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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 / Tecnologia digital 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 f do sinal do gerador como a soma do valor requerido fo e do erro absoluto dt, então para obter a frequência fo basta realizar a operação de subtração: fo=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, a fo=10000 kHz, então df=147 kHz e n=10147/147=69,27, ou seja, 69. Portanto, excluindo cada 69º pulso da sequência original, obtemos fo= ff/69 ==10147- 10147/69=9999,943 kHz. Nesse 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 tempo 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-d) e com um atraso para o turno -on time (tz.DD4) em sua saída é nível 0 (Fig. 3, e), afetando uma das entradas da chave DD1.4. Devido ao atraso do tempo t, aproximadamente igual a tg.DD4, o 68º pulso do gerador chega simultaneamente à outra entrada da chave (Fig. 3, b), porém não passa para a saída do dispositivo , pois a chave está fechada (Fig. 3, h) .
Depois que o tempo de atraso td.DD1.3 é comutado e o elemento DD1.3 nas entradas RO dos contadores DD2, DD3 nível 1 aparece (Fig. 3, g) e depois do tempo td.reset os contadores são zerados. Como resultado, após o tempo de comutação ts.DD4, o nível 4 aparece novamente na saída do decodificador DD1 (Fig. 3, f) e a chave é aberta. A duração do pulso de bloqueio de tecla é determinada pelo tempo de retardo total td.DD1.3+td.reset+td.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 a partir de pulsos do oscilador de quartzo com frequência de repetição f = 10 kHz para quatro opções de conexão das entradas do decodificador às saídas do contador, correspondentes a n = 143,57, 67, 68, 70, estão resumidos em a tabela, onde dt são os pulsos de frequência de repetição de bloqueio na saída do decodificador (um frequencímetro Ch71-3 foi usado para medições). Como você pode ver, o valor de frequência mais próximo do necessário (33 kHz) é obtido em n = 10000 (uma redução adicional na frequência é obtida selecionando o capacitor C71).
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 e o decodificador completos, é possível bloquear cada 2-256º pulso, ou seja, alterar o fator de divisão de 2 para 1'/256 e, variando a capacitância do contador e incluindo vários conversores em série, para 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: fo 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 pode ser usado com sucesso para multiplicação de frequência fracionária (tempos não inteiros) implementando a operação de adição fo=f+df. Para isso, é necessário “cortar” cada pulso com número n=f/df em duas partes, adicionando assim pulsos adicionais à sequência original. Obter o modo de operação desejado é muito simples: basta transferir o circuito de retardo R2C2 para o circuito através do qual os pulsos da saída do decodificador DD4 são fornecidos ao 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). Quando a duração do pulso do gerador é curta, um conversor de ciclo de trabalho é ligado em vez do elemento DD1.2 (Fig. 4). O diagrama de temporização da operação do dispositivo neste caso é mostrado na Fig. 6. No modo multiplicação, o conversor foi testado com um ressonador de quartzo na frequência f = 1014,36 kHz: com n = 68 foi obtida uma frequência fo = 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 1. Biryukov S. A. Dispositivos digitais de rádio amador.- M .: Rádio e comunicação, 1982, p. 16.
Autor: A. Samoilenko, Novorossiysk; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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