SU1132351A1 - Способ цифрового умножени частоты - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике..и может быть исполь зовано, в частности при создании ча тотомеров, фазометров и синхронных накопителей, работающих в - диапазоне низких и инфранизких частот и ис пользующих умножение частоты. Известен способ цифрового умноже ни  частоты, состо щий в подсчете з период Т входной частоты .числа импульсов тактовой частоты fg , делени этого числа NO на коэффициент умнож ни  .частоты К и считывании целой части результата .делени  в следующе периоде импульсами тактовой частоты 1 .. Недостатком его  вл етс  низка  точность. Обща  погрешность умножени  частоты состоит из погрешности от нестабильности частоты fg тактоБых: импульсов и погрешности квантовани  периода Т входного сигнала пр его измерении. При стабилизации час тоты f основной вклад вносит втора  составл юща  погрешности, завис ща  от частоты ffl и коэффициента умножени  к. Максимальное значение абсолютной погрешности умножени i ) возникающей из-за квантовани  перио да Т при его измерении равно а максимальное значение приведенной погрешности умножени  - частота входного сигнала . Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ цифрового умножени  частоты, в соответствии с которым подсчитывают за период входной частоты число импульсов тактовой частоты, дел т это число на коэффициент умножени  частоты , определ ют целую и дробную части результата делени , считывают целую часть в следующем периоде импульсами тактовой частоты и корректируют временное положение импульсов умноженной частоты, причем сдвигают на период тактовой частоты те 13 них, номер которых определ ют по значению дробной части результата делени  и количеству предыдуших сдви гов 2 . Максимальное значение погрешности умножени  частоты,при использовании данного способа равно

Л

(3)

Та:

Цель изобретени  - повышение точности умножени  частоты.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу, заключаю- 5

(4)

N.

где N - обозначает блилайшее снизу целое.число.

Действительное значение периода равно щемс  в том, что подсчитывают за период входной частоты число импульсов тактовой частоты, дел т это число на коэффициент умножени  частоты, определ ют целую и дробную части результата делени , считывают целую часть в следующем периоде импульсами тактовой частоты и корректируют временное положение импульсов умноженной частоты, определ ют значение дробной части с точность до К-й доли периода Tg тактовой частоты, например, методом задержанных совпадений,и сдвигают каждый импульс умноженной частоты на часть периода тактовой частоты, величину которой определ ют по формуле Tj.(n) j(n) -Тр/К, где Т g(п) - величина временного сдчига п-го импульса SMHOженной частоты; j(п) - ближайшее целое числр удовлетвор ющее условию (n-l)+Ng(l) -.1(п)1; ,5(п)хК, где Ng{n-l) (n-l)Na(l)- J.j(i) значение дробной части числа импульсов тактовой частоты, содержащихс  в одном периоде умноженной с учетом ее начального значени  Ng(l) и суммы предыдущих значений j. На фиг.1 представлен график изменени  максимального значени  абсолютной погрешности умножени  {крива  I), погрешности умножени  прототипа (крива  II) и предлагаемого способа (крива  III) дл  первых двух выходных импульсов умноженной частоты; на фиг.2 - функциональна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Умножение частоты в соответствии со способом производитс  следующим I образом. Согласно (1) дл  уменьшени  максимального значени  погрешности умножени  при заданном значении коэффициента умножени  К необходимо увеличивать тактовую частоту i , однако максимальное значение ее ограничиваетс  быстродействием используемой элементной базы. При измерении периода Т входного сигнала путем квантовани  его тактовыми импульсами, период повторени  которых Т -г -, ЧИСЛО импульсов за период Т NjjT + ь ,(5) ГД где Ь i Ь т: - :Погрешность измерени  периода Т , вoэн кaюща  вследствие квантовани  периода Т так- э товыми импульсами с периодом повторени  ( погрешность квантовани ) . Остаток при предельном значении тактовой частоты i можно измерить с точностью до k-й доли периода Ifjj , использу , например, метод задержанных совпадений. Тогда число уровней квантовани  периода повторени  Т импульсов тактовой частоты; %С - погрешность измерени  остат „ т,«ои«,,.««.с, „г,т«г,-гт ка Л , возникающа  вследств квантовани  его на 1( уровней , Га -1 I т.,/к J Измеренное значение периода Т в конечном счете равно (при синхронизации тактовой частоты f с началом периода входной частоты) + Kg-|-,(8) Т Момент по влени  первого выходного умноженного) импульса в извест ij определ етс  выраных способах жением т,., (О Значение абсолютной погрешности момента по влени  первого выходного им пульса (точка В, фиг. д(1)4:„ V (10) Максимальное значение абсолютной погрешности умножени  в известных способах l определ етс  выражением (1) в прототипе 23 - выражением (З) Действительное значение момента по влени  первого выходного импульса с учетом (3) при синхронизации импульсов тактово й частоты с началом считывани  информации о Длительности периода -, Твыг(1. (11) 65 N(l)-.Ta, и  в оп

(2a) N(1) число, пропорциональное первому периоду умножен ной частоты, состо щее из целой части ц 4 . L 1C -ПсПс/ ачального значени  дробной части В предлагаемом способе момент по-. ени  первого выходного импульса едел етс  выргикением где величина сдвига первого выходного импульса зависит от величины дробной части %(1) и определ етс  ijs услови  KNg-(l) - j(l) 61, (15) где J (1) - е5лижайшее целое число., удовлетвор ющее условию (15), причем j(l)K, Величина абсолотной погрешности момента по влени  первого выходного импульса согласно С15) N(I)TO .Л (1) Ng(l)T Тд . .и Та -ТГ Л -i - J(l)и cooTBeTCTBveT точке С на фиг.1. При считываний синхронизированными импульсами тактовой частоты f целой части числа N начина  с момента по влени  первого выходного импульса , значение абсолютной погрешности момента по влени  второго выходного импульса (без введени  коррекции - . . . . Л(2) N(1) . Ng.(l).T ; (17) что соответствует точкег на фиг,1, Величина необходимого сдвига второго выхОдно -о импульса определ етс  из услови , ангшогичного условию (151 : кЁН(1) + N(1) - J(2)J 1, (18) где J(2) - ближайшее целое число, удовлетвор ющее условию (18), причём з(2)К. Величина сдвига во времени BwopiO го выходного импульса ). Значение абсолютной погрешностн момента по влени  второго выходного импульса равно (точка Е, фнг.1) t%(l) Hg(2)T .- J(2.)-S|L.4KV. где Нч(2) - дробна  часть числа N дл  второго выходного пульса. Аналогично, значение необходимо сдвига п-го выходного импульса по времени равно Tc(h) j(njгде J(п) - ближайшее целое число, удовлетвор ющее условию .(п-1) -ь Н(1) - j(n)#l, n)Kf с где ) (n-l)N.r(l) - ИаЗ n-f 6g f 1, j(i) - Значение дробной чисти ЧИСЛА с учётом начального значени  ее и суммы предыдущих чисел J ( i). Значение абсолютной погрешности момента по влени  п-го выходного и пульса равно А(п) N(n)T/ N(n-l) + -(- Ng(l) - 4(n)- iV;, (24 Как Следует из выражений (fl6j , 20) и (24) максимальное значение солютной и приведенной погрешносте момента по влени  выходных импульс погрешности умножени ) данного сп соба: Сдвиг выходных импульсов на врем кратное величине можно произво дить следующим образом. Цела  часть числа Иц равна  (1 считываетс  при помощи No-1 импул сов частоты fj и одного импульса этой же частоты, задержанного на вр м , равное Т(п) J(n)-ifПри зтом после каждого выходного им пульса умноженной частоты должна производитьс  синхронизаци  импуль сов- тактовой частоты с началом счи тывани  информации. Минимальное значение выходного риода равно одному импульсу тактово частоты , Т, е, Ф Ф «ми. mtn в Следовательно, значение периода входного сигнала должно удовлетвор ть условию ,.„,;„ КТ„, Т.е. , fg , Дл  известного способа 2 соотношение между коэффициентами умножени  К, входной и тактовой частотами такое же, как и (29), однако максимальное значение погрешности умножени  частоты с учетом (3) и (25) в К раз больше, чем в предлагаемом способе. Цифровой умножитель, реализующий предлагаемый способ, содержит формирователь 1, синхронизируемый генератор 2 тактовых импульсов, счетчик 3, первый блок делени  4, первое запоминающ ее устройство 5, реверсивный счетчик б, линию задержки 7, первую группу схем 8 совпадени , дешифратор 9, второй блок 10 делени , второе запоминающее устройство 11, вычислитель 12, вторую группу схем 13 совпадени , блок 14 выделени  периода и элемент ИЛИ 15. При этом вход формировател  1  вл етс  входом устройства , его выход соединен с первым входом счетчика 3, входами схем 8, генератора 2 и первым входом элемента 15, выход генератора 2 соединен с входом линии 7 и вторым входом счет чика 3, выходы которого через блок 4 соединены с входс1ми устройства 5 выходы которого соединены с входом вычислител  12 и установочными входами счетчика 6, выходы дешифратора 9 соединены с входами блока 10, выходы которого соединены через устройство 11 с входами вычислител  12, выходы которого соединены с входами схем 13 и входом блока 14, выход которого соединен со счетным входом счетчика б, выход которого  вл етс  выходом устройства и соединен со вторым входом элемента 15, выход которого соединен с установочными входами вычислител  12 и счетчика 6. Цифровой умножитель работает,, следующим образом. Формирователь 1 вырабатывает импульсы , период повторени  которых равен длительности периода Т входного сигнала. В конце периода число N импульсов тактовой частоты, вырабатываемой генератором 2, подсчитанное счетчиком 3, делитс  на величину К в блоке 4 и результат делени  записываетс  в устройство 5. Кроме того, в конце периода Т остаток й т,, измер етс  при помопи метода ; задержанных совпадений, реализующегос  схемой, состо щей из линии 7 с k отводами, схем 8 и дешифратора 9. Каждый квантующий импульс. Т поступает на лийию 7, и через интервалы -Y соответствующих выходах линии 7 по вл ютс  импульсы., к каждому из К выходов линии 7 подключена схема совпадени , все k схем совпадени  вход т в состав схем 8. На вторые входы всех схем совпадени  поступают импульсы с выхода форг тровател  1. В момент прихода импульса с выхода формировател  1 срабатывает та схема совпадени , на которой совпадают во В5 емени импульс с периодом повтои импульс с выхода формировател  1, тогда - номер выходного канала линии 7, к которому подключена сработав1ча  схема совпадени . В дешифраторе 9 номер выходного канала линии 7 преобразуетс  в число HQ, которое в блоке 10 делитс  на ве;.ичину К к, а результат делени  Заноситс  в устройство 11. С выходов устройств 5 и 11 числа поступают на входы вы числител  12, который по управнению (22) вычисл ет величины сдвигов выходных импульсов. Сдвиг выходных им пульсов осуществл етс  при помощи группы схем 13 и блока 14. Первый вы ходной импульс умноженной частоты получают при считывании целой части числа, пропорционального периоду, импульсами тактовой частоты f, , сни маемыми с выхода линии 7 под номером о (1), второй выходной импульс при считывании целой части числа Кц NQ импульсами частоты f , сн маемыми с выхода линии 7 под номеро , .1(1) + J(2)odK. где знак А „

Е

W)2Hg(0)To

M2HNg(0)i-Ng(l)JTo обозначает число А по модулю К, причем если j(l) + J(2)K, то включаетс  блок 14, а номер выхода линии 7 равен j(2) ,1(1) + J(2) - К, если же j(l) + j(2)K, то блок 14 не включаетс , а номер выхода линии 7 ,l(2) j(l) + j(2). , Аналогично дл  любого номера выходного импульса с выхода блока 14 импульсы частотой fg поступают на вход считывани  счетчика 6, в котором сразу после окончани  периода входного сигнала и после каждого выходного импульса устанавливаетс  зна чение N HO при поступлении импульсов с выхода элемента 15. В предлагаемом способе цифрового умножени  частоты Уменьшают погрешность измерени  периода входной час тоты , использу  метод задержанных совпадений, а коррекцию временного положени  выходных импульсов производ т путем введени  сдвига каждого из них на часть периода тактовой час тоты, величину которой определ ют по значению дробной части числа, номера выходного импульса и количества предыдущих сдвигов. Экономический эффект от внедрени  предлагаемого способа цифрового умножени  частоты состоит в уменьшении погрешности умножени  при заданных значени х коэффициента умножени  и диапазона умножаемых частот ) , что позвол ет примерно на пор док повысить точность измерений с использованием умножени  частоты, например сдвига фаз; частоты, параметров периодических сигналов в диапазоне низких и иифраиизких частот .

Claims (1)

1. СПОСОБ ЦИФРОВОГО УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ, заключающийся в том, что подсчитывают за период входной частоты число импульсов тактовой частоты, делят это число на коэффициент умножения частоты, определяют целую и дробную части результата деления, считывают целую часть в следующем * периоде импульсами тактовой частоты и корректируют временное положение импульсов умноженной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, опреде-\ ляют значение дробной части с точностью до К-й доли периода Tj, тактовой частоты, например, методом задержанных совпадений и сдвигают каждый импульс умноженной частоты на часть периода тактовой частоты, величину которой определяют по формуле

   T_c(bj(n)T₀/K, :

   где т_с (_п) _ величина временного сдвига η-го импульса умноженгде ной частоты;

   j (ь) - ближайшее целое число, удовлетворяющее условию к[Н'з(и-П₊М₃(Ч]-](11)<Г,|(_п)сК_? Ngh-iHh-ilMjG) )(<)- значение дробной части числа импульсов 'тактовой частоты, содержащихся в одном периоде умноженной с учетом ее начального значения N_e(1) и суммы предыдущих значений j .

   >

   1132351 2 быть испольсоздании чассинхронных в.диапазоне часто низкая умноже-