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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Convertisseur de fréquence numérique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur Les impulsions avec un taux de répétition stable sont généralement formées à partir d'un signal d'oscillateur à cristal à l'aide d'un diviseur qui abaisse sa fréquence du nombre de fois requis (généralement entier). Cependant, il existe des cas fréquents où, en raison de l'absence du résonateur à quartz requis, le rapport des fréquences initiales et requises n'est pas entier, et il est alors nécessaire d'utiliser des diviseurs avec un facteur de conversion fractionnaire [1, 2]. Certes, la période des oscillations qu'ils forment n'est pas constante, mais dans certains appareils, cela n'a pas d'importance. Les lecteurs se voient proposer une autre version d'un tel appareil dont le principe de fonctionnement est le suivant. Si nous représentons la fréquence du signal du générateur f comme la somme de la valeur requise f0 et erreur absolue df, puis pour obtenir la fréquence f0 il suffit d'effectuer l'opération de soustraction : f0=f-df. En pratique, cela revient à éliminer de la séquence d'impulsions à taux de répétition f chaque impulsion de nombre n = f/df, arrondi à l'entier supérieur. Par exemple, si f=10147 kHz, af0\u10000d 147 kHz, puis df \u10147d 147 Hz et n \u69,27d 69 / 69 \uXNUMXd XNUMX, soit XNUMX. Par conséquent, en excluant chaque XNUMXème impulsion de la séquence d'origine, nous obtenons f0=ff/69=10147-10147/69=9999,943 kHz. Dans ce cas, l'erreur relative due à l'arrondi du numéro de l'impulsion éliminée est de -5,7 * 10-6 et peut être facilement éliminé en ajustant le générateur. Le schéma fonctionnel du convertisseur de fréquence qui implémente cette méthode est illustré à la fig. 1. Le compteur D1, le décodeur D2 et le générateur d'impulsions de remise à zéro et de verrouillage G2 forment un diviseur de fréquence avec un facteur de conversion n. Lorsqu'une impulsion de numéro n arrive de l'oscillateur à quartz G1, un signal apparaît à la sortie du décodeur D2, qui rend passant l'oscillateur G2. L'impulsion unique générée par celle-ci arrive sur l'une des entrées de la touche D3, la bloquant, et met en même temps le compteur D1 à zéro. La ligne à retard DT1 retarde les impulsions de l'oscillateur à cristal G1 d'un temps égal ou légèrement supérieur au retard de fonctionnement des noeuds diviseurs. Ceci assure la réception simultanée de signaux aux entrées du commutateur D3, et si la durée d'impulsion du générateur G2 est suffisante, l'impulsion de numéro n est exclue de la séquence. Après cela, un nouveau cycle de fonctionnement du convertisseur commence.
Un diagramme schématique d'un convertisseur d'impulsions d'un oscillateur à quartz avec un taux de répétition f = 10143,57 kHz à n = 68 est représenté sur la fig. 2. L'oscillateur à cristal est réalisé sur l'élément DD1.1 selon le schéma décrit dans [3]. Élément DD1.2 - tampon. Le compteur est réalisé sur les microcircuits DD2, DD3, le décodeur - sur l'élément DD4. Le retard dans le passage des impulsions de l'oscillateur à cristal vers la touche DD1.4 est assuré par le circuit R2C2. Le temps de retard (t=R2С2) aux calibres indiqués sur le schéma est approximativement égal à 16 ns. Il n'y a pas de générateur d'impulsions de réinitialisation et de blocage explicite. Sa fonction est assurée par l'élément DD1.3 et les microcircuits DD2 - DD4 correctement connectés.
Le fonctionnement du convertisseur est expliqué par le chronogramme représenté sur la fig. 3. Au moment où la 2ème impulsion du générateur arrive aux entrées du compteur DD4 et du décodeur DD68 (Fig. 3, a), le niveau 1 est réglé à toutes les entrées du décodeur (Fig. 3, c-e) et avec un délai pour l'heure d'allumage (th.DD4) le niveau 0 apparaît à sa sortie (Fig. 3, e), affectant l'une des entrées de la touche DD1.4. En raison d'un retard de temps t, approximativement égal à th.DD4, l'autre entrée de la clé reçoit simultanément la 68ème impulsion du générateur (Fig. 3, b), cependant, elle ne passe pas à la sortie de l'appareil, puisque la clé est fermée (Fig. 3, h). Après le temps de retard th.DD1.3et l'élément DD1.3 est commuté et aux entrées R0 des compteurs DD2, DD3, le niveau 1 apparaît (Fig. 3, g) et après le temps t.réinitialisation, les compteurs sont remis à zéro. En conséquence, après le temps de commutation th.DD4 le niveau 4 apparaît à nouveau à la sortie du décodeur DD1 (Fig. 3, e) et la clé s'ouvre.
La durée de l'impulsion de blocage des touches est déterminée par le temps de retard total th.DD1.3+tréinitialiser+th.DD4 et dans le cas décrit est d'environ 60 ns. Cela suffit pour exclure de la séquence une impulsion d’une durée d’environ 50 ns. Les valeurs de fréquence du signal de sortie obtenues à partir des impulsions d'un oscillateur à quartz avec un taux de répétition f = 10143,57 kHz avec quatre options de connexion des entrées du décodeur aux sorties du compteur correspondant à n = 67, 68, 70, 71, sont résumé dans le tableau, où df est le taux de répétition des impulsions de blocage à la sortie du décodeur (pour les mesures, un fréquencemètre Ch3-33 a été utilisé). Comme vous pouvez le constater, la valeur de fréquence la plus proche de celle requise (10000 71 kHz) est obtenue à n = 1 (une diminution supplémentaire de la fréquence est obtenue en sélectionnant le condensateur CXNUMX).
Avec une durée des impulsions de l'oscillateur à quartz plus longue que celles bloquantes, les impulsions exclues passeront partiellement à la sortie de l'appareil et perturberont le processus d'obtention d'un signal de la fréquence requise. Le moyen le plus simple d'éliminer cet inconvénient est d'augmenter le rapport cyclique des impulsions provenant du générateur. Le convertisseur de rapport cyclique peut être réalisé selon le schéma illustré à la Fig. 4 et décrit dans [4].
Le chronogramme de son fonctionnement est présenté sur la Fig. 5. L'appareil est connecté entre les éléments DD1.1 et DD1.2 du convertisseur de fréquence. Les impulsions à la sortie de l'élément DD1.2 auront dans ce cas une durée égale au temps de retard total des éléments DD5.1-DD5.3 (45...55 ns) à n'importe quelle fréquence de l'oscillateur à cristal.
Le convertisseur de fréquence décrit possède une large gamme de fonctionnalités supplémentaires. En utilisant pleinement le compteur et le décodeur, il est possible de bloquer toutes les 2-256ème impulsions, c'est-à-dire de changer le facteur de division de 2 à 1 + 1/256, et, en faisant varier la capacité du compteur et en incluant plusieurs convertisseurs en série, obtenir des valeurs précises et des fréquences plus basses au moindre coût. L'appareil peut être utilisé comme « séparateur » de la fréquence d'entrée en deux composants : f0 et df. Dans ce cas, les impulsions extraites de la sortie du décodeur auront une période de répétition constante et le facteur de division en fréquence du signal de l'oscillateur à cristal sera égal à f/df. En définissant des clés logiques entre les sorties du compteur et les entrées du décodeur, vous pouvez contrôler directement le facteur de division de l'appareil avec des signaux de code binaire et l'utiliser dans des convertisseurs code-fréquence, dans des modulateurs de fréquence, etc. Le convertisseur peut également être utilisé avec succès pour la multiplication fractionnaire de fréquence (par un nombre de fois non entier) en mettant en œuvre l'opération d'addition f0=f+df. Pour ce faire, il est nécessaire de "couper" chaque impulsion de nombre n=f/df en deux parties, ajoutant ainsi des impulsions supplémentaires à la séquence originale. Il est très simple d'obtenir le mode de fonctionnement souhaité : il suffit de transférer le circuit à retard R2C2 vers le circuit à travers lequel les impulsions de la sortie du décodeur DD4 sont envoyées à la broche 12 de l'élément DD1.4. Dans ce cas, l'impulsion de blocage doit être plus courte que l'impulsion du générateur d'au moins 70 ... 100 ns (pour les microcircuits de la série K155). Avec une courte durée des impulsions du générateur, au lieu de l'élément DD1.2, un convertisseur de rapport cyclique est inclus (Fig. 4). Le chronogramme de l'appareil dans ce cas est illustré à la Fig. 6.
En mode multiplication, le convertisseur a été testé avec un résonateur à quartz pour une fréquence f = 1014,36 kHz : avec n = 68, la fréquence f0=1029,277 kHz. Il convient de garder à l'esprit que pour un fonctionnement fiable du convertisseur, il peut être nécessaire de sélectionner le temps de retard t compris entre 10 et 30 ns. littérature
Auteur : A. Samoilenko, Novorossiysk
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