RU197391U1 - DIGITAL FREQUENCY METER - Google Patents

DIGITAL FREQUENCY METER Download PDF

Info

Publication number
RU197391U1
RU197391U1 RU2018127992U RU2018127992U RU197391U1 RU 197391 U1 RU197391 U1 RU 197391U1 RU 2018127992 U RU2018127992 U RU 2018127992U RU 2018127992 U RU2018127992 U RU 2018127992U RU 197391 U1 RU197391 U1 RU 197391U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
outputs
frequency
counters
trigger
Prior art date
Application number
RU2018127992U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Сытник
Юрий Анатольевич Захаров
Алексей Арленович Львов
Артём Николаевич Карамышев
Пётр Колестратович Плотников
Original Assignee
Пётр Колестратович Плотников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пётр Колестратович Плотников filed Critical Пётр Колестратович Плотников
Priority to RU2018127992U priority Critical patent/RU197391U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU197391U1 publication Critical patent/RU197391U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage

Abstract

Цифровой частотомер состоит из порта приема входного сигнала, порта приема счетных высокостабильных сверхвысокочастотных импульсов, трех групп счетчиков с регистром на выходе измерительного счетчика, триггера, соединенного со схемой синхронизации, триггера определения измерительного интервала и триггера переключения двух каналов, выполненных в виде введенных двух групп реверсивных счетчиков из старшего и младшего разрядов, двух мультиплексоров старшего и младшего разрядов, предназначенных для смены отображения выходной информации от каналов, блока логических элементов, предназначенного для управления выработкой измерительного интервала, определения разности частот входного и эталонного сигналов и переключения каналов и знаков счета разности этих частот, регистра запоминания целой части входного сигнала, а также из корректора дробной части в виде делителя ее на мантиссу измеряемой частоты, выполненного на основе микросхемы программируемой интегральной логической структуры. Технический результат заключается в повышении точности. 2 ил.The digital frequency meter consists of an input signal receiving port, a receiving port for calculating highly stable microwave pulses, three groups of counters with a register at the output of the measuring counter, a trigger connected to a synchronization circuit, a measurement interval determination trigger, and two channel switching trigger, made in the form of two reversed input groups counters from the senior and junior digits, two multiplexers of the senior and junior digits, designed to change the display of output information from channels, a block of logical elements designed to control the production of the measuring interval, determine the frequency difference of the input and reference signals and switch channels and counting signs of the difference of these frequencies, the memory register of the whole part of the input signal, as well as from the corrector of the fractional part in the form of its divider by mantissa measured frequency, made on the basis of a chip programmable integrated logical structure. The technical result is to increase accuracy. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в гироскопах - магнетронах, радиотехнике, в микроконтроллерах и других устройствах, где требуется прецизионное измерение высокой частоты сигналов до десятков гигагерц и малых их отклонений от номинальных значений, а также очень малых временных интервалов. При этом предполагается их использование в системах ориентации и навигации на подвижных объектах -самолетах, кораблях и других, в виде датчиков, от которых требуется непрерывность работы и достаточная частота выдачи информации.The utility model relates to measuring technique and can be used in gyroscopes - magnetrons, radio engineering, in microcontrollers and other devices where precision measurement of high frequency signals up to tens of gigahertz and their small deviations from nominal values, as well as very short time intervals is required. At the same time, they are supposed to be used in orientation and navigation systems on moving objects — airplanes, ships, and others, in the form of sensors, which require continuous operation and a sufficient frequency of information output.

Известны цифровые частотомеры различных конструкций. Например, известен частотомер [Патент РФ №2210785; 1], включающий порт приема входного сигнала, порт приема импульса измерительного периода, образцовый генератор, три счетчика, три регистра на их выходах, две схемы синхронизации, инвертор, формирователь импульса ошибки, схему растяжки импульса, средство обработки и индикации.Digital frequency meters of various designs are known. For example, a frequency meter is known [RF Patent No. 2210785; 1], including an input signal receiving port, a measuring period pulse receiving port, a reference generator, three counters, three registers at their outputs, two synchronization circuits, an inverter, an error pulse shaper, a pulse stretching circuit, a processing and indication tool.

Этот частотомер характеризуется недостаточно широким диапазоном измеряемых частот. Ограничение на этот диапазон связано с тем, что длительность растянутого импульса не должна превышать длительность измерительного интервала.This frequency meter is not characterized by a wide range of measured frequencies. The limitation on this range is due to the fact that the duration of the extended pulse should not exceed the duration of the measuring interval.

Известен другой частотомер, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот, он снабжен вторым формирователем импульса ошибки, вторым каналом измерения длительности (последовательно соединенные счетчик и регистр) и схемой селекции несовпадения [Патент РФ №2210785; 1]. Этот частотомер является аналогом предлагаемого частотомера по числу сходных признаков. В этом частотомере введена сложная схема: второй формирователь импульса ошибки, второй канал измерения длительности и схема селекции несовпадения. В этом случае для измерения временного интервала между концом измерительного периода и очередным фронтом измеряемой частоты этот интервал разбивается на два интервала, один из которых содержит целое число периодов образцовой частоты, а другой содержит дробную часть этого периода. Только второй интервал измеряется с помощью схемы растяжки, а первый интервал измеряется в дополнительном канале измерения длительности на основе счетчика, подсчитывающего импульсы образцовой частоты.Another frequency meter is known, characterized in that, in order to expand the range of measured frequencies, it is equipped with a second error pulse shaper, a second duration measurement channel (counter and register connected in series) and a mismatch selection circuit [RF Patent No. 2210785; 1]. This frequency counter is an analogue of the proposed frequency counter according to the number of similar features. A complex circuit has been introduced in this frequency meter: a second error pulse shaper, a second duration measurement channel, and a mismatch selection circuit. In this case, to measure the time interval between the end of the measurement period and the next edge of the measured frequency, this interval is divided into two intervals, one of which contains an integer number of periods of the reference frequency, and the other contains a fractional part of this period. Only the second interval is measured using a stretching circuit, and the first interval is measured in an additional channel for measuring duration based on a counter that counts the impulses of the reference frequency.

Недостатком этого частотомера является сложность его конструкции.The disadvantage of this frequency meter is the complexity of its design.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является изобретение по проекту [Пат. РФ №2278390; 2].The closest analogue adopted for the prototype is the invention according to the project [Pat. RF №2278390; 2].

Устройство содержит порт приема входного сигнала, порт приема импульса измерительного периода, образцовый генератор, три счетчика с регистрами на выходах, две схемы синхронизации, инвертор, формирователь импульса ошибки, схему растяжки импульса и средство обработки и индикации, триггер. Высокая точность измерений обеспечивается каналом уточнения задержки фронта, позволяющим уточнить длительность импульса, поступающего на его вход. Для точного измерения этой длительности сформированный сигнал поступает на схему растяжки длительности, которая вырабатывает импульс, длительность которого увеличена в заданное число М раз, например, М-100. Этот импульс поступает на управляющий вход счетчика, а на его счетный вход поступает сигнал образцовой частоты F0 с выхода образцового генератора. Результат счета счетчика в течение существования импульса на его управляющем входе, пропорциональный этой длительности, считывается в регистр, и из него - в средство обработки и индикации (компьютер), что дает возможность уточнить время поступления фронта измеряемого сигнала, от которого был сформирован импульс ошибки. Таким образом, канал счета импульсов осуществляет подсчет целого числа периодов измеряемой частоты, попадающих в измерительный интервал τ, задаваемый импульсами. Одновременный подсчет за эти интервалы импульсов с выхода образцового генератора счетчиком дает возможность вычисления временной шкалы, к которой привязываются результаты считывания показаний счетчика. Канал В позволяет уточнить интервал времени от момента формирования последнего фронта сигнала F1 в пределах измерительного периода до момента считывания кодов счетчиков в регистры соответственно. Управление считыванием осуществляется сигналом WR, который синхронизован инвертированным импульсом опорной частоты. Считывание кода KE из счетчика в регистр осуществляется раньше, для чего служит импульс с выхода порта приема импульса измерительного периода. Соединение выхода элемента с управляющим обнулением входом счетчика может отсутствовать, так как счетчик может обнуляться программно, либо не обнуляться. Во втором случае результат счета в цикле измерения вычисляется как разность между полученным кодом и предыдущим.The device contains a port for receiving an input signal, a port for receiving a pulse of a measuring period, a reference generator, three counters with registers at the outputs, two synchronization circuits, an inverter, an error pulse shaper, a pulse stretching circuit and a processing and indication means, a trigger. High accuracy of measurements is provided by the channel for determining the delay of the front, which makes it possible to specify the duration of the pulse arriving at its input. To accurately measure this duration, the generated signal is fed to a duration stretching circuit that generates a pulse whose duration is increased by a predetermined number of M times, for example, M-100. This pulse is supplied to the control input of the counter, and the signal of reference frequency F 0 from the output of the reference generator is supplied to its counter input. The counter counting result during the existence of a pulse at its control input, proportional to this duration, is read into the register, and from it into the processing and indication means (computer), which makes it possible to clarify the arrival time of the measured signal front from which the error pulse was generated. Thus, the pulse counting channel calculates an integer number of periods of the measured frequency falling in the measuring interval τ specified by the pulses. Simultaneous counting of pulses from the output of the reference generator for these intervals by the counter makes it possible to calculate the time scale to which the results of reading the counter are linked. Channel B allows you to specify the time interval from the moment of formation of the last edge of the signal F 1 within the measurement period to the moment of reading the counter codes into the registers, respectively. Reading control is carried out by the WR signal, which is synchronized by an inverted reference frequency pulse. Reading the code K E from the counter into the register is carried out earlier, for which the pulse from the output port of the pulse receiving port of the measuring period serves. The connection of the output of the element with the control zeroing of the counter input may be absent, since the counter may be reset to zero or not reset. In the second case, the counting result in the measurement cycle is calculated as the difference between the received code and the previous one.

Недостатком прототипа является работа с непрерывными потоками импульсов, которые не разбиваются на интервалы в каналах входного и эталонного сигналов, в нем не предусмотрены операции и схемы устройств для вычисления разности количеств импульсов и их знаков между одноименными интервалами входных и эталонных сигналов, а также их накопление.The disadvantage of the prototype is to work with continuous streams of pulses that are not divided into intervals in the channels of the input and reference signals, it does not provide operations and device circuits for calculating the difference in the number of pulses and their signs between the same intervals of the input and reference signals, as well as their accumulation.

Вторым недостатком, присущим прототипу, является прерывистость и разобщенность процессов измерения и индикации (схема входного цифрового сигнала), что затрудняет использование их в качестве датчиков информации об отклонениях частоты, которые должны работать в непрерывном режиме.The second disadvantage inherent in the prototype is the discontinuity and disconnection of the measurement and indication processes (digital input signal circuit), which makes it difficult to use them as sensors for information on frequency deviations that should work continuously.

Указанные недостатки устранены в предлагаемом техническом решении.These shortcomings are eliminated in the proposed technical solution.

Техническим результатом полезной модели является не только повышение точности измерения входного сигнала, но также определение малой разностной частоты между входным f и эталонными сигналами. Это достигнуто введением в схему блока логических элементов управления каналами, увеличением числа счетчиков для обеспечения счета сигналов старших и младших разрядов, введением двух мультиплексоров и микросхемы программируемой интегральной логической структуры.The technical result of the utility model is not only to increase the accuracy of measuring the input signal, but also to determine the small difference frequency between the input f and the reference signals. This is achieved by introducing the channel control logic block into the circuit, increasing the number of counters to ensure the counting of high and low order signals, introducing two multiplexers and a programmable integrated logic microcircuit.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение быстродействия в операциях счета частоты входного сигнала, а также определяемого разностного сигнала между частотами входного и эталонного сигналов, пропорционального, например, измеряемой угловой скорости подвижного объекта.The purpose of the proposed utility model is to increase the speed in operations of counting the frequency of the input signal, as well as the determined difference signal between the frequencies of the input and reference signals, proportional, for example, to the measured angular velocity of a moving object.

Поставленная цель достигается за счет того, что в цифровом частотомере, в состав которого входят порт приема входного сигнала, порт приема счетных высокостабильных сверхвысокочастотных импульсов, три группы счетчиков с регистром на выходе измерительного счетчика, триггер, соединенный со схемой синхронизации, еще в состав цифрового частотомера введены дополнительные триггер определения измерительного интервала и триггер переключения двух каналов, выполненных в виде введенных двух групп реверсивных счетчиков из старшего и младшего разрядов, также введены два мультиплексора старшего и младшего разрядов, предназначенные для смены отображения выходной информации от каналов, введен блок логических элементов, предназначенный для управления выработкой измерительного интервала, определения разности частот входного и эталонного сигналов и переключения каналов и знаков счета разности этих частот, введен регистр запоминания целой части входного сигнала, а также корректор дробной части в виде делителя ее на мантиссу измеряемой частоты, выполненного на основе микросхемы программируемой интегральной логической структуры, при этом с соответствующими входами блока логических элементов соединены выходы первой многовходовой схемы «и - не», выходы триггера переключения первого канала на второй, выходы портов приема входных и счетных сигналов, с выходами блока логических элементов, связаны входы управления n входных счетчиков, входы управления регистра для запоминания целочисленного значения входного сигнала, входы счетчиков младшего разрядов первого и второго каналов, причем выходы двух счетчиков старших разрядов соединены со входами мультиплексора переключения выходов старшего разряда, а выходы двух счетчиков младших разрядов соединены со входами мультиплексора переключения выходов младшего разряда, выходы регистра и блок мультиплексоров соединены с соответствующими входами микросхемы программируемой логической интегральной структуры, первым выходом которой является разностная частота, а вторым выходом ее и цифрового частотомера - целое число импульсов входного сигнала за период измерения.This goal is achieved due to the fact that in a digital frequency meter, which includes an input signal receiving port, a receiving port for countable highly stable microwave pulses, three groups of counters with a register at the output of the measuring counter, a trigger connected to a synchronization circuit, is also a part of a digital frequency meter introduced an additional trigger for determining the measuring interval and a trigger for switching two channels, made in the form of introduced two groups of reverse counters from the older and younger series, also introduced two high and low order multiplexers designed to change the display of output information from the channels, a block of logic elements was introduced to control the generation of the measuring interval, determine the frequency difference of the input and reference signals and switch channels and counting signs of the difference of these frequencies the memory register of the integer part of the input signal, as well as the corrector of the fractional part in the form of its divider by the measured frequency mantissa, made on the basis of the microcircuit programmable integrated logic structure, while the outputs of the first multi-input circuit "and - not", the outputs of the trigger switch the first channel to the second, the outputs of the ports for receiving input and counting signals, with the outputs of the block of logic elements, are connected to the inputs of the block of logic elements with the corresponding inputs of the block of logic elements input counters, register control inputs for storing the integer value of the input signal, inputs of the low-order counters of the first and second channels, the outputs of two counters of the highest p discharges are connected to the inputs of the high-order output switching multiplexer, and the outputs of two low-order counters are connected to the inputs of the low-order switching multiplexer, the register outputs and the multiplexer unit are connected to the corresponding inputs of the programmable logic integrated circuit chip, the first output of which is the difference frequency, and the second output her and digital frequency meter - an integer number of pulses of the input signal for the measurement period.

Схема предлагаемой полезной модели представлена на фиг. 1. На схеме фиг. 1 приняты следующие обозначения:A diagram of the proposed utility model is shown in FIG. 1. In the diagram of FIG. 1 the following notation is accepted:

1 - порт приема входных сигналов в виде формирователя - входного триггера Шмидта;1 - port for receiving input signals in the form of a shaper - an input Schmidt trigger;

2 - порт приема - формирователь прямоугольных периодических импульсов повышенной частоты квантования fc;2 - reception port - shaper of rectangular periodic pulses of increased quantization frequency f c ;

3-группа счетчиков, знак штрих

Figure 00000001
здесь и далее для младших разрядов,3-group counters, bar sign
Figure 00000001
hereinafter for the lower digits,

4, 4' - счетчики для формирования опорной частоты f0;4, 4 '- counters for the formation of the reference frequency f 0 ;

5 - группа n счетчиков, формирующих частоту f интервалов счета;5 - a group of n counters forming the frequency f of the counting intervals;

6 - группа n входных счетчиков импульсов, измеряющих целую часть частоты/входного сигнала;6 - a group of n input pulse counters measuring the integer part of the frequency / input signal;

7 - схема "и - не", первая многовходовая, (n+2 входов);7 - circuit "and - not", the first multi-input, (n + 2 inputs);

8 - триггер выделения накоплений разности фаз для частот f и f0 для формирования окна счета импульсов повышенной частоты fc;8 - trigger allocation of accumulations of the phase difference for frequencies f and f 0 to form a window for counting pulses of high frequency f c ;

9 - триггер переключения первого канала на второй;9 - trigger switching the first channel to the second;

10 - блок логических элементов управления каналами на основе двухвходовых стандартных элементов схем "и - не" по выделению разности частот накопленных фаз, соответствующих разности входной и эталонной частот Δf;10 is a block of logical channel control elements based on two-input standard circuit elements "and - not" for highlighting the frequency difference of the accumulated phases corresponding to the difference of the input and reference frequencies Δf;

11 - регистр для запоминания целочисленного значения частоты входного сигнала;11 is a register for storing an integer value of the frequency of the input signal;

12 - счетчик старшего разряда 1го канала;12 - counter MSB 1st channel;

12' - счетчик младшего разряда 1го канала;12 '- the counter of the least significant bit of the 1st channel;

13 - счетчик старшего разряда 2го канала;13 - MSB counter 2 Channel;

13'' - счетчик младшего разряда 2го канала;13 '' - counter of the least significant bit of the 2nd channel;

14 - мультиплексор переключения с 1го канала на 2йвыходов старшего разряда Δf;14 - multiplexer switching from the 1st channel to the 2nd outputs of the senior discharge Δf;

14' - мультиплексор переключения с 1го канала на 2йвыходов младшего разряда Δf;14 '- switching multiplexer from the 1st channel to the 2nd outputs of the least significant bit Δf;

15 - программируемая интегральная логическая структура (микросхема ПЛИС).15 - programmable integrated logic structure (FPGA chip).

Для более грубой реализации схемы с одним разрядом дробной части, элементы со знаком штрих

Figure 00000002
будут отсутствовать.For a rougher implementation of the scheme with one fraction of the fractional part, elements with a dash
Figure 00000002
will be absent.

Элементы схемы фиг. 1 соединены следующим образом: Выход формирователя 1 подключен к счетному входу счетчика 6,. выход формирователя 2 подключен ко счетному входу счетчика 3, а именно к младшему разряду 4', а также к счетному входу блока управления 10. выход счетчика 3 подключен к счетному входу счетчика 5, выходы переполнения счетчиков 3,5 подключены ко входам многовходовой схемы «И-НЕ»7, выход которой подключен к синхронизирующему входу блока управления 10, а также ко счетному входу триггера переключения каналов 9, выходы которого подключены к соответствующим входам переключения каналов блока управления 10. Вход установки в «1».триггера окна 8 подключен к выходу схемы «И-НЕ» 7, а вход сброса в «0» подключен к выходу переполнения счетчика 6, выход триггера 8 подключен ко входу окна блока управления 10. Этот вход, вместе с входами каналов от триггера 9 распределяет импульсы счета частоты fc по входам счета на «» плюс и на «минус» для первого канала на счетчиках 12, 12' и для второго канала на счетчиках 13, 13" соответственно. Выходы счетчиков первого 12, 12'и второго каналов 13, 13' подключены через мультиплексоры 14, 14' ко входам выходной микросхемы ПЛИС 15, а управляющие входы мультиплексоров 14, 14' подключены к выходам триггера переключения каналов 9. выходы счетчика 6 подключены ко входам регистра 11, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления 10, инвертирующего сигнал с микросхемы 7. Выходы с регистра 11 подключены ко входам микросхемы ПЛИС 15 и далее на выход индикации, либо непосредственно на выход в режиме датчика.The circuit elements of FIG. 1 are connected as follows: The output of the shaper 1 is connected to the counting input of the counter 6 ,. the output of the shaper 2 is connected to the counting input of the counter 3, namely to the least significant bit 4 ', and also to the counting input of the control unit 10. the output of the counter 3 is connected to the counting input of the counter 5, the overflow outputs of the counters 3.5 are connected to the inputs of the multi-input circuit “AND -NE "7, the output of which is connected to the synchronizing input of the control unit 10, as well as to the counting input of the channel switching trigger 9, the outputs of which are connected to the corresponding channel switching inputs of the control unit 10. The installation input is in" 1 ". The window 8 trigger is connected to the output of the AND-NOT circuit 7, and the reset input “0” is connected to the overflow output of the counter 6, the output of the trigger 8 is connected to the input of the window of the control unit 10. This input, together with the channel inputs from the trigger 9, distributes the counting pulses of the frequency f c on the count inputs on “plus and minus” for the first channel on the counters 12, 12 'and for the second channel on the counters 13, 13 "respectively. The outputs of the counters of the first 12, 12' and the second channel 13, 13 'are connected through multiplexers 14, 14 'to the inputs of the output FPGA 15 chip, and the control inputs of the multiplexers 14, 14' are connected to the outputs I will give a trigger for switching channels 9. The outputs of the counter 6 are connected to the inputs of the register 11, the control input of which is connected to the output of the control unit 10, which inverts the signal from the microcircuit 7. The outputs from the register 11 are connected to the inputs of the FPGA 15 and then to the indication output, or directly to output in sensor mode.

Работает цифровой частотомер следующим образом. При подключении источников питающих напряжений, при запуске входного f и счетного fc сигналов, в системе происходят следующие процессы. С помощью группы 3 счетчиков 4, 4' сигнал счетной частоты делится на целое число, при котором получается эталонный сигнал частоты f0, равный начальной частоте входного сигнала: f0=f(0)=f. Частота входного сигнала f изменяется за счет свойств его носителя. Например, если источник входного сигнала гироскоп - магнетрон [3], то его частота изменяется за счет угловой скорости подвижного объекта

Figure 00000003
, где Kм - коэффициент передачи гироскопа - магнетрона, ω - измеряемая угловая скорость подвижного объекта (ПО). Иначе формула записывается в виде f=f0+Δf,
Figure 00000004
При этом частота эталонная f0 может лежать в интервале частот (0.1-10), ГГц.The digital frequency meter operates as follows. When connecting sources of supply voltage, when starting the input f and counting f c signals, the following processes occur in the system. Using group 3 of counters 4, 4 ', the signal of the counting frequency is divided by an integer at which the reference signal of frequency f 0 is obtained, which is equal to the initial frequency of the input signal: f 0 = f (0) = f. The frequency of the input signal f varies due to the properties of its carrier. For example, if the input source of the gyroscope is the magnetron [3], then its frequency changes due to the angular velocity of the moving object
Figure 00000003
, where K m is the transfer coefficient of the gyroscope - magnetron, ω is the measured angular velocity of the moving object (PO). Otherwise, the formula is written in the form f = f 0 + Δf,
Figure 00000004
In this case, the reference frequency f 0 may lie in the frequency range (0.1-10), GHz.

Нетрудно видеть, что при изменении знака угловой скорости ПО изменяется знак приращения входной частоты, что должно фиксироваться цифровым частотомером. С помощью группы 5 из n счетчиков f0 разбивается на интервалы частоты f*, и сигнал f* преобразуется к периоду следования импульсов измерительного интервала

Figure 00000005
. С помощью триггера 8, схемы 7 и блока логики 10 измерительный интервал в определенные отрезки времени ΔТ0 * заполняется счетными импульсами fc. Данное решение поясняется графиками сигналов фиг. 2 и формулами (алгоритмами).It is easy to see that when the sign of the angular velocity of the software changes, the sign of the increment of the input frequency changes, which should be recorded by a digital frequency meter. Using group 5 of n counters, f 0 is divided into frequency intervals f * , and the signal f * is converted to the pulse period of the measuring interval
Figure 00000005
. Using trigger 8, circuit 7 and logic block 10, the measurement interval at certain time intervals ΔТ 0 * is filled with counting pulses f c . This solution is illustrated by the waveforms of the signals of FIG. 2 and formulas (algorithms).

Помимо заданных частот f0 и f, на фиг. 2 приведен и график сигнала счетной частоты fc, при этом

Figure 00000006
In addition to the given frequencies f 0 and f, in FIG. 2 shows a graph of the signal of the counting frequency f c , while
Figure 00000006

Для примера на фиг. 2, на один такт опорной частоты f0 приходится четыре такта счетной частоты fc, что дает точность оцифровки разностной частоты такую же, как и для опорной частоты f0. For the example of FIG. 2, for one clock cycle of the reference frequency f 0 there are four clock cycles of the counted frequency f c , which gives the accuracy of digitizing the difference frequency the same as for the reference frequency f 0.

Для обычной схемы период Т0 * формируется одним счетчиком от опорной частоты f0 естественным путем по сигналу переполнения, который передним фронтом переписывает данные со счетчика 6 входной частоты f в регистр 11, а по заднему фронту переводит группу счетчиков к начальному нулевому состоянию.For a conventional circuit, the period T 0 * is formed by a single counter from the reference frequency f 0 in a natural way from the overflow signal, which rewrites the data from the counter 6 of the input frequency f to register 11 with a rising edge, and transfers the group of counters to the initial zero state on the falling edge.

Использование регистра позволяет избежать «мигания» выходного кода для целой части частоты f, позволяет обращаться к этой информации непрерывно, что является достоинством для использования устройства в качестве датчика, и сильно упрощает коррекцию для дробной части в устройстве 15, которое может быть здесь реализовано на ПЛИСе вместо микроконтроллера, как в прототипе.Using the register allows you to avoid "blinking" of the output code for the whole part of the frequency f, allows you to access this information continuously, which is an advantage for using the device as a sensor, and greatly simplifies the correction for the fractional part in the device 15, which can be implemented here on the FPGA instead of a microcontroller, as in the prototype.

Для предлагаемой схемы сброс счетчика входной частоты происходит по заднему фронту импульса этой же частоты f, при условии предварительного сброса счетчика эталонной частоты. Разность этих моментов времени сброса дает первую составляющую доквантовки ЛТг.Разность для моментов времени переполнения обоих счетчиков образует вторую составляющую доквантовки ΔТ2.For the proposed circuit, the input frequency counter is reset at the trailing edge of the pulse of the same frequency f, subject to a preliminary reset of the reference frequency counter. The difference of these reset times gives the first component of the LT quantization . The difference for the overflow times of both counters forms the second component of the quantization ΔТ 2 .

Указанные временные параметры связаны соотношением:

Figure 00000007
The indicated time parameters are related by the ratio:
Figure 00000007

Элемент 5 (группа счетчиков) из эталонной частоты f0 формирует частоту повторения интервалов измерения f* и должен содержать необходимое число каскадов n0 Element 5 (a group of counters) from the reference frequency f 0 forms the repetition frequency of the measurement intervals f * and must contain the necessary number of cascades n 0

Для приведенной реализации схемы приведенный выше алгоритм (5) упрощает логику счета, а именно, счетными импульсами fc измеряется непрерывно, после каждого интервала с частотой f*, накопленная фаза для разностной частоты Δf, которая с каждым интервалом изменяется на величину ΔT0 *, пропорциональную разностной частоте f-f0. Поскольку в нашем случае Δf>0, избыток накопленной фазы будет с каждым интервалом уменьшаться. Для фиксации этого изменения используются два канала измерения из двухкаскадных реверсивных счетчиков 12, 12' и 13, 13' на которых на первом интервале после сброса происходит счет на «сложение» и результат отображает текущую накопленную фазу, а на следующем интервале происходит счет на «вычитание», в результате получается разность фаз или приращение для одного интервала ΔТ0 *. После этого цикл может повторяться до бесконечности. Счет происходит в пределах времени для нулевых показаний счетчиков 5 и 6, что обеспечивается их синхронизацией. Время счета выделяется с помощью триггера 8, устанавливаемого в «1» признаком сброса со счетчика 5, а сбрасываемого в «0» признаком сброса со счетчика 6. Состояние «1» триггера разрешает счет импульсов fc на выходных счетчиках 12…13' а знак счета определяется состоянием триггера 9, на счетный вход которого в начале каждого интервала поступает импульс, переводящий его в противоположное состояние.For the given implementation of the circuit, the above algorithm (5) simplifies the logic of counting, namely, with counting pulses f c it is measured continuously, after each interval with frequency f * , the accumulated phase for the difference frequency Δf, which changes by ΔT 0 * with each interval, proportional to the difference frequency ff 0 . Since in our case Δf> 0, the excess of the accumulated phase will decrease with each interval. To fix this change, two measurement channels are used from two-stage reversible counters 12, 12 'and 13, 13' on which, in the first interval after a reset, an “addition” count occurs and the result displays the current accumulated phase, and in the next interval, an “subtract” count occurs ", The result is a phase difference or an increment for one interval ΔT 0 * . After that, the cycle can be repeated indefinitely. The count occurs within the time for zero readings of counters 5 and 6, which is ensured by their synchronization. The counting time is allocated using trigger 8, set to “1” by a reset sign from counter 5, and reset to “0” by a reset sign from counter 6. State “1” of the trigger allows pulse counting f c at the output counters 12 ... 13 'and the sign counting is determined by the state of trigger 9, the counting input of which at the beginning of each interval receives a pulse that translates it into the opposite state.

Описана вначале работа одиного канала, который дает определение разностной фазы и частоты только на одном интервале из двух. Точно такой же канал, на счетчиках 13, 13' управляемый противоположным выходом триггера 9, дает замер на интервале фиксации накопленной фазы для второго канала, и процесс измерения становится непрерывным, так как выходы счетчиков 12, 12' и их дубликатов 13, 13' объединены через мультиплексоры 14, 14" с управлением от этого же триггера.First, the operation of one channel is described, which gives the definition of the difference phase and frequency on only one interval of two. Exactly the same channel, on the counters 13, 13 'controlled by the opposite output of trigger 9, gives a measurement on the interval of fixing the accumulated phase for the second channel, and the measurement process becomes continuous, since the outputs of the counters 12, 12' and their duplicates 13, 13 'are combined through multiplexers 14, 14 "with control from the same trigger.

Все эти алгоритмы реализуются логикой на типовых элементах "И-НЕ" схемы управления 10. Непрерывное уменьшение накопленной фазы приводит к переходу через нуль, но при этом происходит однократная добавочная задержка по другому состоянию счетчика 6, и накопленная фаза корректируется до максимума. Это происходит в момент вычитания, счетчик дает отрицательный результат, признак которого блокирует изменение показаний на выходе. Для следующего интервала этот счет будет на сложение, и он в конце интервала даст уже правильный результат. И далее все восстанавливается.All these algorithms are implemented by logic on typical elements of the “AND-NOT” control circuit 10. A continuous decrease in the accumulated phase leads to a transition through zero, but at the same time there is a one-time additional delay in the other state of counter 6, and the accumulated phase is adjusted to the maximum. This happens at the moment of subtraction, the counter gives a negative result, the sign of which blocks the change in the readings at the output. For the next interval, this score will be added, and it will give the correct result at the end of the interval. And then everything is restored.

Таким образом, имеет место практически непрерывное измерение и разностной малой частоты ω=2πΔf при достаточно частом измерении, интервал которого определяется временем счета целых единиц для основной частоты f. Одновременно на выходе ПЛИС и цифрового частотомера в целом определяется целое число импульсов входного сигнала входного сигнала за период измерения.Thus, an almost continuous measurement of the low-frequency difference ω = 2πΔf takes place with a sufficiently frequent measurement, the interval of which is determined by the counting time of whole units for the fundamental frequency f. At the same time, the integer number of pulses of the input signal of the input signal for the measurement period is determined at the output of the FPGA and the digital frequency meter as a whole.

Источники информацииSources of information

1. Гончаренко A.M. и др. Цифровой частотомер. Патент РФ №2210785. МПК GO1R 23/02. 2003, Бюл. №23.1. Goncharenko A.M. et al. Digital frequency meter. RF patent No. 2210785. IPC GO1R 23/02. 2003, Bull. Number 23.

2. Гончаренко A.M., Жмудь В.А. Пат. РФ №2278390. Цифровой частотомер. МПК GO1R 23/10. 2006, Бюл. №17.2. Goncharenko A.M., Zhmud V.A. Pat. RF №2278390. Digital frequency meter. IPC GO1R 23/10. 2006, Bull. Number 17.

3. Плотников П.К. Однорезонаторный гироскоп -магнетрон. Патент РФ на полезную модель №163266. МПК G01C 19/00. 2016, Бюл. №193. Plotnikov P.K. A single resonator gyroscope is a magnetron. RF patent for utility model No. 163266. IPC G01C 19/00. 2016, Bull. Number 19

Claims (1)

Цифровой частотомер, в состав которого входят порт приема входного сигнала, порт приема счетных высокостабильных сверхвысокочастотных импульсов, три группы счетчиков с регистром на выходе измерительного счетчика, триггер, соединенный со схемой синхронизации, отличающийся тем, что в состав цифрового частотомера введены дополнительные триггер определения измерительного интервала и триггер переключения двух каналов, выполненных в виде введенных двух групп реверсивных счетчиков из старшего и младшего разрядов, также введены два мультиплексора старшего и младшего разрядов, предназначенные для смены отображения выходной информации от каналов, введен блок логических элементов, предназначенный для управления выработкой измерительного интервала, определения разности частот входного и эталонного сигналов и переключения каналов и знаков счета разности этих частот, введен регистр запоминания целой части входного сигнала, а также корректор дробной части в виде делителя ее на мантиссу измеряемой частоты, выполненного на основе микросхемы программируемой интегральной логической структуры, при этом с соответствующими входами блока логических элементов соединены выходы первой многовходовой схемы «и - не», выходы триггера переключения первого канала на второй, выходы портов приема входных и счетных сигналов, с выходами блока логических элементов, связаны входы n входных счетчиков, входы управления регистра для запоминания целочисленного значения входного сигнала, входы счетчиков младшего разрядов первого и второго каналов, причем выходы двух счетчиков старших разрядов соединены со входами мультиплексора переключения выходов старшего разряда, а выходы двух счетчиков младших разрядов соединены со входами мультиплексора переключения выходов младшего разряда, выходы регистра и блок мультиплексоров соединены с соответствующими входами микросхемы программируемой логической интегральной структуры, первым выходом которой является разностная частота между входным и эталонным сигналами, а вторым выходом ее и цифрового частотомера в целом - целое число входных импульсов входного сигнала за период измерения.A digital frequency meter, which includes an input signal receiving port, a receiving port for calculating highly stable microwave pulses, three groups of meters with a register at the output of the measuring counter, a trigger connected to a synchronization circuit, characterized in that an additional trigger for determining the measuring interval is included in the digital frequency meter and a trigger for switching two channels made in the form of introduced two groups of reversible counters from the senior and lower digits, two multi the lexor of the senior and junior digits, designed to change the display of output information from the channels, a block of logical elements has been introduced, designed to control the generation of the measuring interval, determine the frequency difference of the input and reference signals and switch channels and count signs of the difference of these frequencies, a memory register of the integer part of the input signal, as well as the corrector of the fractional part in the form of its divider by the measured frequency mantissa, made on the basis of a programmable integrated log chip in this case, the outputs of the first multi-input circuit “and - not”, the outputs of the trigger for switching the first channel to the second, the outputs of the ports for receiving input and counting signals, the outputs of the block of logic elements, the inputs of n input counters are connected to the corresponding inputs of the block of logic elements, register control inputs for storing the integer value of the input signal, inputs of the low-order counters of the first and second channels, and the outputs of two high-order counters are connected to the inputs of the multiplexer switching the outputs of the senior bit, and the outputs of two counters of the least significant bits are connected to the inputs of the multiplexer for switching the outputs of the least significant bit, the outputs of the register and the block of multiplexers are connected to the corresponding inputs of the microcircuit programmable logic integrated structure, the first output of which is the difference frequency between the input and reference signals, and the second output it and the digital frequency meter as a whole - an integer number of input pulses of the input signal for the measurement period.
RU2018127992U 2018-07-30 2018-07-30 DIGITAL FREQUENCY METER RU197391U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127992U RU197391U1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 DIGITAL FREQUENCY METER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127992U RU197391U1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 DIGITAL FREQUENCY METER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU197391U1 true RU197391U1 (en) 2020-04-23

Family

ID=70415819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127992U RU197391U1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 DIGITAL FREQUENCY METER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU197391U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1004905A1 (en) * 1980-07-10 1983-03-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Digital frequency meter
US4984254A (en) * 1988-04-21 1991-01-08 Marconi Instruments Limited Frequency counter
RU2210785C2 (en) * 2001-07-13 2003-08-20 Институт лазерной физики СО РАН Digital frequency meter
RU2278390C1 (en) * 2004-11-09 2006-06-20 Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук Digital frequency meter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1004905A1 (en) * 1980-07-10 1983-03-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Digital frequency meter
US4984254A (en) * 1988-04-21 1991-01-08 Marconi Instruments Limited Frequency counter
RU2210785C2 (en) * 2001-07-13 2003-08-20 Институт лазерной физики СО РАН Digital frequency meter
RU2278390C1 (en) * 2004-11-09 2006-06-20 Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук Digital frequency meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101237728B1 (en) Analog/digital converter
US3524131A (en) High speed frequency computing apparatus
GB2397709A (en) Digital timing apparatus
CN110069009A (en) Multichannel time-to-digit converter and Electro-Optical Sensor Set
US3609326A (en) Counting apparatus and method using separate counters for reference and unknown signal
CN109765583A (en) A kind of clock synchronizing method based on GNSS receiver pulse per second (PPS)
CN110703583A (en) Multi-channel high-precision wide-range time-to-digital converter based on SOC (system on chip)
US5027298A (en) Low-dead-time interval timer
RU197391U1 (en) DIGITAL FREQUENCY METER
RU2210785C2 (en) Digital frequency meter
RU2730047C1 (en) Digital frequency meter
RU2278390C1 (en) Digital frequency meter
Kasparis et al. A method for the precise measurement of the difference between two low frequencies
US6944099B1 (en) Precise time period measurement
Jia et al. Multi-channel high precision time digital converter system based on equivalent pulse counting
US5077519A (en) Pulse period to frequency conversion system
CN104569582B (en) A kind of method and FPGA circuitry for being used to realize that frequency measures
SU995063A1 (en) Square pulse relative duration meter
UA127443C2 (en) DIGITAL FREQUENCY METER
RU2099719C1 (en) Meter of parameters of linear frequency-modulated signals
SU849096A1 (en) Phase-meter
SU918933A1 (en) Device for measuring time intervals
SU746397A1 (en) Time interval meter
RU2616877C1 (en) Digital generator of harmonic signals
JPH0630439B2 (en) Zero crossing point detector for sinusoidal signal

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190730