Digitaler Frequenzumrichter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Pulse mit stabiler Wiederholrate werden üblicherweise aus einem Quarzoszillatorsignal gebildet, indem ein Teiler seine Frequenz um die erforderliche (meist ganzzahlige) Anzahl von Malen erniedrigt. Es kommt jedoch häufig vor, dass mangels des erforderlichen Schwingquarzes das Verhältnis von Anfangs- und Bedarfsfrequenz nicht ganzzahlig ist und dann Teiler mit gebrochenem Wandlungsfaktor eingesetzt werden müssen [1, 2]. Die Periode der von ihnen gebildeten Schwingungen ist zwar nicht konstant, aber bei einigen Geräten spielt dies keine Rolle.

Den Lesern wird eine andere Version eines solchen Geräts angeboten, dessen Funktionsprinzip wie folgt ist. Wenn wir die Frequenz des Generatorsignals f als Summe des erforderlichen Wertes f darstellen₀ und absoluter Fehler df, um dann die Frequenz f zu erhalten₀ Es reicht aus, die Subtraktionsoperation durchzuführen: f₀=f-df. In der Praxis kommt es darauf an, aus der Folge von Impulsen mit einer Wiederholungsrate f jeden Impuls mit der Zahl n=f/df, aufgerundet auf die nächste ganze Zahl, zu eliminieren. Wenn zum Beispiel f=10147 kHz, af₀\u10000d 147 kHz, dann df \u10147d 147 Hz und n \u69,27d 69 / 69 \uXNUMXd XNUMX, d. h. XNUMX. Wenn wir also jeden XNUMX. Impuls aus der ursprünglichen Sequenz ausschließen, erhalten wir f₀=ff/69=10147-10147/69=9999,943 kHz. In diesem Fall beträgt der relative Fehler aufgrund der Abrundung der Anzahl der eliminierten Impulse -5,7 * 10^-6 und kann durch Anpassung des Generators leicht beseitigt werden.

Das Blockdiagramm des Frequenzumrichters, der dieses Verfahren implementiert, ist in Abb. 1 dargestellt. 1. Zähler D2, Decoder D2 und Reset- und Lock-Pulsgenerator G1 bilden einen Frequenzteiler mit einem Umsetzungsfaktor n. Wenn ein Impuls mit der Nummer n vom Quarzoszillator G2 ankommt, erscheint am Ausgang des Decoders D2 ein Signal, das den Oszillator G3 einschaltet. Der von ihm erzeugte Einzelimpuls gelangt an einen der Eingänge der Taste D1, blockiert diese und setzt gleichzeitig den Zähler D1 auf Null. Die Verzögerungsleitung DT1 verzögert die Impulse des Kristalloszillators G3 um eine Zeit, die gleich oder etwas größer als die Verzögerung im Betrieb der Teilerknoten ist. Dadurch wird der gleichzeitige Empfang von Signalen an den Eingängen des Schalters D2 sichergestellt und bei ausreichender Impulsdauer des Generators GXNUMX wird der Impuls mit der Nummer n aus der Folge ausgeschlossen. Danach beginnt ein neuer Betriebszyklus des Konverters.

Fig. 1

Ein schematisches Diagramm eines Impulswandlers eines Quarzoszillators mit einer Wiederholungsrate f = 10143,57 kHz bei n = 68 ist in Abb. dargestellt. 2. Der Quarzoszillator wird auf dem Element DD1.1 gemäß dem in [3] beschriebenen Schema hergestellt. Element DD1.2 - Puffer. Der Zähler erfolgt auf den Mikroschaltungen DD2, DD3, der Decoder auf dem Element DD4. Die Verzögerung beim Durchgang der Impulse des Quarzoszillators zur Taste DD1.4 wird durch die R2C2-Schaltung bereitgestellt. Die Verzögerungszeit (t=R2С2) beträgt bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten etwa 16 ns. Es gibt keinen expliziten Reset- und Sperrimpulsgeber. Seine Funktion wird durch das entsprechend angeschlossene Element DD1.3 und die Mikroschaltungen DD2 - DD4 übernommen.

Fig. 2

Die Funktionsweise des Wandlers wird durch das in Abb. dargestellte Zeitdiagramm erläutert. 3. Bis der 2. Generatorimpuls an den Eingängen des Zählers DD4 und des Decoders DD68 (Abb. 3, a) eintrifft, wird an allen Eingängen des Decoders (Abb. 1, c-e) und mit einer Verzögerung von 3 Stufe XNUMX eingestellt die Einschaltzeit (t_h.DD4) Pegel 0 erscheint an seinem Ausgang (Abb. 3, e) und wirkt sich auf einen der Eingänge der DD1.4-Taste aus. Aufgrund einer Verzögerung der Zeit t, ungefähr gleich t_h.DD4, der andere Eingang des Schlüssels empfängt gleichzeitig den 68. Impuls des Generators (Abb. 3, b), gelangt jedoch nicht zum Ausgang des Geräts, da der Schlüssel geschlossen ist (Abb. 3, h). Nach der Verzögerungszeit t_h.DD1.3und das Element DD1.3 wird geschaltet und an den Eingängen R0 der Zähler DD2, DD3 erscheint der Pegel 1 (Abb. 3, g) und nach der Zeit t. Zurücksetzen werden die Zähler auf Null gesetzt. Dadurch wird nach der Schaltzeit t_h.DD4 Am Ausgang des Decoders DD4 (Abb. 1, e) erscheint wieder die Ebene 3 und der Schlüssel öffnet sich.

Fig. 3

Die Dauer des Tastensperrimpulses wird durch die Gesamtverzögerungszeit t bestimmt_h.DD1.3+t_{zurücksetzen}+t_h.DD4 und beträgt im beschriebenen Fall ca. 60 ns. Dies reicht aus, um einen Impuls mit einer Dauer von etwa 50 ns aus der Sequenz auszuschließen.

Die Frequenzwerte des Ausgangssignals, die aus den Impulsen eines Quarzoszillators mit einer Wiederholfrequenz f = 10143,57 kHz mit vier Möglichkeiten zum Anschluss der Decodereingänge an die Zählerausgänge entsprechend n = 67, 68, 70, 71 erhalten werden, sind in der Tabelle zusammengefasst, wobei df die Wiederholungsrate der Sperrimpulse am Ausgang des Decoders ist (für Messungen wurde ein Ch3-33-Frequenzmesser verwendet). Wie Sie sehen können, wird der Frequenzwert, der dem erforderlichen Wert (10000 kHz) am nächsten kommt, bei n = 71 erreicht (eine weitere Verringerung der Frequenz wird durch die Auswahl des Kondensators C1 erreicht).

Impulszahl	Frequenz, kHz
	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

Bei einer längeren Dauer der Quarzoszillatorimpulse als der Sperrimpulse gelangen die ausgeschlossenen Impulse teilweise zum Ausgang des Geräts und stören den Prozess der Gewinnung eines Signals mit der erforderlichen Frequenz. Der einfachste Weg, diesen Nachteil zu beseitigen, besteht darin, das Tastverhältnis der vom Generator kommenden Impulse zu erhöhen. Der Duty-Cycle-Konverter kann nach dem in Abb. gezeigten Schema ausgeführt werden. 4 und beschrieben in [4].

Fig. 4

Das Zeitdiagramm seiner Funktionsweise ist in Abb. dargestellt. 5. Das Gerät wird zwischen den Elementen DD1.1 und DD1.2 des Frequenzumrichters angeschlossen. Die Impulse am Ausgang des Elements DD1.2 haben in diesem Fall eine Dauer, die der Gesamtverzögerungszeit der Elemente DD5.1-DD5.3 (45...55 ns) bei jeder Frequenz des Quarzoszillators entspricht.

Fig. 5

Der beschriebene Frequenzumrichter verfügt über eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen. Durch die vollständige Nutzung des Zählers und Decoders ist es möglich, jeden 2-256. Impuls zu blockieren, d genaue Werte und niedrigere Frequenzen zu den niedrigsten Kosten.

Das Gerät kann als „Splitter“ der Eingangsfrequenz in zwei Komponenten verwendet werden: f₀ und df. In diesem Fall haben die vom Decoderausgang entnommenen Impulse eine konstante Wiederholungsperiode und der Frequenzteilungsfaktor des Quarzoszillatorsignals ist gleich f / df. Durch das Setzen logischer Schlüssel zwischen den Ausgängen des Zählers und den Eingängen des Decoders können Sie den Teilungsfaktor des Geräts mit binären Codesignalen direkt steuern und in Code-Frequenz-Wandlern, Frequenzmodulatoren usw. verwenden.

Der Konverter kann auch erfolgreich für die fraktionale Frequenzmultiplikation (mit einer nicht ganzzahligen Anzahl) verwendet werden, indem die Additionsoperation f implementiert wird₀=f+df. Dazu ist es notwendig, jeden Impuls mit der Zahl n=f/df in zwei Teile zu „schneiden“ und so der ursprünglichen Sequenz weitere Impulse hinzuzufügen. Es ist sehr einfach, die gewünschte Betriebsart zu erhalten: Es reicht aus, die R2C2-Verzögerungsschaltung auf die Schaltung zu übertragen, über die die Impulse vom Ausgang des DD4-Decoders an Pin 12 des DD1.4-Elements geleitet werden. In diesem Fall muss der Sperrimpuls um mindestens 70 ... 100 ns kürzer als der Generatorimpuls sein (für Mikroschaltungen der Serie K155). Bei kurzer Dauer der Generatorimpulse ist anstelle des DD1.2-Elements ein Tastverhältniswandler enthalten (Abb. 4).

Das Zeitdiagramm des Gerätebetriebs in diesem Fall ist in Abb. 6.

Fig. 6

Im Multiplikationsmodus wurde der Wandler mit einem Quarzresonator für eine Frequenz f = 1014,36 kHz getestet: mit n = 68 die Frequenz f₀=1029,277 kHz. Es ist zu beachten, dass es für einen zuverlässigen Betrieb des Wandlers erforderlich sein kann, die Verzögerungszeit t im Bereich von 10...30 ns zu wählen.

Literatur

1. Biryukov S.A. Digitale Amateurfunkgeräte. - M.: Radio und Kommunikation, 1982, S. 16.
2. Iliodorov V. Bruchteiler und Frequenzmultiplikatoren. – Radio, 1981, Nr. 9, S. 59.
3. Bashkankov P. Quarzgenerator. - Radio. 1981, Nr. 1, p. 60.
4. Batushev V. A., Veniaminov V. N., Kovalev V. G. und andere. Mikroschaltungen und ihre Anwendung, - M.: Energy, 1978, p. 292

Autor: A.Samoilenko, Noworossijsk

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