Digitaler Frequenzumrichter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Digitale Technologie

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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, deren Funktionsprinzip wie folgt ist. Wenn wir die Frequenz f des Generatorsignals als Summe des erforderlichen Werts fo und des absoluten Fehlers dt darstellen, dann genügt es, um die Frequenz fo zu erhalten, die Subtraktionsoperation durchzuführen: fo = f – df. In der Praxis kommt es darauf an, aus der Folge von Pulsen mit einer Wiederholrate f jeden Puls mit der Nummer n = f/df, aufgerundet auf die nächste ganze Zahl, zu eliminieren. Wenn zum Beispiel f = 10147 kHz, a fo = 10000 kHz, dann df = 147 kHz und n = 10147/147 = 69,27, also 69. Daher erhalten wir, wenn wir jeden 69. Impuls aus der ursprünglichen Sequenz ausschließen, fo = ff/69 ==10147- 10147/69=9999,943 kHz. In diesem Fall beträgt der relative Fehler durch das Runden der Anzahl der eliminierten Impulse -5,7 * 10-6 und kann leicht durch Einstellen des Generators eliminiert 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.

Ein schematisches Diagramm eines Impulskonverters eines Quarzoszillators mit einer Wiederholungsrate f = 10143,57 kHz bei n = 68 ist in Abb. 2 dargestellt. 1.1. Der Kristalloszillator wird auf dem Element DD3 gemäß dem in [1.2] beschriebenen Schema hergestellt. Element DD2 - Puffer. Der Zähler wird auf den Mikroschaltungen DD3, DD4, dem Decoder - auf dem Element DD1.4 hergestellt. Die Verzögerung beim Durchgang von Impulsen des Kristalloszillators zum Schlüssel DD2 wird von der R2C2-Schaltung bereitgestellt. Die Verzögerungszeit (t=R2С16) bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten beträgt ungefähr 1.3 ns. Es gibt keinen expliziten Rücksetz- und Sperrimpulsgenerator. Seine Funktion wird durch das entsprechend verbundene Element DD2 und die Mikroschaltungen DD4–DDXNUMX ausgeführt.

Der Betrieb des Konverters wird durch das in Fig. 3 gezeigte Zeitdiagramm erklärt. Bis der 2. Generatorimpuls an den Eingängen des Zählers DD4 und des Decoders DD68 (Fig. 3, a) ankommt, wird an allen Eingängen des Decoders (Fig. 1, c-e) und mit einer Verzögerung für die Umdrehung der Pegel 3 gesetzt -Einschaltzeit (tz.DD4) an seinem Ausgang ist der Pegel 0 (Abb. 3, e), der einen der Eingänge des Schlüssels DD1.4 betrifft. Aufgrund der Verzögerung für die Zeit t, ungefähr gleich tz.DD4, kommt der 68. Impuls des Generators gleichzeitig am anderen Eingang des Schlüssels an (Abb. 3, b), gelangt jedoch nicht zum Ausgang des Geräts , da der Schlüssel geschlossen ist (Abb. 3, h) .

Nach der Verzögerungszeit td.DD1.3 wird geschaltet und Element DD1.3 an den Eingängen RO der Zähler DD2, DD3 erscheint Pegel 1 (Fig. 3, g) und nach der Zeit td.reset werden die Zähler auf Null gesetzt. Dadurch erscheint nach der Schaltzeit ts.DD4 am Ausgang des Decoders DD4 (Fig. 1, f) wieder Pegel 3 und der Schlüssel öffnet.

Die Dauer des Tastensperrimpulses wird durch die Gesamtverzögerungszeit td.DD1.3 + td.reset + td.DD4 bestimmt 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 aus Quarzoszillatorimpulsen mit einer Folgefrequenz f = 10 kHz gewonnenen Ausgangssignals für vier Möglichkeiten der Verbindung der Decodereingänge mit den Zählerausgängen, entsprechend n = 143,57, 67, 68, 70, sind in zusammengefasst in der Tabelle, wobei dt die blockierenden Wiederholungsfrequenzimpulse am Decoderausgang sind (für die Messungen wurde ein Frequenzmesser Ch71-3 verwendet). Wie Sie sehen können, wird der Frequenzwert, der dem erforderlichen Wert (33 kHz) am nächsten kommt, bei n = 10000 erreicht (eine weitere Frequenzreduzierung wird durch die Auswahl des Kondensators C71 erreicht).

Bei einer Dauer der Quarzoszillatorimpulse, die länger als die Sperrimpulse sind, gelangen die ausgeschlossenen Impulse teilweise zum Ausgang des Geräts und unterbrechen den Prozess des Erhaltens 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 gemäß dem in Fig. 4 gezeigten und in [4] beschriebenen Schema ausgeführt werden. Das Zeitablaufdiagramm seines Betriebs ist in Fig. 5 gezeigt. Das Gerät wird zwischen die Elemente DD1.1 und DD1.2 des Frequenzumrichters geschaltet. Die Impulse am Ausgang des Elements DD1.2 haben in diesem Fall eine Dauer gleich der Gesamtverzögerungszeit der Elemente DD5.1–DD5.3 (45...55 ns) bei jeder Frequenz des Kristalloszillators.

Ris.4

Ris.5

Der beschriebene Frequenzumrichter weist eine Vielzahl zusätzlicher Merkmale auf. Unter Verwendung des vollständigen Zählers und Decoders ist es möglich, jeden 2-256-ten Impuls zu blockieren, dh den Teilungsfaktor von 2 auf 1'/256 zu ändern, und durch Variieren der Kapazität des Zählers und Einfügen mehrerer Wandler in Reihe, um genaue Werte zu erhalten ​​und niedrigere Frequenzen zu niedrigsten Kosten.

Das Gerät kann als "Teiler" der Eingangsfrequenz in zwei Komponenten verwendet werden: fo und df. In diesem Fall haben die vom Decoderausgang entnommenen Impulse eine konstante Wiederholungsperiode, und der Frequenzteilungsfaktor des Kristalloszillatorsignals ist gleich f / df. Durch das Setzen von logischen Schlüsseln zwischen den Ausgängen des Zählers und den Eingängen des Decoders können Sie den Teilungsfaktor des Geräts direkt mit binären Codesignalen steuern und in Code-Frequenz-Umsetzern, in Frequenzmodulatoren usw. verwenden.

Der Konverter kann erfolgreich für die fraktionale Frequenzmultiplikation (nicht ganzzahlige Zeiten) verwendet werden, indem die Additionsoperation fo=f+df implementiert wird. Dazu ist es notwendig, jeden Impuls mit der Nummer n=f/df in zwei Teile zu „schneiden“ und so der ursprünglichen Sequenz zusätzliche Impulse hinzuzufügen. Es ist sehr einfach, den gewünschten Betriebsmodus zu erhalten: Es reicht aus, die Verzögerungsschaltung R2C2 auf die Schaltung zu übertragen, über die Impulse vom Ausgang des DD4-Decoders an Pin 12 des DD1.4-Elements geliefert werden. In diesem Fall muss der Sperrimpuls um mindestens 70...100 ns kürzer als der Generatorimpuls sein (für Mikroschaltungen der Serie K155). Bei kurzer Pulsdauer des Generators wird anstelle des Elements DD1.2 ein Duty-Cycle-Konverter zugeschaltet (Abb. 4). Das Zeitdiagramm des Gerätebetriebs in diesem Fall ist in Abb. dargestellt. 6. Im Multiplikationsmodus wurde der Wandler mit einem Quarzresonator bei einer Frequenz von f = 1014,36 kHz getestet: Mit n = 68 wurde eine Frequenz fo = 1029,277 kHz erhalten.

Fig. 6

Es ist zu beachten, dass es für einen zuverlässigen Betrieb des Konverters erforderlich sein kann, die Verzögerungszeit t im Bereich von 10...30 ns zu wählen.

Literatur

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

Autor: A. Samoilenko, Noworossijsk; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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