого тактового (входного) импульса (ТИ1) на D-входах обоих триггеров имеется единица. Поэтому второй ТИ перебросит в единицу только второй D-триггер, поскольку первый в ней уже находится, после чего на D-входе первого триггера будет 0. Поэтому третий ТИ перебросит первый D-триггер в нуль, а второй останется в единице. Четвертый ТИ перебросит в 0 только второй триггер. Теперь оба триггера находятся в нулевом (исходном) состоянии и только с 5-го ТИ начнется повторение описанного выше процесса.

Следовательно, в первые два такта регистр заполняется единицами, а в последующие два - нулями, т.е. период Т выходных импульсов равен четырем периодам Т₀ входных импульсов (Т=4Т ₀). Это значит, что частота импульсной последовательности на выходе регистра в 4 раза меньше, чем на его входе. Видно (на фиг.2), что на всех выходах регистра сигналы имеют одинаковый период Т=4Т₀, но сдвинуты друг относительно друга на Т₀, т.е. на четверть периода Т или на угол =90°, обеспечивая фазовые сдвиги 0°, 90°, 180°, 270°.

На фиг.2 имеется диаграмма U₁(t), полученная сложением диаграмм U ₁₂(t) и U₈ (t). Длительность суммарного импульса по сравнению с суммируемыми увеличилась на четверть периода Т и стала равной Т. Сам период Т от этого не изменился. Это значит, что длительность суммарного импульса соответствует . Так как суммарный импульс состоит из трех равных ступенек (фиг.2), то каждая ступенька соответствует . Середина максимума суммарного импульса соответствует амплитуде первой гармоники, которая сдвинута по фазе на 45° относительно исходной на фиг.3. Все эти соображения остаются в силе и для остальных сумматоров: ₂(t), ₃(t), ₄(t).

На фиг.4 представлена принципиальная схема простейшего линейного резисторного сумматора, в котором использовалось R=3 кОм.

Ослабление результирующего сигнала на выходе сумматора скомпенсируется последующими каскадами передатчика.

Технико-экономическим эффектом полезной модели является уменьшение в 2 раза сокращения частоты следования импульсов в предложенном регистре-фазовращателе по сравнению с известным регистром на трех триггерах.

Фазовращатель периодических сигналов на углы 45°, 135°, 225°, 315°, состоящий из регистра сдвига, содержащего два последовательно включенные триггера, причем инверсный выход второго из них соединен с сигнальным входом первого, отличающийся тем, что в него введены 4 линейных сумматора с двумя входами каждый, при этом вход первого сумматора соединен с прямым выходом первого триггера, а другой его вход - с прямым выходом второго триггера, один вход второго сумматора соединен с прямым выходом второго триггера, а второй его вход - с инверсным выходом первого триггера, один вход третьего сумматора соединен с инверсным выходом первого триггера, а второй его вход - с инверсным выходом второго триггера, при этом один вход четвертого сумматора соединен с прямым выходом первого триггера, а второй его вход - с инверсным выходом второго триггера; выходы сумматоров являются выходами данного фазовращателя, на которых сигналы сдвинуты по фазе на 45°, 135°, 225°, 315°.