第2章頻率合成器的工作原理與主要部件

鎖相與頻率合成第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件1.頻率合成技術:即:將一個高穩(wěn)定度和高精度的標準頻率信號(經(jīng)過加,減,乘,除)四則運算,產(chǎn)生同樣高穩(wěn)定度和高精度的大量離散頻率的技術.第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件2.頻率合成器(頻率綜合器):即:根據(jù)頻率合成原理所組成的設備或儀器稱為頻率合成器.第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件3.分類:按其合成的型式分為:

直接頻率合成法鎖相頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法§2-1頻率合成的方法及其工作原理§2-1頻率合成的方法及其工作原理§2-1-1直接頻率合成法直接頻率合成法是將基準信號通過脈沖形成電路(諧波發(fā)生器),產(chǎn)生各次諧波,再經(jīng)過混頻,分頻,倍頻,濾波等進行頻率變換和組合,最后產(chǎn)生大量的所需的離散信號.§2-1頻率合成的方法及其工作原理§2-1頻率合成的方法及其工作原理直接頻率合成法優(yōu)點:頻率轉換時間短,可得到任意小數(shù)值的頻率增量缺點:其合成的頻率范圍將受限制,且采用了大量的混頻,分頻,倍頻,濾波等裝置,使合成器不僅體積增大,成本增高.而且輸出的諧波的噪聲及寄生頻率難以抑制.§2-1頻率合成的方法及其工作原理§2-1-2鎖相頻率合成法是一種通過晶體振蕩器產(chǎn)生的標準信號,在給定的范圍內,產(chǎn)生同穩(wěn)定度的大量的離散頻率信號.§2-1頻率合成的方法及其工作原理一.脈控鎖相法脈控鎖相式頻率合成器是一種鎖相電壓控制振蕩器.§2-1頻率合成的方法及其工作原理優(yōu)點:電路結構簡單,可以得到較高的指標.缺點:對VCO精度要求較高,要求在以內,如果超過這個范圍,環(huán)路就會鎖定在鄰近的諧波上,造成頻道選擇困難,而且倍頻次數(shù)越高,分辨率就越差,因此,此方法提供的頻道數(shù)有限.§2-1頻率合成的方法及其工作原理二.數(shù)字鎖相法數(shù)字式頻率合成器是鎖相式頻率合成器的一種特例,其區(qū)別在于鎖相環(huán)路中插入變頻分頻器.§2-1頻率合成的方法及其工作原理優(yōu)點:此鎖相環(huán)相當于一個窄帶跟蹤濾波器,具有良好的窄帶跟蹤特性和抑制輸入信號的寄生干擾能力,節(jié)省了大量的濾波器.有利于集成化,小型化.而且如果VCO具有較高的短期頻率穩(wěn)定度,晶體振蕩器具有較高的長期穩(wěn)定度,即能得到高質量的信號輸出,故在實際中得到廣泛的應用.§2-2數(shù)字鑒相器§2-2數(shù)字鑒相器在鎖相式頻率合成器中,采用的鑒相器種類較多.一.鑒相器的分類按鑒相特性:正弦形鑒相器鋸齒形鑒相器三角形鑒相器按電路性質分為:模擬鑒相器數(shù)字鑒相器

§2-2數(shù)字鑒相器二.數(shù)字鑒相器的基本要求:(1)具有較大的鑒相靈敏度(2)紋波輸出小(3)鑒相特性線性區(qū)域大(4)具有鑒頻能力§2-2-1門鑒相器-----與非門1.與非門VRVVVd110011101001§2-2-1門鑒相器-----與非門基準信號VR與VV比較信號的占空比均為1:1,其相差均為§2-2-1門鑒相器-----與非門由此,可以畫出與非門鑒相器的關系圖§2-2-1門鑒相器-----異或門§2-2-1門鑒相器-----異或門§2-2-1門鑒相器-----異或門從圖中可以看出,異或門輸出的波形為輸入波形周期的一半§2-2-1門鑒相器-----異或門§2-2-1門鑒相器-----異或門異或門鑒相器具有三角形鑒相特性,其鑒相靈敏度是與非門鑒相器的兩倍,重復頻率也擴大一倍,從而使輸出平均電壓紋波減小.§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----RS觸發(fā)器一.RS觸發(fā)器§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----RS觸發(fā)器§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----RS觸發(fā)器§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----JK觸發(fā)器二.JK觸發(fā)器§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----JK觸發(fā)器其為下降沿觸發(fā)當時§2-2-2觸發(fā)器鑒相器-----JK觸發(fā)器(1)鑒相器的輸出電壓Vd與相位差成線性關系,其線性范圍是.(2)因為觸發(fā)器是邊沿觸發(fā),因此與輸入信號的占空比不相關.(3)當環(huán)路鎖定時,存在恒定的相位差.(4)電路集成化,使用方便.三.觸發(fā)器鑒相器的特點§2-2-3數(shù)字式鑒頻鑒相器數(shù)字式鑒頻鑒相器是一種新型的鑒相電路,它利用輸入信號的跳變沿觸發(fā)工作,屬于邊緣控制數(shù)字式鑒頻鑒相器.它既能鑒相,又能鑒頻.它只是對兩輸入信號的跳變沿進行比較,因此對輸入信號的占空比無固定要求,性能優(yōu)越.§2-2-3數(shù)字式鑒頻鑒相器數(shù)字式鑒頻鑒相器分為:電壓型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器一.電壓型鑒頻鑒相器ST002--------由數(shù)字比相器,恒壓泵電路,有源比例積分濾波器構成一.電壓型鑒頻鑒相器1.數(shù)字比相器由9塊與非門電路組成波形圖圖5-10T4044同頻鑒相波形(a)R與V同相；(b)R滯后V；(c)R超前V一.電壓型鑒頻鑒相器結論:(1)此比相器只對輸入脈沖信號的下降沿有比相作用,而脈沖上升沿不影響輸出電平.即對輸入脈沖的寬度無一定要求.(2)由與非門2,3和4,5組成的兩個RS觸發(fā)器具有記憶正負相位差的作用,它是此比相器的關鍵部件.而與非門8具有比相后的復原作用.一.電壓型鑒頻鑒相器2.恒壓泵電路(書P56)一.電壓型鑒頻鑒相器3.鑒頻原理當輸入信號基準信號和比較信號的相位差超過,電路就自動進入到鑒頻狀態(tài).波形圖一.電壓型鑒頻鑒相器4.鑒頻和鑒相特性(1)鑒相特性一.電壓型鑒頻鑒相器端輸出的平均直流電壓為一.電壓型鑒頻鑒相器(2)鑒頻特性一.電壓型鑒頻鑒相器端輸出的平均直流電壓為一.電壓型鑒頻鑒相器同理一.電壓型鑒頻鑒相器從特性曲線可見:鑒頻特性曲線呈S形狀,當頻差越大(即n越大),鑒頻輸出的控制電壓也越大,使VCO的頻率變化也越大,使比較信號fv趨于fR,當fv=fR時,鑒頻狀態(tài)自動轉入鑒相狀態(tài),然后達到相位的鎖定.故這種數(shù)字鑒相器將鑒頻與鑒相密切結合,使用方便.一.電壓型鑒頻鑒相器特點:(1)電路具有鑒頻和鑒相的功能.(2)電路能夠全集成化,使用方便.(3)鑒相范圍寬,輸出紋波小.(4)對輸入信號方波的占空比無特定要求.(5)在環(huán)路鎖定時,無靜態(tài)相位差.(6)要求輸入信號具有較高的信噪比.二.電流型鑒頻鑒相器該鑒相器的基本特點是將相位差的變化轉化為電流的充放電的過程,如圖所示二.電流型鑒頻鑒相器當,開關指向a點,電流向低通濾波器充電.當,開關指向b點,電流向低通濾波器放電.此鑒相器接入環(huán)路且環(huán)路鎖定時二.電流型鑒頻鑒相器充放電電流相等,即|-I|=I,這時,鑒相器經(jīng)過低通濾波器后輸出穩(wěn)定的直流電壓.此鑒相器的主要優(yōu)點是環(huán)路穩(wěn)定,無靜態(tài)相差的存在.環(huán)路鎖定時二.電流型鑒頻鑒相器數(shù)字式電流鑒相器整個電路由數(shù)字比相器,電流開關,積分濾波網(wǎng)絡三部分組成.其中集成塊T1,T2與F構成數(shù)字比相器.D1,D2,BG1,BG2構成電路開關.BG1為充電電流開關.BG2為放電電流開關.二.電流型鑒頻鑒相器C1,C2和R構成積分濾波網(wǎng)絡.場效應管BG3為源極輸出器,誤差電壓從源極輸出,加到壓控振蕩器上去控制VCO頻率的變化.二.電流型鑒頻鑒相器數(shù)字比相器對兩個輸入信號進行比相,比相后電流開關在A點產(chǎn)生充電或放電電流I(t).I(t)的寬度反映了兩個輸入信號的相位差值.I(t)的極性反映了兩個輸入信號的相位差的正或負值.二.電流型鑒頻鑒相器電流的平均值應為直流分量即為時間的函數(shù).二.電流型鑒頻鑒相器設積分網(wǎng)絡C1,C2,R的阻抗為二.電流型鑒頻鑒相器代入拉氏變換二.電流型鑒頻鑒相器--------理想積分濾波器的傳遞函數(shù)--------RC積分濾波器的傳遞函數(shù)由此可知電流型鑒相器的積分濾波網(wǎng)絡可以等效為一理想二.電流型鑒頻鑒相器積分濾波器與RC積分濾波器的串聯(lián),其作用是使環(huán)路具有理想二階環(huán)的特點,并加強了對紋波和噪聲的進一步的濾除,有利于提高環(huán)路的性能.采用電流型鑒相器的鎖相環(huán)路具有如下的特點:(1)環(huán)路的相位鎖定性能具有理想二階環(huán)的特點.(2)不僅具有鑒相功能,還具有鑒頻功能.(3)鑒相范圍寬,捕捉帶等于同步帶(4)輸出紋波小(5)電路便于集成,調試方便,性能可靠.§2-3壓控振蕩器§2-3壓控振蕩器一.對于壓控振蕩器,一般應該考慮如下的要求:(1)有一定的壓控靈敏度K0(2)控制特性的線性好(3)頻率覆蓋范圍大(4)輸出幅值的平穩(wěn)度好(5)開環(huán)的相位噪聲低,頻譜純度高(6)頻率的穩(wěn)定度高(短期和長期)§2-3壓控振蕩器二.壓控振蕩器的分類:(1)LC壓控振蕩器(2)負阻壓控振蕩器(3)RC壓控振蕩器(4)晶體壓控振蕩器(VCXO)§2-3壓控振蕩器其中:LC壓控振蕩器和負阻壓控振蕩器可產(chǎn)生很高的頻率(幾百KHz~幾百MHz),但是控制線性比較差,頻率穩(wěn)定度較VCXO差.RC壓控振蕩器頻率控制范圍最寬,可達100%,線性度也較好,但是頻率穩(wěn)定度比較差,工作頻率低(幾十KHz~幾十MHz).晶體壓控振蕩器頻率穩(wěn)定度極高,但頻率覆蓋范圍小,只能在萬分之幾到千分之幾內變化,壓控靈敏度較低.§2-3壓控振蕩器三.鎖相環(huán)路中控制VCO頻率的方法:主要有兩種:1.直接改變振蕩回路的元件(如C,L,R)的數(shù)值.2.控制多諧振蕩器中定時元件的充放電的電流和電壓.§2-3-1集成負阻壓控振蕩器一.所謂負阻壓控振蕩器,是指采用具有“負阻”特性的器件構成的自激振蕩電路,這種振蕩器的振蕩回路的兩個端點與負阻器件相連接.負阻器件具有如圖所示的伏安特性:存在電流隨著電壓的升高而下降的區(qū)域,電流是電壓的單值函數(shù).具體的電路如圖2-29所示二.E1648負阻VCO的工作原理§2-3-1集成負阻壓控振蕩器1.BG1~BG5是為各級晶體管可設立的直流偏置電路§2-3-1集成負阻壓控振蕩器2.BG6~BG8是組成負阻壓控振蕩器的主要部件.BG8使振蕩電流I0為恒定值,相當于恒流源.下面推導負阻關系§2-3-1集成負阻壓控振蕩器3.BG9可維持振蕩幅度的穩(wěn)定.§2-3-1集成負阻壓控振蕩器4.為了得到正弦信號輸出,只要AGC輸入短加入適當?shù)呢撈珘?使振蕩幅度減小,經(jīng)過BG10,BG11放大后,使差分對管BG12,BG13處于放大狀態(tài)而不處于開關狀態(tài),由射極跟隨器BG14輸出后,就可得到正弦波的輸出.§2-3-1集成負阻壓控振蕩器三.負載VCO的參數(shù)1.負阻VCO的振蕩頻率(設計振蕩回路的依據(jù))§2-3-1集成負阻壓控振蕩器實踐證明:此VCO質量指標優(yōu)于LC壓控振蕩器.其頻率穩(wěn)定度,相位噪聲低,輸出幅度大且平坦,調整方便,重量輕,體積小.可靠性高等優(yōu)點.§2-3-3電流控制型壓控振蕩器在單片集成鎖相環(huán)中常使用這種VCO.如圖2-31(p69)或非門A,B構成RS觸發(fā)器,其置位復位受電容CT電平的控制.NMOS的G極加高電壓導通PMOS的G極加低電壓導通一.工作原理1.初始時刻,或非門A,B輸出為A=1,B=0則SW1中:P1導通,N1截止.

SW2中:N2導通,P2截止.CT以恒流源I0A=1B=0§2-3-3電流控制型壓控振蕩器且有即其中為門E輸入轉移電壓.(一般為4V)

當達到門E的轉移電壓時,則輸出E=0,D=1,A=0(即A由1翻轉為0)同理E=0,C=0,B=1(即B由0翻轉為1)

此時,SW1中:N1導通,P1截止.SW2中:P2導通,N2截止.A=0B=1§2-3-3電流控制型壓控振蕩器由于E門和C門具有相同的轉移電壓振蕩周期§2-3-3電流控制型壓控振蕩器振蕩頻率可見,受控制,而受控制所以與有關.§2-3-3電流控制型壓控振蕩器二.實例如圖2-32為單片集成電路的5G4046壓控振蕩器具體電路圖.BG1,R1組成的電路將控制電壓轉換為恒流源.當禁止輸入端為1時,BG4截止,電流源切斷,可使VCO停止工作.當?shù)膶娮钑r§2-3-3電流控制型壓控振蕩器BG1截止維持壓控振蕩器的最低振蕩頻率§2-3-3電流控制型壓控振蕩器一般情況下,振蕩頻率與控制電壓的關系為常數(shù)§2-4可變程序分頻器§2-4可變程序分頻器如圖2-4,可變程序分頻器位于VCO和鑒相器之間,其作用有兩個:f0§2-4可變程序分頻器1.將VCO的頻率調整到基準信號fr的附近,以便在鑒相器中使VCO頻率f0經(jīng)N分頻后的比較信號fv與fr進行比相,利用兩者的誤差信號再去改變VCO的頻率,當環(huán)路鎖定時.VCO的頻率f0=Nfr.§2-4可變程序分頻器2.改變頻率合成器,即當分頻比N改變時,

也隨之變化,于是誤差信號將去改變VCO頻率,使VCO的頻率由原來的從而達到改變頻率合成器的工作頻率.§2-4可變程序分頻器二.基本要求:1.可變分頻的分頻數(shù)N一般而言,N越小,電路越簡單;N越大,電路越復雜.2.最高工作頻率在分頻比范圍內的任意分頻比上所能達到的最高頻率.§2-4可變程序分頻器3.功率消耗(功耗)程序分頻器的功耗往往使是頻率合成器中耗電最大的部分,因此.降低功耗是必要的.主要措施:簡化邏輯電路.

減少高速邏輯電路的個數(shù)采用CMOS電路§2-4可變程序分頻器4.相位抖動由于噪聲的影響,每次轉換的時刻常發(fā)生變化,因而脈沖通過觸發(fā)器或門電路以后,器邊沿(上升沿或下降沿)發(fā)生了抖動.主要措施:提高脈沖邊沿的斜率對輸出脈沖進行選通5.穩(wěn)定性和可靠性§2-4-1可變程序分頻器的工作原理一.分頻比可變的十進制計數(shù)器1.T216引腳功能及真值表<表2-3>LD-----預置指令輸入端(低電平有效)Cr-----計數(shù)器置零輸入端(低電平有效)Cp-----計數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)PT-----電路保持控制輸入端(低電平有效)計數(shù)時P=T=1CrQAQBQCQDOC§2-4-1可變程序分頻器的工作原理A,B,C,D-------預置碼輸入端QA,QB,QC,QD------計數(shù)器輸出端OC------計數(shù)器進位輸出端QDQCQBQA最低位最高位CrQAQBQCQDOC§2-4-1可變程序分頻器的工作原理例:九置定6-----即計數(shù)器為“3”狀態(tài).計數(shù)器處于9狀態(tài)時(即1001狀態(tài)時,進位輸出端OC有一個進位脈沖輸出).<即與門M1全1出1>9置定6從預置編碼表時,可見,此時計數(shù)器處于“3”狀態(tài),QDQCQBQA=0011即QD=QC=0,QB=QA=1由此可見,“九置定法”計數(shù)器的狀態(tài)為9-N狀態(tài).§2-4-1可變程序分頻器的工作原理高位低位§2-4-1可變程序分頻器的工作原理所以,“九置定法”又稱“九置定N”例:九置定6-----即計數(shù)器預置為“3”狀態(tài).(9-6=3)§2-4-1可變程序分頻器的工作原理二.九讀出法程序分頻器的工作原理(N為所需的分頻數(shù))(1)分頻比N=6時,則計數(shù)器預置處于3狀態(tài).(即0011狀態(tài))(2)此時當Cr=Cp=P=T=1<計數(shù)狀態(tài)>Cp端輸入6個脈沖,則計數(shù)器變?yōu)?狀態(tài)(即1001),此時,Oc由0->1,輸出一個QDQCQBQAOc§2-4-1可變程序分頻器的工作原理(3)當Cp端再輸入一個脈沖時,計數(shù)器再進入0000狀態(tài)(0狀態(tài)),Oc由1->0,當Cp端再輸入九個脈沖(共10個脈沖),計數(shù)器又處于“9”狀態(tài),此時Oc由0->1,Oc又輸出一個進位脈沖.§2-4-1可變程序分頻器的工作原理結論:

由此可見:T216計數(shù)器采用九置定N計數(shù)過程:先從預置狀態(tài)開始計數(shù),當計到9狀態(tài)時,輸出一個進位脈沖,以后再輸入一個脈沖時,計數(shù)器才是0,然后再輸入9個脈沖(9狀態(tài)時),又輸出一個進位脈沖.即:實現(xiàn)先進位后置零,先計滿預置數(shù),再按十進制計數(shù).很重要!§2-4-1可變程序分頻器的工作原理例:九置定6(此時計數(shù)器的狀態(tài)為9-6=3)先輸入6個脈沖------Oc輸出一個進位脈沖.以后是每輸入10個脈沖-----Oc才輸出一個進位脈沖.對于九置定N中,9-N稱為補數(shù).所以,九置定是以9的補數(shù)進行預置定的.§2-4-1可變程序分頻器的工作原理2.九讀出法程序分頻器的工作原理P73(圖2-34)以三級T216組成的九讀出法程序分頻器進行說明.此程序分頻器的分頻可在000~999之間任意改變,現(xiàn)在我們以分頻比為567為例進行說明.個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)T216§2-4-1可變程序分頻器的工作原理567百位C3計十位C2計個位C1計(1)預置使LD=0,Cr=1,預置按照九置定法,Y=9-N(N為所需的分頻數(shù))Y為預先放在計數(shù)器中的十進制數(shù)(即計數(shù)器的狀態(tài))即補數(shù).對于分頻比為567時:個位C1:N=7,Y=9-N=9-7=2

即0010狀態(tài)十位C2:N=6,Y=9-6=9-3=3

即0011狀態(tài)百位C3:N=5,Y=9-5=9-5=4

即0100狀態(tài)此預置數(shù)由預置輸入端輸入8421碼,經(jīng)譯碼送入C1,C2,C3中.(2)計數(shù)當預置結束以后,使Cr=T=P=LD=1,即可開始計數(shù).<1>計數(shù)脈沖由A端輸入(A中初始狀態(tài)為0010)(2)當A端輸入7個脈沖后,C1呈1001(9狀態(tài));即由原先的0010(2)狀態(tài)變?yōu)?001(9狀態(tài));C1的Oc端為1,即為0->1;當A再輸入一個脈沖后,C1變?yōu)?000狀態(tài)(0狀態(tài));

C1的Oc端為1->0,

從而使M6輸出由0->1,產(chǎn)生一個正跳變,

計數(shù)器C2加1(原先狀態(tài)為0011,加1后為0100);此時,C1輸入端A共輸入7+1=8個脈沖,以后計數(shù)器C1按固定的十進制計數(shù).個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)T216001010017M6<2>如果A端(A中這時狀態(tài)為0000)(0狀態(tài))再輸入9個脈沖(即A端輸入8+9=17個脈沖),C1又呈1001(9狀態(tài));

即由原先的0000(0)狀態(tài)變?yōu)?001(9狀態(tài));C1的Oc端又由0->1當A再輸入一個脈沖后,C1又變?yōu)?000狀態(tài)(0狀態(tài));

C1的Oc端為1->0,經(jīng)M6使C2又輸入一個進位脈沖;此時,C1輸入端A共輸入17+1=18個脈沖.九讀出法是先進位后計數(shù)!!!!7+11++9+9C1計滿7個0010->1001再來一個脈沖C1:1001->0000C1向C2輸出一個進位10個脈沖中是第一個脈沖向C2進位,這就是前面所說的先進位后計數(shù)!!!!!1010同理,當A端共輸入7+1+5*10=58個脈沖時,C2呈現(xiàn)1001(9狀態(tài));實際上此時十位C2計數(shù)器輸入6個脈沖.當A端再輸入10個脈沖,C2的Oc端為1->0,經(jīng)M7與或非門作用(M7輸出由0->1),使C3(百位計數(shù)器)輸入一個進位脈沖,此時,A端共輸入58+10=68個脈沖.個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)T216(3)上面分析可見:百位C3計數(shù)器初始狀態(tài)為9-5=4狀態(tài)(0100),當A輸入68個脈沖后,C3由4狀態(tài)->5狀態(tài);當A端再送入400個脈沖時,C3就變?yōu)?狀態(tài),C1,C2變?yōu)?狀態(tài),此時A端共送入400+68=468個脈沖;如果A端再送入90個脈沖時,則C2,C3均為9狀態(tài),C1為0狀態(tài).如果A端再送入9個脈沖時,則C1,C2,C3為9狀態(tài).此時,A端共送入468+90+9=567個脈沖.!!!!!M4的輸入全為1,輸出B由1->0,輸出一個負脈沖.此負跳變脈沖,一方面由B點輸出,實現(xiàn)567分頻,作為分頻器的輸出信號.個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)T216另一方面送至C1,C2,C3的LD和T端,使LD等于0,為分頻器實現(xiàn)重新預置作準備.同時,以負跳變經(jīng)M5(T063)反相器,再打開“與或非”門M6,M7.最后還要提一下:預置過程必須在下一個循環(huán)開始之前的空隙時間內,由于這段時間的存在,使分頻器的最高工作頻率下降.個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)T216對“九讀出法”特點的總結<1>計數(shù)器輸入7個脈沖后,C1呈現(xiàn)1001(9狀態(tài)),當A再輸入一個脈沖后,C1變?yōu)?000狀態(tài),由其Oc端經(jīng)M6向C2輸入一個進位脈沖,以后C1按照十進制進行計數(shù).<2>當A輸入67個脈沖時,C1,C2均為9狀態(tài),A端再輸入一個脈沖,則C1,C2均為0狀態(tài),同時向C3輸入一個進位脈沖.對“九讀出法”特點的總結<3>當A端輸入567個脈沖后,C1C2C3均為9狀態(tài),M4的輸入全為1,使其輸出端產(chǎn)生一個負脈沖(1->0),實現(xiàn)567分頻.<4>因為B點1->0,又加在C1~C3的T,LD端為分頻器的重新預置做準備由此可見,輸入A端共計輸入567個脈沖時,則B端輸出一個負跳變脈沖,因而程序分頻器的分頻比為567.§2-4-1可變程序分頻器的工作原理三.提高可變程序分頻器速度的

-------------提前預置法.采用提前一個脈沖進行預置的程序分頻器如圖2-31P75其中C1~C3均按照1248碼工作.整個系統(tǒng)采用九讀出法,M1,M2為與或非門.M4,M5,M6為與非門.個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)M5M6M1M2M4三.提前預置法T1為JK觸發(fā)器,由脈沖的下降沿觸發(fā)工作.程序分頻器系統(tǒng)是輸入計數(shù)脈沖的上升沿為計數(shù)工作的邊沿.其工作過程如下.1.首先對各個計數(shù)器預置在432狀態(tài)(設分頻比還是567),即C1為0010狀態(tài),C2為0100狀態(tài).2.當計數(shù)循環(huán)開始時,JK觸發(fā)器T1輸出為Q=1,總輸出B=0,C1~C3再開始計數(shù),當計數(shù)器A端輸入第565個脈沖后,(此時,包括預置數(shù)在內總計數(shù)器為432+565=997個脈沖).此時C2,C3的QA=QD=1,均為高電平(即1001狀態(tài)).此時C1的QA=QB=QC=1,即0111狀態(tài),于是與非門M4=0(全高應低),迫使JK觸發(fā)器T1置0個位計數(shù)十位計數(shù)百位計數(shù)M5M6M1M2M410(迫使LD=T=0),發(fā)出預置定指令,這樣它比第566個脈沖提前半個周期送出預置定指令.CPM6M4TQTQ5665655673.當?shù)?66個脈沖進入計數(shù)器進行計數(shù)時,因預置定指令延遲到達C1~C3的輸入端(圖中虛線所示)在第565個脈沖未能使C1~C3預置,同時M4輸出低電平(M4=0),使T1保持原狀態(tài),T1=0,Q=0,當?shù)?67個脈沖到來時CPM6M4TQTQ566565567它的前沿使計數(shù)器根據(jù)預置輸入碼進行預置,同時,使第567個脈沖前沿通過與非門M6,反相觸發(fā)T1,使T1翻轉,因而又提前半個周期撤離預置定指令,以保證下一個計數(shù)循環(huán)順利進行.CPM6M4TQTQ566565567提前預置分頻器的特點一.預置定指令提前兩個脈沖在第565個脈沖之后發(fā)出.二.發(fā)出預置定指令,預置操作和撤離預置定指令在兩個周期內完成,為預置整個過程爭取了時間,同時完成了同步的過程.所以有效的提高了程序分頻器的速度.§2-4-2零讀出法分頻器§2-4-2零讀出法分頻器一.T217可逆可預置計數(shù)器零讀出法程序分頻器由三個T217級聯(lián)而成,所以先介紹T217邏輯電路的組成及其工作原理.§2-4-2零讀出法分頻器1.T217引腳功能LD-----預置指令輸入端(低電平有效)Cr-----計數(shù)器置零輸入端(高電平有效)Cp+-----計數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)Cp------計數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)QAQBQCQDCrOBOC§2-4-2零讀出法分頻器A,B,C,D-------預置碼輸入端QA,QB,QC,QD------計數(shù)器輸出端OC------加法計數(shù)器輸出脈沖進位端OB------減法計數(shù)器借位脈沖輸出端QDQCQBQA最低位最高位QAQBQCQDCrOBOC§2-4-2零讀出法分頻器2.工作原理(1)置零先使置零端Cr=1,則Cr=0,

所以各觸發(fā)器RD2=0,T217為“0000”狀態(tài).(2)預置當LD=0,則LD=1,此時若Cr=0,Cr=1,置零端不起作用.

例如:實現(xiàn)6分頻,即N=6,則預置T217的狀態(tài)為“6”,即“0110”狀態(tài).即A=0,B=1,C=1,D=0.

QAQBQCQDCrOBOC§2-4-2零讀出法分頻器(3)計數(shù)零讀出法采用減法計數(shù)!!!!!!

當Cr=0,LD=1,CP-端輸入計數(shù)脈沖此時計數(shù)器處于6狀態(tài),再計入6個脈沖,即達到滿量狀態(tài)(“0000”狀態(tài)),由OB輸出一個借位脈沖,以后計數(shù)器按十進制進行計數(shù).§2-4-2零讀出法分頻器二.零讀出法程序分頻器如圖2-38(P84)1.邏輯電路組成它由三個T217(W1,W2,W3)級聯(lián)而成,M1為與門,M2為與或非門,T1為JK觸發(fā)器,實現(xiàn)提前預置,此程序分頻器分頻比可在000~999之間變化.§2-4-2零讀出法分頻器567百位W3計十位W2計個位W1計2.工作原理.現(xiàn)在仍以分頻比為567為例來說明其工作過程.<1>預置計數(shù)開始前,各計數(shù)器按8421碼,將567直接預置到W1,W2,W3中.個位W1:0111狀態(tài)(7狀態(tài))十位W2:0110狀態(tài)(6狀態(tài))百位W3:0101狀態(tài)(5狀態(tài))<2>計數(shù),W1先開始按照減法計數(shù)

<I>當輸入A端進入7個脈沖時,W1變?yōu)椤?000”狀態(tài),由圖中可見,此時,W1的QD=0.

當A端再輸入一個脈沖時,共輸入(7+1+8個脈沖),W1為“1001”狀態(tài),由QD0->1,

此時,W1已經(jīng)完成個位分頻比任務,此時,若T1的Q無反饋的預置指令,W1將作為固定的十進制計數(shù)器進行工作.<II>如果A端(A中這時狀態(tài)為1001)(9狀態(tài))再輸入9個脈沖(即A端輸入7+1+9=17個脈沖),W1又呈0000(0狀態(tài));可見,借位脈沖是在10個計數(shù)脈沖的第一個脈沖到來時進行的,這與習慣上的減法計數(shù)是一樣.<III>如果A端再輸入50個脈沖(17+50=67),則W1,W2均為“0000”狀態(tài),此時符合OB與非門的選通條件,當A端再輸入一個脈沖,W3計數(shù)器將減1,實現(xiàn)借位.W3(0101->0100).

<IV>當A端再輸入400個脈沖(67+1+400=468),W3達到(0000狀態(tài)),滿量讀出,而W1,W2均為“1001”狀態(tài).<V>當A端再輸入90個脈沖(468+90=558),W3,W2均為(0000狀態(tài))<VI>當A端再輸入7個脈沖(558+7=565),W1為“0010”狀態(tài),此時M2觸發(fā)器的輸入全為0,輸出為1,為T1翻轉創(chuàng)造條件.0->15675661<VII>在第566個脈沖作用下,T1的Q=0(原先為1),發(fā)出預置定指令,在預置定期間,各計數(shù)器按所需的預置碼進行預置,且在預置期間,計數(shù)器不計數(shù).<VIII>在A端第567個脈沖到來時,使T翻轉成Q=1,此時,預置定指令撤銷,為下一此計數(shù)循環(huán)做好準備.T1端的負跳變脈沖作為分頻器的輸出信號.5675661§2-4-2零讀出法分頻器3.主要特點<1>此程序分頻器利用8421碼直接進行預置,不再需要預置譯碼,這樣便于和其他計算機等設備進行直接連接.<2>便于接收機/發(fā)射機共用一個頻率合成器,在接收機接收信號時,直接進行加減中頻,可省掉復雜的譯碼電路.§2-4-2零讀出法分頻器<3>采用減法計數(shù)邏輯,所以程序分頻器連接為減法計數(shù)器電路,可直接進行預置,與就讀出法相比,省掉了譯碼器和引導預置的與非門T216T217§2-4-2零讀出法分頻器<4>滿量識別電路簡單可靠,計數(shù)器可以任意多.滿量識別只有三根接線,所以便于簡化制作印刷電路版的排線和工藝.§2-4-2零讀出法分頻器存在的問題:<1>由于每一級的十進制計數(shù)器的內部各個觸發(fā)器之間存在傳輸時延,使傳輸速率沒有達到理想的程度,一般程序分頻器的速度通常只能達到單個觸發(fā)器的1/2~1/3,甚至更低.§2-4-2零讀出法分頻器<2>預置操作在各可變十進制計數(shù)器內同時進行,預置時間較長.若各可變十進制計數(shù)器需要相當高的速度,就必須增加高速器件,而高速器件太多的話,又會增加成本和功耗.§2-4-2零讀出法分頻器<3>為了提高預置速度,需要增加額外的識別和控制電路,這些電路通常必須采用高速器件.<4>可變十進制計數(shù)器的本身結構復雜,速度不容易提高,例如:T216和T217的計數(shù)頻率僅為25MHz.§2-4-3變模程序分頻器§2-4-3變模程序分頻器一.脈沖吞除原理1.一般程序分頻器的工作過程的缺點是:

前面的討論的一般程序分頻器,在工作時,其計數(shù)順序是:先個位計數(shù),然后十/百/千位計數(shù)計數(shù)時,先計尾數(shù),尾數(shù)計完后,各可變十進制計數(shù)器均為固定的÷10分頻器

§2-4-3變模程序分頻器一個計數(shù)循環(huán)完成后,再通過預置,以使得各可變程序分頻器再次獲得關于尾數(shù)的信息.由此可見,一般程序分頻器具有兩個特點:<1>由于計數(shù)器級聯(lián)(串行),所以個位計數(shù)器需要采用高速脈沖,因而承受壓力最大.<2>每個循環(huán)后要進行預置,計數(shù)過程分為先計尾數(shù)后再÷10計數(shù)階段,因而一般分頻器的工作頻率較低(約25MHz).§2-4-3變模程序分頻器2.脈沖吞除原理針對上述的情況,提出改進的新方法:<1>將個位與十位可變十進制計數(shù)器進行并行聯(lián)接.<2>將個位可變十進制計數(shù)器的計數(shù)方法進行改造,將其計尾數(shù)和÷10這兩個任務結合起來進行.具體的實現(xiàn)方法是:利用一個前置分頻器來完成.§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器有兩個分頻比(又稱:模式),即÷10和÷11,其工作模式可由外來信號控制.[舉例]:假定需要個位分頻比為4

新的方法是利用前置分頻器按照÷11模式工作4次,然后轉換為÷10模式工作,這樣前置分頻器經(jīng)過4次÷11,總共可計11×4=44個脈沖,相當于一般程序計數(shù)器4+4×10=44(先計尾數(shù)然后再÷10計數(shù))§2-4-3變模程序分頻器由于個位計數(shù)器對前置分頻器吞除的脈沖數(shù)能夠進行檢測和控制,故此種計數(shù)器又稱為吞食計數(shù)器.采用吞除技術以后,只有前置分頻器工作在輸入最高頻率上,而個位吞食計數(shù)器和十/百/千位程序分頻器的工作頻率均比輸入頻率低10倍,故此分頻器的速度大大提高.§2-4-3變模程序分頻器由于前置分頻器只有÷10和÷11兩種工作模式,所以改變分頻比的過程可以簡化,只需要一個控制信號,而且不必采用預置操作,故工作速度可以大大提高.§2-4-3變模程序分頻器二.如圖2-40所示的雙模程序分頻器,由

前置分頻器(÷10/11)

吞食計數(shù)器W1

十,百,千位程序計數(shù)器W2,W3,W4

控制邏輯電路

§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3變模程序分頻器其工作過程如下:1.在計數(shù)循環(huán)開始時,控制邏輯電路輸出一個“0”信號,使前置分頻器先按照÷11模式工作,這種模式可比固定÷10分頻比多計一個脈沖(吞食一個脈沖),其吞食脈沖數(shù)由吞食計數(shù)器(設其分頻比為Ns)記錄,其分頻比的改變可以通過預置實現(xiàn).§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3變模程序分頻器2.通常十/百/千位程序計數(shù)器W2,W3,W4的分頻比Nw>Ns.3.吞食計數(shù)器先計到滿量狀態(tài),通過滿量識別電路改送“1”電平,至前置分頻器,從而使得前置分頻器由÷11改為÷10模式,同時吞食計數(shù)器停止計數(shù).4.當十/百/千位程序計數(shù)器均計到滿量狀態(tài),經(jīng)過滿量識別電路,經(jīng)滿量識別電路,再使控制邏輯電路送出“0”電平,至前置分頻器,使其按照÷11模式工作,于是開始新的循環(huán)計數(shù).§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3變模程序分頻器如圖所示的雙模程序分頻器,其總的分頻比為:

N總=11×Ns+10(Nw-Ns)舉例:N總=567,則Ns=7,Nw=56N總=11×Ns+10(Nw-Ns)=11×7+10(56-7)=77+490=567NwNs§2-4-3變模程序分頻器此雙模程序分頻器,除÷10/11,也可按÷8/9,÷32/33,÷16/17,÷128/129等模式工作.總結規(guī)律可得÷p/p+1N總=11×Ns+10(Nw-Ns)N總=(p+1)×A+p×(N-A)§2-4-3變模程序分頻器假定吞食計數(shù)器用A分頻計數(shù)器,程序分頻計數(shù)器用N分頻計數(shù)器,則N總=(p+1)×Ns+p×(Nw-Ns)N總=(p+1)×A+p×(N-A)§2-4-3變模程序分頻器§2-4-3變模程序分頻器三.四模程序分頻器四模程序分頻器采用了二次吞除的技術.它是脈沖吞除原理的引申,它也利用控制前置分頻器及吞食脈沖數(shù)得到個位分頻比Ns1,并擴展到十位得到十位分頻比Ns2(即:每一計數(shù)循環(huán)吞食10個脈沖,相當于Ns2=1)§2-4-3變模程序分頻器§2-4-3變模程序分頻器前置分頻器工作模式,由個位和十位吞食計數(shù)器控制,由于百位和前位程序的分頻比Np均滿足: