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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Convertidor de frecuencia digital. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Los pulsos con una tasa de repetición estable generalmente se forman a partir de una señal de oscilador de cristal que utiliza un divisor que reduce su frecuencia en el número de veces requerido (en su mayoría enteros). Sin embargo, son frecuentes los casos en que, por falta del resonador de cuarzo requerido, la relación de las frecuencias inicial y requerida no es entera, y entonces es necesario utilizar divisores con factor de conversión fraccionario [1, 2]. Es cierto que el período de las oscilaciones que forman no es constante, pero en algunos dispositivos esto no importa. A los lectores se les ofrece otra versión de un dispositivo similar, cuyo principio de funcionamiento es el siguiente. Si imaginamos la frecuencia de la señal del generador f como la suma del valor requerido f0 y error absoluto df, luego para obtener la frecuencia f0 basta con realizar la operación de resta: f0=f-df. En la práctica, se trata de eliminar de la secuencia de pulsos con frecuencia de repetición f cada pulso con el número n=f/df, redondeado al número entero más cercano. Por ejemplo, si f=10147 kHz, af0=10000 kHz, entonces df =147 Hz y n=10147/147=69,27, es decir, 69. Por lo tanto, excluyendo cada 69 pulsos de la secuencia original, obtenemos f0=ff/69=10147-10147/69=9999,943 kHz. En este caso, el error relativo debido al redondeo del número del pulso eliminado es igual a -5,7*10-6 y se puede eliminar fácilmente ajustando el generador. El diagrama de bloques del convertidor de frecuencia que implementa este método se muestra en la fig. 1. El contador D1, el decodificador D2 y el generador de pulsos de reinicio y bloqueo G2 forman un divisor de frecuencia con un factor de conversión n. Cuando llega un pulso con el número n del oscilador de cuarzo G1, aparece una señal en la salida del decodificador D2, que enciende el oscilador G2. El pulso único generado por él llega a una de las entradas de la tecla D3, bloqueándola y, al mismo tiempo, pone a cero el contador D1. La línea de retardo DT1 retarda los pulsos del oscilador de cristal G1 por un tiempo igual o ligeramente superior al retardo en el funcionamiento de los nodos divisores. Esto asegura la recepción simultánea de señales en las entradas del interruptor D3, y si la duración del pulso del generador G2 es suficiente, el pulso con el número n se excluye de la secuencia. Después de eso, comienza un nuevo ciclo de operación del convertidor.
En la figura 10143,57 se muestra el diagrama esquemático de un convertidor de pulsos de oscilador de cuarzo con una frecuencia de repetición f=68 kHz en n=2. 1.1. El oscilador de cuarzo se fabrica en el elemento DD3 según el circuito descrito en [1.2]. El elemento DD2 es un elemento buffer. El contador está realizado en los microcircuitos DD3, DD4, el decodificador está realizado en el elemento DD1.4. El retraso en el paso de los pulsos del oscilador de cuarzo al interruptor DD2 lo proporciona el circuito R2C2. El tiempo de retardo (t=R2С16) con los valores indicados en el diagrama es de aproximadamente 1.3 ns. No hay un generador de impulsos de bloqueo y reinicio explícito. Su función la realizan el elemento DD2 y los microcircuitos DD4 - DDXNUMX conectados adecuadamente.
El funcionamiento del convertidor se ilustra en el diagrama de tiempos que se muestra en la Fig. 3. Cuando el pulso número 2 del generador (Fig.4, a) llega a las entradas del contador DD68 y el decodificador DD3, el nivel 1 se establece en todas las entradas del decodificador (Fig.3, c-e) y con un retraso. para el tiempo de encendido (th.DD4) en su salida aparece el nivel 0 (Fig. 3, e), afectando a una de las entradas de la tecla DD1.4. Debido a un retraso de tiempo t, aproximadamente igual a th.DD4, el pulso número 68 del generador llega simultáneamente a la otra entrada de la llave (Fig.3, b), pero no pasa a la salida del dispositivo, ya que la llave está cerrada (Fig.3, h). Después del tiempo de retraso th.DD1.3conmutado y el elemento DD1.3 se conmuta en las entradas R0 de los contadores DD2, DD3, aparece el nivel 1 (Fig. 3, g) y después del tiempo de reinicio tz.reset los contadores se ponen a cero. Como resultado, después del tiempo de conmutación th.DD4 en la salida del decodificador DD4 aparece nuevamente el nivel 1 (Fig. 3, e) y la llave se abre.
La duración del impulso de bloqueo de la tecla está determinada por el tiempo de retardo total th.DD1.3+tReiniciar+th.DD4 y en el caso descrito es de aproximadamente 60 ns. Esto es suficiente para eliminar de la secuencia un pulso con una duración de aproximadamente 50 ns. Los valores de frecuencia de la señal de salida obtenidos de los pulsos de un oscilador de cuarzo con una frecuencia de repetición f = 10143,57 kHz para cuatro opciones para conectar las entradas del decodificador a las salidas del contador, correspondientes a n = 67, 68, 70, 71, se resumen en la tabla, donde df son los pulsos de frecuencia de repetición de bloqueo en la salida del decodificador (para las mediciones se utilizó un frecuencímetro Ch3-33). Como puede ver, el valor de frecuencia más cercano al requerido (10000 kHz) se obtiene en n = 71 (se logra una reducción adicional de la frecuencia seleccionando el condensador C1).
Si la duración de los pulsos del oscilador de cuarzo es mayor que la de bloqueo, los pulsos excluidos pasarán parcialmente a la salida del dispositivo e interrumpirán el proceso de recepción de una señal de la frecuencia requerida. La forma más sencilla de eliminar este inconveniente es aumentar el ciclo de trabajo de los impulsos procedentes del generador. El convertidor de ciclo de trabajo se puede fabricar según el circuito que se muestra en la Fig. 4 y descrito en [4].
El diagrama de tiempos de su funcionamiento se muestra en la Fig. 5. El dispositivo está conectado entre los elementos DD1.1 y DD1.2 del convertidor de frecuencia. Los pulsos a la salida del elemento DD1.2 en este caso tendrán una duración igual al tiempo de retardo total de los elementos DD5.1-DD5.3 (45...55 ns) en cualquier frecuencia del oscilador de cuarzo.
El convertidor de frecuencia descrito tiene amplias capacidades adicionales. Usando un contador y un decodificador completo, puede bloquear cada 2-256 pulsos, es decir, cambiar el coeficiente de división de 2 a 1+1/256 y, variando la capacidad del contador e incluyendo varios convertidores en serie, obtener valores precisos. de frecuencias más bajas al menor costo. El dispositivo se puede utilizar como "divisor" de la frecuencia de entrada en dos componentes: f0 y df. En este caso, los pulsos tomados de la salida del decodificador tendrán un período de repetición constante y el factor de división de frecuencia de la señal del oscilador de cuarzo será igual a f/df. Al instalar interruptores lógicos entre las salidas del contador y las entradas del decodificador, puede controlar directamente el coeficiente de división del dispositivo utilizando señales de código binario y utilizarlo en convertidores de frecuencia de código, moduladores de frecuencia, etc. El convertidor también se puede utilizar con éxito para la multiplicación de frecuencia fraccionaria (no un número entero de veces) implementando la operación de suma f0=f+df. Para hacer esto, es necesario “cortar” cada pulso con número n=f/df en dos partes, agregando así pulsos adicionales a la secuencia original. Es muy sencillo obtener el modo de funcionamiento deseado: basta con transferir el circuito de retardo R2C2 al circuito a través del cual se suministran los pulsos de la salida del decodificador DD4 al pin 12 del elemento DD1.4. En este caso, el impulso de bloqueo debe ser más corto que el impulso del generador en al menos 70...100 ns (para microcircuitos de la serie K155). Cuando la duración del pulso del generador es corta, se enciende un convertidor de ciclo de trabajo en lugar del elemento DD1.2 (Fig. 4). El diagrama de tiempo de la operación del dispositivo en este caso se muestra en la Fig. 6.
En el modo de multiplicación, el convertidor fue probado con un resonador de cuarzo a una frecuencia de f = 1014,36 kHz: con n = 68, se obtuvo la frecuencia f0=1029,277kHz. Hay que tener en cuenta que para un funcionamiento fiable del convertidor puede ser necesario seleccionar el tiempo de retardo t en el rango de 10...30 ns. Literatura
Autor: A.Samoilenko, Novorossiysk
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