Устройство для фазовой автоподстройки частоты

 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к цифровой вычислительной технике, и может быть использовано при построении контроллеров накопителей на магнитных дисках. Цель изобретения - увеличение надежности и упрощение устройства. Устройство содержит триггер, счетное устройство и элемент НЕ. В него введены второй триггер, второй элемент НЕ, три элемента ИЛИ - НЕ, элемент И - НЕ, элемент И - ИЛИ - НЕ и элемент задержки, причем счетное устройство выполнено в виде счетчика с последовательным переносом. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) А1 (51) 5 Н 03 К 5/00, 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ-К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4439445/24-21 (22) 09.06.88 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27 (72) Б.В.Шевкопляс (53) 621.374(088.8) (56) Патент Англии !1 2170334А, кл. G 06 F 12/2, 1986.

Схема устройства 179Х. Каталог фирмы Vestern Digital Corporation, США, )986. с.122, фиг.12.

2 (54) УСТРОЙСТВО Д !Я ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к импульсной технике, в частности к цифровой вычислительной технике, и может быть использовано при построении контроллеров накопителей на магнитных дисках.

1!ель изобретения — увеличение надежности и упрощение устройства. Устрой1580538.ство содержит счетчик 1, триггер 3, элемент НЕ 5, Для достижения цели изобретения в устройство введены второй триггер 4, второй элемент НЕ 6, три элемента ИЛИ"HE 7"9, элемент

И-HE 2, элемент И-ИЛИ-НЕ 10 и элемент ll задержки, причем счетное

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к цифровой вычис-15 лительной технике, и может быть ис)пользовано при построении контроллеров накопителей на магнитных дисках.

Цель изобретения — увеличение надежности . и упрощение устройства.

На фиг.l представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — граф состояний устройства; на фиг.3 — примеры кодовых ситуаций, поясняющие принцип действия устройст ва; на фиг.4 — временные диаграммы работы устройства во всех возможных режимах, Устройство (фиг.l) содержит счетчик 1, элемент И"НЕ 2, триггеры 3 и 4, 0 элементы НЕ 5 и 6, элементы ИЛИ-НЕ

7-9, элемент И-ИЛИ-НЕ 10 и элемент 11 задержки. Триггеры 3 и 4 выпслкекы по стандартным схемам с использованием элементов ИЛИ-HE 12 и И-ИЛИ-HE 13.

Первый вход элемента 10 соединен шиной 14 с первым входом элемента 7, входом элемента 5 и информационным входом 15 устройства, Первый вход элемента 2 соединен с входом 16 сик40 хронизации устройства, выход элемента 8 соединен с первым входом триггера 3 и выходом 17 устройства. Первый-пятый выходы счетчика ) соедине1ны соответственно шиной 18 с первым 45 входом элемента 8, шиной )9 с вторым входом элемента 10 и входом элемента 11, шиной 20 с вторым входом элемента 8, шиной 21 с вторым входом элемента 7 и шиной 22 с третьими вхо. дами эдементов 8 и 10.

Выход элемента 10 соединен с первым.входом элемента 9, выход которого соединен с вторым входом элемента 2, выход которого соединен с входом синх55 ронизации счетчика 1. Первый, второи и третий входы установки счетчика 1 соединены с шиной 23 триггера 3 и третьим входом элемента 7, выход котороустройство выполнено в виде счетчика с последовательным переносом, что позволяет по меньшей мере в два раза сократить площадь кристалла, занимаемую устройством, и соответственно уменьшить рассеивающую устройством мощность. 4 ил. го соединен с первым входом триггера 4, выход которого (шина 24) соединен с вторым входом элемента 9 и четвертым входом установки счетчика 1.

Выход элемента 5 соединен с входом элемента 6 и шиной 25 с вторым входом триггера 3. Выход элемента 6 соединен шиной 26 с третьим входом триггера 3 и вторым входом триггера.4. Выход элемента 11 соединен с четвертым входом элемента 7.

Граф состояний устройства (фиг.2) отображает восемь возможных логических состояний счетчика 1 к показывает направления возможных переходов между этими состояниями. Временные диаграммы а,б,в,г (фиг.3) поясняют принцип действия устройства и отображают сигкалы на входе 15 (диаграммы а,У; б,У; в,У; г,У) и ка выходе 17 (диаграммы а,Z; б,Z; в,Z; г,Z). Последовательности цифр, приведенные на фиг.3, отображают последовательности чисел, вырабатываемых .счетчиком 1.

Временные диаграммы д,е,ж,з,и,к (фиг.4) поясняют работу устройства во всех. возможных режимах. Диаграммы д,f; е,f; ж,f; з,f; и,f; к,f отображают сигналы на входе 16 устройства диаграммы д,N; е,N;, ж,N; з,N; и,N к,N — коды в счетчике l диаграммы д,У; е,Y ж,У; з,У; и,У; к,Y — сигнал ка входе 15 устройства, диаграммы д,Ь; e,h — сигнал ка шине 24, диаграммы д,F; е,F; ж,F; з,F — сигнал, полученный в результате логического умножения сигналов на шинах 19 и 22 (на входах элемента 10) диаграмма з,CL — сигнал на выходе элемента 2, диаграмма к,S — сигнал на шине 23.

Счетное устройство выполнено по схеме счетчика с последовательным переносом и меют разрядность, равную трем. Шины 18-22 соответствуют инверсному сигналу а младшего разряда, прямому Ъ и инверсному Ъ сигналам сле5 15805 дующего разряда, прямому с и инверсному с сигналам старшего разряда. При наличии сигналов "Лог.О" на установочных входах счетчика I (шины 23 и 24). т.е. при S = h = О, счетчик работает 5 в режиме прибавления единицы к старому содержимому. Прибавление единицы производится по отрицательному фронту сигнала CL на выходе элемента 2, т.е. при переходе этого сигнала из состояния "Лог.!" в состояние "Лог.О . Сигналы "Лог ° 1" и "Лог.О" представлены соответственно напряжениями высокого и низкого уровней ° При переполнении счетчика он вновь начинает счет с нулевого кода (а = b = с = О). Работа счетчика в режиме "естественного" счета соответствует циклическому перемещению от узла к узлу (фиг.2) по "боль- 20 шой" окружности в направлении, указанном стрелками.

Если S = О, h = I, то средний разряд (сигнал Ъ) принудительно устанавливается в состояние "Лог.!", а два 25 других .разряда остаются без изменения.

При работе счетчика в составе устройства возможны только две такие ситуации. В первой из них счетчик переходит из состояния 000 в состояние 010, 30 во второй — из состояния 001 в состоя— ние 011 (фиг.2). Если h = О, S = I,то счетчик принудительно устанавливается в состояние 001. При работе счетчика в составе устройства возможна един—

35 ственная ситуация такого рода: переход из состояния 11! в состояние 001 по внешней дуге графа, приведенного на фиг.2, Логика работы устройства такова, что единичные сигналы Я и h никогда не формируются одновременно.

При работе счетчика возможны вре.менные его приостановки (на один период сигнала f), которые условно показаны на фиг.2 в виде пциклов" (три малые окружности в верхней части фиг.2). Такие приостановки достигаются путем формирования сигнала запрета, временно запирающего элемент 2 и препятствующего поступлению сигнала CL на вход синхронизации счетчика.

Элемент 11 задержки компенсирует время задержки распространения сигнала переноса иэ среднего в старший разряд счетчика 1. Если .сигнал перено 55 са имеет максимальную задержку, равную 10 нс, то минимальная задержка элемента 11 может быть выбрана равной, например, 15 нс. При этом гарантирует38 6 ся отсутствие ложных срабатываний элемента 7.

Устройство работает следующим образом.

Устройство предназначено для выработки на выходе 17 последовательности импульсных сигналов Z имеющих определенное фазовое соотношение с импульсными сигналами Y поступающими на информационный вход 15 устройства. В идеальных случаях сигналы Y должны попадать в середины временных интервалов между сигналами Z (фиг.3,а,б), т ° е ° коррекция состояния счетчика не производится, если сигнал Y поступил в тот момент, когда в счетчике присутствует код "2" (010) или "3" (All). Сигнал Z вырабатывается в те периоды времени, когда в счетчике имеется код "7" (III) °

Если сигналы Y приходят с упреждением или с опозданием (фиг.3,в,г), то счетчик постепенно адаптируется к этим сигналам, ускоряя или замедляя счет путем перескока через одно из состояний или приостановки на один такт. B результате сигналы Z постепенно приобретают нужное фазовое соотношение с сигналами Y.

На фиг.3,в первый импульс Y попадает на код "7" в счетчике, поэтому счетчик "перескакивает" к коду "1", минуя код О . Это приводит к смещению во времени последовательности сигналов Z и поэтому следующий импульс Y попадает уже не на код "7", а на код О". Счетчик опять реагирует на такую ситуацию "перескоком" к коду

"2", минуя код "!" и тем самым вновь смещая временную диаграмму сигналов Z в нужном направлении. Третий импульс

У попадает на код "1". Счетчик, минуя состояние "2", переходит к состоянию

"3" продолжая процесс адаптации, и, наконец, четвертый импульс Y попадает на код "2" — процесс адаптации завершен. В дальнейшем счетчик работает в естественном режиме (без какой-либо коррекции),а импульсы Y попадают на код l12tt

Если импульсы Y начинают "отставать" или "обгонять" счетчик, производится соответствующая плавная коррекция его содержимого. На фиг.З,r первый импульс Y опоздал" (попал на код "6" в счетчике), поэтому счетчик пропускает один такт — в течение двух соседних интервалов времени его

1580538. щий передачу импульса f на вход синхронизации счетчика 1. В данном случае выполняется условие F = --1.

Рассмотренный процесс заканчивается снятием сигнала У, в результате

45 снимается сигнал h = 1, и в дальнейшем счетчик каждый раз прибавляет единицу

К своему старому содержимому по поло50 жительным фронтам сигнала f. Из диаграмм, приведенных на фиг.4,д, видно, что коды N в счетчике меняются не так, как при "естественном" порядке счета (см.верхний ряд цифр: 7,0,1,2,3).

На фиг. 4,е показана вторая ситуа55 ция, при которой импульс поступает в тот момент, когда в счетчике 1 присутствует код "1". Эта ситуация анасодержимое остается равным "6". Благодаря полученному сдвигу временной диаграммы сигналов Е следующий импульс опаздывает уже не так сильно, как первый, " он попадает на код 5, кото- и 5 рый также не меняется в течение двух тактов, следующий импульс Y попадает на код "4", счетчик вновь чритормаживается, и, наконец, четвертый импульс попадает в середину интервала между импульсами Z что и требуется, Период сигнала f подаваемого на вход 16 синхронизации устройства, выбирается в 16 раз меньшим, чем минимальный период Т повторения сигналов Y (сигналы У в зависимости от считываемой с магнитного диска информации поступают с периодом Т, 1,5 Т или 2 Т). Далее предполагается, что сигнал У "привязан" к периоду сигнала f.

Возможны восемь ситуаций по числу возможных кодов в счетчике, на которые "попадает" импульс Y. На фиг,4,д 25 показана первая ситуация, при которой импульс поступает на вход 15 устройства в том момент, когда в счетчике 1 имеется нулевой код (N = О) . Согласно фиг.2 в этом случае счетчик должен перейти иэ состояния.000 в состояние

010 по внешней дуге графа, минуя состояние 001. Этот процесс развивается следующим образом. К моменту поступления импульса Y h = О, S = О, С = О.

Ь = О, поэтому импульс Y проходит через элемент 7 и устанавливает триггер 4 в единичное состояние (h = 1), что приводит к переходу счетчика l в состояние 010. Сигнал h = 1 воздейству-40 ет на вход элемента 9, на его выходе формируется сигнал "Лог ° 0", запрещаюлогична предыдущей. Осуществляется переход от кода "1" к коду "3" с пропуском кода "2".

На фиг.4,ж показана ситуация, при которой в момент поступления сигнала

Y N = 2, Благодаря выполнению условия F = l, на выходе элемента 10 формируется ".Лог,О" и сигнал Y не препятствует прохождению сигнала. f на вход

GL счетчика. Таким образом, "естественный счет продолжается.

На фиг,4,s показана ситуация,при которой в момент поступления сигнала Y N = 3. К моменту поступления сигнала. У F =. l,поэтому очередной положительный импульс f вызывает прибавление единицы к содержимому счетчика и в нем устанавливается код "4". При этом начинает выполняться условие

F = О и сигнал Y = О, проходя через элементы 10 и 9, вызывает снятие сигнала Лог.О" с входа синхронизации счетчика (см.короткий отрицательный импульс на диаграмме 4,з. GL), После окончания положительного импульса f снимается сигнал У, и в дальнейшем счетчик продолжает работу в режиме прибавления единиц к своему содержимомуу, Фиг.4,и поясняет работу устройства в тех случаях, когде необходимо про-. пустить один такт. Эти ситуации соответствуют поступлению сигнала Y в те моменты времени, когда в счетчике присутствует код "4", "5" или "6" (см.циклы, показанные на фиг.2). Все три ситуации характеризуются выполнением условия F = О так что сигнал Y проходя через элементы 10 и 9, вызыва- ет запрет прохождения очередного импульса f (на фиг.4,и этот импульс заштрихован) на вход синхронизации счетчика. Вследствие этого, счетчик приостанавливает счет на один такт, что и требуется, На фиг.2,к показана ситуация, при которой в момент поступления сигнала Y

N =7. В данном случае триггер 3 устанавливается в единичное состояние (S = l), причем элемент 7 запирается сигналом S во избежание последующего срабатывания триггера 4 и искажения информации в счетчике. Поскольку S = l и h = О, счетчик устанавливается в состояние 001 (см.дугу, соединяющую узлы lll и 001 на.фиг.2). По окончании импульса Y снимается сигнал $,и счетчик продолжает. работу в режиме

1 580538 прибавления единиц к своему содержимому в каждом такте.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для фазовой автоподстройки частоты, содержащее триггер, счетное устройство и элемент НЕ, вход которого соединен с информационным входом устройства, о т л и ч а ю - О щ е е с я тем, что, с целью увеличения надежности и упрощения устройства, в него введены второй триггер, второй элемент НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, элемент И-НЕ элемент И-ИЛИ-НЕ и элеУ

15 мент задержки, причем счетное устройство выполнено в виде счетчика с последовательным переносом, первый вход элемента И-ИЛИ-НЕ соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-HE с входом первого элемента НЕ, первый вход элемента И-НЕ соединен с входом синхронизации устройства, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом первого триггера и с выходом 25 устройства, первый-пятый выходы счетчика соединены соответственно с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, с вторым вхо,:эм элемента И-ИЛИ-НЕ и с входом элемента задержки, с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, с третьими входами второго элемента

ИЛИ-НЕ и элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации счетчика, первый, второй и третий входы установки которого соединены с выходом первого триггера и с третьим входом первого элемента ИЛИ-HF, выход которого соединен с первым входом второго триггера,выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ и с четвертым входом установки счетчика, выход первого элемента HE соединен с входом второго элемента НЕ и с вторым входом первого триггера, выход второго элемента HE соединен с третьим входом первого триггера и с вторым входом второго триггера, выход элемента задержки соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ-HE.

1580538

6)

У т or

9 .ф

Р)

У с4!

580538

Составитель Е.Суров

Техред Л.Серд(окова,Корректор О.Ципле

Редактор И.Горная

Заказ 2022 Тираж 666 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101