Целочисленно-варьируемый умножитель частоты цифровых сигналов

Изложен принцип построения умножителя частоты цифровых сигналов, имеющего заданный пользователем дискретно-регулируемый коэффициент умножения частоты от 1 до нескольких десятков и сотен раз. Для этого входной сигнал прямоугольной формы с произвольным коэффициентом заполнения преобразуется в сигнал прямоугольной формы с коэффициентом заполнения до 99%, который в свою очередь преобразуется в сигнал пилообразной формы соответствующей длительности. Этот сигнал подается на вход вертикальной линейки компараторов, попарно к выходам которых подключены элементы «Исключающее ИЛИ», за счет чего формируется последовательность равномерно разнесенных по времени импульсов. Эти импульсы суммируются на выходе устройства. Количество импульсов, приходящихся на один входной импульс, определяется количеством задействованных микросхем, а также углом наклона входного пилообразного импульса. Этот угол, и, следовательно, коэффициент умножения частоты можно менять регулировкой потенциометра на входе линейки компараторов.

Широкий выбор продукции MEAN WELL для промавтоматики на складе КОМПЭЛ

Как правило, повысить частоту следования импульсов (умножить частоту их следования) удается в 2, 4, 8 и т.д. раз за счет использования последовательного включения удвоителей частоты. Ранее в работе [1] был описан ряд устройств, позволяющих утроить частоту цифрового сигнала. Недостатком этих устройств было то, что импульсы на их выходах могли быть неравномерно распределены по времени и иметь разную ширину.

Ниже описано устройство, позволяющее получить коэффициент умножения частоты входного цифрового сигнала от единицы до нескольких десятков и сотен раз.

Для этого входной сигнал прямоугольной формы, имеющий произвольный коэффициент заполнения импульсов, подвергают последовательности метаморфоз. Первой из них является преобразование входного цифрового сигнала от встроенного или внешнего генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) в импульсы прямоугольной формы с коэффициентом заполнения импульсов (КЗИ) до 99%, Рисунок 1. Вторым этапом является преобразование полученных импульсов в импульсы пилообразной формы, длительность которых равна длительности импульсов с КЗИ до 99%.

Блок-схема формирователя импульсов пилообразной формы.
Рисунок 1. Блок-схема формирователя импульсов пилообразной формы.

Вариант выполнения формирователя импульсов с КЗИ до 99% из прямоугольных входных импульсов произвольной скважности и частоты показан на Рисунке 2. Для этого входные импульсы подаются на вход одновибратора, выполненного на элементах DD1.2 и DD1.3.

Формирователь импульсов с КЗИ до 99% из прямоугольных импульсов произвольной скважности.
Рисунок 2. Формирователь импульсов с КЗИ до 99% из прямоугольных импульсов произвольной
скважности.

Сформированные таким образом импульсы поступают на вход формирователя импульсов пилообразной формы, Рисунок 3. Генератор импульсов пилообразной формы выполнен по традиционной схеме, включающей генератор стабильного тока (ГСТ) и конденсатор C. На обкладках конденсатора формируется линейно нарастающее во времени напряжение. В момент времени окончания входного импульса конденсатор мгновенно через диод VD разряжается на резистор R, после чего процесс повторяется. В качестве ГСТ можно использовать просто высокоомный резистор R.

Формирователь импульсов пилообразной формы из прямоугольных импульсов с КЗИ до 99%.
Рисунок 3. Формирователь импульсов пилообразной формы из прямоугольных
импульсов с КЗИ до 99%.

Этот узел устройства является частотно зависимым и определяет частотный диапазон входных сигналов (в пределах одной декады). Обеспечить расширение частотного диапазона работы этого узла несложно, но это тема отдельной статьи.

Собственно управляемым умножителем частоты является устройство, показанное на Рисунке 4. Устройство представляет собой классическую вертикальную линейку компараторов с линейным входным резистивным делителем напряжения. К выходам каждой пары компараторов подключены входы логического элемента «Исключающее ИЛИ». Таким образом получены многооконный компаратор [2] и формирователь прямоугольных импульсов, сдвинутых по времени. На выходах элементов «Исключающее ИЛИ» создаются последовательно разнесенные во времени импульсы прямоугольной формы, которые затем суммируются на резисторе R6 через диоды VD1–VDk. 

Многооконный компаратор и формирователь прямоугольных импульсов, сдвинутых по времени, с суммированием этих импульсов на выходе устройства.
Рисунок 4. Многооконный компаратор и формирователь прямоугольных импульсов, сдвинутых по времени,
с суммированием этих импульсов на выходе устройства.

На выходе устройства формируются импульсы, частота которых задается коэффициентом умножения, максимальное значение которого определяется количеством задействованных компараторов и элементов «Исключающее ИЛИ». Так, например, при использовании трех счетверенных в одном корпусе компараторов и двух счетверенных «Исключающее ИЛИ» максимальный коэффициент умножения частоты равен шести (на пару компараторов – один элемент «Исключающее ИЛИ»).

Максимально устанавливаемый коэффициент умножения частоты можно задавать отключением диодов, завершающих цепочку диодного сумматора VDk. Потенциометром R1, Рисунки 4 и 5, можно менять угол наклона нарастающего во времени участка сигнала пилообразной формы (регулировать амплитуду этого сигнала) и, соответственно, ступенчато менять коэффициент умножения частоты, а также регулировать равномерное распределение выходных импульсов по шкале времени. Потенциометр R7 предназначен для регулировки ширины выходных импульсов.

Ступенчатое регулирование коэффициента умножения частоты входного сигнала FВХ регулировкой потенциометра.
Рисунок 5. Ступенчатое регулирование коэффициента умножения частоты
входного сигнала FВХ регулировкой потенциометра.

Использование во входных цепях устройства делителей частоты в 2, 3 и т.д. раз позволит получить дробные значения коэффициентов умножения частоты. Предельный коэффициент умножения частоты (десятки и сотни раз) определяется разрешающей способностью компараторов, их количеством и напряжением питания устройства. Максимальная рабочая частота выходных сигналов определяется частотными свойствами элементов «Исключающее ИЛИ» и напряжением питания.

  1. Шустов М.А. Утроитель частоты цифрового сигнала.
  2. Шустов М.А. Управляемые оконные компараторы.

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 552
сейчас смотрят 48
представлено поставщиков 1575
загружено
позиций
25 067 862