Преобразователь код-частота

 

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (111; уды Н 03 К 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н авта»снава свщатввств»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ТИЙ (21) 3447006/18-21 (22) 31.05.82 (46) 15.10.83. Бюл. и 38 (72) S.Ф. Ким и Л.А. Григорьева (53) 681.325 (088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР

I 677095, кл. Н 03 К 13/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 3268223/21 кл. Н 03 К 13/02, 27.03.81. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-ЧАСТОТА содержащий первый сумматор, первый выход которого соединен с первым входом мультиплексора, второй вход которого подключен к входной шине установки фазы, третий вход - к шине управления, а выход через регистр> тактируемый вход которого соединен с тактовой шиной, подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к входной шине установки частоты, о т л и ч аа шийся тем, что, с целью повыше ния точности преобразования, в него введены второй сумматор, широтноимпульсный преобразователь и блок инверторов, вход которого соединен с первым выходом первого сумматора, а выход - с первым входом второго сумматора, вторые входы которого подключены к соответствуацим шинам установки логической единицы, а выход " к первому входу широтно-им" пульсного преобразователя, второй вход которого соединен со вторым выходом первого сумматора, третий вход - с входной шиной установки частоты, а выход - с выходной виной.

1048 частоты (21

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в устройствах, где необходимо линейное преобразование код-частота с повышенной точностью на малом временном интервале усреднения, Известен преобразователь код-частота следования импульсов, содержащий регистры кода установки частоты и 10 кода, определяющего временной интер" вал преобразования, счетчики, блоки сравнения и считывания, управляющие триггеры и ключи 11)

Данный преобразователь позволяет 15 получить .линейную зависимость между входным кодом и частотой следования выходных импульсов, но отличается. сложностью и низкой точностью на интервалах усреднения, меньших интед - 20 вала преобразования устройства.

Известен также. преобразователь код-частота, содержащий первый сум-, матор, первый выход которого подклю- чен к первому входу мультиплексора, 25 второи вход которого подключен к входной шине установки фазы, третий вход - к шине управления, а выход череэ регистр, тактируемый вход которого соединен с тактовой виной - 50 подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к входной шине установки

Этот преобразователь характери35 эуется простотой > схемного решения, однако также не позволяет получить высокую точно ст ь преобразо вания на интервале усреднения, меньшем

40 интервала преобразования.

Так за время одного цикла преобразования t = о Р, где - период следования тактовых импуль сов, 45 разрядность преобразователя, на выходе преобразователя появится"

F импульсов, где F - число, установленное на шинах кода частоты, со средним периодом ц 2" г ( ег F P F

8 общем виде2 tF выражается в виде и неправильной дроби с целой и дробной частью, наличие которой приводит к возникновению ошибки. Так как фактический период следования выходных

572 2 импулвсов каждый раз кратен ьр (эффект временного квантования) ошибка преобразования выражается в появлеI нии периодов выходного сигнала, равных количеству а<, соответствую" щему целой части неправильной дроби, л и увеличенному на о .

Уменьшение такой ошибки может быть достигнуто путем уменьшения л ор, приводящего к увеличению разрядности 0 преобразователя, а это, при ограниченном быстродействии элементов схемы, приводит к ограничению верхней частоты преобразования

Целью изобретения является повыше" .ние точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь код-часто. та, содержащий первый сумматор, первый выход которого соединен с первым входом мультиплексора, второй вход которого подключен к входной ! шине установки фазы, третий входк шине управления, а выход - через регистр, тактируемый вход которого соединен с тактовой шиной, подключен - к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к входной шине установки частоты, дополнительно введены второй сумматор, широтно-импульсный преобразователь и блок инверторов, вход которого соединен с первым выходом первого сумматора, а выход с первым входом второго сумматора, вторые входы которого подключены к соответствующим шинам установки логической единицы, а выход - к первому входу широтно-импульсного преобразователя., второй, вход которого соединен со вторым выходом первого сумматора, третий вход - с входной шиной установки частоты, а выходс выходной шиной.

На фиг. 1 представлена структур- ная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - вариант схемы широтно-импульсного преобразователя; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие, соответственно, работу широтно-импульсного преобразователя и формированйе задержки выходных сигналов на выходах двух аналогичных преобразователей.

Преобразователь содержит сумматор

1, выходами подключенный к первым входам сумматора 2,через блок инверторов 3 и к первым входам мульти10485

3 плексора 4, вторые входы которого подключенн ко входной шине 5 установки фазы, а вход управления - к шине

6 управления преобразователя . Выход мультиплексора 4 подключен к первым входам сумматора 1 через регистр

7, тактируемый вход которого подключен к тактовой шине 8 преобразователя.

Входная шина 9 установки частоты подключена ко вторым входам 10 сум- 1@ матора 1 и ко входам 11 широтноимпульсного преобразователя < ШИП)

12, а выход переноса старшего разряда сумматора 1 подключен ко входу 13

ШИП 12. Вторые входы сумматора 2 и вход переноса его первого разряда подключены к шине логической единицы . а выходы - ко входам l4 ШИП 12.

Преобразователь работает следующим образом.

На шине 5 установлен нулевой код.

На шине 6 управления установлен низкий потенциал, бсуществляющий управление мультиплексором 4. При этом код установки фазы по шине 5 передается. на входы регистра 7 и под действием тактовых импульсов на шине

8, следующих с частотой fо, переписывается на .его выход. На входной шине 9 установлен код F, соответствующий выбранной частоте выходного сигнала. Так как величина Р 2 п на выходе переноса сумматора 1 установлен нулевой потенциал и ШИП 12 закрыт. На выходах сумматора 2 уста;.новлено число 2"- F . Этот этап соот35 ветствует подготовке преобразователя..

Начало преобразования совпадает с установлением высокогопотенциалана шине управления 6 и соответственно на входе управления мультиплексора

4, переключающего выходы сумматора

1 на входы регистра 7. На выходах сумматора 1 формируется последовательность чисел, увеличивающаяся на вели45 чину F по каждому тактовому импульсу, действующему на входе 8. По К-му импульсу состояние выходов сумматора

2, вычисляющего разность между величиной 2 и числом на выходе сумматора I, равно М1 = 2" — (К + 1) F «<.Ô

Очевидно, что по (К + 1) -му импульсу наступает переполнение сумматора 1.

На выходе переноса старшего разряда

13 устанавливается единица, с при". ходом которой в ШИП 12 начинается формирование поправочного импульса, а A ф1 длительность которого -- о —.

72 а

Как видно иэ формулы, читало P показывает, на сколько частей надо распределить период следования тактовых импульсов 1в, чтобы получить один временной поправочный квант 1 — а число М - какое количест» и |: в во квантов и необходимо для формирования поправочного импульса, чтобы обеспечивалось равенство

Тщ„„Тер . (Фиг. 3<) .

Таким образом, первый период

-можно записать вакх К1 "о + М4 bin 7ü К + где К - количество целых периодов л

По следующему (К + 2)-му тактовому импульсу на выходах сумматора 1 установится .число 2V- М 2п. На входе

13 tUHA 12 устанавливается нулевой потенциал и ШИП 12 закрывается.

Продолжается формирование числовой последовательности, увеличивающейся на Р до появления следующего импульса;переноса на выходе сумматора 1.

Можно записать выражение периода для общего случая где К, - количество периодов р между двумя соседними импульсами переноса, М 1- поправочный коэффициент для предыдущего (j -1) -го импульса переноса, « - поправочный коэффициент -го импульса переноса, 1)2,.... .

Через интервал преобразования

= 2" о цикл возобновляется, так как схема переходит в исходное состояние.

Один из возможных вариантов построения широтно- импульсного преобраэо» вателя кодов приведен на фиг. 2.

Преобразователь содержит первый цифро-аналоговый преборазователь (ЦАП) 15, выходом подключенный к конденсатору 16, через последовательно соединенные управляемый ключ 17 и генератор разрядного тока (ГРТ) 18, а входом к шинам 11, второй ЦАП 19, выходом подключенный к конденсатору

<16 через управляемый ключ 20, элемент сравнения 21 по нулю, входом

1048572

5 подключенный, к конденсатору 16, а выходом к выходной шине через логичес. кий элемент И-HE 22, второй вход которого подключен ко входу управления ключом 20 и входу 13 ШИП, выход 5 элемента И-НЕ подключен ко входу управления ключа. 17. На вход 13 поступают импульсы переполнения сумматора 1 (фиг. 3g}.

На входах 11 установлено число, . равное F, при этом на выходе первого

ЦАП 15 действует напряжение

Е4

; — —,р дп

15 где E - модуль опорного напряжения на аналоговом входе первого

ЦАП 15..

На входах 14 установлено число

И;, при этом напряжение на выходе

ЦАП 19 0„= „М;(Фиг. 35}, где Е„-. напряжение на входе ЦАП 19.

На входе 13 установлен нулевой потенциал, замыкающий ключ 20 и размыкающий ключ 17, так как на выходе элемента И-НЕ 22 в этом случае установлена логическая единица. Происходит быстрый перезаряд конденсатора .

16 (фиг. 3Ц через, малое внутреннее сопротивление ЦАП 19, до величины

U», пропорциональной И, за время

i0. Так как на входе элемента сравнения 21 действует напряжение Оп> 0, то на его. выходе установлена логичес- 35 кая единица (фиг. 3 5) и логический элемент 22 открыт.

В тот момент, когда на входе

13 ШИП устанавливается единица, что соответствует переполнению суммато- 40 ра 1 (фиг. 1), ключ 20 размыкается, а ключ 17 замыкается, так квк на выходе элемента 22, а, следовательно, на входе управления ключа 17 устанавливается нулевой потенциал. Включается генератор 18 и конденсатор 16 линейно „ разряжается через генератор в течение времени и, причем ток разряда равен ЦР Е, 11pl и 2"

„где — - коэффициент пропорциональности .

Напряжение на конденсаторе 16 во время разряда может быть записано в следующем виде

0 (1}=U — — = М с Я" 2".Кс где С вЂ” емкость конденсатора 16.

Разряд конденсатора 16 происходит до ЦР() = О. В этот момент на выходе элемента сравнения 21 устаивали" вается нулевой уровень и на входе ,управления ключа 17 устанавливается логическая единица, ключ 17 - размыкается и разряд конденсатора 16 прекращается. При этом из формулы (11 время разряда равно

Е м.с. R раФР-2п=-

Е„F

В момент снятия логической единицы со входа 13 процесс перезаряда и разряда возобновляется. На выходе логического элемента 22 формируются положительные импульсы, интервал между нарастающими фронтами которых

Т ь =,— (фиг. 3g1. вых

Если по выходу необходимо получить, импульсы формы меандр, то достаточно подключить триггер. со счетным входом, срабатывание которого осуществлялось бы по нарастающему фронту импульсов с выхода ШИП 12.

Так как точность преобразования на большом интервале усреднения определяется дискретном частью уст" ройства, то возможная неточность формирования поправочного импульса в.

ШИП 12 не повлияет на эту характеристику, а точность на малом интерва-. ле усреднения будет существенно улучшена. Кроме формирования последовательности выходных импульсов с периодом р Т ы х. ср при одновременной работе двух преобразователей кодчастота возможна установка задержки между двумя сигналами на их выходах, если на шинах 5 преобразователей будут установлены числа, соответствующие требуемой начальной фазе.

Пример (для случая четырехразрядного преобразователя) . На шинах обоих.преобразоватслей установлено число Р = 0101 (5,о} . На шинах 5 первого преобразователя установлено число Т1 0011 (310), а на шинах

5 второго преобразователя TZ = 1100 (1210) . Для сокращения записи описание работы преобразователей будем вести в десятичном исчислении. В этом случае в исходный момент времени на шине 6 действует нулевой потенциал и входные шины 5 подключены ко вхо7 дам регистров 7. Под действием импульсов на шине 8 в регистрах 7 зависываются соответственно числа 3 и 12 . В момент перехода состояния шины 6 иэ нулевого в единичное.

104&572

»»»»««

»» ф%

Первый Г = 5 преобразователь Т 3, выход

14 ау»»

8, 12

О

3 2

7 . 0

О

0. 10

10:

О.

8 ll 0 1

9 0

10 .5

11 10

0

12 15

13 4

7 13

9 0

14 0

0 13.. 7

8 12

15 14 3

16 3

«Ю»

Как видно из таблицы, полный цикл заканчивается через 2" импуль-. . сов К, после чего опять устанавливается исходное состояние. В течение одного цикла на выходе переноса старшего разряда единица устанавливается раз, причем период следоваО 3

1 8

2 13

5 12

8 О

13 0

2 -1

12 0

1 1

6 О

11 0

5 О

10 0

15 О.выходы мультиплексора 4 переключаются с выходов 4 на выходы сумматора 1 и состояние преобразователей изменяется согласно э таблице. !

Второй Г = 5 преобразователь Т 12, выход ния импульсов за время такта принИ" мает значения, отличающиеся на вели-. чину одного такта " .

В графах 5 и 9 таблицы подчеркЯ нуты те значения, которые формируют величины И; и М;2 поправочного импульса . Определим величину и

9 10485

Т для произвольных значений, напри-. мер К от 12 до 36 в первом преобразователе. Как было отмечено выше длительность одного интервала с должна быть разделена с шин г на величинуф2= ф в нашем конкретном случае, 1

Таким образом, преобразователь по своему выходу перейдет в единичное состояние, когда в течение действия единицы переноса старшего разряда схема отсчитает одну величину а в(смК 32,), а при К - !5 - схе, ма отсчитывает 2 величины hf и . Таким образом, величина Теь для пер!

5 л

: вого преобразователя равна 3- о

5 (фиг. 4а иб, что соответствует вели2" л чине Т ь, g -"©

Аналогичная величина Т ь1„и для

20. второго преобразователя, так как код г приложен к обеим шинам 9 (фиг. 45 и ).

Для определения задержки между вы-. ходами необходимо измерить интервал между фронтами нарастания сигналов с выходов преобразователей. Каквидно иэ фиг, 48 и 2, задержка сос тавляет 9 < „, что соответствует (Т2 - Т 1 a д . Таким образом, значение чисел, устанавливаемых на шинах 5, определяет, на сколько интервалов в и сигнал с установленной начальной фазой будет опережать 35 сигнал, у которого То О, а разность

Т2 -. Тп1 определяет их взаимную задержку (I? и e - номер преобразователей). Так как величина ь п, опре-, деляющая дискретность . изменения задержки равна i /Т, то для установки

I . задержки необходимо воспользоваться формулой

T т

"о

Если Т ъ Т, то сигнал с Тр опережает сигнал с Т„, и наоборот.

Разность (Тр ." Тy) может менять" ся в пределах от -(2п - 1) до (2" -1), т.е. ty меняется от - — — е до 6 1ел

<т"- т вмт

Таким образом, преобразователь осущестеляет линейное преобразование кода в частоту и преобразование зто справедливо на любом интервале усреднения, так как обеспечивается равенство Твь,„= — = . Одновре о

1 6Ь!Х менно при включении в преобразователь мультиплексора 4, осуществляющего предварительную установку числа Т в регистр 7 можно получить задержку сигнала тоже на любом интервале усреднения. Эти свойства позволяют существенно упростить дополнитель" ные выходные, фильтрующие и усредняющйе устройства необходимые для создания синтезаторов частот с формой сигналов, близкой к синусоидальной, а также позволяют получить генератор импульсов с линейным управлением частот и с малой дисперсией периода следования. Ориентировочный экономический эффект при внедрении преобразователя может составить

5 тыс. руб. в год.

1048572

pug, f

Фиг. Г

1048572

ВНИИПИ Заказ 7947/59 Тираж 936 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4