DE2951927C2

DE2951927C2 - Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz und Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2951927C2
Application number: DE2951927A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 8520 Frauenaurach Heinle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPS5698932A; US4432065A; DE2951927A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz, die durch Teilung einer Referenzfrequenz mit der Periodendauer To durch einen einstellbaren, ganzzahligen Teilungsfaktor ρ erzeugt wird, wobei die Impulsfolge aus einer Hiifsimpulsfolge und einer ZwischenimpulsfoJge zusammengesetzt ist sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 28 04 950 bekannt. Dabei wird eine Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz durch Teilung einer Referenzfrequenz durch einen einstellbaren Teilungsfaktor erzeugt. Dazu werden mehrere Freqeunzteiler verwendet. Ein erster Frequenzteiler ist auf den ganzzahligen Anteil des Teilungsfaktors eingestellt, so daß er an seinem Ausgang Signale abgibt, deren Frequenz der einpestellten Freqeunz angenähert ist. Durch nachgeordnete Frequenzteiler werden noch vorhandene Frequenzfehler der Signale stufenweise korrigiert. Die Korrektur erfolgt dabei durch Ausblenden oder Einfügen einzelner Impulse in die Ausgangsimpulsfolge des ersten Frequenzteilers. Es wird also — kurz gesagt — die gewünschte Frequenz zunächst so genau wie möglich angenähert und dann die angenäherte Impulsfolge durch Hinzulügen bzw. Weglassen einzelner Impulse korrigiert.

Ein einfaches Verfahren, bei dem eine Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz lediglich durch Teilung einer Referenzfrequenz durch einen einstellbaren, ganzzahligen Teilungsfaktor erzeugt wird, ist beispielsweise aus dem Buch »Elektronische Bausteinsysteme SIMATIC« von Rolf Hahn, Band 1,1974, Seiten 244 bis 245, bekannt. Das in dieser Literaturstelle beschriebene Verfahren zur Multiplikation einer Eingangsgröße läßt sich auch zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz anwenden, wenn man als Referenzfrequenz eine Festfrequenz verwendet, die beispielsweise von einem Quarzoszillator mit hoher Frequenzgenauigkeit erzeugt wird. Die Festfrequenz fa wird durch einen programmierbaren Teiler durch den einstellbaren Teilungsfaktor ρ geteilt. Am Teilerausgang steht eine Impulsfolge mit der Frequenz fA = fo,p zur Verfügung. Bei diesem Verfahren wird jedoch bei gegebener Festfrequenz f₀ die Frequenzauflösung, d.h. die kleinumögliche Frequenzänderung mit dem Quadrat der Ausgangsfrequenz /^schlechter.

Für p> 1 gilt mit sehr guter Näherung:

/ο /ο · Tj

mit Ta

Damit wurde gezeigt, daß sich die absolute Frequenzauflösung Af mit dem Quadrat der Ausgangsfrequenz /α ο verschlechtert. Die relative Frequenzauflösung Af/fa verschlechtert sich proportional zur Ausgangsfrequenz. Beträgt die geforderte maximale Ausgangsfrequenz /λπμι ζ. B. 2400 Hz und die Oszillatorfrequenz Fo = 2 M Hz, so erhält man als Frequenzauflösung:

2400²
2 ■ 10⁶

= 2,88 i Iz.

Bei vielen Anwendungsfällen, z. B. bei Frequenzgebern für Umrichter werden wesentlich bessere Frequenzauflösungen, z. B. besser als 0,6 Hz verlangt. Eine Verbesserung kann z. B. durch eine Erhöhung der Oszillatorfrequenz /ö erreicht werden. Dies ist jedoch oft aus technologischen Gründen, z. B. wegen der begrenzten Verarbeitungsfrequenz der eingesetzten Bauteile nicht möglich.

Eine Möglichkeit, die Frequenzauflösung ohne Erhöhung der Oszillatorfrequenz zu verbessern, bietet beispielsweise das eingangs genannte Verfahren. Die dabei erforderliche Zerlegung der Teilungsfaktoren in ganzzahlige und nicht ganzzahlige Komponenten ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Außerdem sind die durch Zufügen bzw. Weglassen eines einzelnen Impulses in der Impulskette entstehenden Unsymmetrien schwierig zu beseitigen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Verbesserung der Frequenzauflösung ohne Erhöhung der Oszillatorfrequenz zu erreichen, wobei eine Zerlegung

jo des Teilungsfaktors nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenzfrequenz durch den Faktor D_r=(N ■ p) geteilt wird, wobei N eine ganze Zahl ist und daß zwischen zwei Impulsen der so gewonnenen Hilfsim-

J5 pulsfolge N— 1 Impulse einer Zwischenimpulsfolge mit wenigstens annähernd gleichem Abstand eingeführt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß zunächst das N-fache der geforderten Ausgangsperio-

dendauer Ti= — erzeugt wird. Aus der oben

angegebenen Gleichung A ergibt sich, daß die Frequenzauflösung damit um den Faktor N² besser wird. Um die gewünschte Ausgangsperiodendauer Ta zu erhalten, werden dann /V-1 möglichst äquidistante Impulse, im folgenden Zwischenimpulse genannt, innerhalb der vervielfachten Ausgangsperiode hinzugefügt.
Vorteilhafterweise ist /V eine Potenz von zwei. Der Abstand der Zwischenimpulse läßt sich dann leicht erzeugen, wenn man die Periodendauer der Hiifsimpulsfolge durch 2" dividiert. Wenn die vervielfachte Ausgangsperiode in Form einer Dualzahl dargestellt ist, so läßt sich diese Division mit einer einfachen Schiebeoperation durchführen.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer To und mit einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, die schmale Ausimpulse mit der Periodendauer D_n 7Ό abgibt, können N— 1 triggerbare Impulsgeber vorhanden sein, von denen jeder bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang nach Ablauf einer Verzögerungszeit einen schmalen Zwischenimpuls am Ausgang abgibt, wobei der Triggereingang eines ersten Impulsgebers mit dem Ausgang der Frequenzteilerschaltung und der Triggereingang jedes weiteren Impulsgebers mit dem Ausgang des vorhergehenden Impulsgebers

verbunden ist und wobei die Ausgänge der Frcqucnzteilerschaltung und der Impulsgeber mit einem ODER-Gatter verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht. Alternativ können auch N— 1 triggerbare Impulsgeber vorhanden sein, von Ί denen jeder bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang nach Ablauf einer Verzögerungszeit Λ, einen schmalen Impuls am Ausgang abgibt, wobei f,_A für den x-ten Impulsgeber χ · ρ ■ To ist, wobei die Triggereingänge aller Impulsgeber mit dem Ausgang κι der Frequenzteilerschaltung verbunden sind und wobei die Ausgänge der Frequenzteilerschaltung und der Impulsgeber mit einem ODER-Gatter verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch unter π Verwendung einfacher im Handel erhältlicher Bauelemente realisiert werden. Die Verzögerungszeiten der einzelnen Impulsgeber können so eingestellt werden, daß sich eine gleichmäßige Verteilung der Zwischenimpulse über die Periodendauer ergibt. ><>

Bei einer weiteren Schaltungsanordnung zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer To und mit einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, die schmale Ausgangsimpulse mit der Periodendauer D_r ■ T₀ abgibt, kann ein triggerbarer Impulsgeber vorhanden sein, der bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang nach Ablauf einer Verzögerungszeit i, =p· T₀ einen schmalen Impuls am Ausgang A abgibt, wobei der ju Triggereingang mit dem Ausgang eines ODER-Gatters mit zwei Eingängen verbunden ist, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers und der zweite Eingang über eine Verriegelungsstufe mit dem Ausgang des Impulsgebers verbunden ist, wobei die js Verriegelungsstufe in jeder Periode der Ausgangs-Impulsfolge Λ/-2 Ausgangsimpulse des Impulsgebers durchläßt und wobei die Ausgänge der Frequenzteilerschaltung und des Impulsgebers mit einem ODER-Gatter verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht. Bei dieser Ausführungsform wird nur ein triggerbarer Impulsgeber benötigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend beispielhaft anhand der F i g. 1 bis 6 näher erläutert. Dabei sind in den einzelnen Figuren gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

F i g. 1 zeigt ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aus der nicht dargestellten Ausgangsspannung eines Taktgebers mit hoher Frequenz wird zunächst durch Teilung durch den Faktor Dr= N ■ ρ die dargestellte Hilfsimpulsfolge Ud erzeugt, deren Periode T_r das /V-fache der gewünschten Ausgangsperiode T₄ ist Zwischen die einzelnen Impulse der Hilfsimpulsfolge Ud werden jeweils N— 1 Zwischenimpulse eingefügt Diese zugefügte Zwischenimpulsfolge ist in Fig. 1 mit Uzbezeichnet Durch Zusammenfügen der beiden Impulsfolgen Ud und Uz ergibt sich die gewünschte Ausgangs-Impulsfolge mit der Periodendauer Ta=P- To und der Frequenz /a = — - ^⁰

Der Faktor N und damit die Zahl /V-I der eingefügten Impulse wird in Abhängigkeit von der gewünschten Frequenzauflösung gewählt Außerdem können bei der Wahl des Faktors N noch weitere Kriterien eine Rolle spielen. Wenn der Frequenzgeber beispielsweise als Steuereinrichtung für einen Umrichter zur Speisung elektrischer Maschinen verwendet wird, so wählt man N zweckmäßigerweise so, daß gilt N—b ■ ρ ■ U, wobei ρ die Polpaarzahl der vom Umrichter gespeisten elektrischen Maschine ist. Unsymmetrien, die dadurch hervorgerufen werden können, daß die eingefügten Zwischenimpulse nicht den gleichen Absland aufweisen, treten dann innerhalb von U Maschinenumdrehungen auf. Der Faktor 6 ergibt sich aus der Weiterverarbeitung der Ausgangsfrequenz in einem Ringzähler des Umrichters. Wie bereits erläutert, ergibt sich eine besonders einfache Bildung der Zwischenimpulse, wenn man für den Faktor N eine Potenz von 2 wählt und somit die erforderliche Division durch eine Verschiebung in einem Schieberegister realisieren kann.

In den Fig. 2 bis 5 sind beispielhaft einige Schallungsanordnungen zur Realisierung des Verfahrens dargestellt, die sich durch die Bildung der Zwischenimpulse unterscheiden. Dabei sind die Schallungsanordnungen nach den F i g. 2 bis 4 besonders zum Betrieb mit Integer-Zahlen geeignet, während sich die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 besonders für normalisierte Gleitkomma-Zahlen eignet.

Alle Schaltungsvarianten enthalten im wesentlichen zwei unterschiedliche Funktionsgruppen, nämlich einen Frequenzteiler 2 und triggerbare Impulsgeber 3 bis 7. Diese Funktionsgruppen werden im folgenden anhand der F i g. 2 erläutert. Der Frequenzteiler 2 hat die Aufgabe, aus der Ausgangsspannung des Taktgebers 1 mit der Periodendauer T₀ schmale Ausgangsimpulse mit dem Abstand Λ/ · pzu bilden. Der Faktor N ■ ρ wird im folgenden mit Or bezeichnet. Diese Funktion wird nach Fig. 2 mit einem Abwärtszähler 2a und einem nachgeschalteten Impulsgeber 26 realisiert. Der Abwärtszähler 2a weist einen Voreinstelleingang Z/auf, an dem die Zahl Dr, die als Verlängerungsfaktor für die Periodendauer dient, ansteht. Dieser Voreinstelleingang Zl kann über den Aktivierungseingang 5 angeregt werden, d.h. bei Anstehen eines »1«-Signals am Aktivierungseingang S wird die am Voreinstelleingang ZI anstehende Zahl in den Zähler übernommen. Der Zählerstand wird bei jeder positiven Flanke am Zähleingang / um eins erniedrigt. Beim Zählerstand O weist der Ausgang ZO »1 «-Signale auf. Der Ausgang ZO ist mit dem Aktivierungseingang S verbunden, so daß jedesmal, wenn die Zähler 2a den Zählerstand O erreicht hat dieser wieder auf die am Voreinstelleingang Z/anstehende Zahl gesetzt wird. Außerdem ist der Ausgang ZO mit dem Eingang eines Impulsgebers 26 verbunden, der einen schmalen Impuls definierter Länge abgibt, sobald am Ausgang ZO »1 «-Signal ansteht

Die triggerbaren Impulsgeber 3 bis 7 haben die Aufgabe, bei jedem Triggerimpuls nach Ablauf einer vorbestimmten Zeii einen schmalen Impuls abzugeben. Diese Funktion wird im Ausführungsbeispiel ebenfalls mit einem Abwärtszähler Za bis 7a realisiert, an dessen Voreinstelleingang Zl eine Zahl zur Festlegung der Verzögerungszeit ansteht und dessen Zähleingang / vom Taktgeber 1 angesteuert wird Die am Voreinstelleingang ZI anstehende Zahl wird bei Eintreffen eines »1«-Signals am Aktivierungseingang 5 in den Zähler übernommen. Der Zählerstand wird ebenfalls bei jeder am Zähleingang / eintreffenden positiven Flanke um 1 erniedrigt Am Ausgang ZO des Zählers steht »!«-Signal an, wenn der Zählerstand »0« erreicht ist Dem Ausgang ZO ist je ein Impulsgeber 36 bis 7b nachgeschaltet, der einen schmalen Ausgangsimpuls abgibt, sobald am Ausgang ZO des Zählers »1«-Signal ansteht

Im Handel sind auch Zähler erhältlich, die bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes einen kurzen Impuls abgeben. Bei Einsatz von derartigen Zählern können die Impulsgeber 26 bis 7b des Frequenzteilers 2 und der triggerbaren Impulsgeber entfallen.

Mit den beschriebenen Funktionsgruppen »Frequenzteiler« und »triggerbarer Impulsgeber« kann nun das eingangs beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge auf verschiedene Weise realisiert werden.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Schaltungsanordnung, bei der in eine mit Hilfe eines Frequenzteilers 2 erzeugte Impulsfolge 5 Zwischenimpulse eingefügt werden, also N= 6 ist. Die Zähleingänge /des Frequenzteilers 2 und der fünf triggerbaren Impulsgeber 3 bis 7 sind mit dem Ausgang des Taktgebers 1 verbunden. Die Ausgänge A des Frequenzteilers 2 und der triggerbaren Impulsgeber 3 bis 7 sind mit den Eingängen eines ODER-Gatters 8 verbunden, an dessen Ausgang die gewünschte Ausgangsimpulsfolge einstellbarer Frequenz ansteht. Der Triggereingang S des ersten triggerbaren Impulsgebers 3 ist mit dem Ausgang A des Frequenzteilers 2 verbunden, der Triggereingang S jedes folgenden triggerbaren Impulsgebers 4 bis 7 ist mit dem Ausgang A des vorhergehenden triggerbaren Impulsgebers 3 bis 6 verbunden. Am Voreinstelleingang ZI des Frequenzteilers 2a steht der Teilungsfaktor Dr= N ■ pan, an den Voreinstelleingängen Zi der triggerbaren Impulsgeber

3 bis 7 steht jeweils die Zahl p= —.im Beispiel also—an.

Λ 6

Der Frequenzteiler 2 bildet also aus der Ausgangsspannung des Taktgebers 1 eine Hilfsimpulsfolge, deren Periode Dr= N ■ ρ länger als die der Taktgeberperiode ist. Diese Periode ist A/-mal, d. h. 6mal länger als die gewünschte F-eriode der Impulsfolge. Es werden daher mit den tirggerbaren Impulsgebern 3 bis 7 fünf Zwischenimpulse hinzugefügt. Der Impulsgeber 3 wird vom Ausgang des Frequenzteilers 2 getriggert und liefert nach D/6 Impulsen des Taktgebers 1 einen Zwischenimpuls am Ausgang A, der gleichzeitig den Impulsgeber 4 triggert und so weiter. Jede Periode der Ausgangsspannung Ua setzt sich also aus einem Impuls des Frequenzteilers 2 sowie aus je einem Zwischenimpuls der Impulsgeber 3 bis 7 zusammen.

Da die Division des Teilungsfaktors Dr durch N. im Beispiel also durch 6, im allgemeinen nicht ohne Rest aufgeht, treten innerhalb der Periode T_r der Ausgangsspannung Ua Unsymmetrien auf. Durch das Aufrunden von Dr/N für einzelne Impulsgeber und das Abrunden für andere Impulsgeber können die Unsymmetrien gleichmäßig über die Periode 7"_rder Ausgangsspannung L/4 verteilt werden.

Bei der Schaltung nach F i g. 3 werden alle Impulsgeber 3 bis 7 vom Ausgang A des Frequenzteilers 2 getriggert Um die entsprechenden Abstände D₁ZN zwischen den Impulsen des Frequenzteilers 2 und der einzelnen Impulsgeber 3 bis 7 zu erreichen, wird dem Voreinstelleingang ZI des ersten Impulsgebers 3 die Zahl DJ6 dem zweiten Impulsgeber 4 die Zahl 2 DJ6 usw. zugeführt. Jeder Impulsgeber 3 bis 7 liefert also einen gegenüber dem vorhergehenden Impulsgeber um A/6 versetzten Impuls. Auch mit dieser Schaltung kann also die gewünschte Impulsfolge mit den erforderlichen Zwischenimpulsen gebildet werden.

Eine weitere Schaltungsvariante ist in F i g. 4 dargestL Il Dabei werden die fünf Zwischenimpulse mit nur einem Impulsgeber 3 erzeugt indem dieser zunächst über den Ausgang A des Frequenzteilers 2 getriggert wird und der Impulsgeber 3 sich dann viermal selbst triggert.

Dazu sind die Ausgänge A des Frequenzteilers 2 und des Impulsgebers 3 über ein ODER-Galter 9 mil dem

¹S Triggereingang S des Impulsgebers 3 verbunden. Am Voreinstelleingang Z/des Impulsgebers 3 steht die Zahl DJb an. Der Impulsgeber 3 liefert also mit dem Abstand A/6 zum Ausgangsimpuls des Frequenzteilers 2 einen ersten Zwischenimpuls, der zugleich den Voreinslellein-

Ki gang Z/des Zählers 3a aktiviert, so daß nach der Zeit Dr/6 der Impulsgeber 3 wiederum einen Impuls abgibt usw. Um zu erreichen, daß der Impulsgeber 3 lediglich fünf Zwischenimpulse abgibt, also einmal vom Frequenzteiler 2 getriggert wird und sich dann viermal

r> selbst triggert, werden die Ausgangsimpulse des Impulsgebers 3 dem Zähleingang eines Zählers 11a zugeführt, an dessen Voreinstelleingang 71 die Zahl 5 ansteht. Der Aktivierungseingang 5 ist mit dem Ausgang des Frequenzteilers 2 verbunden, so daß jeweils mit dem ersten impuls einer Periode die Zahl 5 in den Zähler 11a übernommen wird. Zwischen den Ausgang A des Impulsgebers 3 und das ODER-Gatter 9 ist ein UND-Gatter Wb mit einem nichtinvertierenden und einem invertierenden Eingang geschaltet, wobei der nichtinvertierende Eingang mit dem Ausgang A des Impulsgebers 3 und der invertierende Eingang mit dem Ausgang ZO des Zählers lla verbunden ist Auf diese Weise wird erreicht, daß der Impulsgeber 3 nur fünf Zwischenimpulse abgibt und sich dann nicht mehr selbst

jo triggert. Diese Schaltung eignet sich vor allem dann, wenn Unsymmetrien in der Periode nicht stören, da diese nicht wie bei den Schaltungen nach den F i g. 2 und 3 durch gezieltes Auf und Abrunden der Zahl D/6 gleichmäßig verteilt werden können. Dieser Nachteil kann aber dadurch vermieden werden, indem man nicht nur einen, sondern beispielsweise zwei Impulsgeber verwendet, wobei dem Voreinstelleingang Z/des ersten Impulsgebers der abgerundete Wert von D_nZN, dem zweiten Impulsgeber der aufgerundete Wert von D_r/N zugeführt wird. Durch eine geeignete Umschaltung der Triggereingänge beider Impulsgeber vom Ausgang des Frequenzteilers 2 auf die eigenen Ausgänge bzw. auf den Ausgang des anderen Impulsgebers in Abhängigkeit von der Größe des bei der Division verbleibenden Restes und der Impulsnummer innerhalb der Periode T_r können die Unsymmetrien gleichmäßig über die Periode T_r verteilt werden. Diese Ausführungsform ist in den Figuren nicht dargestellt.

Die Schaltungsvariante nach F i g. 5 eignet sich zur Realisierung des beschriebenen Verfahrens dann, wenn der Teilungsfaktor p= D als normalisierte Gleitkommazahl vorliegt. Der Teilungsfaktor D für die Frequenz /₀ der Ausgangsspannung des Taktgebers 1 kann als eine auf die 1 aKtgeberperiode 7Ό normierte Periode aufgefaßt werden, da für die Periode Ta der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung gilt:

= D-T₀

und daher

{,5 Die Frequenzauflösung ist abhängig von der Auflösung der normierten Periode D. Stellt man D als normalisierte Gleitkommazahl D=2^E - M dar, so ist die relative Auflösung von D von der Länge der Mantisse M

abhängig. Normalisiert bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Stellenzahl der Mantisse konstant ist und daß keine führenden Nullen in der Mantisse auftreten. Die relative Auflösung kann also mit der Länge der Mantisse M festgelegt werden. Mit der im folgenden beschriebenen Anordnung nach Fig.5 ist es nun möglich, die Gleitkommazahl D=2^E ■ M als Teilungsfaktor für die Taktgeberfrequenz bzw. als Multiplikator für die Taktgeberperiode zu realisieren. Damit kann man also die relative Auflösung der Frequenz beliebig durch die Länge der Mantisse Mfestlegen.

Die Schaltung nach F i g. 5 besteht aus den Frequenzteilern 2 und 2' sowie aus den Impulsgebern 3 bis 5. Wie bei den bereits beschriebenen Schaltungen sind die Zähleingänge des Frequenzteilers 2 und der impulsgeber 3 bis 5 mit dem Ausgang des Taktgebers 1 verbunden. Der Triggereingang Sdes Impulsgebers 3 ist mit dem Ausgang A des Frequenzteilers 2 verbunden, der Triggereingang S des Impulsgebers 4 ist über ein ODER-Gatter mit dem Ausgang A des Frequenzteilers 2 und mit dem Ausgang A des Impulsgebers 3 verbunden, der Triggereingang S des Impulsgebers 5 ist über ein ODER-Gatter 5c mit den Ausgängen des Frequenzteilers 2 und der beiden vorangehenden Impulsgeber 3 und 4 verbunden. Alle Ausgänge A des Frequenzteilers 2 und der Impulsgeber 3 bis 5 sind über ein ODER-Gatter 8 zusammengeführt. Dem ODER-Gatter 8 ist ein weiterer Frequenzteiler 2' nachgeschaltet, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht. Dem Voreinstelleingang Z/des Frequenzteilers 2 wird die Zahl M, dem Vorstelleingang ZI des Impulsgebers 3 die Zahl M- 2~\ dem Voreinstelleingang ZI des Impulsgebers 4 die Zahl M- 2~², dem Voreinstelleingang ZI des Impulsgebers 5 die Zahl M · 2"³ und dem Voreinstelleingang Z/des Frequenzteilers 2' die Zahl 2^f zugeführt.

Die Funktion dieser Schaltung wird im folgenden zunächst für positive Exponenten £f erläutert. In diesem Fall steht an den Voreinstelleingängen ZI der Impulsgeber 3 bis 5 ständig 0 an, so daß diese Impulsgeber inaktiv sind. Die vom Taktgeber ί gelieferte Ausgangsfrequenz wird zunächst durch den Frequenzteiler 2 durch die Mantisse Mund dann durch den nachgeschalteten Frequenzteiler 2' durch 2^£, also insgesamt durch M - 2^E geteilt. Für die Ausgangsperiode Ta gilt also:

T_A=T₀-(M-2η.

Solange der Exponent E positiv ist, sind keine Zwischenimpulse erforderlich.

Mit dem F; »quenzteiler 2' können jedoch keine negativen Exponenten Erealisiert werden. Für negative Exponenten wird daher den entsprechenden Voreinstelleingängen Zl der Impulsgeber 3 bis 5 der Faktor M- 2-^E zugeführt. Am Voreinstelleingang Zl des Zählers 2a'des Frequenzteilers 2' steht 1 an, so daß dieser als einfacher Durchgang wirkt. Ist beispielsweise

■3 E= —3, so wird dem Voreinsteilgang ZI des Impulsgebers 3 die Zahl M ■ 2~\dem Vorteinstelleingang Z/des Impulsgebers 4 M · 2 und dem Voreinstelleingang Zl des Impulsgebers 4 M · 2~³ zugeführt. Die dadurch an den Ausgängen A des Frequenzteilers 2 und der

ίο Impulsgeber 3 bis 5 entstehenden Impulsfolgen Ua ι bis U\ 5 sind in F i g. 6 dargestellt. Die Hilfsimpulsfolge U\ 2 weist die Periodendauer T,= M ■ Tq\ auf. Da am Voreinstelleingang Zl des Zählers 3a M- 2 = M/2 ansteht, liefert dieser, durch den ersten Ausgangsimpuls des Frequenzteilers 2 getriggert, einen Zwischenimpuls nach der halben Periodendauer 772. Am Voreinstelleingang Z/des Impulsgebers 4 steht die Zahl M- 2~², also M/4 an. Dieser Impulsgeber liefert also, getriggert durch den Ausgangsimpuls des Frequenzteilers 2 nach T₁JA sowie, getriggert durch den Ausgangsimpuls des Impulsgebers 3, ebenfalls nach TJA jeweils einen Zwischenimpuls. In analoger Weise liefert der impulsgeber 5, getriggert durch jeden Impuls des Frequenzteilers 2 und der Impulsgeber 3 und 4 nach der Zeit 778 einen Zwischenimpuls. Wie Fig.6 deutlich zeigt, entsteht durch das Zusammenfügen der Impulse des Frequenzteilers 2 und der Impulsgeber 3 bis 5 eine Impulsfolge mit der Periode 778. Die gewünschte Ausgangsimpulsfolge wird also wie bei den bereits

jo beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch erreicht, daß die Periodendauer des Taktgebers 1 zunächst um den Faktor M verlängert wird und daß in die so gewonnene Impulsfolge im Beispiel 2³—1 Zwischenimpulse eingefügt werden, so daß letztlich die gewünschte Verlängerung der Periodendauer um den Faktor M- 2"³ entsteht. Die Werte M- 2~^ε können durch einfache Schiebeoperationen in einem Schieberegister gebildet werden.

Wie bereits erläutert, ist die relative Genauigkeit dieser Schaltung von der Länge der Mantisse M abhängig. Wird die Mantisse M um eine Stelle verlängert, so muß, um denselben Teilungsfaktor zu erhalten, der Exponent um 1 verringert werden. Um den möglichen Bereich für den Teilungsfaktor konstant zu halten, ist ein zusätzlicher Teiler für einen negativen Exponenten erforderlich. Im Beispiel nach F i g. 6 könnte beispielsweise die relative Genauigkeit um den Faktor 2 verbessert werden, wenn man die Stellenzahl der Mantisse M um 1 erhöht und einen vierten Impulsgeber für die Zahl M ■ 2 ~^A hinzufügt

Bei der erläuterten Schaltung für normalisierte Gleitzahlen treten für Exponenten E>0 keine Unsymmetrien auf. Für Exponenten E<0 sind die Unsymmetrie sehr gleichmäßig innerhalb der Periode T_r verteilt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einstellbarer Frequenz, die durch Teilung einer Referenzfrequenz mit der Periodendauer 7ö durch einen einstellbaren, ganzzahligen Teilungsfaktor ρ erzeugt wird, wobei die Impulsfolge aus einer Hilfsimpulsfolge und einer Zwischenimpulsfolge zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfrequenz durch den Faktor Dr= N · ρ geteilt wird, wobei N eine ganze Zahl ist und daB zwischen zwei Impulse der so gewonnenen Hilfsimpulsfolge N—\ Impulse einer Zwischenimpulsfolge mit wenigstens annähernd gleichem Abstand eingefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß N eine Potenz von 2 ist

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer 7ö und mit einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, die schmale Ausgangsimpulse mit der Periodendauer D_rTo abgibt, gekennzeichnet durch N— 1 triggerbare Impulsgeber (3—7), von denen jeder bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang (S) nach Ablauf einer Verzögerungszeit U=p ■ To einen schmalen Zwischenimpuls am Ausgang (A) abgibt, wobei der Triggereingang (S) eines ersten Impulsgebers (3) mit jo dem Ausgang (A) der Frequenzteilerschaltung (2) und der Triggereingang (S) jedes weiteren Impulsgebers (4—7) mit dem Ausgang des vorhergehenden Impulsgebers (3—6) verbunden ist und wobei die Ausgänge (A) der Frequenzteilerschaltung (2) und der Impulsgeber (3—7) mit einem ODER-Gatter verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer To und mit einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, die schmale Ausgangsimpulse mit der Periodendauer D_r ■ To abgibt, gekennzeichnet durch N—i triggerbare Impulsgeber (3—7), von denen jeder bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang (S) nach Ablauf einer Verzögerungszeit tvx einen schmalen Impuls am Ausgang (A) abgibt, wobei tvx für den x-ten Impulsgeber χ ■ ρ ■ To ist, wobei die Triggereingänge (S) aller Impulsgeber (3—7) mit dem Ausgang (A) der Frequenzteilerschaltung (2) verbunden sind und wobei die Ausgänge (A)dvc Frequenzteilerschaltung (2) und der Impulsgeber (3—7) mit einem ODER-Gatter (8) verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer To und mit einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, die schmale Ausgangsimpulse mit der Periodendauer D_rTo abgibt, gekennzeichnet durch einen triggerbaren Impulsgeber (3), der bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang fS^nach Ablauf einer Verzögerungszeit t=p ■ To einen schmalen Impuls am Ausgang A abgibt, wobei der Triggereingang mit dem Ausgang eines ODER-Gatters (9) mit zwei Eingängen verbunden ist, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang (A) des Frequenzteilers (2) und der zweite Eingang über eine Verriegeiungsstufe (11) mit dem Ausgang des Impulsgebers (3) verbunden ist, wobei die Verriegelungsstufe (11) in jeder Periode der Ausgangs-Impulsfolge N—2 Ausgangsimpulse des Impulsgebers (3) durchläßt und wobei die Ausgänge (A) der Frequenzteilerschaltung (2) und des Impulsgebers (3) mit einem ODER-Gatter (8) verbunden sind, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Teilungsfaktor ρ in Form einer Gleitkommazahl p=M ■ 2^E vorliegt, mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Referenzfrequenz mit der Periodendauer 7ound einer nachgeschalteten Frequenzteilerschaltung, dia schmale Ausgangsimpulse mit der Periodendauer M · T₀ abgibt, gekennzeichnet durch eine dem gewünschten maximalen negativen Exponenten E entsprechende Anzahl von Impulsgebern (3—5), von denen der x-te Impulsgeber bei Eintreffen eines Impulses an seinem Triggereingang (S) nach Ablauf einer Verzögerungszeit i_M = M · 2~"Ta einen schmalen Impuls am Ausgang (A) abgibt, wobei der Triggereingang jedes Impulsgebers (3—5) mit dem Ausgang (A) der Frequenzteilerschaltung (2) sowie mit den Ausgängen (A) aller vorhergehenden Impulsgeber (3, 4) verbunden ist, wobei die Ausgänge des Frequenzteilers (2) und aller Impulsgeber (3—5) mit den Eingängen eines ODER-Gatters (8) verbunden sind, dem ein weiterer Fiequenzteiler 2 mit dem Teilungsfaktor 2^£ für positive Exponenten £und 1 für negative Exponenten E nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die gewünschte Impulsfolge ansteht.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Frequenzteiler (2, 2') aus einem Abwärtszähler (2a, 2a') mit Voreinstelleingang (ZI) und einem nachgeschalteten monostabilen Kippglied (2b, 2b') besteht, wobei der Zähleingang (I) des Abwärtszählers (2a, 2a') mit dem Eingang der Frequenzteilerschaltung (2, 2') verbunden ist, wobei am Vorstelleingang der Teilungsfaktor (Dr, M) ansteht und wobei ein beim Zählerstand »0« ein »1 «-Signal führender Ausgang (ZO) mit einem Aktivierungseingang (S) für den Voreinstelleingang (ZI) und mit dem Eingang des monostabilen Kippgliedes (2b) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder triggerbare Impulsgeber (3—7) aus einem Abwärtszähler (3a —7a) mit Voreinstelleingang (ZI) und einem nachgeschalteten monostabilen Kippglied (3b-7b)besteht, wobei der Zähleingang (I)mit dem Taktgeber (1) verbunden ist, wobei am Voreinstelleingang (ZI) ein Verzögerungsfaktor F₁ = — ansteht,

wobei ein beim Zählerstand »0« ein »1 «-Signal führender Ausgang (ZO) mit dem Eingang des monostabilen Kippgliedes (3b —7b) verbunden ist und wobei der Triggereingang jedes Impulsgebers (3—7) mit einem Aktivierungseingang (S) für den Voreinstelleingang (ZI) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsstufe (11) aus einem Abwärtszähler (Ha) mit Voreinstelleingang (ZI)und einem UND-Gatter (Wb)besteht, wobei der

Ausgang (A) des Impulsgebers (3) mit dem Zähleingang (I) des Abwärlszählers {Ha) und mit einem nichtinvertierenden Eingang des UND-Gatters (11 b) verbunden ist, wobei der Ausgang (A) des Frequenzteilers (2) mit dem Aktivierungseingang (S) für den Voreinstelleingang (ZI) verbunden ist, wobei ein beim Zählerstand »0« ein »1«-Signal führender Ausgang (ZO) mn einem invertierenden Eingang des UND-Gatters {lib) verbunden ist und wohei am Voreinstelleingang (ZI)d\e Zahl (N-1) ansteht