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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Conversor de frequência digital. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Pulsos com uma taxa de repetição estável são geralmente formados a partir de um sinal de oscilador de cristal usando um divisor que reduz sua frequência pelo número de vezes necessário (principalmente inteiro). No entanto, há casos frequentes em que, devido à falta do ressonador de quartzo necessário, a relação entre as frequências inicial e necessária não é inteira e, portanto, é necessário usar divisores com fator de conversão fracionário [1, 2]. É verdade que o período das oscilações que eles formam não é constante, mas em alguns aparelhos isso não importa. Os leitores recebem outra versão desse dispositivo, cujo princípio de operação é o seguinte. Se representarmos a frequência do sinal do gerador f como a soma do valor requerido f0 e erro absoluto df, então para obter a frequência f0 basta realizar a operação de subtração: f0=f-df. Na prática, trata-se de eliminar da sequência de pulsos com taxa de repetição f de cada pulso com o número n=f/df, arredondado para o inteiro mais próximo. Por exemplo, se f=10147 kHz, af0\u10000d 147 kHz, então df \u10147d 147 Hz e n \u69,27d 69 / 69 \uXNUMXd XNUMX, ou seja, XNUMX. Portanto, excluindo cada XNUMXº pulso da sequência original, obtemos f0=ff/69=10147-10147/69=9999,943 kHz. Neste caso, o erro relativo devido ao arredondamento do número do pulso eliminado é -5,7 * 10-6 e pode ser facilmente eliminado ajustando o gerador. O diagrama de blocos do conversor de frequência que implementa este método é mostrado na fig. 1. O contador D1, o decodificador D2 e o gerador de pulsos de reset e bloqueio G2 formam um divisor de frequência com um fator de conversão n. Quando um pulso com o número n chega do oscilador de quartzo G1, um sinal aparece na saída do decodificador D2, que liga o oscilador G2. O único pulso gerado por ele chega a uma das entradas da tecla D3, bloqueando-a e, ao mesmo tempo, zera o contador D1. A linha de atraso DT1 atrasa os pulsos do oscilador de cristal G1 por um tempo igual ou ligeiramente maior que o atraso na operação dos nós divisores. Isso garante o recebimento simultâneo de sinais nas entradas da chave D3 e, se a duração do pulso do gerador G2 for suficiente, o pulso com o número n é excluído da sequência. Após isso, inicia-se um novo ciclo de operação do conversor.
Um diagrama esquemático de um conversor de pulso de um oscilador de quartzo com uma taxa de repetição f = 10143,57 kHz em n = 68 é mostrado na fig. 2. O oscilador de cristal é feito no elemento DD1.1 de acordo com o esquema descrito em [3]. Elemento DD1.2 - buffer. O contador é feito nos microcircuitos DD2, DD3, o decodificador - no elemento DD4. O atraso na passagem de pulsos do oscilador de cristal para a chave DD1.4 é fornecido pelo circuito R2C2. O tempo de atraso (t=R2С2) nas classificações indicadas no diagrama é aproximadamente igual a 16 ns. Não há reset explícito e gerador de pulso de bloqueio. Sua função é executada pelo elemento DD1.3 conectado adequadamente e pelos microcircuitos DD2 - DD4.
A operação do conversor é explicada pelo diagrama de temporização mostrado na fig. 3. No momento em que o 2º pulso do gerador chega às entradas do contador DD4 e do decodificador DD68 (Fig. 3, a), o nível 1 é definido em todas as entradas do decodificador (Fig. 3, c-e) e com um atraso para o tempo de ativação (th.DD4) o nível 0 aparece na sua saída (Fig. 3, e), afetando uma das entradas da tecla DD1.4. Devido a um atraso de tempo t, aproximadamente igual a th.DD4, a outra entrada da chave recebe simultaneamente o 68º pulso do gerador (Fig. 3, b), porém, não passa para a saída do aparelho, pois a chave está fechada (Fig. 3, h). Após o tempo de atraso th.DD1.3e o elemento DD1.3 é comutado e nas entradas R0 dos contadores DD2, DD3, nível 1 aparece (Fig. 3, g) e após o tempo t.reset, os contadores são zerados. Como resultado, após o tempo de comutação th.DD4 o nível 4 aparece novamente na saída do decodificador DD1 (Fig. 3, e) e a chave é aberta.
A duração do pulso de bloqueio de tecla é determinada pelo tempo de atraso total th.DD1.3+treiniciar+th.DD4 e no caso descrito é de aproximadamente 60 ns. Isso é suficiente para excluir um pulso com duração de cerca de 50 ns da sequência. Os valores de frequência do sinal de saída obtidos dos pulsos de um oscilador de quartzo com taxa de repetição f = 10143,57 kHz para quatro opções de conexão das entradas do decodificador às saídas do contador, correspondentes a n = 67, 68, 70, 71, estão resumidos na tabela, onde df é a taxa de repetição dos pulsos de bloqueio na saída do decodificador (o contador de frequência Ch3-33 foi usado para medições). Como você pode ver, o valor de frequência mais próximo do necessário (10000 kHz) é obtido em n = 71 (uma diminuição adicional na frequência é obtida selecionando o capacitor C1).
Com uma duração dos pulsos do oscilador de quartzo maior que os de bloqueio, os pulsos excluídos passarão parcialmente para a saída do dispositivo e interromperão o processo de obtenção de um sinal da frequência necessária. A maneira mais fácil de eliminar essa desvantagem é aumentar o ciclo de trabalho dos pulsos provenientes do gerador. O conversor de ciclo de trabalho pode ser executado de acordo com o esquema mostrado na Fig. 4 e descrito em [4].
O diagrama de tempo de sua operação é mostrado na Fig. 5. O dispositivo é conectado entre os elementos DD1.1 e DD1.2 do conversor de frequência. Os pulsos na saída do elemento DD1.2 neste caso terão uma duração igual ao tempo de atraso total dos elementos DD5.1-DD5.3 (45...55 ns) em qualquer frequência do oscilador de cristal.
O conversor de frequência descrito possui uma ampla gama de recursos adicionais. Usando o contador completo e o decodificador, é possível bloquear cada 2-256º pulso, ou seja, alterar a taxa de divisão de 2 para 1 + 1/256 e, variando a capacitância do contador e incluindo vários conversores em série, obter valores precisos e frequências mais baixas com o menor custo. O dispositivo pode ser usado como um "divisor" da frequência de entrada em dois componentes: f0 e df. Nesse caso, os pulsos retirados da saída do decodificador terão um período de repetição constante e o fator de divisão de frequência do sinal do oscilador de cristal será igual a f / df. Ao definir chaves lógicas entre as saídas do contador e as entradas do decodificador, você pode controlar diretamente o fator de divisão do dispositivo com sinais de código binário e usá-lo em conversores de código para frequência, em moduladores de frequência, etc. O conversor também pode ser usado com sucesso para multiplicação de frequência fracionária (por um número não inteiro de vezes) implementando a operação de adição f0=f+df. Para isso, é necessário "cortar" cada pulso com o número n=f/df em duas partes, adicionando assim pulsos adicionais à sequência original. É muito simples obter o modo de operação desejado: basta transferir o circuito de atraso R2C2 para o circuito através do qual os pulsos da saída do decodificador DD4 são alimentados no pino 12 do elemento DD1.4. Neste caso, o pulso de bloqueio deve ser menor que o pulso do gerador em pelo menos 70 ... 100 ns (para microcircuitos da série K155). Com uma curta duração dos pulsos do gerador, em vez do elemento DD1.2, é incluído um conversor de ciclo de trabalho (Fig. 4). O diagrama de tempo da operação do dispositivo neste caso é mostrado na Fig. 6.
No modo multiplicação, o conversor foi testado com um ressonador de quartzo para uma frequência f = 1014,36 kHz: com n = 68, a frequência f0=1029,277 kHz. Deve-se ter em mente que, para uma operação confiável do conversor, pode ser necessário selecionar o tempo de atraso t na faixa de 10...30 ns. Literatura
Autor: A.Samoilenko, Novorossiysk
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