RU2260904C1 - Pulse generator incorporating automatic frequency control - Google Patents

Pulse generator incorporating automatic frequency control Download PDF

Info

Publication number
RU2260904C1
RU2260904C1 RU2004113742/09A RU2004113742A RU2260904C1 RU 2260904 C1 RU2260904 C1 RU 2260904C1 RU 2004113742/09 A RU2004113742/09 A RU 2004113742/09A RU 2004113742 A RU2004113742 A RU 2004113742A RU 2260904 C1 RU2260904 C1 RU 2260904C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
pulse
frequency
multiplexer
delay elements
Prior art date
Application number
RU2004113742/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Чулков (RU)
В.А. Чулков
Original Assignee
Пензенская государственная технологическая академия
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 Пензенская государственная технологическая академия filed Critical Пензенская государственная технологическая академия
Priority to RU2004113742/09A priority Critical patent/RU2260904C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260904C1 publication Critical patent/RU2260904C1/en

Links

Abstract

FIELD: pulse generator with automatic frequency control used for communication and automatic-control systems.
SUBSTANCE: proposed pulse generator made in the form of circuit set up of series-connected inverter 1, main and plurality of additional delay elements 2 - 9, multiplexer 10 closed into ring with its output connected to input of inverter 1 and information inputs, to outputs of respective delay elements 2 - 9 is provided in addition with reversing pulse counter 12, pulse shapers 13, 15, and output logic filter 11. Pulse counter 12 controls generator frequency and its state depends on reference-to-output frequency ratio. In the course of automatic frequency control counter 12 changes its state as soon as reference and output pulses start arriving in turn. Device changes over to follow-up mode with error not to exceed time of one of delay elements 2 - 9.
EFFECT: eliminated output signal distortions.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к технике генерирования импульсов с автоматической подстройкой их частоты и может использоваться для стабилизации тактовой частоты цифровых устройств обработки информации.The present invention relates to techniques for generating pulses with automatic adjustment of their frequency and can be used to stabilize the clock frequency of digital information processing devices.

Уровень техникиState of the art

Стабилизация тактовой частоты цифровых измерительных и вычислительных устройств позволяет повысить их эффективность, в частности улучшить их помехоустойчивость за счет синхронизации с частотой питающей сети [1].The stabilization of the clock frequency of digital measuring and computing devices can increase their efficiency, in particular, improve their noise immunity due to synchronization with the frequency of the supply network [1].

Для этой цели обычно применяются устройства автоподстройки частоты, в том числе цифровые устройства фазовой синхронизации, отличающиеся повышенной надежностью, точностью и стабильностью. Типовым представителем данного аналога является система цифровой фазовой синхронизации, описанная в [2] и включающая соединенные в кольцо цифровой фазовый детектор, дискретное усредняющее устройство, цифровой синтезатор частот в виде устройства добавления-исключения импульсов и делитель частоты. Устройство обеспечивает подстройку фазы выходных импульсов к фазе входных импульсов, а следовательно, и подстройку их частоты. Точность подстройки определяется дискретом перестройки периода генерируемых импульсов, который равен периоду опорного тактового генератора. Поэтому опорная частота устройства должна многократно превышать частоту генерируемых импульсов. Это является недостатком данного аналога, поскольку при генерировании высокочастотных импульсов не удается обеспечить чистоту спектра и равномерность следования импульсов. Другой недостаток аналога состоит в сложной структуре, обеспечивающей автоподстройку частоты путем автоподстройки фазы. В ряде случаев это свойство устройства является избыточным.For this purpose, frequency-locking devices are usually used, including digital phase-synchronization devices, which are characterized by increased reliability, accuracy and stability. A typical representative of this analogue is the digital phase synchronization system described in [2] and includes a digital phase detector connected to a ring, a discrete averaging device, a digital frequency synthesizer in the form of a pulse add-exclude device and a frequency divider. The device provides adjustment of the phase of the output pulses to the phase of the input pulses, and, consequently, the adjustment of their frequency. The accuracy of the adjustment is determined by the discrete adjustment of the period of the generated pulses, which is equal to the period of the reference clock generator. Therefore, the reference frequency of the device must be many times higher than the frequency of the generated pulses. This is a disadvantage of this analogue, since when generating high-frequency pulses, it is not possible to ensure the purity of the spectrum and the uniformity of the pulse repetition. Another disadvantage of the analogue is its complex structure, which provides automatic frequency control by phase self-tuning. In some cases, this property of the device is redundant.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является генератор импульсов с цифровой перестройкой периода [3]. Данное устройство-прототип содержит последовательно соединенные инвертор и секционированную линию задержки, отводы которой подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора. Выход мультиплексора, соединенный с выходным зажимом устройства, подключен также к входу инвертора. Кроме того, в устройстве имеется блок преобразования цифрового кода периода, входами связанный с соответствующими входными зажимами, а выходами - с соответствующими адресными входами мультиплексора. Устройство способно генерировать импульсы в широком диапазоне значений частоты, которые устанавливаются поступающим извне цифровым двоичным кодом.Of the known analogues, the closest in technical essence to the present invention is a pulse generator with digital period adjustment [3]. This prototype device contains a series-connected inverter and a partitioned delay line, the taps of which are connected to the corresponding information inputs of the multiplexer. The multiplexer output connected to the output terminal of the device is also connected to the inverter input. In addition, the device has a block for converting the digital period code, the inputs associated with the corresponding input terminals, and the outputs with the corresponding address inputs of the multiplexer. The device is capable of generating pulses in a wide range of frequency values, which are set by a digital binary code coming from the outside.

Недостаток устройства-прототипа состоит в его неспособности осуществлять автоподстройку частоты генерируемых импульсов к частоте опорных сигналов, то есть в недостаточных функциональных возможностях. Еще один недостаток заключается в искажении формы генерируемого импульса в момент смены цифрового кода на входных зажимах. Такое искажение возможно в течение времени переключения мультиплексора и проявляется как короткий ложный импульс на выходном зажиме.The disadvantage of the prototype device is its inability to automatically adjust the frequency of the generated pulses to the frequency of the reference signals, that is, inadequate functionality. Another drawback is the distortion of the shape of the generated pulse at the time of changing the digital code at the input terminals. Such distortion is possible during the switching time of the multiplexer and manifests itself as a short false pulse at the output terminal.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является устранение искажений формы генерируемых импульсов и расширение функциональных возможностей генератора благодаря автоподстройке его частоты к частоте опорных сигналов. Указанная цель достигается путем введения цифровой цепи обратной связи по частоте через реверсивный счетчик импульсов с соответствующими формирователями его входных импульсов.The aim of the present invention is to eliminate distortions in the shape of the generated pulses and expand the functionality of the generator by automatically adjusting its frequency to the frequency of the reference signals. This goal is achieved by introducing a digital frequency feedback loop through a reversible pulse counter with the corresponding shapers of its input pulses.

С этой целью в генератор импульсов, выполненный в виде цепи последовательно соединенных инвертора, основного и множества дополнительных элементов задержки, замкнутой в кольцо через мультиплексор, у которого выход присоединен к входу инвертора, а информационные входы - к выходам соответствующих основного и дополнительных элементов задержки, введен реверсивный счетчик импульсов и два формирователя коротких импульсов. При этом выходы реверсивного счетчика импульсов подключены к адресным входам мультиплексора, а его входы вычитания и суммирования через названные формирователи импульсов присоединены соответственно к входному и выходному зажимам устройства. Выход мультиплексора соединен с выходным зажимом устройства через логический фильтр.For this purpose, a pulse generator, made in the form of a series-connected inverter circuit, a main and many additional delay elements, closed in a ring through a multiplexer, whose output is connected to the inverter input, and information inputs - to the outputs of the corresponding main and additional delay elements, is introduced reversible pulse counter and two short pulse shapers. In this case, the outputs of the reversible pulse counter are connected to the address inputs of the multiplexer, and its subtraction and summing inputs through the mentioned pulse shapers are connected respectively to the input and output terminals of the device. The multiplexer output is connected to the output terminal of the device through a logic filter.

Логический фильтр, который может состоять из инерционного звена первого порядка, нагруженного на триггер Шмитта, служит для устранения возможных при переключении мультиплексора коротких ложных импульсов на выходном зажиме устройства.The logic filter, which may consist of a first-order inertial link loaded on a Schmitt trigger, serves to eliminate short false pulses that can occur when the multiplexer is switched at the output terminal of the device.

Основной элемент задержки в устройстве может быть выполнен в виде электромагнитной линии задержки либо в виде электронного элемента задержки предпочтительно с одинаковым временем задержки фронта и спада импульса. Дополнительными элементами задержки могут служить неинвертирующие логические элементы.The main delay element in the device can be made in the form of an electromagnetic delay line or in the form of an electronic delay element, preferably with the same delay time of the front and the fall of the pulse. Additional delay elements can serve as non-inverting logic elements.

Принцип действия устройства основан на направленном изменении адреса мультиплексора под управлением реверсивного счетчика импульсов, что приводит к изменению числа дополнительных элементов задержки, участвующих в задержке сигнала обратной связи инвертора и, следовательно, к изменению частоты генерируемых импульсов.The principle of operation of the device is based on the directional change of the multiplexer address under the control of a reversible pulse counter, which leads to a change in the number of additional delay elements involved in the delay of the inverter feedback signal and, consequently, to a change in the frequency of the generated pulses.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема генератора импульсов с автоподстройкой частоты в соответствии с настоящим изобретением.The drawing shows a functional electrical diagram of a pulse generator with automatic frequency control in accordance with the present invention.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Показанная на чертеже схема генератора импульсов с автоподстройкой частоты содержит последовательно соединенные инвертор 1, основной элемент 2 задержки и множество (в данном конкретном варианте исполнения семь) дополнительных элементов 3...9 задержки. Выходы основного 2 и дополнительных 3...9 элементов задержки подключены к информационным входам мультиплексора 10, своим выходом присоединенным к входам инвертора 1 и логического фильтра 11. Устройство включает также реверсивный счетчик 12 импульсов, вход вычитания которого через формирователь 13 импульсов соединен с входным зажимом 14, а вход суммирования через формирователь 15 импульсов - с выходным зажимом 16 и одновременно выходом мультиплексора 10.The frequency-locked pulse generator circuit shown in the drawing contains a series-connected inverter 1, a main delay element 2 and a plurality (in this particular embodiment, seven) of additional delay elements 3 ... 9. The outputs of the main 2 and additional 3 ... 9 delay elements are connected to the information inputs of the multiplexer 10, their output connected to the inputs of the inverter 1 and the logic filter 11. The device also includes a reversible counter 12 pulses, the subtraction input of which is connected via an input terminal 13 to the input terminal 14, and the summing input through the pulse shaper 15 with the output terminal 16 and simultaneously the output of the multiplexer 10.

Логический фильтр 11 в описываемом варианте осуществления состоит из последовательно соединенных инерционного RC-звена в составе резистора 17 и конденсатора 18, а также триггера 19 Шмитта. Благодаря гистерезису передаточной характеристики триггера 19 Шмитта он игнорирует короткие входные импульсы, которые предварительно сглаживаются RC-звеном 17, 18.The logic filter 11 in the described embodiment consists of series-connected inertial RC-links comprising resistor 17 and capacitor 18, as well as Schmitt trigger 19. Due to the hysteresis of the transfer characteristic of Schmitt's trigger 19, he ignores short input pulses that are pre-smoothed by the RC link 17, 18.

В схеме, изображенной на чертеже, мультиплексор 10 имеет n=8 информационных входов, число дополнительных элементов 3...9 задержки составляет (n-1)=7, а разрядность реверсивного счетчика 12 импульсов равна 3.In the diagram shown in the drawing, the multiplexer 10 has n = 8 information inputs, the number of additional delay elements 3 ... 9 is (n-1) = 7, and the width of the reverse counter of pulses 12 is 3.

Устройство работает в следующем порядке.The device operates in the following order.

Пусть в исходном состоянии на выходах реверсивного счетчика 12 импульсов (а, следовательно, и на адресных входах мультиплексора 10) имеется двоичное число k. Тогда мультиплексор 10 коммутирует к входу инвертора 1 выход подключенного к его k-му информационному входу дополнительного элемента задержки. При этом период T генерируемых импульсов на выходе мультиплексора равенLet in the initial state at the outputs of the reversible counter 12 pulses (and, therefore, at the address inputs of the multiplexer 10) there is a binary number k. Then the multiplexer 10 commutes to the input of the inverter 1 output connected to its k-th information input of an additional delay element. The period T of the generated pulses at the output of the multiplexer is

T=2(tИ+tМ+tЗО+ktЗД),T = 2 (t И + t М + t ЗО + kt ЗД ),

где tИ, tМ, tЗО и tЗД - времена задержки распространения соответственно инвертора 1, мультиплексора 10, основного 2 и одного из дополнительных 3...9 элементов задержки. В зависимости от значения адреса k период импульсов располагается в пределах отwhere t И , t М , t ЗО and t ЗД are propagation delay times of inverter 1, multiplexer 10, main 2, and one of the additional 3 ... 9 delay elements, respectively. Depending on the value of address k, the pulse period ranges from

Tmin=2(tИ+tМ+tЗО)T min = 2 (t И + t М + t ЗО )

доbefore

Figure 00000002
Figure 00000002

Импульсы с выхода мультиплексора 10 поступают на выходной зажим 16 и через формирователь 15 импульсов проходят на вход суммирования реверсивного счетчика 12. Опорные сигналы, поступающие на входной зажим 14 и сокращенные по длительности формирователем 15 импульсов, проходят на вход вычитания реверсивного счетчика 12 импульсов. Частота FO опорных сигналов для осуществления рабочего режима автоподстройки частоты должна быть в пределахThe pulses from the output of the multiplexer 10 are fed to the output terminal 16 and through the pulse shaper 15 are passed to the input of the summation of the reverse counter 12. The reference signals supplied to the input terminal 14 and reduced in duration by the pulse shaper 15 are passed to the subtraction input of the reverse counter 12 pulses. The frequency F O of the reference signals for the implementation of the operating mode of automatic tuning of the frequency should be within

1/TmaxFO≤1/Tmin.1 / T max F O ≤1 / T min .

В режиме автоподстройки в зависимости от соотношения частот входных на зажиме 14 и выходных на зажиме 16 импульсов, которые поочередно поступают на соответствующие входы реверсивного счетчика 12 импульсов, состояние счетчика 12 постепенно изменяется, корректируя одновременно выходную частоту в направлении компенсации разности частот. Приращение с тем или иным знаком среднего состояния реверсивного счетчика 12 происходит в тех тактах работы, когда между двумя импульсами на одном его входе укладываются два импульса на другом входе. После достижения равенства частот устройство осуществляет режим слежения за входной частотой. В этом режиме импульсы поочередно поступают на входы вычитания и суммирования реверсивного счетчика 12, его состояние остается неизменным с погрешностью ±1, а смежные периоды генерируемых импульсов различаются не более чем на ΔT=tЗД.In the auto-tuning mode, depending on the ratio of the frequencies of the input pulses at terminal 14 and the output at terminal 16, which are alternately supplied to the corresponding inputs of the reverse pulse counter 12, the state of the counter 12 gradually changes, simultaneously adjusting the output frequency in the direction of compensation of the frequency difference. The increment with one or another sign of the average state of the reversible counter 12 occurs in those operating cycles when two pulses are stacked between two pulses at one of its inputs at the other input. After achieving equality of frequencies, the device implements a tracking mode for the input frequency. In this mode, the pulses are alternately fed to the inputs of subtraction and summation of the reverse counter 12, its state remains unchanged with an error of ± 1, and the adjacent periods of the generated pulses differ by no more than Δ T = t ZD .

В моменты смены адреса мультиплексора 10 ввиду задержки переключения на его выходе возможен \дребезг\ в виде короткого импульса, который искажает форму выходного импульса. Логический фильтр 11 не успевает реагировать на короткие импульсы, поэтому прямоугольная форма импульса на выходном зажиме 16 не искажается. Собственная задержка логического фильтра 11 не отражается на динамике функционирования устройства.At the moment of changing the address of the multiplexer 10, due to the switching delay, a “bounce” in the form of a short pulse that distorts the shape of the output pulse is possible at its output. The logic filter 11 does not have time to respond to short pulses, so the rectangular shape of the pulse at the output terminal 16 is not distorted. The natural delay of the logical filter 11 is not reflected in the dynamics of the device.

ЛитератураLiterature

1. Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. Учебник для спец. \Информационно-измерительная техника\. - М.: Высшая школа, 1973, с.52...55.1. Shlyandin V.M. Digital measuring transducers and devices. Textbook for special. \ Information-measuring equipment \. - M.: Higher School, 1973, p. 52 ... 55.

2. Цифровые системы фазовой синхронизации. / М.И.Жодзишский, С.Ю.Сила-Новмицкий, В.А.Прасолов и др.; Под ред. М.И.Жодзишского. - М.: Сов. Радио, 1980, с.67, рис.1.31.2. Digital phase synchronization systems. / M.I.Zhodzishsky, S.Yu.Sila-Novmitsky, V.A. Prasolov and others; Ed. M.I.Zhodzishsky. - M .: Owls. Radio, 1980, p. 67, Fig. 1.31.

3. Генератор импульсов с цифровой перестройкой периода. Патент РФ №2170490, кл. Н 03 К 5/14 (прототип).3. Pulse generator with digital period adjustment. RF patent No. 2170490, cl. H 03 K 5/14 (prototype).

Claims (1)

Генератор импульсов с автоподстройкой частоты, содержащий последовательно соединенные инвертор, основной элемент задержки и множество дополнительных элементов задержки, а также мультиплексор, присоединенный выходом к входу инвертора, а информационными входами - к выходам соответствующих основного и дополнительных элементов задержки, отличающийся тем, что в него введен реверсивный счетчик импульсов, выходы которого подключены к адресным входам мультиплексора, а входы вычитания и суммирования через соответствующие формирователи импульсов присоединены соответственно к входному и выходному зажимам устройства, при этом выход мультиплексора соединен с выходным зажимом устройства через логический фильтр.A frequency-locked pulse generator containing a series-connected inverter, a main delay element and many additional delay elements, as well as a multiplexer connected by an output to the inverter input, and information inputs to the outputs of the corresponding main and additional delay elements, characterized in that a reversible pulse counter, the outputs of which are connected to the address inputs of the multiplexer, and the inputs of subtraction and summation through the corresponding pulse shapers lsov connected respectively to the input and output terminals of the device, wherein the multiplexer output is connected to an output terminal of the device via a logical filter.
RU2004113742/09A 2004-05-05 2004-05-05 Pulse generator incorporating automatic frequency control RU2260904C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113742/09A RU2260904C1 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Pulse generator incorporating automatic frequency control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113742/09A RU2260904C1 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Pulse generator incorporating automatic frequency control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2260904C1 true RU2260904C1 (en) 2005-09-20

Family

ID=35849120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004113742/09A RU2260904C1 (en) 2004-05-05 2004-05-05 Pulse generator incorporating automatic frequency control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260904C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793776C1 (en) * 2022-11-09 2023-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный технологический университет" Digital frequency synthesizer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793776C1 (en) * 2022-11-09 2023-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный технологический университет" Digital frequency synthesizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100360403B1 (en) Circuit and method for duty cycle correction
US5838178A (en) Phase-locked loop and resulting frequency multiplier
US9897976B2 (en) Fractional divider using a calibrated digital-to-time converter
US4339722A (en) Digital frequency multiplier
US10511315B1 (en) Adaptive jitter and spur adjustment for clock circuits
CA2175133C (en) Digital phase-locked loop (pll)
US4117420A (en) Phase-locked loop with switchable loop filter
US9385732B2 (en) Synthesizing method of signal having variable frequency and synthesizer of signal having variable frequency
US7394238B2 (en) High frequency delay circuit and test apparatus
JP2002290218A (en) Semiconductor device
US6160456A (en) Phase-locked loop having adjustable delay elements
US4313089A (en) Precision quadrature analog phase detector
US4797637A (en) PLL frequency synthesizer
RU2260904C1 (en) Pulse generator incorporating automatic frequency control
US10394191B1 (en) Time-to-digital converter
US4318045A (en) Symmetrical waveform signal generator having coherent frequency shift capability
US9729157B2 (en) Variable clock phase generation method and system
US20090160501A1 (en) Control signal generating circuit enabling value of period of a generated clock signal to be set as the period of a reference signal multiplied or divided by an arbitrary real number
US6121846A (en) Digital phase comparator without dead zone
JP2001186017A (en) Pll circuit
US4121171A (en) Filtering circuit for a phase-locked loop
US11342948B1 (en) Mixer module for mixing a radio frequency signal
NL2019958B1 (en) Method and system for frequency compression
US7977992B2 (en) Precision phase generator and method for phase generation
SU1149406A1 (en) Pulsed phase-shifting device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060506

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060506

RZ4A Other changes in the information about an invention