NO133052B - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer en frekvensgenerator for generering av frekvenser av formen N«F , hvor N er et variabelt, innstillbart, helt tall og Fr en referansefrekvens avgitt fra en stabil anordning,hvilken generator omfatter en"oscillator med en variabel frekvens F og en permanent reguleringsariordning for å regulere frekvensen F/N til frekvensen F .

Man minner om at slike generatorer avgir signaler med reguler-bar frekvens, hvis frekvensstabilitet er av samme størrelses-orden som stabiliteten av den hoypresisjons-referanseoscillator som styrer signalene.

I disse generatorer er, enten reguleringen foregår med en eller flere slbyfer, reguleringshastigheten, dvs. den tid det tar å oppnå den onskede frekvens, av størrelsesorden noen titalls millisekunder for de beste utformninger, og denne hastighet avhenger av den initiale frekvensavvikelse.

. Nærværende oppfinnelse tillater oppnåelse av meget korte regu-leringstider, av størrelsesorden noen hundredels millisekunder ved en frekvensstabilitet på 10<_3>

Ifolge oppfinnelsen kjennetegnes den innledningsvis angitte frekvensgenerator ved at den også omfatter en temporær reguleringsanordning for å regulere frekvensen F/q til frekvensen k«F , hvor k er et helt tall stbrre enn 1 og q eNr lik ^ + e, hvor e er lik null eller er liten i forhold til ^, idet denne • temporære reguleringsånordning innstilles slik at den. avgir et feilsignal proporsjonalt med den algebraiske differanse mellom varighetene av periodene ^ og ^, og en kommuteringsanordning som for et innstilt tall N tillater suksessiv igangsetting av den temporære reguleringsanordning og derpå den permanente regu-jleringsanordning.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av nedenstående be-skrivelse i forbindelse med vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 er et skjema av en utformning av en frekvensgenerator ifolge oppfinnelsen, omfattende en enkelt sloyfe felles for de to reguleringsanordninger,

fig. 2 er et prinsippskjema for realisering av elementene 5 og 6 i fig. 1, og

fig. 3 er et tidsdiagram vedrorende signalene i forskjellige punkter i fig. 1.

I fig. 1 er vist en variabel oscillator 1 omfattende en frekvens-styreinngang, en brukerutgang 20 og en hjelpeutgang forbundet med en inngang 30 på en variabel frekvensdeler 3 som fordelaktig omfatter en fast inngangsdeler med fast delingsfprhold. " Den desimalstyrte, variable deler 3, med p styreinnganger, avgir pulser til en monostabil vippe 4 hvis kvasi-stabile tilstand har varigheten L. Utgangen fra vippen 4 er på den ene side forbundet med inngangen på en monostabil vippe 16 hvis kvasi-stabile tilstand har varigheten L, og på den annen side med en inngang 50 på en sammenlikner 5 omfattende to andre innganger 51 og 52 og en utgang 55 forbundet med en styrekrets 6 hvis utgang 61 er forbundet med styreinngangen på den variable oscillator 1.

En pilotoscillator 7 med frekvensen F Sr mater en referansedeler 8.

Referansedeleren 8 kan bestå av to tellere i serie hvis bruker-utganger kommuteres avvekslende av en kommutator på inngangen

til en bistabil vippe, idet utgangen fra den bistabile vippe '^^ut^jdr^utgangen fra referansedeleren 8. Den forste av disse tellere gir en utgangspuls for k pulser fra pilotoscillatoren. 7, og den annen teller gir en utgangspuls for k pulser fra forste teller. Således avgir referansedeleren . så lenge disse to tellere ikke er nullstillet> etter som brukerutgangen fra forste eller annen teller kommuteres og med hensyn til den

■v

supplementære deling med 2 ved hjelp av en bistabiFl vippe, fir-kantsignaler hvis respektive frekvenser er k.F_ = P .

r <W>~

Referansedeleren 8 omfatter likeledes en nullstillingsinngang

23 for sine to tellere og to styreinnganger 34 og 35 for styring av kommutatoren.

Utgangen fra deleren 8 er for det forste forbundet med sammenliknerens 5 inngang 51, og for det annet med styreinngangen på

en monostabil vippe 9, hvis kvasi-stabile periode også er L, og hvis utgang er forbundet med sammenliknerens 5 inngang 52.

Utgangen fra den monostabile vippe 16 er forbundet med en inngang på en OG-port 17 hvis utgang for det forste er forbundet med inngangen 26 på en ELLER-port 2 og for det annet til inngangen 28 på en teller 18, som her består av en bistabil vippe. Utgangen fra ELLER-porten 2 er forbundet med nullstillingsinn-gangen 23 på referansedeleren 8 og med en nullstillingsinngang 31 på den variable deler 3.

Styrekretsen 6 er likeledes gjennom en annen inngang 60 forbundet til utgangen på en digital/analog-omformer 10.

Generatoren omfatter en gruppe innganger 41 som bestemmer den bnskede frekvens og en synkroniserings-hjelpeinngang 40. De forskjellige inngangsspenninger kan f.eks. stamme fra en fjern-styringsmottager 14. Kretsens innganger 41 er forbundet til inngangene på en innstillingsanordning 13 som omfatter tre grupper utganger, nemlig en forste gruppe forbundet til digital-inngangene på omformeren 10, en annen gruppe som i digital form, desimalform i nærværende eksempel, avgir forholdet N mellom den bnskede frekvens F og frekvensen F , og en tredje gruppe som på samme måte bestemmer forholdet q = ^ . To bryteranordninger 12 og 11, hvis innganger henholdsvis er forbundet til den annen og tredje gruppe utganger på innstillingsanordningen 13 har sine respektive utganger forbundet til de forskjellige styreinnganger på den variable deleren 3 via ELLER-porter, vist stiplet, slik at den variable deleren 3 utforer en divisjon med N eller med q, alt efter den av bryteranordningene 12 eller 11 som er sluttet, idet den andre forblir åpen.

Generatorens inngang 40 er forbundet med en av styreinngangene 21 på en bistabil vippe 15, hvis annen styre inngang 22 er'forbundet med tellerens 18 utgang. Den ene av de to utganger fra vippen 15 er forbundet med styreinngangen 24 på bryteranordningen 11 og styreinngangen 34 på referansedeleren 8, og den andre med styreinngangen 25 på bryteranordningen 12, og med en sperreinngang på porten 17. Inngangen 40 er likeledes forbundet med en inngang 27 på ELLER-porten 2 og med en null-still ingsinngang 29 på telleren 18.

Virkemåten skal beskrives under henvisning til tidsdiagrammet

i fig. 3, hvor de signaler som fremkommer på klemmene 40, 51, 52 og 50, er påfort med samme nummer.

Anordningen virker som folger:

Efter innstilling av en ny frekvens ved hjelp av inngangene 41, stiller en synkroniseringspuls, påtrykt inngang 40 ved tiden t (fig. 3) , telleren 18 og delerne 3 og 8 tilbake til null,

de siste via ELLER-porten 2.

Videre nullstiller synkroniseringspulsen også vippen 15 som opp-hever sperringen av porten 17. Videre åpner vippen 15 bryteranordningen 12 og sperrer bryteranordningen 11, hvilket bringer delerens 3 divisjonsforhold til verdien q. Endelig styrer synkroniseringspulsen fremkomsten av frekvensen k-F^. på referansedelerens 8 utgang.

Anordningen 13 avgir de ovenfor nevnte signaler på sin annen og sin tredje gruppe utganger, og på sin forste gruppe utganger et /digitalsignal som påtrykkes omformeren 10.

Omformeren 10, hvis oppbygning avhenger av den variable oscillators 1 frekvens/styresignal-karakteristikk, avgir til denne, via kretsen 6, et styresignal tilnærmet svarende til frekvensen F Påvirket av dette styresignal gir oscillatoren én frekvens

F +Af. Den absolutte maksimalverdi av forholdet A F be-

e Fe

tegnes a, og L velges lik a«9 .

Videre avgir den variable deleren 3, som nullstilles ved tiden t , ved tiden t' en kort puls som av vippen 4 transformeres til en puls 1^ med bredde L. Da perioden t1 - tQ er lik F , har vi (idet vi ser bort fra 2. ordens ledd): e Pulsen 1^ påtrykkes den monostabile vippe 16. Denne vippe, som er forsynt med en utgangsdifferensiator, avgir ved enden av tiden L en smal puls ved pulsens 1^ bakkant, dvs. ved tiden t<1> + 2L =" t' . Denne puls påtrykkes via porten 17 for det forste til ELLER-porten 2 for å nullstille tellerne i delerne 3 og 8, og for det annet til telleren 18.

På inngangen 51 oppstår.da mellom tidene t og t^ et signal

R, med nivå "0" mellom t og t + tc, med nivå "1" mellom

1 Q o o 2.

tQ + t og tQ + Q og med nivå "0" mellom tQ + 0 og t^.

Utgangen fra vippen 9 velges slik at der på inngang 52, mellom tidene tQ og t^ oppstår et signal R'^ med nivå "1" mellom t og t + nivå "0" mellom t + ^ og t +0+Log igjen

3 o 2 o .2 o .

nivå "1" mellom t + 9 + L og t^. Samtidige signalpar som opp-nås på samme måte som R^ og R'^ påtrykkes så henholdsvis sammenlignerens 5 innganger 51 og 52 så lenge telleren 18 på sin inngang .28 ikke har mottatt det antall pulser som svarer til det bnskede antall m av disse samtidige signalpar. Når dette antall er nådd, avgir telleren 18 et signal som trigger vippen 15.

Her er m antatt lik 1, hvorfor telleren 18 reduseres til en vippe, hvilket gjor at vippen 15 trigges ved tiden t^. I det tilfelle da m er stbrre enn 1, utlbser bakkanten på den (i-l)te puls 1^ (i - 2, 3, ...m), ved enden av en periode L, dannelsen av signaler i likhet med den som startes ved tiden t , idet tel-te

leren 18 avgir signal forst efter den m puls i

Triggingen av vippen 15 har fblgende virkninger:

- port 17 sperres, og bryter fra nå av matningen av telleren 18, såvel som befordringen av nullstillingssignalene til delerne 3 og 8.

bryteranordningen 11 åpnes og 12 sperres, hvilket bringer delerens 3 divisjonsforhold til N.

via referansedelerens 8 kommutator styrer den avgivelsen av frekvensen Fr på dennes utgang.

Ved tiden t^ skjer da folgende:

- Den variable deleren 3 avgir korte pulser med frekvens F/N, hvor F er den variable oscillators r frekvens. Disse korte pulser omformes av vippen 4 til pulser med bredde L. - Referansedeleren 8 som ikke lenger er nullstilt, avgir et firkantsignal med frekvens F;r og periode Tr som oppviser et "l"-nivå i lbpet av hver annen halvperiode, og vippen 9 avgir da et signal R'^ som, i forhold til det signal som ville vært oppnådd ved enkel inversering av nivåene i R^, oppviser "0"-nivåer hvis varighet er forlenget med L, og andre "1"-nivåer enn det forste, redusert med varigheten L.

Sammenligneren 5 som. i 50 påtrykkes en puls 1^,består, som vist i fig. 2, hovedsaklig av to OG-porter 53 og 54, hvorav den forste mates over inngangene 50 og 51 på sammehlignerén, og den andre over inngangene 50 og 52, idet begge disse porter mater sammenlignerens utgang, den andre via en nivå-inverter 56.

Det fremgår av fig. 3 at under disse'omstendigheten' vil.,

hvis å F =0, f = t + 0 , sammenligneren 5 avgi intet signal. Hvis A F er positiv, dvs. hvis t'^ (t + ø), avgir sammenligneren 5 et positivt signal. Hvis A F er negativ, dvs. t'> t + 9, avgir sammenligneren 5 et negativt signal.

Kretsen 6 er hovedsaklig en hukommelses-addisjonskréts som bestemmer summen av utgangssignalet fra omformeren 10 og det signal som resulterer av integrasjon av de suksessive utgangs-signaler fra sammenligneren 5.

I fig. 2 er vist de ovenfor nevnte porter 53 og 54 og inverteren 56 såvel som sammeniignerens innganger 50, 51, 52 og utgang 55.

Denne siste er forbundet til en ende av en motstand 57, hvis

andre ende er forbundet til basis på en transistor 63, hvis " koXlektor er forbundet til en positiv spenningskiIdé, og hvis emitter er satt til jord gjennom en lastmotstand 64. Transis-torens emitter er også forbundét til utgangen 61 på en styrekrets 6. Inngang 60 som er koblet til utgangen på omformeren 10, er forbundet til en forste klemme på en kondensator 62, hvis annen klemme 65 er forbundet til basis på transistoren 63. Når

pulsen 1^ påtrykkes, får kondensatorklemmen 65 en ladning Q-= Qq \_{ tQ + 0) - t"] , hvor Qq i dette :eksempel, er: positiv. ■ ■ : - \,

Fra tiden t'^ bestemmer7 signalet. R£ sammen, med signalet R1 ^ sammenliknihgslukene mellom tidene t^ = -t^ + ni-jIV (hyor.m er et helt tall) og t^ - L.' Med disse sammenl.ikningsluker sammen-liknes pulsene I». ' ' • - •'

Sammenlikningen utfores på samme måte som for puls 1^. med sammenliknings!uken mellom tidene t '+ O og tQ" + 0 +' L bestemt av signaléne R^ og R1^. Sammenlikningen av 1^ bestemmer en' ladning Q' = QQ(it) på kondensatorens 62 klemme 65, hvor At er den positive eller negative forskyvning mellom en puls fra. den variable deleren og den tilsvarende sammenlikningsluke. :.

Fra dette oyeblikk kompenserer de tilsvarende variasjoner i styresignalet enhver eventuell avvikelse i den variable oscillator 1. Eksempelvis skal vi betrakte hva som skjer når det skal dannes en frekvens hvis verdi er F e = 4352, idet den betraktede enhet er frekvensgeneratorens takt, dvs. Fr.

Den variable oscillators 1 forste periode, som ennå bare sty-res av signalet fra omformeren•10, har samme noyaktighet ± a. som omformeren.

I lopet av denne forste periode er den variable delerens divisjonsforhold q = ^, og hvis man setter k lik 10, hvilket er logisk og forenkler innstillingsanordningen 13 for den dobbelte 4352 styring av deleren, folger da at q = ^Q = 435, idet divisjo-nen med k ikke tar hensyn til sifrene til hoyre for kommaet i kvotienten. Den ved slutten av forste periode utforte sammenlikning reduserer således feilen i den variable oscillators 1 utgangsfrekvens til enh<ete>^ av Fe , det vil i det betraktede tilfelle si 435^- Ved a bruke referansefrekvensen Fr blir

2 - e denne feil korrigert ved slutten av forste periode. I den ut-strekning de to monostabile vipper 4 og 9 har samme varighet av den kvasi-stabile tilstand L = a 0, og i den utstrekning■de kret-ser som utgjor reguleringssloyfen, er hurtigere kretser,■avgir oscillatoren 1 frekvensen Fg= 4352 med samme noyaktighet som pilbtoscillatorens'7 frekvens; og denne noyaktighet opprett-

holdes i de påfolgende perioder.

t

i

Selvsagt er oppfinnelsen ikke begrenset til den beskrevne eller

viste utformning.. Således kan man tenke seg en variabel faktor k og et signal som representerer mer enn én periode. Man kan også bruke to forskjellige sloyfer for de respektive sammen-

likninger som utfores av frekvensene k.F^ og F , eller en enkelt slbyfe omfattende to sammenlikningsorganer, det ene, med stor forsterkning og som brukes ved sammenlikning, med k«F det andre med lav forsterkning og som,bare brukes ved sammenlikning med F^.

Oppfinnelsen kan også brukes for enhver frekvenssyntetisator

som omfatter minst én frekvensgenerator ifolge oppfinnelsen.

Claims (7)

1. Frekvensgenerator for generering av frekvenser av formen N-Fr, hvor N er et variabelt, innstillbart, helt tall og Fr

en referansefrekvens avgitt fra en stabil anordning (7, 8), hvilken generator omfatter en oscillator (1) med variabel frekvens F" og en permanent reguleringsanordning (3, 4, 5, 6) for å regulere frekvensen F/N til frekvensen F , karakterisert ved at den også omfatter en annen temporær reguleringsanordning. (3, 4, 5, 6) for å regulere frekvensen F/q til frekvensen k.F , hvor k er et helt tall storre enn 1 og q er lik N z- + e, hvor e er lik null eller liten i forhold til N^, idet den temporære reguleringsanordning innstilles slik at den avgir et feilsignal proporsjonalt med den algebraiske differanse mellom varighetene av periodene k^F^ og ^f, og en kommuteringsanordning (2, 11, 12, 15, 16, 17, 18) som for et innstilt tall N tillater suksessiv igangsetting av den temporære reguleringsanordning og derpå den permanente ^reguleringsanordning.

2. Frekvensgenerator som angitt i krav 1, karakterisert ved :at den temporære reguleringsanordningen omfatter én enhet (3-4) som matés fra den* variable frekvensoscil-lator : (10 og avgir m pulser 1^ med varighet L og hvis forkanter fremkommer ved henholdsvis tidene T^, T^, •••Tm/ hvor = + tQ, idet tQ er det tidspunkt da en synkroniseringspuls , fra generatoren fremkommer, og hvor, for m stbrre enn eller lik 2. Ti = t<1>^ + |f + L, idet t^~^ er det tidspunkt da bakkanten på den (i-l)te puls 1^ fremkommer, med i storre enn 1 og mindre enn eller lik m, og videre omfatter en genératoranordning (8-9) som suksessivt avgir m par samtidige signaler R^ og R1^ som henholdsvis begynner ved tidspunktene tQ, T^, T ? ••••Tm i' idet R^ og R'^ fra det tilsvarende utgangstidspunkt henholdsvis oppviser nivåer "0" og "1" inntil tiden RT^ - c, med c beliggende mellom ^r; og L, nivåer "1" og "0" mellom tidspunktene kp^ - c og rø? , samme nivå mellom tidspunktene jrp— og jjp-^ + L, og nivåer "0" og "1"mellom tidspunktet + L og utgangspunktet for de folgende tidspunkter, og endelig omfattende en sammenlikner (5) som mottar de m signaler R^ og R<1> og de m pulser 1^, idet sammenliknerens utgang er forbundet med oscillatorens styreinngang.

3. Frekvensgenerator som angitt i et av kravene 1 og 2, karakterisert ved at den ytterligere omfatter en krets (6 - 10) som tillater påtrykk av et forste signal, som er en funksjon av det innstilte tall N, til den variable fre-kvensoscillato rs styreinngang samtidig som den temporære reguleringsanordning startes.

4. Frekvensgenerator som angitt i krav 3, karakterisert ved at navnte krets består av en digital/ analog omformer (10) som over en kondensator (62 - 65) an-brakt ved den variable oscillators styreinngang gir en opp-ladning som iverksetter en forste tilnærmet styring av den frekvens N-F som ckal behandles, r

5. FrekvensgensraLor som angitt i krav 2, karakterisert ve ..'! at den permanente reguleringsanordning utgjores av en sammenlikner (5) til hvis inngang påtrykkes for det forste pulser !„ med bredde L avgitt ved enden av hver periode av et signal med frekvens F/N, hvor begynnelsen av forste periode svarer til tiden T<1> = tm + L, idet tm er det tidspunkt da bakkanten på m te puls 1^ kommer frem, og for det annet signaler R og signaler R'2, idet R2 har en periode på ~i? r~ = T og oppviser et "0"-nivå mellom tidspunktene r T' + jT r og T' + (j+l)T r- d, og et "l"-nivå mellom tids- i punktene T" + (j+l)T - d og T' + (j+l)T , med j =0, 1, 2..f, j o r o r og d liggende mellom T r og L, idet R' ^ er det signal som, i forhold til det signal som ville vært oppnådd ved enkel inver-sjon av nivåene av R2/ oppviser andre "0"-nivåer forlenget med varigheten av L, og folgelig andre "l"-nivåer enn det forste, redusert med varigheten L.

6. Frekvensgenerator som angitt i krav 5, karakterisert ved at den i den permanente reguleringsanordning brukte sammenlikner (5) er den samme som den som brukes i den temporære reguleringsanordning.

7. Frekvensgenerator som angitt i krav 5, karakterisert ved at den sammenlikner som brukes i den temporære reguleringsanordning, har storre forsterkning enn den som brukes i den permanente reguleringsanordning.