DE1207441B

DE1207441B - Method and circuit arrangement for frequency division

Info

Publication number: DE1207441B
Application number: DEJ21647A
Authority: DE
Inventors: Gerard Schwartz
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1961-04-26
Filing date: 1962-04-19
Publication date: 1965-12-23
Also published as: FR1295488A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESGHRIFTDESIGN SCREEN

Int. α.:Int. α .:

H03kH03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/22German class: 21 al-36/22

Nummer: 1207441Number: 1207441

Aktenzeichen: J 21647 VIII a/21 alFile number: J 21647 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 19. April 1962 Filing date: April 19, 1962

Auslegetag: 23. Dezember 1965Opening day: December 23, 1965

Verfahren und Schaltungsanordnung zur FrequenzteilungMethod and circuit arrangement for frequency division

Anmelder:Applicant:

International Business Machines Corporation,International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.) Vertreter:Armonk, N.Y. (V. St. A.) Representative:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, patent attorney,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Gerard Schwartz, Fontenay-aux-Roses, SeineGerard Schwartz, Fontenay-aux-Roses, Seine

(Frankreich)(France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 26. April 1961 (859 888)France of April 26, 1961 (859 888)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Frequenzteilung mit Hilfe eines eine Sägezahnspannung erzeugenden Multivibrators, dessen Synchronisierimpulsfrequenz etwa gleich der zu teilenden Frequenz ist, wobei der 5 Sägezahnspannung eine aus der Synchronisierimpulsfolge abgeleitete Impulsfolge zugeführt wird.The invention relates to a method and a circuit arrangement for frequency division with the aid a multivibrator generating a sawtooth voltage, the synchronization pulse frequency of which is about is equal to the frequency to be divided, the 5 sawtooth voltage being one from the synchronization pulse sequence derived pulse train is supplied.

Bekanntlich beruht die Wirkungsweise eines Multivibratorfrequenzteilers auf der Tatsache, daß für
jeden stabilen Zustand ein Punkt in der Schaltung io
existiert, dessen Spannungshöhe von dem Zeitraum
abhängt, der vom Umschalten in diesen stabilen
Zustand abgelaufen ist, und daß beim Überschreiten
einer bestimmten Spannungshöhe der Multivibrator
in den anderen stabilen Zustand umgeschaltet wird. 15
Dieser Schaltungspunkt liegt im allgemeinen am
Steuergitter der gesperrten Röhre oder an der Basis
des gesperrten Transistors, wobei die Spannungsänderung von der Aufladung oder Entladung eines
Kondensators über einen Widerstand abhängt. Zur 20
Synchronisierung werden Impulse mit entsprechender
Amplitude zugeführt, so daß der Zeitpunkt der Umschaltung unter zeitlichem Zusammenfallen mit einem *
der Synchronisierimpulse vorverlegt wird.As is known, the operation of a multivibrator frequency divider is based on the fact that for
every stable state a point in the circuit io
exists whose voltage level depends on the period
that depends on switching to these stable
State has expired, and that when exceeded
a certain voltage level of the multivibrator
is switched to the other stable state. 15th
This node is generally on
Control grid of the locked tube or at the base
of the blocked transistor, the voltage change from the charging or discharging of a
Capacitor depends on a resistor. For the 20th
Synchronization will be pulses with appropriate
Amplitude, so that the time of the switchover coincides with a *
the synchronization pulse is brought forward.

Die Periode der Eigenfrequenz des Multivibrators 25 des Umschaltens erreichen kann, vergrößert. Wenn muß also höher sein als die geforderte. Wenn aber die nämlich diese Differenz die Spannungsänderung Periode der Eigenfrequenz einen bestimmten Wert zwischen dem Augenblick des Eintreffens des vorherüberschreitet, dann reicht μηίβΓ Umständen der gehenden Impulses und dem des für den Umschalt-Augenblickswert der Sägezahnspannung beim Ein- Vorgang bestimmten Impulses übersteigt, dann wird treffen eines für die Umschaltung vorgesehenen Im- 30 die Arbeitsweise des Frequenzteilers überhaupt in pulses nicht aus, um den Multivibrator in den anderen Frage gestellt. Bei einer anderen Schaltungsanordnung Zustand zu kippen. Die Dauer dieser Periode der werden einem monostabilen Multivibrator Impulse Eigenfrequenz liegt also zwischen zwei Grenzwerten, abwechselnder Polarität zugeführt, die dann einer die um so näher liegen, je kleiner die Amplitude der Sägezahnspannung überlagert werden. Der Nachteil Synchronisierimpulse ist. Selbstverständlich können 35 dieser Schaltung liegt offensichtlich darin, daß ohne durch Vergrößern dieser Amplitude, die größer als besonderen zusätzlichen Aufwand Impulse einer die Differenz zwischen dem Maximum und dem Polarität, wie es in der Datenverarbeitung im all-Minimum der Werte sein muß, die die Sägezahn- gemeinen der Fall ist, überhaupt nicht verarbeitet Spannung im Augenblick des Umschaltens erreichen werden können.The period of the natural frequency of the multivibrator 25 of switching can reach increased. if must therefore be higher than what is required. But if the namely this difference is the voltage change Period of the natural frequency exceeds a certain value between the moment of arrival of the previous one, then μηίβΓ the circumstances of the outgoing impulse and that of the momentary changeover value are sufficient the sawtooth voltage exceeds a certain impulse during the one process, then becomes If an Im- 30 is provided for the switchover, the operation of the frequency divider at all takes place pulses not off to question the multivibrator in the other. With a different circuit arrangement Tilt state. The duration of this period of pulses will be a monostable multivibrator Natural frequency is thus between two limit values, fed alternating polarity, which then one which are closer, the smaller the amplitude of the sawtooth voltage is superimposed. The disadvantage Is synchronizing pulses. Of course, 35 this circuit is obvious in the fact that without by increasing this amplitude, which is greater than a special additional effort impulses the difference between the maximum and the polarity, as it is in data processing in the all-minimum the values must be, which the sawtooth base is the case, not processed at all Voltage can be achieved at the moment of switching.

kann, die Toleranzen weiter auseinandergeschoben 40 Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, diese werden, aber es besteht dann die Gefahr, daß ein Schwierigkeiten zu beheben und insbesondere ein vorzeitiges Umschalten durch einen Impuls gesteuert Verfahren zur Frequenzteilung zu schaffen, bei dem wird, der dem eigentlichen Impuls vorangeht. die zu teilende Frequenz und/oder die Periode dercan, the tolerances pushed further apart 40 The object of the invention is now this but there is then the risk that a problem will be resolved, and one in particular premature switching by a pulse controlled method to create frequency division in which which precedes the actual impulse. the frequency to be divided and / or the period of the

Bei den bekannten Vorrichtungen ergeben sich Eigenfrequenz des Multivibrators innerhalb weiter demnach beim Festlegen der Eigenfrequenz und der 45 Grenzen schwanken kann.In the known devices, the natural frequency of the multivibrator results within further can therefore fluctuate when setting the natural frequency and the 45 limits.

Amplitude der Synchronisierimpulse die obengenann- Für ein Verfahren zur Frequenzteilung mit HufeThe amplitude of the synchronizing impulses mentioned above- For a method for frequency division with hooves

ten Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind um eines eine Sägezahnspannung erzeugenden Multiso größer, wenn gefordert wird, daß die zu teilende vibrators, dessen Synchronisierimpulsfrequenz etwa Frequenz nicht fest ist, sondern innerhalb bestimmter gleich der zu teilenden Frequenz ist, wobei der Grenzwerte schwanken kann; denn dann wird die 50 Sägezahnspannung eine aus der Synchronisierimpuls-Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum folge abgeleitete Impulsfolge zugeführt wird, besteht der Werte, die die Sägezahnspannung im Augenblick demnach die Erfindung darin, daß die Impulsfolgeten difficulties. These difficulties are around a sawtooth generating multiso larger if it is required that the vibrator to be divided, its sync pulse frequency about Frequency is not fixed, but within a certain range is equal to the frequency to be divided, where the Limit values can fluctuate; because then the 50 sawtooth voltage becomes one of the synchronizing pulse difference between the maximum and the minimum sequence derived pulse sequence is supplied, consists of the values that the sawtooth voltage at the moment accordingly the invention is that the pulse train

509 759/507509 759/507

3 43 4

aus unipolaren Impulsen gebildet wird, deren Ampli- Bei entsprechend gewählten Kapazitätswerten läßtis formed from unipolar pulses, the amplitude of which allows capacitance values to be selected accordingly

tude für jede Halbperiode der Multivibratorschwingung sich demnach erreichen:
stufenweise anwächst.tude for each half cycle of the multivibrator oscillation can be achieved:
gradually increases.

Dieses stufenweise Anwachsen der Impulsamplitude V₄, = -V₁ . This step-by-step increase in the pulse amplitude V ₄ , = -V ₁ .

erfolgt um so langsamer, je kleiner die Folgefrequenz 5 3
der Synchronisierimpulse ist. Die Amplituden der ausoccurs all the more slowly, the lower the repetition frequency 5 3
is the synchronization pulse. The amplitudes of the

der Synchronisierimpulsfolge abgeleiteten Impulsfolge Bei der nun folgenden ansteigenden Flanke desThe pulse train derived from the synchronization pulse train With the now following rising edge of the

wird dabei durch die Spannung eines Kondensators Synchronisierimpulses wird wiederum die Diode 1If a synchronization pulse is generated by the voltage of a capacitor, the diode 1

bestimmt, der durch die Synchronisierimpulse stufen- gesperrt und die Diode 2 geöffnet, so daß das nurdetermined, the step blocked by the synchronizing pulses and the diode 2 opened, so that only

weise aufgeladen wird und nach jeder Halbperiode io geringe Potential —E am Ausgang des Filters 16 anwise charged and after each half cycle io low potential —E at the output of the filter 16

der Multivibratorschwingung entladen wird. den Punkt 9 angelegt wird. Die Spannung des Punk-the multivibrator vibration is discharged. point 9 is created. The tension of the punk

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeich- tes 4 folgt dem Ladezustand des Kondensators 6, derThe invention is hereinafter based on the drawing 4 follows the state of charge of the capacitor 6, the

nungen für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. sich jetzt nur sehr langsam über den Widerstand 5Explained in more detail for one embodiment example. now only very slowly over the resistance 5

Es zeigt: entladen kann. Bei der darauffolgenden abfallendenIt shows: can discharge. In the subsequent sloping one

Fig. 1 einen bistabilen Multivibrator mit einer syn- 15 Flanke des Synchronisierimpulses wird die Diode 2Fig. 1 shows a bistable multivibrator with a syn- 15 flank of the synchronization pulse, the diode 2

chronisierten Teilereinrichtung nach der Erfindung, erneut gesperrt, und über die Diode 1 wird demchronized dividing device according to the invention, locked again, and the diode 1 is the

Fig. 2 die synchronisierte Teilereinrichtung, Kondensator 6 erneut Ladung zugeführt, wenn derFig. 2, the synchronized divider device, capacitor 6 charged again when the

Fig. 3 Impulsdiagramme, die für verschiedene Spannungswert des übertragenen SynchronisierimpulsesFig. 3 pulse diagrams for different voltage values of the transmitted synchronizing pulse

Punkte der Schaltung die dort auftretende Impulsform den vorhandenen Spannungswert am Punkt 4 erreicht,Points of the circuit the pulse shape occurring there reaches the existing voltage value at point 4,

darstellen. 20 Während dieser Impulsdauer beträgt der Wert derrepresent. 20 During this pulse duration, the value is

Der obere Teil der F i g. 1 zeigt einen an sich nun zur Ladung des Kondensators zugeführten Spanbekannten Multivibrator 14, der mit Transistoren _T, 1 _T, . _{A n} , .., < , bestückt ist, während der untere Teil die synchroni- ^{nung F}*> ~T ^F«^{; denn C}« ^"^ ^{wahrend der} sierte Teilereinrichtung darstellt, bei der Impulse Zeitdauer, in der die Spannung des Synchronisierwachsender Amplitude einer Sägezahnspannung über- 25 impulses Null war, entladen. Daraus folgt:
lagert werden. Die Schaltung dieser Teilereinrichtung
enthält im wesentlichen einen Kondensator 6, dessen
Ladung mit jedem auftretenden Synchronisierimpuls
stufenweise anwächst, und die Dioden 1 und 2, dieThe upper part of FIG. 1 shows a multivibrator 14, which is now known per se for charging the capacitor and which is equipped with transistors _T , 1 _T,. _{A n} , .., <, is equipped, while the lower part ^provides the synchronization F *> ~ T ^F « ^{; because C} «^" ^ ^{represents the} duration of the pulse during which the voltage of the synchronizing increasing amplitude of a sawtooth voltage was above zero pulse. From this it follows:
be stored. The circuit of this divider device
essentially contains a capacitor 6, the
Charge with every synchronization pulse that occurs
gradually increases, and the diodes 1 and 2, the

insofern einen Schaltvorgang bewirken, als während 30 r» „,, _Q . _+;.,₊· 1 ₁ 2 ., . ,to the extent that cause a switching process, as during 30 r »„ ,, _Q. _+; ., ₊ · 1 ₁ 2.,. ,

der Zeitdauer der positiven Amplitude des Synchroni- ^{Durch Substltutl0n} T = ¹ ~ T ^{erglbt sich}
sierimpulszuges praktisch jeweils eine Spannung mitthe duration of the positive amplitude of the synchronous ^{By Substltutl0n} T = ¹ ~ T ^{is derived}
sierimpulszuges practically each with a voltage

dem Wert Null der von dem Multivibrator gelieferten _r/ _ ,, L / 2\² the value zero of the _{r /} _ ,, L / 2 \ ^{2 delivered by the multivibrator}

Sägezahnspannung überlagert wird und während der | \ 3 ₁
Zeitdauer der negativen Amplitude die Spannung an 35Sawtooth voltage is superimposed and during the | \ 3 ₁
Duration of the negative amplitude the voltage at 35

den Klemmen des Kondensators 6 jeweils über den Das ist der höchste Wert der am Punkt 9 währendthe terminals of the capacitor 6 each via the This is the highest value of the point 9 during

Transistor 8 und über ein Differenzierglied auf den dieses Zeitabschnittes auftretenden negativen Span-Transistor 8 and, via a differentiating element, to the negative voltage

Multivibrator übertragen wird. nung, die nach dem Eintreffen der ansteigendenMultivibrator is transmitted. voltage after the arrival of the increasing

Zur Beschreibung der Wirkungsweise sei zunächst Flanke wieder auf den Wert — E absinkt. Die gleichenTo describe the mode of operation, let the edge first fall back to the value - E. The same

angenommen, daß der Kondensator 6 vollkommen ent- 40 Vorgänge wiederholen sich während der folgendenAssume that the capacitor 6 completely fails 40 processes are repeated during the following

laden ist. Die erste abfallende Flanke des über die Synchronisierimpulse, so daß allgemein nach η nega-loading is. The first falling edge of the synchronization pulses, so that generally after η nega-

Klemme 10 zugeführten Synchronisierimpulses sperrt tiven Synchronisierimpulsen die Spannung
die Diode 2, die ein schwach negatives Potential —E Terminal 10 supplied synchronization pulse blocks tive synchronization pulses the voltage
the diode 2, which has a weak negative potential - E

an den Punkt 9 legte. Die Diode 1 ist aber für den γ ₌ γ ι _ ( ^¹² put at point 9. The diode 1 is for the γ ₌ γ ι _ ( ^ ¹²

entsprechenden Synchronisierimpuls leitend, so daß 45 ^{4 10} I q _j_
die Ladespannung des Kondensators 6 durch die ancorresponding synchronization pulse conductive, so that 45 ^{4 10} I q _j_
the charging voltage of the capacitor 6 by the

Klemme 10 angelegte Spannung F₁₀ bestimmt wird. erreicht würde.Terminal 10 applied voltage F _{10 is} determined. would be achieved.

In Fig. 2 ist der Ladestromkreis besonders dar- Die an den einzelnen Punkten der Schaltung aufgestellt. Wenn die teilweise Entladung des Konden- tretenden Spannungen sind in Fig. 3 dargestellt, sators 6 über den Widerstand 5 nach Anlegen des 50 Die am Punkt 9 auftretenden Spannungen werden ersten negativen Impulses vernachlässigt wird, dann über einen Transistor 8 in Kollektorschaltung dem kann die Spannung F₄ am Punkt 4 ausgedrückt wer- Punkt 15 der Multivibratorschaltung 14 und damit den durch den Basen der entsprechenden Transistoren über jeIn Fig. 2, the charging circuit is particularly dar- The set up at the individual points of the circuit. If the partial discharge of the condensate voltages are shown in Fig. 3, sator 6 via the resistor 5 after applying the 50. The voltages occurring at point 9 are neglected first negative pulse, then via a transistor 8 in the collector circuit which can control the voltage F ₄ expressed at point 4 is point 15 of multivibrator circuit 14 and thus that through the bases of the corresponding transistors over each

ein Differenzjerglied zugeführt. Auf diese Weise ge-a differential junction is supplied. In this way

55 schieht die Überlagerung der Impulse wachsender Amplitude mit der durch den Multivibrator erzeugten55 the superposition of the pulses of increasing amplitude with those generated by the multivibrator takes place

, . " " Sägezahnspannung.,. "" Sawtooth voltage.

^{wo ei} Nach einer durch die Auswahl der Werte der ^{where ei} after one by choosing the values of the

Q . Q Schaltungselemente bedingten Anzahl von Synchroni- Q. Q circuit elements-related number of synchronizing

C = —-—---—. 60 sierungsimpulsen übersteigt schließlich eine von denC = —-—---—. 60 sizing impulses eventually exceed one of the

Q + C₁₂ der Sägezahnspannung überlagerten ImpulsamplitudenQ + C ₁₂ pulse amplitudes superimposed on the sawtooth voltage

die zum Kippen des Multivibrators erforderlichethe one required to tilt the multivibrator

Ist die Zeitkonstante R₁₃ · C sehr klein gegenüber Steuerspannung, wie in Fig. 3 durch die gestrichelteIf the time constant R ₁₃ · C is very small compared to the control voltage, as in FIG. 3 by the dashed line

der Periode eines Synchronisierimpulses, dann kann Linie bei 17 gezeigt. Beim Kippen des Multivibratorsthe period of a sync pulse, then line at 17 may be shown. When tilting the multivibrator

ohne weiteres gesetzt werden: 65 tritt am Punkt 3 in Fig. 1 ein negativer Impuls auf,can be set without further ado: 65 a negative pulse occurs at point 3 in Fig. 1,

-, so daß der Transistor 7 leitend und der Konden- - so that the transistor 7 is conductive and the capacitor

F₄ = F₁₀ — . sator 6 entladen wird. Damit ist die Schaltung inF ₄ = F ₁₀ -. Sator 6 is discharged. The circuit is now in

Q2 + C₆ ihren Ausgangszustand zurückgeführt.Q2 + C _{6 returned to} their original state.

Den Impulsdiagrammen in F i g. 3 ist zu entnehmen, daß bei größerer Impulsfolgefrequenz der Synchronisierimpulse die Geschwindigkeit der Amplitudenänderung der überlagerten Impulse ebenfalls anwächst und daß im umgekehrten Fall die Geschwindigkeit der Amplitudenänderung kleiner ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß mit gleichbleibender Betriebssicherheit eine Frequenzteilung in allen Fällen durchgeführt werden kann.The pulse diagrams in FIG. 3 it can be seen that the higher the pulse repetition frequency Synchronization pulses the speed of the change in amplitude of the superimposed pulses as well increases and that in the opposite case the speed of the change in amplitude is smaller. on this way it is guaranteed that a frequency division with constant operational reliability in all cases can be carried out.

Claims

Claims: IO

1. Method for frequency division with the aid of a multivibrator generating a sawtooth voltage, whose synchronization pulse frequency is approximately equal to the frequency to be divided, the sawtooth voltage a pulse train derived from the synchronizing pulse train is supplied, thereby characterized in that the pulse train consists of unipolar pulses whose amplitude is for every half cycle of the multivibrator oscillation increases gradually.

2. The method according to claim 1, characterized in that the increase in the amplitudes the pulse train derived from the synchronization pulse train with increasing synchronization frequency increases.

3. The method according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the synchronization pulses are fed to a capacitor, the charge of which with each incoming Synchronizing pulse is increased in steps, and that the capacitor after each half cycle of the multivibrator is discharged.

4. Circuit arrangement for performing the method according to at least one of the claims 1 to 3, characterized in that the input and the output of the multivibrator (14) a Series connection of a transmission capacitor (12) and which transmits the synchronization pulses a charging capacitor (6) is assigned, which is permeable via a first for the synchronization pulses rectifying connection (1) are connected to one another, with a second rectifying, for the synchronization pulses blocking connection (2) between the connection point (9) of the Transmission capacitor (12) with the first rectifying connection (1), the same time is at the input of the multivibrator, and a fixed potential is arranged and the output of the multivibrator via an asymmetrically conductive device to the connection point (4) of the Charging capacitor and the first rectifying connection (1) is connected.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the control input of the a differentiating element is connected upstream of both amplifier devices of the multivibrator The input is connected to the output of a third amplifier device (8), the input of which in turn is connected to the connection point (9) of the transmission capacitor.

6. Circuit arrangement according to at least one of claims 4 and 5, characterized in that that the outputs of the two amplifier devices of the multivibrator a fourth amplifier device (7) whose output is connected to the charging capacitor (6).

7. Circuit arrangement according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that that the third amplifier device consists of a transistor (8) in a collector circuit, whose Output each connected to the input of the respective differentiating element via a rectifier is, and that the fourth amplifier device consists of a transistor (7) in a common emitter circuit exists, the input of which is connected via a rectifier to the respective output of the amplifier devices of the multivibrator is connected.

8. Circuit arrangement according to at least one of claims 4 to 7, characterized in that that the input of the transistor (7) in the emitter circuit via a diode in the reverse direction on the fixed potential.

Considered publications:
German publication No. 1075168.

For this purpose, 1 sheet of drawings