DE3205296A1 - Frequenzvervielfacher - Google Patents

Frequenzvervielfacher

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DE3205296A1
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frequency
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DE19823205296
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Werner 3512 Reinhardshagen Geiger
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/60Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers
    • G06F7/68Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers using pulse rate multipliers or dividers pulse rate multipliers or dividers per se

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Description

  • Frequenzvervielfacher
  • Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher mit wählbarem Wervielfachungsfaktor, insbesondere als Vorschaltgerät für Frequenzzähler.
  • Bei der#Messung einer Frequenz mit einem Frequenzzähler ist die Meßgenauigkeit im Verhältnis zur zu messenden Frequenz abhängig von der Meßdauer und der Größe der zu messenden Frequenz. Eine Vervielfachung der zu messenden Frequenz ermöglicht eine Verkürzung der Meßdauer und/oder eine Erhöhung (Steigerung) der Auflösung.
  • Es ist bekannt, zur -Frequenzvervielfachung "Phase-Locked-Loop"-Schaltungen einzusetzen, bei denen mit einer der Eingangsfrequenz entsprechenden Regelspannung die Frequenz eines frequenzvariablen Oszillators eingestellt wird, die ein Vielfaches der EingangsSrequenz ist. Die Oszillatorfrequenz wird einer Teilerkette zugeführt, deren Teilungsverhältnis gleich dem Vervielfachungsfaktor ist. Die Ausgangsfrequenz der Teilerkette wird mit der Eingangsfrequenz verglichen und bei Differenz die Regelspannung und damit die Oszillatorfrequenz korrigiert (Zeitschrift "cq-DL", Jahrgang 19a1, Heft Dezember, Seiten 5BO bis 582).
  • Eine erste Korrektur nach einer Eingangsfrequenzänderung kann allerdings erst mit der nächsten Ausgangsamplitude der Teilerkette, die dann aber mit der nächsten Eingangsamplitude- verglichen wird, erfolgen. Somit weist die Oszillatorfrequenz, die gleichzeitig auch die #us#anqsfrequenz darstellt und ein Vielfaches der Eingangsfrequenz sein soll, bei sich ändernder niedriger Eingangsfrequenz eine für Meßzwecke zu große Abweichung von der Sollfrequenz auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, niedrige Frequenzen zu vervielfachen und dabei eine möglichst schnelle Anpassung der AusgangsFrequenz des Frequenzvervielfachers an eine sich ändernde Eingangsfrequenz zu gewährleisten und damit Änderungen der Eingangsfrequenz mit einem nachgeschalteten Frequenzzähler schnell und genau bestimmen zu können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Binärzähler für eine Periodendauer des Eingangssignals Impulse einer wohldefinierten konstanten Frequenz zählt. Ein zweiter Binärzähler zählt ständig Impulse einer zweiten Frequenz, die ein Vielfaches der ersten ist. Beim Erreichen des Zählerstandes des ersten Binärzählers wird der zweite Binärzähler durch einen die sich entsprechenden Binärstellen beider Binärzähler miteinander vergleichenden Wergleicher gelöscht und beginnt von neuem zu zählen. Jedes Löschen des Binärzählers hat einen Ausgangsimpuls zur Folge. Seine Einzähldauer ist damit gleich der Periodendauer der Ausgangsfreqùenz. Die Zeit, die der zweite Binärzähler benötigt, um den Zählerstand des ersten Binärzählers zu erreichen, verhält sich zu dessen Einzähidauer, die Periodendauer des Eingangssignals ist, umgekehrt wie die Größen der jeweiligen Frequenz der Impulse, die sie zählen. Damit ist das Verhältnis der Eingangsfrequenz zur Ausgangsfrequenz gleich dem Verhältnis der Frequenz der Impulse, die der erste Binärzähler zählt, zur Frequenz der Impulse, die der zweite Binärzähler zählt. Die beiden benötigten Frequenzen können durch zwei Oszillatoren oder durch einen Oszillator mit nachgeschalteten Teilern erzeugt werden.
  • Der zum Löschen des zweiten Binärzählers benutzte Impuls des Vergleichers ist als Ausgangsimpuls wegen seiner kurzen Dauer für manche Anwendungsbereiche ungeeignet. Es ist deshalb sinnvoll, die Ausgänge des zweiten Binärzählers zu invertieren und einem AND-Gatter zuzuführen, das immer dann einen Impuls liefert, wenn der zweite Binärzähler den Zählerstand Null hat. Um ein symmetrisches Rechtecksignal am Ausgang zu erhalten, kann dem AND-Gatter ein Teiler-durch-zwei nachgeschaltet werden. Um den dadurch halbierten VervielFachungsfaktor wiederherzustellen, ist es notwendig, das Verhältnis der den Vervielfachungsfaktor bestimmenden Frequenzen entsprechend zu vergrößern.
  • Um zu gewährleisten, daß ständig ein Ausgangssignal vorhanden ist, kann den Ausgängen des ersten Binärzählers jeweils ein Speicher nachgeschaltet werden, so daß, während mit, dem ersten Binärzähler eine neue Messung vorgenommen wird,.die Ausgänge des zweiten Binärzählers mit den entsprechenden Speicherausgängen verglichen werden können. Dies ermöglicht es, jede neue Eingangsamplitude zu messen und die Ausgangsamplitudendauer dieser sofort anzupassen. Eine Steucrurlg koordiniert dabei den Funktionsablauf.
  • Das Gleiche kann durch einen zusätzlichen dritten Binärzähler erreicht werden, der abwechselnd mit dem ersten Binärzähler die Eingangsperiodendauermessungen vornimmt und auch im Wechsel mit dem ersten Binärzähler mit dem zweiten Binärzähler ve,rqlich,en wird, wodurch zusätzlich noch ein Baustein zum Umschalten der Verglaichereingänge zwischen den Ausgängen des ersten und dritten Binärzählers erforderlich wird.
  • Werden den Ausgängen dieser Binärzähler noch Speicher nachgeschaltet und der erste und der dritte Binärzähler dazu benutzt, anstelle einer ganzen Amplitude nur deren positiven bzw. deren negativen Teil zu messen, so läßt sich bei einem Rechtecksignal durch Umschalten der Vergleichereingänge von den Ausgängen der Speicher, die den Ausgängen des ersten Binärzählers nachgeschaltet sind zu den Ausgängen der Speicher, die den Ausgängen des dritten Binärzählers nachgeschaltet sind und umgekehrt, jeweils dann, wenn der zweite Binärzähler, den am Vergleicher anliegenden Binärwert erreicht hat und durch Teilen der Frequenz des vom AND-Gatter gelieferten Signals durch zwei, ein Rechtecksignal mit vielfacher Frequenz des Eingangssignals und gleichem Verhältnis der Dauer des positiven zu der des negativen Teils der Amplitude des Eingangssignals, erzeugen.
  • Das Gleiche läßt sich auch unter Verzicht auf den dritten Binärzähler erreichen, wenn der erste Binärzähler abwechselnd -zum Messen des positiven als auch des negativen Teils des Eingangssignals verwendet wird und der jeweilige Zählerstand dann wechselweise in zwei jedem Ausgang des ersten Binärzählers nachgeschalteten Speicher übertrageri wird.
  • Die Benutzung eines vierten in hlers erlaubt einen Verzicht auf din Speicher, wenn dieser ebenfalls zum Mcssen der Teile der Eingangsamplitudendauer neben dem ersten und dritten Binärzähler verwendet wird, wobei jeweils zwei von ihnen mit dem zweiten Binärzähler verglichen werden, während mit dem verbleibenden eine neue Messung eines Eingangsamplitudenteils vorgeXommen wird, nach der er die Stelle des Binärzählers einnimmt mit dem an der vorangegangenen Eingangsamplitude die entsprechende Messung gemacht wurde und der dann zur Messung des nächsten Eingangsamplitudenteils benutzt wird.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nach der ersten Messung der Amplitudendauer des Eingangssignals sofort eine Ausgangsfrequenz vorhanden ist, die keiner Korrektur bedarf und die nach jeder weiteren Amplitude des Eingangssignals neu festgelegt wird.
  • Das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsfrequenz zueinander ist gleich dem Verhältnis der Frequenz der zum Einzählen vom ersten Binärzähler sowie, falls vorhandenem dritten und vierten Binärzähler, verwendeten Impulse zu der Frequenz der Impulse, die zum Einzählen des zweiten Zählers benutzt werden und ist damit innerhalb der durch die Arbeitsgeschwindigkeit der Bauteile und der geforderten Genauigkeit der Vervielfachung festgelegten Grenzen frei wählbar. Bei Rechtecksignalen als Eingangssignal ist eine Vervielfachung unter Beibehaltung des Verhältnisses der Dauer des positiven zur Dauer des negativen Amplitudenteils möglich.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • In Fig.1 ist ein Frequenzvervielfacher dargestellt.
  • Eine Steuerung (VII) ist mit dem ersten Binärzähler (I) verbunden. Sie führt diesem für die Dauer einer Eingangsamplitude die Impulse einer vom Oszillator (VI) und nachgeschalteten Teilern (X) erzeugte Frequenz- zu und veranlaßt dann die an die Binärzählerausgänge angeschlossenen Speicher (VIII) die Ausgangszustände zu überw nehmen, löscht danach den Binärzähler (I) und steuert sein erneutes Einzählen. Der an den Oszillator (VI) angeschlossene zweite Binärzähler (II) zählt ständig die von diesem erzeugten Impulse bis zum Erreichen des bereits von Seiten der Speicher (VIII) am Vergleicher (V) anliegenden Binärwertes und wird dann durch eine Zustandsänderung des Vergleicherausganges, der mit dem Löscheingang des zweiten Binarzählers (II) verbunden ist, wieder auf Null zurückgesetzt, was eine Ausgangszustandsänderung des mit Invertern vor seinen Eingängen versehenen AND-Gatters (IX), die an die Ausgänge des zweiten Binärzählers (II) angeschlossen sind, zur Folge hat.
  • In Fig. 2 ist ein Frequenzvervielfacher zur Vervielfachung von Rechtecksignalen unter Beibehaltung des Verhältnisses der Dauer des positiven zum negativen Teil der Eingangsamplitude dargestellt.
  • Eine Steuerung (IV) steuert während der Dauer des positiven oder des negativen Teils einer rechteckigen Eingangsamplitude das Einzählen- des Binärzählers (III) mit vom Oszillator (XI) und nachgeschalteten Teilern (XII) erzeugten Impulsen.
  • Am Ende des Teils der Eingangsamplitude veranlaßt die Steuerung (IV) die dem Binärzählerausgängen nachgeschdlteten Speicher (XVI), deren Zustände zu speichern, löscht den Binärzähler (III) und steuert sein Einzählen bis zum Ende des nächsten Amplitudenteils. Die dann an den Ausgängen des Binärzählers (III) vorhandenen Zustände werden in diesen ebenfalls nachgeschalteten Speichern (XVI) gespeichert. Danach beginnt der Prozess von neuem.
  • Der Binärzähler (XIII) zählt ständig die vom Oszillator (XI) erzeugten Impulse bis zum Erreichen des am Vergleicher (XV) vom Baustein zum Umschalten (XIV) zwisdhen den Speichern (XVI) und Speichern (XVII) bereits anliegenden Bindrwertes und wird dann durch eine Zustandsänderung des Vergleicherausgangs, der mit dem Löscheingang des zweiten Binärzähiers (XIII) verbunden ist, auf Null zurückgesetzt, was eine Ausgangszustandsänderung des mit Invertern vor seinen Eingängen versehenen AND-Gatters (XVIII), die an dem zweiten Binärzähler (XIII) angeschlossen sind, zur Folge hat. Jeder Impuls, den das AND-Gatter (XVIII) liefert, führt zu einer #nderung des Zustandes des an den Ausgang des AND-Gatters (XVIII) angeschlossenen Teilers durch zwei (XIX), wodurch der hieran angeschlossene Baustein zum Umschalten (XIV) seine Schaltstellung ändert.

Claims (2)

  1. PATENTSANSPRUCNE 1. Frequenzvervielfacher, insbesondere als Vorschaltgerät für Frequenzzähler bei niedrigen Frequenzen, gekennzeichnet durch einen Binärzähler, dessen Eingang für die Dauer einer Eingangsamplitude Impulse einer festen Frequenz zugeführt werden und dessen Ausgänge direkt an die Eingänge eines Vergleichers angeschlossen sind oder an die Eingänge eines Speichers, dessen Ausgänge an den Eingängen des Vergleichers liegen oder durch zwei Binärzähler, deren Ausgänge wechselweise durch einen Baustein zum Umschalten an die Eingänge des Vergleichers geschaltet werden können, der sie mit den entsprechenden Ausgängen eines Seiten Binärzählers vergleicht, der Impulse einer Frequenz zählt, die von der ersten verschieden ist und dessen Rücksetzeingang an dem Ausgang des Vergleichers angeschlossen ist, an dem oder einem AND-Gatter, dessen Eingängen Inverter vorgeschaltet sind, deren Eingänge mit den Ausgängen des zweiten Binärzählers verbunden sind, das Ausgangssignal abgegriffen werden Rann.
  2. 2. Frequenzvervielfacher zur Vervielfachung der Frequenz von Rechtecksignalen unter Beibehaltung des Verhältnisses der Dauer des positiven zum negativen Teil der Eingangsamplitude, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dauer eines positiven oder negativen Eingangsamplitudenteils Impulse einer festen Frequenz in einen Binärzähler eingezählt werden und zur Erzeugung eines Ausgangsamplitudenteils ein zum Umschalten der Eingänge eines Vergleichers verwendeter Baustein die Vergleichereingänge an die Ausgänge des zum Messen des dem zu erzeugenden Amplitudenteils entsprechenden, verwendeten Binärzählers oder diesen nachgeschalteten Speichern verbindet, während die damit zu vergleichenden Eingänge des Vergleichers mit den Ausgängen eines weiteren Binärzählers, der Impulse einer von der frequenz die zum Messen der Amplitudenteile verwendet wird verschieden ist, verbunden sind und dadurch, daß die Frequenz der Ausgangs impulse des Vergleichers oder die der Ausgangsimpulse eines AND-Gatters, dessen Eingängen Inverter vorgeschaltet sind, die wiederum mit den Ausgängen des zweiten Binärzählers verbunden sind, durch zwei geteilt wird, um das Ausgangssignal des Frequenzvervielfachers zu erhalten.
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