DE1267716B

DE1267716B - Anordnung zur Quotientenbildung zweier Frequenzen, bestehend aus einer Differenzzaehlerstufe mit vorgeschaltetem Differenzgatter

Info

Publication number: DE1267716B
Application number: DE19671267716
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dietrich Meyer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1967-02-04
Filing date: 1967-02-04
Publication date: 1968-05-09

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/22

1267716
P 12 67 716.6-31
4. Februar 1967
9. Mai 1968

Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Quotientenbildung zweier Frequenzen mit einer Differenzzählerstufe mit vorgeschaltetem Differenzgatter.

Bei bekannten Anordnungen wird der Quotient q zweier Frequenzen j\ und f₂ durch Auszählen der Impulse der ersten Frequenz f\ während der Dauer einer Periode der zweiten Frequenz J₂ oder einer durch Frequenzteilung aus dieser Frequenz gewonnenen niedrigeren Frequenz ^- gebildet.

Dieses Verfahren bedingt, daß zur Quotientenbildung mit einer Genauigkeit — mindestens ρ Impulse der Frequenz j\ gezählt werden müssen, aus der Frequenz J₂ also, gegebenenfalls durch Teilung, ein entsprechend langes Zählintervall abgeleitet werden muß. Ist die Frequenz j\ beispielsweise 1000 Hz, dann muß das Zählintervall 1 s sein, wenn die Quotientenbildung mit 1^υ/οο Genauigkeit erfolgen soll. Hinzu kommt ein entsprechendes Zeitintervall zur Auslesung des im Zählgerät gespeicherten Quotienten, beispielsweise optisch durch Sichtbarmachung des Zählerinhaltes. Erst danach kann eine neue Quotientenbildung vorgenommen werden.

Bei einer Veränderung einer der beiden Frequenzen Z₁ und /₂ ist erst nach Ablauf des der Frequenzänderung folgenden Zählintervalls der neue Quotient gebildet, in dem genannten Beispiel ist also eine Zeit von mindestens 1 s dazu notwendig. Diese Totzeit ist oft, insbesondere wenn die Anordnung zur Quotientenbildung ein Glied eines Regelkreises ist, unerwünscht.

Ein weiterer Nachteil ist, daß bei nicht ganzzahligen Quotienten der Frequenz J₁ und der das Zählintervall bildenden Frequenz das Zählergebnis in der letzten Stelle hin und her springt. Ist beispielsweise q = 872,7, dann sind 70% der Zählergebnisse 873 und 30% 872.

Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Dieses geschieht erfindungsgemäß bei einer Anordnung zur Quotientenbildung zweier Frequenzen, bestehend aus einer Differenzzählerstufe mit vorgeschaltetem Differenzgatter, dadurch, daß die Impulse der ersten Frequenz an den Vorwärtseingang des der Differenzzählerstufe vorgeschalteten Differenzgatters direkt und an dessen Rückwärtseingang über eine Verzögerungsschaltung um eine durch die zweite Frequenz bestimmte Zeit verzögert gelangen und daß zur Bildung von beispielsweise einer weiteren gleichartigen Anordnung als Eingangssignale dienenden Ubertragungssignalen an sich bekannte Mittel zur Abtastung des Inhaltes des Differenzgatters mit Impulsen einer aus der Anordnung zur Quotientenbildung zweier
Frequenzen, bestehend aus einer
Differenzzählerstufe mit vorgeschaltetem
Differenzgatter

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dietrich Meyer, 2000 Hamburg

zweiten Frequenz abgeleiteten Frequenz zuschaltbar sind.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm zu Fig. 1,

F i g. 3 eine Kaskadenschaltung von Anordnungen nach der Erfindung,

F i g. 4 ein Zählerstandsdiagramm zu F i g. 3.

Zur ziffernmäßigen Darstellung wird der Quotient q zweier Frequenzen Z₁ und f₂ als Reihe dargestellt:

(z„ = ganze positive Zahlen), wenn f_x < f₂, also q < 1 ist. Darin ist B die Zahlenbasis der digitalen Darstellung, beispielsweise 10 bei dezimaler oder 2 bei binärer Darstellung, während Z_n die Ziffern des Bruches q, beispielsweise Dezimal- oder Binärbruch, sind.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bildung des Quotienten q zweier Frequenzen J₁ und f₂. Die Anordnung besteht aus einer Differenzzählerstufe DZ mit der Zählkapazität B und einem davorgeschalteten Differenzgatter DG, das sich beispielsweise aus einem Flip-Flop F und zwei UND-Gattern G₁ und G₂ zusammensetzt. Die Impulse der Frequenz j\ gelangen direkt an den Vorwärtseingang sowie über eine Verzögerungseinrichtung V um B Perioden der Frequenz J₂ verzögert als Frequenz J\,. an den Rückwärtseingang des Differenzgatters DG. Die Verzögerungseinrichtung V kann beispielsweise ein durch die Impulse der Frequenz J₂ getaktetes Schieberegister mit B Stellen sein.

809 M8 388

An Hand des Impulsdiagramms in F i g. 2, für das B — 5 gewählt wurde, soll die Funktion einer Anordnung nach F i g. 1 erläutert werden. Die folgenden Betrachtungen gelten für einen Sprung des Frequenzquotienten q zur Zeit t — 0 von 0 auf einen für f > 0 konstanten Wert. Im Ruhezustand sei der Flip-Flop F des Differenzgatters DG wie gezeichnet markiert. Der erste Impuls der Frequenz j\ schaltet den Flip-Flop F an dem durch Y bezeichneten Ausgang von »0« auf »L«. Jeder weitere Impuls gelangt über das to Gatter G₁ an den Vorwärtseingang der Differenzzählerstufe DZ und erhöht den Zählerstand um 1, bis der Flip-Flop F durch den ersten Impuls der Frequenz J₁₁. aus der Verzögerungseinrichtung V wieder in den Ausgangszustand zurückgeschaltet wird. Der erste Impuls der Frequenz /_lr ist gegen den ersten Impuls der Frequenz Z₁ um das Zeit-

intervall -γ- verzögert. In dieses Intervall fallen T₁

Vorwärts-Zählimpulse, da nach Gleichung (1) T₁ die nächstkleinere ganze Zahl von

Meßeinrichtung entsprechend um den Faktor 10 geringer ist als bei rein analoger Messung.

Zur digitalen Weiterverarbeitung der in der Spannung am Flip-Flop-Ausgang Y enthaltenen Information wird diese Spannung mittels einer Torschaltung G₃ mit den Ausgangsimpulsen eines Frequenzteilers Γ, der die Eingangsfrequenz J₁ durch B teilt, abgetastet. Ein Ausgangsimpuls des ^Teilers T gelangt nur dann an den Ausgang der Torschaltung G₃, wenn er mit dem impulsdauermodulierten Signal am Flip-Flop-Ausgang Y koinzidiert, wenn also die Ungleichung

"i^<J-7*^hi ^{+ T} ⁽⁶⁾

(Kj = 1, 2, 3, ...) erfüllt ist. Die mittlere Folgefrequenz J₁' der Ausgangsimpulse der Torschaltung G₃ ist deshalb

B"

(2)

ist. Ist B = 10, dann entspricht der Zählerstand Z₁ der Differenzzählerstufe DZ, der beispielsweise durch eine numerische Anzeigevorrichtung A angezeigt werden kann, der höchstwertigen Dezimalstelle des Frequenzquotienten q.

Das Zeitintervall τ zwischen dem ersten Impuls aus der Verzögerungseinrichtung V. der den Flip-Flop F wieder in die Ausgangslage zurückschaltet, und dem letzten Impuls am Vorwärtseingang des Differenzgatters DG, der noch durch dieses hindurchlaufen konnte, beträgt mit Gleichung (2) Die Ausgangsfrequenz J₁' der Torschaltung G₃ und die Ausgangsfrequenz /,' = ^- des Teilers T bilden nach Gleichung (7) einen neuen Frequenzquotienten q

Jz

als übertrag. Die Signale f[ und ./',' können einer weiteren Anordnung nach F i g. 1 als Eingangsgröße dienen, die dann die zweite Stelle anzeigt und deren Ubertragssignal /," und /," = jk Eingangsgrößen

Von jetzt ab folgt jeweils einem Impuls der Frequenz /1. der den Flip-Flop F am Ausgang Y auf »L« schaltet, nach einem Intervall τ ein Impuls der Frequenz J\,., der den Flip-Flop F wieder in die Ausgangslage zurückschaltet. Am Ausgang Y des Flip-Flops F erscheint also eine Rechteckspannung, deren Impulse die Breite τ und die Folgefrequenz /1 haben,

so daß mit Gleichung (3) die auf die Periodenzeit bezogene Impulsbreite

Jl

τ-Ά =

(4)

ein Maß für die zweite und weitere Stellen, beispielsweise Dezimalstellen des Frequenzquotienten q. ist. Eine analoge Anzeige dieser Größe ist mit einem mittelwertbildenden Spannungsmesser, beispielsweise einem Drehspulvoltmeter, möglich, da der Mittelwert U_1n dieser impulsdauermodulierten Spannung

l\ (5)

ist, wenn U_s der Spitzenwert der genannten Spannung ist. So kann also z.B. die erste Dezimalstelle eines Frequenzquotienten digital, die weiteren Dezimalstellen dagegen analog gemessen werden, wobei die Genauigkeitsanforderung an den analogen Teil der einer dritten solchen Anordnung sind usw. Eine derartige Kaskadierung ist in F ig. 3 dargestellt. Gegenüber bekannten Anordnungen zur Bildung eines Frequenzquotienten q bietet eine Kaskadenschaltung von Anordnungen nach der Erfindung die angestrebte Verbesserung im dynamischen Verhalten bei Änderungen des Frequenzquotienten. In F ig. 4 werden die Antworten auf einen Einheitssprung von q (q = 0 für t < 0. q = 1 für t > 0) (Kurve a). einer Kaskadenschaltung aus zwei erfindungsgemäßen Anordnungen mit jeweils B = 10 (zweistellige dezimale Quotientenbildung) (Kurve h) sowie einer Kaskadenschaltung aus sieben erfindungsgemäßen Anordnungen mit jeweils B = 2 (siebenstellige binäre Quotientenbildung) (Kurve c) mit der Antwort einer bekannten Anordnung mit der Zählkapazität 100 (Kurve d) verglichen. Während der Zählerinhalt bei einer bekannten Anordnung gleichmäßig anwächst, bis er nach beispielsweise 100 Periöden der Frequenz j\ den Endwert erreicht, der den Frequenzquotienten q mit einer Genauigkeit von l"₀ beschreibt, weist eine Kaskadenschaltung aus erfindungsgemäßen Anordnungen einen schnellen Anstieg auf und nähert sich dann dem Endwert derart.

daß nach B" (;i = 1.2.3 ) Perioden der Frequenz J₂

die maximale Abweichung vom Endwert -ψ- ist.

Bei bekannten Anordnungen muß zur korrekten Quotientenbildung das auf eine Änderung des Frequenzquotienten folgende Meßintervall abgewartet werden. Eine Anordnung nach der Erfindung jedoch reagiert sofort nach Auftreten der Änderung in der oben beschriebenen Weise. Treten Änderungen mit

kürzerem zeitlichem Abstand als das Meßintervall auf, so kann mit einer bekannten Anordnung keine Quotientenbildung mehr erfolgen. Bei einer Kaskadenschaltung aus erfindungsgemäßen Anordnungen dagegen wird der Quotient in den höherwertigen Stellen noch richtig gebildet. Ändert sich beispielsweise der Frequenzquotient q nach jeweils 10 Impulsintervallen der Frequenz /₂, dann erfolgt die Quotientenbildung richtig in der höchstwertigen Dezimalstelle Z₁ bzw. in den drei höchstwertigen Binärstellen Z₁, Z₂ und z₃. wie aus F i g. 4 ersichtlich ist.

Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen zur Bildung eines Frequenzquotienten ist, daß bei nicht verändertem Quotienten bei einer Anordnung nach der Erfindung auch die geringstwertige Stelle nicht zwischen zwei benachbarten Ziffern hin und her springt, wenn eine der folgenden, nicht angezeigten Stellen ungleich Null ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung setzt in einer Kaskadenschaltung von Anordnungen nach der Erfindung jede dieser Anordnungen bei einer Erhöhung ihres Differenzzählerstufeninhaltes bei allen ihr folgenden Anordnungen sämtliche Speicherelemente der Verzögerungseinrichtungen V und der Differenzgatter DG und die Zählerstände der Differenzzählerstufen DZ in den Ausgangszustand und bei einer Verringerung ihres Differenzzählerstufeninhaltes sämtliche genannten Speicherelemente in den entgegengesetzten Zustand sowie die Zählerstände der Differenzzählerstufen DZ auf ihre Endwerte. Dadurch wird erreicht, daß bei einer Änderung des Frequenzquotienten beispielsweise von q — 0.49 auf q = 0.51 der neue Wert nicht in der Folge 0.49-0.59-0.58-... -0.52-0.51. wie es ohne diese Abwandlung geschehen würde, sondern in der Folge 0.49-0.50-0.51 erreicht wird.

Auch können die Impulse der Frequenz f\ mit den Impulsen der Frequenz /₂ oder die Impulse beider Frequenzen mit einem Taktpuls synchronisiert werden. Die vor dem Differenzgatter DG erforderliehe Koinzidenzsperre ist bei der beschriebenen Anordnung nicht extra aufgerührt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bildung des Quotienten (q) zweier Frequenzen, bestehend aus einer Differenzzählerstufe mit vorgeschaltetem Differenzgatter, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der ersten Frequenz (Z₁) an den Vorwärtseingang des der Differenzzählerstufe (DZ) vorgeschalteten Differenzgatters (DG) direkt und an dessen Rückwärtseingang über eine Verzögerungsschaltung (V) um eine durch die zweite Frequenz (/,) bestimmte Zeit gelangen und daß zur Bildung von beispielsweise einer weiteren gleichartigen Anordnung als Eingangssignale dienenden Ubertragssignalen an sich bekannte Mittel zur Abtastung des Inhaltes des Differenzgatters (DG) mit Impulsen einer aus der zweiten Frequenz (Z₂) abgeleiteten Frequenz zuschaltbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (V) ein durch die Impulse der zweiten Frequenz (Z₂) getaktetes Schieberegister ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der aus Differenzgatter (DG). Differenzzähler (DZ). Verzögerungsschaltung (V) und Torschaltung (G₃) bestehenden Stufen (S) mit Teilern (T) in Kaskade

(S₁. S, S_n; T₁. T, T,,-,) geschaltet sind

(Fig. 3).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (S₁, S₂ S_n) bei

einer Erhöhung ihres Differenzzählerinhaltes die Speicherelemente aller folgenden Stufen in den Ausgangszustand, und bei einer Verringerung des Zählerinhaltes in den entgegengesetzten Zustand sowie die Zählerstände der Differenzzähler (DZ) auf ihre End werte setzt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der ersten Frequenz (/j) mit den Impulsen der zweiten Frequenz if₂) und oder die Impulse beider Frequenzen (Z₁. J₂) mit einem Taktpuls synchronisierbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 54S/388 4. 68 Q Bundesdruckerei Berlin