Цифровой преобразователь частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Импульсы со стабильной частотой повторения обычно формируют из сигнала кварцевого генератора с помощью делителя, понижающего его частоту в требуемое (чаше всего целое) число раз. Однако нередки случаи, когда из-за отсутствия нужного кварцевого резонатора отношение исходной и требуемой частот получается не целым, и тогда приходится использовать делители с дробным коэффициентом пересчета [1, 2]. Правда, период формируемых ими колебаний непостоянен, но в некоторых приборах это не имеет значения.

Вниманию читателей предлагается еще один вариант подобного устройства, принцип действия которого заключается в следующем. Если представить частоту сигнала генератора f в виде суммы требуемого значения f₀ и абсолютной ошибки df, то для получения частоты f₀ достаточно выполнить операцию вычитания: f₀=f-df. Практически она сводится к устранению из последовательности импульсов с частотой следования f каждого импульса с номером n=f/df, округленным до ближайшего целого. Например, если f=10147 кГц, a f₀=10000 кГц, то df =147 Гц и n=10147/147=69,27, т. е. 69. Следовательно, исключив из исходной последовательности каждый 69-й импульс, получим f₀=f-f/69=10147-10147/69=9999,943 кГц. При этом относительная ошибка из-за округления номера устраняемого импульса равна -5,7*10^-6 и может быть легко устранена подстройкой генератора.

Структурная схема преобразователя частоты, реализующего такой способ, изображена на рис. 1. Счетчик D1, дешифратор D2 и генератор импульса сброса и блокировки G2 образуют делитель частоты с коэффициентом пересчета n. При поступлении с кварцевого генератора G1 импульса с номером п на выходе дешифратора D2 появляется сигнал, включающий генератор G2. Вырабатываемый им одиночный импульс приходит на один из входов ключа D3, блокируя его, и одновременно устанавливает в нулевое состояние счетчик D1. Линия задержки DT1 задерживает импульсы кварцевого генератора G1 на время, равное или несколько большее задержки срабатывания узлов делителя. Это обеспечивает одновременное поступление сигналов на входы ключа D3, и если длительность импульса генератора G2 достаточна, импульс с номером n из последовательности исключается. После этого начинается новый цикл работы преобразователя.

Рис. 1

Принципиальная схема преобразователя импульсов кварцевого генератора с частотой следования f=10143,57 кГц при n=68 показана на рис. 2. Кварцевый генератор выполнен на элементе DD1.1 по схеме, описанной в [3]. Элемент DD1.2 - буферный. Счетчик выполнен на микросхемах DD2, DD3, дешифратор - на элементе DD4. Задержку прохождения импульсов кварцевого генератора на ключ DD1.4 обеспечивает цепь R2C2. Время задержки (t=R2С2) при указанных на схеме номиналах примерно равно 16 нс. Генератор импульса сброса и блокировки в явном виде отсутствует. Его функцию выполняют соединенные соответствующим образом элемент DD1.3 и микросхемы DD2 - DD4.

Рис. 2

Работу преобразователя поясняет временная диаграмма, представленная на рис. 3. К моменту поступления на входы счетчика DD2 и дешифратора DD4 68-го импульса генератора (рис. 3, а) на всех входах дешифратора устанавливается уровень 1 (рис. 3, в-д) и с задержкой на время включения (t_з.DD4) на его выходе возникает уровень 0 (рис. 3,е), воздействующий на один из входов ключа DD1.4. Благодаря задержке на время т, примерно равное t_з.DD4, на другой вход ключа одновременно поступает 68-й импульс генератора (рис. 3, б), однако на выход устройства он не проходит, так как ключ закрыт (рис. 3, з). Через время задержки t_з.DD1.3переключен и и элемента DD1.3 на входах R0 счетчиков DD2, DD3 возникает уровень 1 (рис. 3, ж) и по прошествии времени tз.сброса счетчики устанавливаются в нулевое состояние. В результате через время переключения t_з.DD4 на выходе дешифратора DD4 снова появляется уровень 1 (рис. 3,е) и ключ открывается.

Рис. 3

Длительность импульса блокировки ключа определяется суммарным временем задержки t_з.DD1.3+t_{з.сброса}+t_з.DD4 и в описываемом случае равна примерно 60 нс. Этого достаточно для исключения из последовательности импульса длительностью около 50 нс.

Значения частоты выходного сигнала, полученного из импульсов кварцевого генератора с частотой следования f=10143,57 кГц при четырех вариантах соединения входов дешифратора с выходами счетчика, соответствующих n=67, 68, 70, 71, сведены в таблицу, где df - частота следования блокирующих импульсов на выходе дешифратора (для измерений использовался частотомер Ч3-33). Как видно, значение частоты, наиболее близкое к требуемому (10000 кГц) получается при n=71 (дальнейшего понижения частоты добиваются подбором конденсатора С1).

Номер импульса	Частота, кГц
	f0	df
67	9 992.17	151.4
68	9 994.4	149.17
70	9 998,67	144,9
71	10 000,7	142,87

При длительности импульсов кварцевого генератора, большей длительности блокирующих, исключаемые импульсы частично пройдут на выход устройства и сорвут процесс получения сигнала необходимой частоты. Наиболее простой способ устранения этого недостатка - увеличение скважности импульсов, поступающих с генератора. Преобразователь скважности можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 4 и описанной в [4].

Рис. 4

Временная диаграмма его работы показана на рис. 5. Устройство включают между элементами DD1.1 и DD1.2 преобразователя частоты. Импульсы на выходе элемента DD1.2 в этом случае будут иметь длительность, равную суммарному времени задержки элементов DD5.1- DD5.3 (45...55 нс) при любой частоте кварцевого генератора.

Рис. 5

Описываемый преобразователь частоты обладает широкими дополнительными возможностями. Используя полностью счетчик и дешифратор, можно блокировать каждый 2-256-й импульс, т. е. изменять коэффициент деления от 2 до 1+1/256, и, варьируя емкостью счетчика и включая последовательно несколько преобразователей, получать точные значения и более низких частот при наименьших затратах.

Устройство можно использовать в качестве "расщепителя" входной частоты на две составляющие: f₀ и df. При этом импульсы, снимаемые с выхода дешифратора, будут иметь постоянный период следования, а коэффициент деления частоты сигнала кварцевого генератора будет равен f/df. Установив логические ключи между выходами счетчика и входами дешифратора, можно непосредственно сигналами двоичного кода управлять коэффициентом деления устройства и использовать его в преобразователях код-частота, в частотных модуляторах и т. д.

Преобразователь можно с успехом применить и для дробного умножения частоты (в не целое число раз), реализовав операцию сложения f₀=f+df. Для этого необходимо каждый импульс с номером n=f/df "разрезать" на две части, добавив таким образом дополнительные импульсы к исходной последовательности. Получить нужный режим работы очень просто: достаточно цепь задержки R2C2 перенести в цепь, по которой импульсы с выхода дешифратора DD4 поступают на вывод 12 элемента DD1.4. В этом случае импульс блокировки должен быть короче импульса генератора не менее чем на 70...100 нс (для микросхем серии К155). При малой длительности импульсов генератора вместо элемента DD1.2 включают преобразователь скважности (рис. 4).

Временная диаграмма работы устройства в этом случае представлена на рис. 6.

Рис. 6

В режиме умножения преобразователь был проверен с кварцевым резонатором на частоту f=1014,36 кГц: при n=68 получена частота f₀=1029,277 кГц. Следует иметь в виду, что для надежной работы преобразователя возможно потребуется подбор времени задержки т в интервале 10...30 нс.

Литература

1. Бирюков С. А. Радиолюбительские цифровые устройства. - М.: Радио и связь, 1982, с. 16.
2. Илиодоров В. Дробные делители и умножители частоты. - Радио, 1981, № 9, с. 59.
3. Башканков П. Кварцевый генератор. - Радио. 1981, № 1, с. 60.
4. Батушев В. А., Вениаминов В. Н., Ковалев В. Г. и др. Микросхемы и их применение, - М.: Энергия, 1978, с. 292

Автор: А.Самойленко, г. Новороссийск

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Контакты между корабелами древнего Рима и Вьетнама 12.12.2006 При раскопках на севере Вьетнама в глинистых отложениях на берегу Меконга найден неплохо сохранившийся корпус большой лодки возрастом около 2000 лет. О возрасте находки говорят обнаруженные в ней монеты чеканки 118 года до нашей эры - 220 года нашей эры. Археологов поразило, что доски обшивки присоединены к остову корпуса совершенно так же. как это делали в Древнем Риме при императоре Калигуле в первом веке нашей эры, - шиповым соединением. До сих пор считалось, что эта техника была известна только в Средиземноморье. Трудно сказать, представляет ли эта лодка результат научно-технического обмена между Римом и Вьетнамом или одинаковые методы судостроения возникли в двух весьма удаленных странах независимо.

Другие интересные новости:

▪ TPL5110 - нанопотребляющий таймер управления питанием

▪ Cветодиодные лазеры - угроза для самолетов

▪ Полностью защищенный промышленный бизнес-планшет Fujitsu Stylistic V535

▪ Управление дроном движением корпуса

▪ Игровой контроллер с охлаждением Gamesir X3 Pro Aurora

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Интернет. История изобретения и производства

▪ статья Что такое углерод? Подробный ответ

▪ статья Астрагал шерстистоцветковый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Катодная защита от коррозии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Распиновка для Nokia 3210. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025