DE1201406B - In seinem Teilerfaktor einstellbarer digitaler Frequenzteiler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/22

Nummer: 1201406

Aktenzeichen: T 26567 VIII a/21 al

Annieldetag: 11. Juli 1964

Auslegetag: 23. September 1965

Die Erfindung betrifft einen in seinem Teilerfaktor einstellbaren digitalen Frequenzteiler, der aus hintereinandergeschalteten, den einzelnen Dekaden des Teilerfaktors zugeordneten Frequenzzählerstufen besteht und bei dem die Zählerstufen jeweils von einer von außen einstellbaren Zahl« bis zu einer für alle Teilerfaktoren gleichen Endstellung zählen, worauf die Zählerstufen jeweils wieder in die der Zahl η entsprechende Stellung gebracht werden und am Ausgang des Teilers ein Signal erscheint.

Bei vielen dekadisch einstellbaren Frequenzaufbereitungssystemen werden nacheinander Frequenzen benötigt, die ein großes Frequenzband von z. B. 10 MHz überdecken, von denen jedoch benachbarte Frequenzen einen Frequenzabstand von z. B. 10 kHz aufweisen sollen. Man kann hierfür digitale Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerfaktor verwenden. Derartige Frequenzteiler bestehen aus hintereinandergeschalteten Zählerstufen, wobei je eine aus vier Kippstufen (Flip-Flops) bestehende Zählerstufe einer Dekade des Teilerfaktors zugeordnet ist. Eine Zählerstufe aus vier Flip-Flops kann an sich bis zur Zahl 16 zählen. Für den dekadischen Einsatz seiner derartigen Zählerstufe ist ein Umbau der Zählerstufe notwendig. Gemäß einem bekannten Vorschlag wird zwischen dem ersten und zweiten Flip-Flop ein Und-Gatter eingefügt, das gleichzeitig von dem letzten Flip-Flop angesteuert wird. Es sind auch andere Lösungen dieses Problems bekannt. Da diese Zählerstufen nicht Teil der Erfindung sind, vielmehr als bekannt vorausgesetzt werden, erübrigt sich an dieser Stelle ein näheres Eingehen auf die bekannte Anordnung. Es sei jedoch noch erwähnt, daß es möglich ist, die letzte Zählerstufe nicht abzuändern. In diesem Fall kann eine Gesamtanordnung aus z. B. drei hintereinandergeschalteten Zählerstufen anstatt bis 999 bis 1599 zählen (die letzte Zählerstufe hat außer der Nullstellung fünfzehn mögliche Stellungen). Entsprechend ist bei einem derartigen Aufbau der letzten Zählerstufe eine Teilung bis zum Teilerfaktor 1599 möglich.

Gemäß bekannter Technik kann man den Teiler so aufbauen, daß die Zählung der zu teilenden Frequenz jeweils bei der Ausgangsstellung der Zählerstufe begonnen wird und bis zu einer einstellbaren Zahl — dem Teilerfaktor — läuft. Nach Erreichen der eingestellten Zahl wird automatisch in die Ausgangsstellung zurückgeschaltet und gleichzeitig ein Impuls am Ausgang des Teilers abgegeben. Bei dieser Ausführungsform ist der Teilerfaktor gleich der am Teiler eingestellten Zahl. Bei dieser Ausführungsform werden kurzzeitige Stellungen der Flip-Flops der Zählerstufe mit eingestellten Zahlen in Vergleichs-In seinem Teilerfaktor einstellbarer
digitaler Frequenzteiler

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Ulrich Mester, Burlafingen

stufen verglichen, und bei Gleichheit der Stellungen des Zählers mit der eingestellten Zahl wird ein Impuls erzeugt, der einmal die Rückstellung der Zählerstufen in die Ausgangsstellung bewirkt und gleichzeitig das Ausgangssignal des Teilers darstellt. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß bei Verwendung von Flip-Flops, die einer Frequenz von 20 MHz zu folgen vermögen, die maximale Teilerfrequenz 3,6 MHz ist. Diese niedrige maximale Teilerfrequenz wird dadurch bestimmt, daß innerhalb der Zeit, die der Periodendauer der Eingangsfrequenz entspricht, von den Vergleichsstufen im Falle von Koinzidenz diese angezeigt und außerdem die Rückstellung in die Nullstellung bewirkt werden muß.

Es ist auch möglich, die Zählung bei einer einstellbaren Zahl zu beginnen und bei einer für alle Teilerfaktoren gleichen Zahl, bei drei Teilerstufen ζ. Β. 1000, enden zu lassen. In diesem Fall ist der Teilerfaktor N durch die Differenz zwischen der der Endstellung entsprechenden Zahl und der einstellbaren Zahl η gegeben (N = 1000 — ti). Bei dieserAnordnung würde der Ausgangsimpuls der Leitungen der hintereinandergeschalteten Zählerstufen, der erscheint, wenn der Zähler seine Endstellung (bei drei Zählerstufen die Zahl 1000) erreicht hat, die Rückstellung der gesamten Zählanordnung auf die eingestellte Zahl bewirken. Gleichzeitig ist die Frequenz der Ausgangsimpulse gleich -^-, wenn fs die Eingangsfrequenz des Teilers und N der Teilerfaktor ist. Mit dieser Anordnung erreicht man eine maximale Teilerfrequenz, die ebenfalls 3,6 MHz ist, wenn man Flip-Flops voraussetzt, die der Frequenz von 20 MHz zu folgen

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vermögen. Außerdem hat diese Anordnung den Zählerstufen" jeweils wieder in die der Zahl η entNachteil, daß die Einstellung des Teilerfaktors sprechende Stellung gebracht. Der erfindungsgemäße Schwierigkeiten bereitet, da hier die Einstellung der Teiler ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die Einer-, Zehner- und Hunderterziffern nicht in allen Endstellung der Zählerstufen zu 10^m — 2 (oder bei Fällen voneinander unabhängig ist. Die einzelnen 5 voller Ausnutzung der letzten Zählerstufe zu 1,6 · Ziffern des Teilerfaktors ergeben sich bei dieser 10^m — 2) gewählt wird, wenn man unter mdiei Anzahl Ausführungsform zu: τ . . · / der Dekaden versteht, und daß Schaltmittel vorgesehen sind, die bei dieser Stellung der Zählerstufen

Einerziffer des Teilerfaktors N_E - 10 -- n_E bewirken, daß der Eingang der Zählerstufen für den

QiE = eingestellte Einerziffer); - . . ₁₀ folgenden Eingangsimpuls gesperrt ist, während dieser

Zehnerziffer des Teilerfaktors Nz = 9 — nz über ein von diesen Schaltmitteln betätigtes Tor die

(nz = eingestellte Zehnerziffer); Rückstellung der Zählerstufen in die Ausgangs-

Hunderterziffer des Teilerfaktors Nh = 9 — n_H stellung η -bewirkt. Gleichzeitig können diese ab-

QiH = eingestellte Hunderterziffer). getrennten Impulse weiter benutzt werden, da ihre

15 Frequenz gleich der Ausgangsfrequenz geteilt durch

Weist der Teilerfaktor beispielsweise am Ende den Teilerfaktor ist. ;

eine Null auf, so muß an der Einerstelle eine Null Mit dem gerade beschriebenen erfindungsgemäßen eingestellt werden, und der Übertrag 1 muß an der Frequenzteiler können Eingangsfrequenzen bis zu Zehnerziffer mit eingestellt werden. So muß z. B. bei -20 MHz heruntergeteilt werden, wenn die vereinem Teilerfaktor von 310 bei der Zehnerziffer nicht 20 wendeten Flip-Flops Frequenzen des genannten eine Acht, sondern eine Neun eingestellt werden. Diese Betrages zu folgen vermögen. Solche schnellen komplizierte Einstellung macht verständlicherweise Flip-Flops brauchen jedoch nur innerhalb der ersten Schwierigkeiten. Zählerstufen angewendet zu werden, während für Man kann diese Schwierigkeiten unter Beibehaltung die Zählerstufen der höheren Dekaden langsamere des oben erläuterten Prinzips vermeiden, indem man 25 Flip-Flops zum Einsatz kommen können. So können die Endstellung des Frequenzteilers zu 10^m — 1 wählt, beispielsweise in der Zählerstufe für die zweite Dekade wenn man unter m die Zahl der Dekaden versteht. Flip-Flops mit einer Grenzfrequenz von 11 MHz zum Bei drei Zählerstufen ist dann die Endstellung 999. Einsatz kommen, während die Flip-Flops der dritten Die oben geschilderten Schwierigkeiten bezüglich der Dekade noch 4 MHz zählen können müssen.
Einstellung treten jetzt nicht mehr auf, einwandfreie 30 Mit dem erfindungsgemäßen Teiler können unter Eichung an den Einstellknöpfen für den Teilerfaktor Voraussetzung von drei Zählerstufen Teilerfaktoren ist also möglich. Ein nach diesem Prinzip arbeitender zwischen 2 und 999 bzw. 2 und 1599 eingestellt werden. Teiler ist in F i g. 1 dargestellt. Der hier dargestellte Die Einstellung der Einer-, Zehner- und Hunderter-Teiler besteht aus drei Zählerstufen 1 bis 3. Die Aus- ziffern ist unabhängig voneinander. Die maximale gangsstellung der drei Zählerstufen wird durch die 35 Eingangsfrequenz ist gleich der maximalen Zahl-Einstellung an den drei Einstellanordnungen 4,5 und 6 frequenz der Flip-Flops in der ersten Zählerstufe. In bestimmt. Wenn der Zähler die Stellung 900 erreicht den Zählerstufen für die folgende Dekaden können hat, wird die Und-Schaltung 7 über die beiden langsamere, billige und wenig Leistung beanspruchende Ausgangsleitungen des Zählers 3 vorbereitet. Bei der Flip-Flops zur Anwendung kommen.
Stellung 990 geschieht dasselbe von dem Zähler 2 her. 40 An Hand des Ausführungsbeispiels der F i g. 2 soll Nach acht weiteren Impulsen (also bei 998) wird das die Erfindung näher erläutert werden. Auch hier Und-Gatter 7 so vorbereitet, daß der nächste Impuls, sind drei Zählerstufen 9, 10 und 11, bestehend aus je also der 999. Impuls, nur noch den ersten Flip-Flop vier Flip-Flops, vorgesehen. Die Eingangsfrequenz /Έ in die andere Lage bringen muß. Das Und-Gatter 7 wird durch den Begrenzer 12 symmetrisch und rechtgibt einen Ausgangsimpuls ab, wenn alle Eingänge 45 eckig geformt. Sie schaltet die Zählerstufen über die Spannung führen. Dieser Fall liegt bei der Stellung 999 Leitung k, das Und-Tor 13 und die Leitung t mit vor. Der Ausgangsimpuls des Und-Gatters 7 wird ihrer negativen Flanke jeweils in die nächste Zählerüber einen Verstärker 8 dazu benutzt, die Zähler- stellung. Das Und-Tor 13 wird von dem Flip-Flop 14 stufen 1 bis 3 wieder in die an den Anordnungen 4 bis 6 über die Leitung r so gesteuert, daß es die Spannungseingestellte Ausgangslage zu bringen. Gleichzeitig ist 50 Sprünge überträgt. Hierzu muß die Leitung r auf die Frequenz der Ausgangsimpulse des Und-Gatters 7 positivem Potential liegen. Setzt man voraus, daß nur

1 · L /p 1 j· t.,.1. ^ ^. ■.. τ- die Leitungen a, b, c, d, e, f und / zwischen dem Zähler

gleich ψ, also die gesuchte heruntexgeteilteFrequenz. _und ^J^i^ J₅ ⁷ _vor4nden sind werden

ψ, also die gesuchte heruntexgeteilteFrequenz. _und ^J^i^ J₅ ⁷ _vor4nden sind, werden Die Ausgangsimpulse des Und-Gatters 7 können also die Ausgangsleitungen / und j des Zählers 11, wenn weiter benutzt werden. Mit der gerade beschriebenen 55 er die Stellung 900 erreicht hat, positiv. Nach neunzig Teileranordnung ist es möglich, Eingangsfrequenzen weiteren Impulsen erhalten auch die Leitungen d und e, bis höchstens 8 MHz zu zählen bzw. zu teilen, wenn die Ausgangsleitungen des Zählers 10, positives Potenman wiederum Flip-Flops voraussetzt, die einer tial. Nach dem 997. Impuls haben auch die Ausgangs-Frequenz von 20 MHz zu folgen vermögen. leitungen des Zählers 9 a, 9 b und 9 c positives Potential Es ist Aufgabe der Erfindung, die maximal mögliche 60 erhalten. Der Ausgang s des Und-Gatters 15 ist Teilerfrequenz weiter zu erhöhen. Hierzu wird von jedoch immer noch negativ. Beim Auftreten des einem Frequenzteiler ausgegangen, der ebenfalls aus nächsten Eingangsimpulses kommt auch die Leitung k hintereinandergeschalteten, den einzelnen Dekaden von negativem auf positives Potential. Damit erhält des Teilerfaktors zugeordneten Frequenzstufen besteht man am Ausgang s des Und-Gatters 15 positives und bei dem die Zählerstufen jeweils von einer von 65 Potential. Die Rückflanke des 998. Impulses schaltet außen einstellbaren Zahl η bis zu einer für alle Teiler- den Zähler 9 in die entsprechende Stellung. Durch den faktoren gleichen Endstellung zählen. Danach werden negativen Spannungssprung auf der Leitung k wird auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung die auch am Ausgang, also bei s, des Und-Gatters 15

ein negativer Spannungssprung erzeugt, der das Flip-Flop 14 in die andere Lage bringt. Damit wird die Ausgangsleitung ρ positiv, während r negativ wird. Damit wird von dem Und-Tor 13 kein negativer Spannungssprung mehr übertragen. Der 999. Impuls bzw. seine Rückflanke kann also den Zähler nicht mehr weiterschalten. Durch das positive Potential auf der Leitung;? erhält jedoch nunmehr bei Auftreten des 999. Impulses die Leitung ν über das Und-Gatter 16 positives Potential. Am Ende des 999. Impulses wird durch die negative Flanke auf der Leitung ν bewirkt, daß die Zähler 9, 10 und 11 über die als Weichen arbeitenden Anordnungen 17, 18 und 19 in die Ausgangsstellung gebracht werden. Diese Ausgangsstellung ist durch die z. B. von Hand über die Einstellanordnung 20 eingestellte Zahl bestimmt. Durch den

999. Impuls wird gleichzeitig aber auch bewirkt, daß das Flip-Flop 14 wieder in seine Ausgangsstellung mit positivem Ausgang bei r gebracht wird. Dadurch wird das Tor 13 für die Übertragung von negativen Spannungssprüngen wieder geöffnet, während das Tor 16 wieder geschlossen wird. Der folgende, also

1000. Impuls schaltet den Zähler in die Stellung « + 1, und somit beginnt der Zählvorgang von neuem.

Die gestrichelt eingezeichneten Leitungeng und h von der letzten Zählerstufe 11 zum Und-Gatter 15 werden nur benötigt, wenn der Teiler bis zu einem Teilerfaktor von 1599 erweitert werden soll.

Die Spannungszustände auf den einzelnen Leitungen α bis k und p, r, s, t und ν sind in der F i g. 3 dargestellt, und zwar ab dem 993. Impuls. Es ist hier angenommen, daß der Teilerfaktor JV = 999 - 345 = 654 ist.

Bei dem gerade beschriebenen Frequenzteiler ist es, wie die obigen Zahlenangaben für die maximale Teilerfrequenz der einzelnen Zählerstufen zeigen, nicht möglich, für die Zählerstufen der höheren Dekaden Flip-Flops zu verwenden, die zehnmal langsamer sein dürfen als die Flip-Flops der jeweils vorhergehenden Stufe. Um dies zu ermöglichen, um also in der zweiten Zählerstufe Flip-Flops mit einer maximalen Zählfrequenz von 2 MHz, in der folgenden Zählerstufe von 0,2 MHz usw. verwenden zu können, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Zwischenspeicherung der Endstellung der Zählerstufen der höheren Dekaden vorgenommen. Die Weiterbildung der Erfindung soll an Hand der F i g. 4 beschrieben werden. Soweit Teile des Ausführungsbeispiels der F i g. 2 mit denen des Ausführungsbeispiels der F i g. 4 identisch sind, wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Auch hier sind ein Begrenzer 12, ein erstes Tor 13, drei Zählerstufen 9, 10 und 11 sowie Einstellstufen 17, 18 und 19 vorgesehen. Weiterhin sind auch hier ein Koinzidenz-Gatter 15 sowie eine bistabile Kippstufe 14 und ein weiteres Tor 16 vorgesehen. In die Verbindungsleitungen d und e und / undy der Zählerstufen 10 und 11 sind nunmehr noch Zwischenspeicher in Form von Flip-Flops 21 und 22 eingeschaltet. In diesen Zwischenspeichern werden die Zahlen 990 (Zwischenspeicher 21) bzw. 900 (Zwischenspeicher 22) gespeichert. Bei Erreichen der Stellung 900 spricht das Und-Tor 23 mit negiertem Ausgang an und kippt das Flip-Flop 22 so, daß sein oberer Ausgang positiv wird. Gleichzeitig wird der negative Spannungssprung an seinem unteren Ausgang dazu benutzt, die letzte Dekade (also die Zählerstufe 11) in die der Hunderterziffer rm des Teilerfaktors entsprechende Stellung zu setzen und den Eingang der dritten Zählerstufe 11 gegen den Ausgang der zweiten Zählerstufe 10 durch ein Tor 24 zu sperren. Bei Erreichen der Stellung 990 geschieht das Speichern und Setzen der Zehnerziffern m analog zum eben beschriebenen Vorgang. Die Und-Schaltung mit negiertem Ausgang gibt ein Ausgangssignal ab, welches nach Negierung zusammen mit dem Ausgangssignal des Speichers 22 ein Ausgangssignal der Und-Schaltung 26 erzeugt. Durch dieses wird der Zwischenspeicher 21 gekippt. Dessen Ausgang bereitet das Und-Gatter 15 vor. Gleichzeitig wird über den zweiten Ausgang dieses Zwischenspeichers 21 die Rückstellung der Zählerstufe 10 in der Ausgangsstellung sowie das Sperren des Eingangs der Zählerstufe 10 gegenüber dem Ausgang der Zählerstufe 9 bewirkt (Tor 27). Über das Tor 16 muß nunmehr nur noch die Rückstellung der der Einerziffer des Teilerfaktors zugeordneten Zählerstufe 9 bewirkt werden. Der diese Rückstellung bewirkende Impuls wird außerdem noch dazu benutzt, die Speicher 21 und 22 in die Ausgangslage zu setzen. Um zu verhindern, daß diese Speicher in die Ausgangslage gebracht werden, wenn die Hunderter- bzw. Zehnerziffer des Teilerfaktors gleich Null ist, sind noch Tore 28 und 29 vorgesehen.

Das Speicher-Flip-Flop 22 muß so schnell wie die Flip-Flops der zweiten Dekade sein und das Speicher-Flip-Flop 21 so schnell wie die Flip-Flops der ersten Dekade. Der Mehraufwand an Schaltmitteln lohnt sich, insbesondere wenn ein geringer Leistungsbedarf gefordert wird, da langsame Flip-Flops weniger Leistung benötigen, mit weniger Bauelementen aufgebaut werden können und damit auch billiger sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. In seinem Teilerfaktor einstellbarer digitaler Frequenzteiler, der aus hintereinandergeschalteten, den einzelnen Dekaden des Teilerfaktors zugeordneten Frequenzzählerstufen besteht und bei dem die Zählerstufen jeweils von einer von außen einstellbaren Zahl« bis zu einer für alle Teilerfaktoren gleichen Endstellung zählen, worauf die Zählerstufen jeweils wieder in die der Zahl η entsprechende Stellung gebracht werden und am Ausgang des Teilers ein Ausgangssignal erscheint, dadurchgekennzeichnet, daß die Endstellung der Zählerstufen 10^m — 2 oder bei voller Ausnutzung der letzten Zählerstufe 1,6 · 10^m — 2 ist, wenn man unter m die Anzahl der Dekaden versteht, und daß Schaltmittel vorgesehen sind, die bei dieser Stellung der Zählerstufen bewirken, daß der Eingang der Zählerstufen für den folgenden Eingangsimpuls gesperrt ist, während dieser über ein von diesen Schaltmitteln betätigtes Tor die Rückstellung der Zählerstufen in die Ausgangsstellung η bewirkt.

2. Frequenzteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zählerstufen, die bei der die Zahl 10™ — 3 bzw. 1,6 · 10^m — 3 darstellenden Stellung der Zählerstufen eine positive Ausgangsspannung aufweisen, sowie der Eingang der Schaltung mit einem Koinzidenzgatter verbunden sind, welches bei Auftreten des (10™ — 2)-ten bzw. des (1,6 · 10^m — 2)-ten Impulses ein Ausgangssignal abgibt, durch dessen Rückflanke ein bistabiler Multivibrator angesteuert wird, und daß mit den Ausgängen dieses Multivibrators zwei Tore derart verbunden sind, daß der (10^m — l)-te bzw. (1,6 · 10^m — l)-te Impuls vom Zählereingang abgehalten und über

das zweite Tor Anordnungen für die Rückstellung der Zählerstufen in die Ausgangsstellung zugeleitet wird.

3. Frequenzteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die die Zahl 10^m — 10 bzw. 1,6 · 10¹™ — 10 durch positive Spannungen

darstellenden Ausgänge der Zählerstufen für die höheren Dekaden und dem Koinzidenzgatter Zwischenspeicher eingeschaltet sind, die einmal eine Speicherung dieser Zahl und zum anderen ein sofortiges Rückstellen der zugehörigen Zählerstufen in die Ausgangsstellung bewirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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