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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Convertitore di frequenza digitale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Gli impulsi con una frequenza di ripetizione stabile sono solitamente formati da un segnale di un oscillatore a cristallo che utilizza un divisore che ne abbassa la frequenza del numero di volte richiesto (per lo più intero). Tuttavia, ci sono casi frequenti in cui, a causa della mancanza del risuonatore al quarzo richiesto, il rapporto tra la frequenza iniziale e quella richiesta non è intero, e quindi è necessario utilizzare divisori con un fattore di conversione frazionario [1, 2]. È vero, il periodo delle oscillazioni che formano non è costante, ma in alcuni dispositivi questo non ha importanza. Ai lettori viene offerta un'altra versione di tale dispositivo, il cui principio di funzionamento è il seguente. Se rappresentiamo la frequenza del segnale del generatore f come somma del valore richiesto f0 e errore assoluto df, quindi per ottenere la frequenza f0 è sufficiente eseguire l'operazione di sottrazione: f0=f-df. In pratica si tratta di eliminare dalla sequenza di impulsi con frequenza di ripetizione f ogni impulso con il numero n=f/df, arrotondato all'intero più vicino. Ad esempio, se f=10147 kHz, af0\u10000d 147 kHz, quindi df \u10147d 147 Hz e n \u69,27d 69 / 69 \uXNUMXd XNUMX, ad es. XNUMX. Pertanto, escludendo ogni XNUMX ° impulso dalla sequenza originale, otteniamo f0=ff/69=10147-10147/69=9999,943 kHz. In questo caso l'errore relativo dovuto all'arrotondamento del numero dell'impulso eliminato è -5,7 * 10-6 e può essere facilmente eliminato regolando il generatore. Lo schema a blocchi del convertitore di frequenza che implementa questo metodo è mostrato in fig. 1. Il contatore D1, il decodificatore D2 e il generatore di impulsi di reset e blocco G2 formano un divisore di frequenza con fattore di conversione n. Quando dall'oscillatore al quarzo G1 arriva un impulso di numero n, all'uscita del decodificatore D2 compare un segnale che accende l'oscillatore G2. Il singolo impulso da esso generato arriva ad uno degli ingressi del tasto D3, bloccandolo, e contemporaneamente azzera il contatore D1. La linea di ritardo DT1 ritarda gli impulsi dell'oscillatore a cristallo G1 per un tempo pari o leggermente superiore al ritardo nel funzionamento dei nodi divisori. Ciò garantisce la contemporanea ricezione di segnali agli ingressi dell'interruttore D3, e se la durata dell'impulso del generatore G2 è sufficiente, l'impulso con numero n viene escluso dalla sequenza. Successivamente, inizia un nuovo ciclo di funzionamento del convertitore.
Un diagramma schematico di un convertitore di impulsi di un oscillatore al quarzo con una frequenza di ripetizione f = 10143,57 kHz a n = 68 è mostrato in fig. 2. L'oscillatore a cristallo è realizzato sull'elemento DD1.1 secondo lo schema descritto in [3]. Elemento DD1.2 - tampone. Il contatore è realizzato sui microcircuiti DD2, DD3, il decodificatore - sull'elemento DD4. Il ritardo nel passaggio degli impulsi dell'oscillatore a cristallo al tasto DD1.4 è fornito dal circuito R2C2. Il tempo di ritardo (t=R2С2) ai valori nominali indicati nel diagramma è approssimativamente pari a 16 ns. Non esiste un reset esplicito e un generatore di impulsi di blocco. La sua funzione è svolta dall'elemento DD1.3 opportunamente collegato e dai microcircuiti DD2 - DD4.
Il funzionamento del convertitore è spiegato dal diagramma di temporizzazione mostrato in fig. 3. Nel momento in cui il 2° impulso del generatore arriva agli ingressi del contatore DD4 e del decodificatore DD68 (Fig. 3, a), il livello 1 è impostato su tutti gli ingressi del decodificatore (Fig. 3, c-e) e con un ritardo per il tempo di accensione (th.DD4) alla sua uscita compare il livello 0 (Fig. 3, e), interessando uno degli ingressi del tasto DD1.4. A causa di un ritardo di tempo t, approssimativamente uguale a th.DD4, l'altro ingresso della chiave riceve contemporaneamente il 68° impulso del generatore (Fig. 3, b), tuttavia, non passa all'uscita del dispositivo, poiché la chiave è chiusa (Fig. 3, h). Dopo il tempo di ritardo th.DD1.3e l'elemento DD1.3 viene commutato e agli ingressi R0 dei contatori DD2, DD3 compare il livello 1 (Fig. 3, g) e dopo il tempo t.reset i contatori vengono azzerati. Di conseguenza, trascorso il tempo di commutazione th.DD4 all'uscita del decoder DD4 riappare il livello 1 (Fig. 3, e) e la chiave si apre.
La durata dell'impulso di blocco del tasto è determinata dal tempo di ritardo totale th.DD1.3+tRipristina+th.DD4 e nel caso descritto è di circa 60 ns. Questo è sufficiente per escludere dalla sequenza un impulso con una durata di circa 50 ns. I valori di frequenza del segnale di uscita ottenuti dagli impulsi di un oscillatore al quarzo con frequenza di ripetizione f = 10143,57 kHz con quattro opzioni per collegare gli ingressi del decoder alle uscite del contatore corrispondenti a n = 67, 68, 70, 71, sono riassunti nella tabella, dove df è la frequenza di ripetizione degli impulsi di blocco all'uscita del decoder (per le misure è stato utilizzato un frequenzimetro Ch3-33). Come si vede, il valore di frequenza più vicino a quello richiesto (10000 kHz) si ottiene a n = 71 (un'ulteriore diminuzione di frequenza si ottiene selezionando il condensatore C1).
Con una durata degli impulsi dell'oscillatore al quarzo più lunga di quelli di blocco, gli impulsi esclusi passeranno parzialmente all'uscita del dispositivo e interromperanno il processo di ottenimento di un segnale della frequenza richiesta. Il modo più semplice per eliminare questo inconveniente è aumentare il duty cycle degli impulsi provenienti dal generatore. Il convertitore del ciclo di lavoro può essere eseguito secondo lo schema mostrato in Fig. 4 e descritto in [4].
Il diagramma temporale del suo funzionamento è mostrato in Fig. 5. Il dispositivo è collegato tra gli elementi DD1.1 e DD1.2 del convertitore di frequenza. Gli impulsi all'uscita dell'elemento DD1.2 in questo caso avranno una durata pari al tempo di ritardo totale degli elementi DD5.1-DD5.3 (45...55 ns) a qualsiasi frequenza dell'oscillatore a cristallo.
Il convertitore di frequenza descritto ha una vasta gamma di funzioni aggiuntive. Utilizzando al massimo il contatore e il decodificatore è possibile bloccare ogni 2-256 impulsi, cioè cambiare il fattore di divisione da 2 a 1 + 1/256 e, variando la capacità del contatore e inserendo più convertitori in serie, ottenere valori accurati e frequenze più basse al minor costo. Il dispositivo può essere utilizzato come "sdoppiatore" della frequenza di ingresso in due componenti: f0 e df. In questo caso, gli impulsi prelevati dall'uscita del decoder avranno un periodo di ripetizione costante e il fattore di divisione della frequenza del segnale dell'oscillatore a cristallo sarà pari a f / df. Impostando le chiavi logiche tra le uscite del contatore e gli ingressi del decoder, è possibile controllare direttamente il fattore di divisione del dispositivo con segnali di codice binario e utilizzarlo nei convertitori codice-frequenza, nei modulatori di frequenza, ecc. Il convertitore può anche essere utilizzato con successo per la moltiplicazione di frequenza frazionaria (per un numero di volte non intero) implementando l'operazione di addizione f0=f+df. Per fare ciò è necessario "tagliare" ogni impulso con il numero n=f/df in due parti, aggiungendo così ulteriori impulsi alla sequenza originale. È molto semplice ottenere la modalità operativa desiderata: è sufficiente trasferire il circuito di ritardo R2C2 al circuito attraverso il quale gli impulsi dall'uscita del decoder DD4 vengono inviati al pin 12 dell'elemento DD1.4. In questo caso, l'impulso di blocco deve essere più breve dell'impulso del generatore di almeno 70 ... 100 ns (per i microcircuiti della serie K155). Con una breve durata degli impulsi del generatore, invece dell'elemento DD1.2, è incluso un convertitore del duty cycle (Fig. 4). Il diagramma temporale del funzionamento del dispositivo in questo caso è mostrato in Fig. 6.
Nella modalità di moltiplicazione, il convertitore è stato testato con un risonatore al quarzo per una frequenza f = 1014,36 kHz: con n = 68, la frequenza f0=1029,277 kHz. Va tenuto presente che per un funzionamento affidabile del convertitore, potrebbe essere necessario selezionare il tempo di ritardo t nell'intervallo 10...30 ns. Letteratura
Autore: A.Samoilenko, Novorossijsk
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