PL105448B1 - Dyskryminator czestotliwosci - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest dyskryminiator czestotliwosci, przeznaczony do zastosowania jata detektor sygnalu manipulowanego czestotliwosoio- wo w elektronicznych urzadzeniach lacznosci, transmisji danych i telemechanicznych oraz jako 5 element progowy, czuly na zmiane czestotliwosci doprowadzanych do jego wejscia drgan elektrycz¬ nych, przeznaczony do zastosowania w ukladach regulacji automatycznej.

Znany jest dyskrymiinator czestotliwosci, na io którego wejsciu zalaczony jest uklad ksztaltujacy impulsy prostokatne sygnalu manipulowanego czestotliwosciowo. Wyjscie tego ukladu ksztaltowa-' nia imipulsów polaczone jest z wejsciem ukladu porównywania kazdego z impulsów prostokatnych 15 sygnalu inanipuiowanego czestotliwosciowo z cza¬ sem trwania sygnalu odniesienia. Wyjscia tego ujdaidu porównywania^, zawierajajcego inwenter po- przez dwa elementy logiczne 1 sa polaczone elek¬ trycznie z odpowiednimi wejlsciami przerzutnika 20 statycznego, którego jeden ze stanów odpowiada obecnosci na wejsfciu idyisikryminaltorai sygnalu o jednej czestotiiiiwosci, a i&tan przeciwny — obeic¬ nosici na wejsciu dyskryminattoira sygnalu o innej czejstotliiwoscii. = (Uklad porównujacy czfaJs trwania kazdego impul¬ su sygnalu miainipulowanego czestotliwosciowo z czasem trwania sygnalu odniesienia zawiera poza tym pierwszy mulftiwibirat;ar wyzwalany, któ¬ rego wejscie jest dolaczone do wyjscia ukladu ksztaltowania impulsów prostokatnych i, którego wyjscie jest polaczone poprzez drugi multiwibra- tor wyzwalany z pierwszym wejsciem pierwszego elementu logicznego I oraz z wejsciem trzedtego multiwiforatora, którego wyjscie jest polaczone z pierwszym wejsciem drugiego elementu logicz¬ nego I. Z dirugimi wejsciami wymienionych ele¬ mentów logicznych I polaczone jest wyjscie czwartego muiltiwilbratora wyzwalanego. Wyjscie ukladu ksztaltowania imipulsów prostokatnych jest polaczone poprzez inwerter z wejsciem czwartego mulitiwibratora wyzwalanego Taki uklad znany jest, na przykladi, z amerykanskiego opisu paten¬ towego nr 3i 233t!81.

Jak wiadomo, muMiwibratory wyzwalane nie odznaczaja sie duza stabilnoscia parametrów cza¬ sowych imipulsów generowanych w warunkach zmiennej temperatury, zmieniajacej sie w zakresie, na przyklad, od -4Ó°C do +60°C, i dlatego za¬ stosowanie tych multiwiibratorów do wytwarzania impulsów odniesienia doprowadza, z kolei, do uzyskania malej stabilnosci charakterystyk czesto¬ tliwosciowych dyskrymiinatora, w szczególnosci czestotliwosci srodkowej dyskryminatora.

Na skutek tego nie nalezy stosowac znanych dyskrymiinatorów czestotliwosci w takich urzadze¬ niach elektronicznych, w których wykorzystywany jest sygnal manipulowany czestotliwosciowo o wzglednie malej wartosci dewiacji czestotliwosci. 105 448105 448 Przy zastosowaniu znanego dyskryminiatora czestotliwosci w zakresie malych i super malych czestotliwosci roboczych (rzeniu kilkudziesieciu i kilku Hz) nalezy stosowac multiwibratory wyz¬ walacie o duzych czasiach=opózniainia,-T^^ których sa potrzebne kondensatory o bardzo diuzej pojemnosci (dziesiatki i setki mikrofairadów).

Do zapewnienia wymaganej stabilnosci parame¬ trów czasowych muditiwiforatorów wyzwalanych powinny byc wykorzystywane stabilne konden¬ satory warstwowe, _' które w przyipladteu duzych wartosci .pojemnosci maja duze wymiary i sa drogie. A wiec wynika z^ powyzszego, ze przy za>- stosowariiu znanego dyskryminaltota dla tego za¬ kresu czestotliwosci bedzie on odznaiczal sie duzy¬ mi wymiarami i bedzie drogi.

Przy strojeniu dysikrytnitnattotra na zadana czesto¬ tliwosc, lub przy przestrajaniUi znanego dyskrynii- natora czestotliwosci na inna czestotliwosc robo¬ cza n^e^y_ dokónaic strojenia Uib przestrojenia wszystkich czterech multiwibratorów wyzwala- nych, co kompdiJkiuge eksploatacje dyfsikryminatora.

Poza tym ibrak jeiSit prajfetyicznycih mozliwosci rea¬ lizacji znanego dyskrytminatora czestotliwosci w technologii ukladów scalonych, glównie z przy¬ czyny koniecznosci zastosowania w multiwdibrato- rach kondensatorów o stosunkowo duzej pojem¬ nosci* Celem wynalazku jest zaprojektowanie dyskry- mSinatora czestotliwosci, przeznaczonego do pracy w waskopasmowych kanalach lacznosci i przeka¬ zywania informacji dyskretnej równiez w zakresie malych i super malych czestotliwosci. izadaniem wynalazku natopiiast jest zaprojekto¬ wanie takiego dyskrymlinatora czestotliwoscia w którym nowe rozwiazanie ukladu porównywania czasu trwania kazdego impulsu prostokatnego syg¬ nalu manipulowanego czejstotliwosciowo z czasem trwania sygnalu odniesianda umozliwiloby zwiek¬ szenie stabilnosci charakterystyki czestotliwoscio¬ wej dysfaryminatorai w szczególnosci stabilnosc czestotliwoscti srodkowej dyskryknonatora, rozsze¬ rzenia zakresu roboczego dyskrytmlnatora w kie¬ runku mniejszych czejstotliwosci roboczych, rozsze¬ rzenia^ zakresu temperaturowego, jak równiez uproszczenie strojenia i eksploatacji dyskrymina- tora czesitotLiwoscIi i zapewniloby mozliwosc wy- kónairiiadyiskrymilnator^ czestotliwosci w techno¬ logii ukladów scalonych.

Zadanie .zostalo zrealizowane poprzez zaprojekto¬ wanie dyskryminatoca czestotliwosci, zawieraja¬ cego uklad ksztaltowania impulsów prostokatnych sygnalu manipulowanego czestotMwosciowo, któ¬ rego to ukladu kszt^towania wyjscie jest pola¬ czone z wejsciem ukladu porównywania czasu trwania kazdego iffnpulsu prostokatnego sygnalu manipulowanego czestotliwosciowo z czasem trwa¬ nia sygnalu odniesienia. Przy tym wyjscia ukladu porójwnytwania, zawierajacego iinweirter* poprzez dwa elementy logiczne I, sa polaczone z odpo¬ wiednimi wyjsciami przerzutnika statyicznego, któ¬ rego jeden ze stanów odpowiada obecnosci na wej¬ sciu dyskrymdnatora sygnalu o dolnej czestotliwo¬ sci roboczej, a stan przeciwny — obecnosci na 40 45 55 60 wejisciu dyskryjminatora sygnalu o górnej czesto¬ tliwosci roboczej. ^ (Wedlug wynalazku uklad porównywania czasu trwania kazdegb impulsu prostokatnego sygnalu ma¬ nipulowanego czejstoMiwosriiowo z czasem trwania sygnalu odniesienia zawiera generator impulsów traktujacych, trzeci element logiczny I, którego jedno wejscie jest polaczone z wyjsciem ukladu ksztaltowania impulisów prostokatnych, a drugie wejscie z wyjisdiem generatora impulsów taktuja¬ cych, uklad ksztaltowania impulsów kasujacych, którego wejscie dolaczone jest do wyjscia ukladu ksztaltowania impulsów prostokatnych, do którego dolajczone jest równiez wejscie inwertera, oraz licznik, zawierajacy kilka przerzutników, przy czym liczba przerzutników jest okreslona ustalo¬ nymi 'wymaganiami co do zdolnosci rozdzielczej dyslkryminatora, a wyjscia dwóch zalaczonych na koncu przerzutników licznika sa polaczone z wej¬ sciami pierwszego i drugliego elementów logicz¬ nych I.

Wyjscie nieodwracajace ostatniego przerzutnika i wyjscie odwracajaice przedostatniego przerzutni¬ ka licznika sa .podlaczone do dwóch wejsc pierw¬ szego elementu logicznego I, wyjscie odwracajalce ostatniego przerzutnika i wyjiscie nieodwracajace przedostatniego przerzutnika licznika sa dolaczone do dwóch wejsc drugiego elementu logicznego I, trzecie wejscia tych elementów logicznych I sa dolaczone do wyjscia inwertera., jedno wejscie licz¬ nika podlaczone jest do wyjscia ukladu ksztalto¬ wania impulsów kasujacych, drugie wejscie lilcz- nika jest polaczone z wyjsciem trzeciego elementu logicznego I, a do wyjscia ukladu ksztaltowania itaipulisótar prostokatnych dolaczone jest wejscie generatora impulisów taktujajcybh, których czesto¬ tliwosc powtarzania jest równa podwójnemu ilo¬ czynowi sredniej geometrycznej z wartosci górnej i dolnej czestotliwosci roboczej sygnalu manipulo¬ wanego czestotliwoscdowo przez podwójna liczbe impulisów, potrzebnych do wywolania zadzialania ostatniego przerzutnika, zmniejszona o jeden.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w .przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat bflokowy dyskiryminatora, a fig. 2 — ksztalty sygnalów, luzyisfciwanych na wyjsciach poszczególnych ukladów^ skladowych dylskryminatorai czestotliwosci.

Dyisikryminator czestotliwosci wedlug wynalazku zawiera uklad 1 ksztaltowania impulsów prosto¬ katnych sygnalu manipulowanego czestotliwoscio- wo. Wyjscie tego ukladu 1 jest polaczone z wej¬ sciem ukladu 2 porównywania czasiu trwania kaz¬ dego impulsu prostokatnego sygnalu manipulowa¬ nego czestotliwosciowo z czasem trwania sygnalu odniesienia. lUklad 2 porównywania czasu trwania impulsów zawiera generator 3 impulsów taktujacych ze ste¬ rowanym dzielnikiem czestotliwosci, do którego wejscia dolaczone jest wyjscie ukladu 1 ksztalto¬ wania impulsów prostokatnych.

Uklad 2 porównywania czasu trwania impulsów zawiera element logiczny I 4, którego jedno wej¬ scie polaczone jest z wyjsciem generator^ 3, a dru¬ gie — e wyjsciehi ukladu 1 ksztaltowania ta(pul-IttMff 6 sów p«06tok%bnyoh, kiwerter 5, którego ^wejscie dolaczone jest do wyjs^a ukladu 1 ksztaltowania impulsów pirostokatnych, uklad 6 ksztaltowania impulsów kasujacych, którego wejscie jest dola¬ czone do wyjscia ukladu 1 teataltewanda impulsów * prostokatnych ora* licznik dwójkowy 7, skladajacy sie z przerzutoiikó|W 8, 9, 10, 11, 12.

•Minimaftna liczbe potrzebnych prterzuteiików w liczniku 7 (tocz nie mniejsza od dwóch) ustala sie w zaleznosci od tego, jaka zdolnosc rozdzielcza io dyskryntinatora jest wymagana i okresla sie ze wzoru: P>3,Vig W (i) gdzie: P — Iticzba przerzutników w liczniku 7, FQ —» czestotliwosc Srodkowa sygnalu manipu¬ lowanego czestotMwosciowo, Af —< dewiacja czestotliwosci sygnalu manipu¬ lowanego czestotliwosciowo.

• Czestotliwosc powtarzania impulsów taktuja¬ cych generatora 3 wyfcdera sie wedlug wzoru ? F*= a "V Fi-Fj ¦' * (to^l) Kfi) F — czejstotUifwocc powtarzania impulsów taktujacych wytwarzanych przez ge¬ nerator 3, Tx i F% — odpowiednio dolna i górna czestotli¬ wosc robocza sygnalu manipulowane- 36 go czestotl&wosciowo, n « 2P "— liczba impulsów, potrzebnych dla spo¬ wodowania zadzialania ostatniego przerzutaika 12 licznika 7, P— liczba psnzeTizuftniikow w „liczniku 7, *$ okreslona wedlug Wzoru (1).

Do wejscia liczacego przerzutnika 8 licznika 7 dolaczone jest wyjscie elementu logicznego 14, a do wejsc kasujacych wszystkich przerzutników 8, 9, 1Ó, 11, 12 tanika 7 dolajczone jetst wyjade *o ukladu 6 ksztaltowania impulsów kasujacych.

Oprólcz tego dyskryminator zawiera elementy lo¬ giczne I 18 i 14, z których kaztfy ma trzy wejscia, oraz przeczutnik statyczny 15 o dwóch wejsciach.

Wyjscie nieodwracajace 16 przedostatniego prze- 45 rzutnika 11 licznika 7 polaczone jest z jednym z wejsc elementu logicznego I 14, a wyjscie od¬ wracajace 17 tego przerzutnika dolaczone jest do jednego z wejisc elementu logicznego I 18.

Wyjscie nieodwracajace 18 ostatniego przerzut- 50 nika 12 dolaczone jest do drugiego wejscia ele¬ mentu logicznego I 18, a wyjscie odwracajajce 19 tego przerzutnika 12 jest polaczone z drugim wejs¬ ciem elementu logicznego I 14.

Trzecie wejscia elementów logicznych I 18 i 14 55 sa dolaczone do wyjscia inwertera 5, a wyjscia elementów logicznych I 13 i 14 sa dolaczone do odpowiednich wejsc przerzutnika statycznego 15.

Natomiast wyjscia 20 i 21 tego przerzutnika 15 stanowia wyjscia dystarytminatora czestotliwosci. 60 Na fig. 2 przedstawione sa wykresy obrazujace ksztalty sygnalów /wyjsciowych, wytwarzanych przez: a) generator 3 impulsów taktujacych, b) uklad 1 ksztaltowania impulsów prostokatnych, «5 c) edement logiczny I 4, d) anwerter 5, e) uklad 6 ksztaltowania impulsów kasujacych, f) przerzuibnik 11 na wyjsciu nieodwracajacym 16, g) przerzutnok n na wyjsciu odwracajacym 17, h) przerautauk 12 na wyjsciu odwracajacym 19, i) przerzutnik 12 na wyjsciu nieodwracajacym 18, j> element logiczny I 14, k) element logiczny I 13, 1) przerzutnik 15 na wyjsciu 20, m) przerzutnik 15 na wyjsciu 21.

Dzialanie dyskryminatora czestotliwosci przed¬ stawia sie nastepujaco: Do wejscia ukladu 1 ksztaltowania- impulsów prostokatnych z kanalu lacznosci jest doprowa¬ dzany sygnal manipulowany czestotliwosciowe* Na wyjsciu tego ukladu otrzymuje sie ciag 22 impulsówprostokatnych — pozycja b na lig. 2 — o dolnej czestotliwosci roboczej F1 i impulsów 28 o górnej czestotliwosci roboczej F2 tego sygnalu.

Po doprowadzeniu pierwszego impulsu 22 do wejscia ukladu 6 ksztaltowania impulsów kasuja¬ cych; z wyjscia ukladu 6 do wejsc kasujacych przeirzutników 8, 9, 10, 11 i 12 licznika 7 doprowa¬ dza sie krótki impuls kasujacy 24 — pozycja e na fig. 2, kiedy to impuls jest wyzwalany czolem impulsu 22 — pozycja b.

Jednoczesnie ten impuls 22 doprowadzany jest do jednego z wejsc elementu logicznego I 1 Do drugiego wejscia tego elementu logicznego I 4 do¬ prowadza sie ciag impulsów taktujacych 25 — po¬ zycja a — z wyjscia generatora 3. Element logicz¬ ny I 4 otwiera sie i przepuszcza do wejscia licza¬ cego przerzutnika 8 licznika 7 w czasie trwania impulsu 22 grupe impulsów wzorcowych 25 — po¬ zycja c.

W tym samym czasie na wyjsciu inwertera 5 ksztaltowany jest impude 26 — pozycja d — bedacy negacja impulsu 22, który to impuls 26 zamyka elementy logiczne I 18 i 14 na okres czasu równy czasowi trwania impulsu 22. W ciagu tego okresu czasu licznik 7 zlicza impulsy taktujace 25. Przy tym liczba impulsów 25 w grupie impulsów wzor¬ cowych jest wystarczajaca na to, aby zapewnic za Pttzy tym na wyjsctiu odwracajacymi 19 przerzut¬ nika 12 oraz na wyjsciu nieodwracajacym 16 prze¬ rzutnika 11 sa ksztaltowane odpowiednio sygnaly 27 — pozycja h — i impulsy 28 — pozycja f, do¬ prowadzane do wejsc elementu logicznego I 14.

Po zakonczeniu oddzialywania impulsu 22 element logiczny I 4 zamyka srie, a na wyjsciu inwertera 5 wytwarza sie impuls 29, powodujacy zadzialanie elementu logicznego I 14.

Sygnal 30 — pozycja j — z wyjscia elementu logicznego I 14 doprowadza sie do jednego z wejsc przerzutnika statycznego 15 i ustawia go w stan, odpowiadajacy obecnosci dolnej czestotliwosci ro¬ boczej Fx sygnalu manipulowanego czestotliwoscio¬ wa Na wyjsciu 20 przerzutnika statycznego 15 przy tym pojawia sie sygnal 31 pozycja 1.

(Proces porównywania czasu trwania impulsu 22 z liczba impulsów taktujacych 25 w gtrupie impul¬ sów wzorcowych, doprowadzanych -do wejscia Mi* • nika 7, ma miejsce kazdorazowo po przyjsciu im-105 4 T pulsu 22 o czasie trwania, odpowiadajacym dolnej czestotliwosci roboczej Fx sygnalu manipulowanego 2ze>1x>tliwosciówo, Stan przerzutnitoa 15 przy tyim ppizasitaje ffiie^miieniny. . „v .

Jak tylko do wejscia ukladu 1 ksztaltowania 5 impulsów doprowadzony zostanie impuls 23 o cza¬ sie tnwiania odpowiadajacym górnej czejstoitliwosci roboczej F2 sygnalu manipulowanego czejstotliwos- oiowo, licznik 7 zaczyna zliczac impulsy taktujace , przy czym liczba tych impulsów 25 w grupie w impulsóiw wzorcowych bedzie wysltalrczajaca tylko do spowodowania zadzialania przedostatniego prze- rzutnika 11 licznika 7.

(Na wyfjisiciu odwracajacym 17 przerzutmika 11 oraz na wyjsciu nieodwracajacym 18 przerzutmifca tf 12 sa ksztaltowane odpowiednio iirnpulsy 32 — po¬ zycja g — oraz impulsy 33 — pozycja i, doprowa¬ dzone do wejsc elementu lógijcznego I 13. Po za¬ konczeniu oddzialywania impuUsu 23 element lo¬ giczny I 4 zamyka sde, a na wyjsciu inwertera 5 20 pojawia sie impuls 29 powodujacy zadzialanie ele¬ mentu logicznego I 13.

Impuls 34 — pozycja k — z wyijslcia elemeinitu logicznego I 13 jtest doprowadzamy do drugiego wejscia przerzuitruika statycznego 15 i ustawia go 25 w stan przeciwny do poprzedniego, odpowiadajacy obecnoscf górnej czestotliwosci roboczej F2 sygna¬ lu manipulowanego czestotliwcsciowo.. Na wyjslciu 21 ptrzerzutnika statycznego 15 przy tym wytwa¬ rzany jest sygnal 35 — pozycjam. 30 Ten proces porównywania czasu trwania impul¬ su 23 z liczba impulsów taktujacych 25 w grupie impulsów wzorcowych,, doprowadzanych do wejscia licznika 7, nastepuje za kazdym razem po przyj¬ sciu impulsu 23 o czasie trwania odpowiadajacym 35 górnej czestotliwosci roboczej F2 sygnalu manipu¬ lowanego (aestotliwosciowo. Stan przerzutnika 15 przy tym ^pozostaje niezmienny. W tein sposób przy doprowadzaniu sygnstlu manipiulowanego czestottld- wosciowo o dwóch czestotliwosciach roboczych Fx 40 i F2 do wejscia dyskryminatora czestotliwosci prze- rzutnik 15 zmienia swój stan za kazdym razem przy zmianie czestotliwosci roboczych Fx i F2 tego sygnalu, a Wiec wynika z tego, ze dysteyminatoa: otes^tliwoisci wedlug wynalazku pracuje jako de- 45 tektor syginalu manipulowanego ozestofcliwosciowo.

Claims (2)

Zastrzezenie patentowe

1. Oyskryminatoir czestotliwosci, zawierajacy uklad 50 ksztaltowania impulsów prostokatnych sygnalu manipulowanego czestotliwosciowe, którego wyjis- cie jest polaczone z wejsciem ukladu porównywa- 8 nia czasu trwania kazdego impulsu prostokatnego sygnalu manipulowanego czestotMwosciowo z cza¬ sem trwania sygnalu odniesienia, którego to ukla¬ du porównywania, zawierajacego inwerter, wyjscia sa;polaczone elektryicariie poprzez dwa elementy logiczne I z odpowiednimi wejsedaimd przerzutnika statycznego, którego jeden ze stanów odpowiada obecnosci na wejsciu dyskryminatora dolnej czesto¬ tliwosci roboczej,, a stan przeciwny —-; obecnosci na wejsciu dyskryiminatora górnej czestotliwosci roboczej sygnalu: manipulowanego czestotldwoscio- wo, znamienny tym, ze uklad (2) porównywania czasu trwania kazdego impulsu prostokatnego 6ygnalu manipulowanego czestotliwosciowo z cza¬ sem trwania sygnalu odniesienia' zawiera generator (3) sygnalów taktujacych, trzeci element logiczny I (4), którego jedno z wejsc polaczone jest z wyj¬ sciem ukladu (1) ksztaltowania impulsów prosto- kaitnych, a drugie wejscie — z wyjisciem genera¬ tora (3) impulsów taktujacych, uklad (6) ksztalto¬ wania- impulsów kasujacych, którego wejscie do¬ laczone jest do wyjiscia ukladu (1) ksztaltowania impulsów prostokatnych, do którego jest dolaczone równiez wejscie inwertera (5), licznijs (7), którego liczba paftemzultnikóiw (8, 9, 10, 11, 12) jest wybrana ¦zgodnie z wymagana zdolnoscia rozdzielcza dyskry- minaitorai, prizy Czym wyijislcia dwóch ostatnich pnze- rzutników (11, 12) licznika (7) polaczone sa z wej¬ sciami pierwszego (13) i drugiego (14) elementów logicznych I tak, iz wyjscie niieodwracajace (18) ostatniego pnzerzutnika (12) i wyjscie odwracaja¬ ce (1.7) przedostatniego przerzultnika (11) licznika. (7) sa dolajczone do dwóch wejisc pierwszego elementu logicznego I (13), wyjiscie odwracajace (19) ostatnie¬ go przerz^itnika (12) i jwyijiscie nieodlwracajaice (16) przedostatniego przerzultnika (11) licznika (7) sa dolaczone do dwóch wejsc drugiego elementu lo¬ gicznego I (14X a trzelcie wejscia tych elementów logicznych I (13, 14) sa dolaczone do wyjscia in¬ wertera (5), jedno z wejsc licznika (7) dolaczone jest do wyjscia ukladu (6) ksztaltowania impulsów kasujacych, drugie wejscie licznika (7) jest dola¬ czone do wyjscia trzeciego elementu logicznego I (4), a do wyjscia ukladiu (1) ksztaltowania impul¬ sów prostokatnych dolaczone jest wejscie genera¬ tora (3) impulsów taktujacych, których czestotli¬ wosc powtarzania jest równa podwojonemu ilo¬ czynowi sredniej geometrycznej z wartosci górnej i dolnej czestotliwosci roboczych sygnalu manipu¬ lowanego czestoitliwosciowo przez pomniejszona o jeden liczbe impulsów, potrzebnych do spowodo¬ wania zadzialania ostatniego przerzutmika (12) licznika (7).105 448 ng.t m 35

2. /?l- |v2/ o: i2fr 0) b) c\ a) e) /) 0 E k) L) 3± m) ¦22 75 7w® 23-a 26 _LX t_t JZL 32- J L t=^25 XL Xl I 1 33' 30- im 35^— fia. z