Convertisseur de fréquence numérique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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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 l'on représente la fréquence f du signal générateur comme la somme de la valeur requise fo et de l'erreur absolue dt, alors pour obtenir la fréquence fo il suffit d'effectuer l'opération de soustraction : fo=f-df. En pratique, cela revient à éliminer de la séquence d'impulsions avec un taux de répétition f de chaque impulsion au nombre n=f/df, arrondi à l'entier le plus proche. Par exemple, si f=10147 kHz, a fo=10000 kHz, alors df=147 kHz et n=10147/147=69,27, soit 69. Par conséquent, en excluant chaque 69e impulsion de la séquence d'origine, on obtient fo= ff/69 ==10147- 10147/69=9999,943 kHz. Dans ce cas, l'erreur relative due à l'arrondissement du nombre d'impulsions éliminées est de -5,7 * 10-6 et peut être facilement éliminée 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 schéma de principe d'un convertisseur d'impulsions d'un oscillateur à quartz avec un taux de répétition f = 10143,57 kHz à n = 68 est illustré à 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 à la clé DD1.4 est assuré par le circuit R2C2. Le temps de retard (t=R2С2) aux valeurs nominales indiquées sur le schéma est approximativement égal à 16 ns. Il n'y a pas de générateur d'impulsions explicite de réinitialisation et de blocage. Sa fonction est remplie 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 2e impulsion du générateur arrive aux entrées du compteur DD4 et du décodeur DD68 (Fig.3, a), le niveau 1 est défini sur toutes les entrées du décodeur (Fig.3, c-d) et avec un retard pour le tour -le temps de marche (tz.DD4) sur sa sortie est au niveau 0 (Fig. 3, e), affectant l'une des entrées de la clé DD1.4. En raison du retard pour le temps t, approximativement égal à tg.DD4, la 68e impulsion du générateur arrive simultanément à l'autre entrée de la clé (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 td.DD1.3 est commuté et l'élément DD1.3 aux entrées RO des compteurs DD2, DD3 niveau 1 apparaît (Fig. 3, g) et après le temps td.reset les compteurs sont remis à zéro. En conséquence, après le temps de commutation ts.DD4, le niveau 4 réapparaît à la sortie du décodeur DD1 (Fig. 3, f) et la clé s'ouvre.

La durée de l'impulsion de blocage de touche est déterminée par le temps de retard total td.DD1.3+td.reset+td.DD4 et dans le cas décrit est d'environ 60 ns. Ceci est suffisant pour exclure une impulsion d'une durée d'environ 50 ns de la séquence.

Les valeurs de fréquence du signal de sortie obtenues à partir des impulsions d'un oscillateur à quartz avec un taux de répétition f = 10 143,57 kHz pour quatre options de connexion des entrées du décodeur aux sorties du compteur, correspondant à n = 67, 68, 70, 71 , sont résumées dans le tableau, où dt est la fréquence 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 voir, la valeur de fréquence la plus proche de celle requise (10000 kHz) est obtenue à n = 71 (une nouvelle diminution de fréquence est obtenue en sélectionnant le condensateur C1).

Avec une durée des impulsions de l'oscillateur à quartz plus longue que celles de blocage, 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 représenté 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.

Ris.4

Ris.5

Le convertisseur de fréquence décrit présente une large gamme de fonctionnalités supplémentaires. En utilisant intégralement le compteur et le décodeur, il est possible de bloquer toutes les 2-256 impulsions, c'est-à-dire de changer le facteur de division de 2 à 1'/256, et, en faisant varier la capacité du compteur et en incluant plusieurs convertisseurs en série, de obtenir des valeurs précises et des fréquences plus basses au moindre coût.

L'appareil peut être utilisé comme "diviseur" de la fréquence d'entrée en deux composantes : fo et df. Dans ce cas, les impulsions extraites de la sortie du décodeur auront une période de répétition constante et le facteur de division de 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 appliqué avec succès pour la multiplication de fréquence fractionnaire (pas un nombre entier de fois), en mettant en œuvre l'opération d'addition fo=f+df. Pour cela, il faut "couper" chaque impulsion de numéro n=f/df en deux parties, ajoutant ainsi des impulsions supplémentaires à la séquence d'origine. 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 transmises 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 du fonctionnement 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 fo = 1029,277 kHz a été obtenue.

Fig. 6

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 dans la plage de 10 à 30 ns.

littérature

1. Biryukov S. A. Appareils numériques radioamateurs.- M.: Radio et communication, 1982, p. 16.
2. Iliodorov V. Diviseurs fractionnaires et multiplicateurs de fréquence.- Radio, 1981, n° 9, p. 59.
3. Bashkankov P. Générateur à quartz.- Radio. 1981, n° 1, p. 60.
4. Batushev V. A., Veniaminov V. N., Kovalev V. G. et al Microcircuits et leur application, - M.: Energy, 1978, p. 292

Auteur : A. Samoilenko, Novorossiysk ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru

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