RU2260904C1 - Pulse generator incorporating automatic frequency control - Google Patents
Pulse generator incorporating automatic frequency control Download PDFInfo
- 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
Links
Abstract
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
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)
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)
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 |
-
2004
- 2004-05-05 RU RU2004113742/09A patent/RU2260904C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |