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(shù):即:將一個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)(經(jīng)過(guò)加,減,乘,除)四則運(yùn)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(shù).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(shè)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(zhǔn)信號(hào)通過(guò)脈沖形成電路(諧波發(fā)生器),產(chǎn)生各次諧波,再經(jīng)過(guò)混頻,分頻,倍頻,濾波等進(jìn)行頻率變換和組合,最后產(chǎn)生大量的所需的離散信號(hào).§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(diǎn):頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短,可得到任意小數(shù)值的頻率增量缺點(diǎn):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(guò)晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),在給定的范圍內(nèi),產(chǎn)生同穩(wěn)定度的大量的離散頻率信號(hào).§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(diǎn):電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以得到較高的指標(biāo).缺點(diǎn):對(duì)VCO精度要求較高,要求在以內(nèi),如果超過(guò)這個(gè)范圍,環(huán)路就會(huì)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(diǎn):此鎖相環(huán)相當(dāng)于一個(gè)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(hào)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(zhǎng)期穩(wěn)定度,即能得到高質(zhì)量的信號(hào)輸出,故在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)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(zhì)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(zhǔn)信號(hào)VR與VV比較信號(hào)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(guān)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(fù)頻率也擴(kuò)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(dāng)時(shí)§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(guān)系,其線性范圍是.(2)因?yàn)橛|發(fā)器是邊沿觸發(fā),因此與輸入信號(hào)的占空比不相關(guān).(3)當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),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(diǎn)§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(hào)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(duì)兩輸入信號(hào)的跳變沿進(jìn)行比較,因此對(duì)輸入信號(hào)的占空比無(wú)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(gòu)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(jié)論:(1)此比相器只對(duì)輸入脈沖信號(hào)的下降沿有比相作用,而脈沖上升沿不影響輸出電平.即對(duì)輸入脈沖的寬度無(wú)一定要求.(2)由與非門2,3和4,5組成的兩個(gè)RS觸發(fā)器具有記憶正負(fù)相位差的作用,它是此比相器的關(guān)鍵部件.而與非門8具有比相后的復(fù)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(dāng)輸入信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)和比較信號(hào)的相位差超過(guò),電路就自動(dòng)進(jìn)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(dāng)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(hào)fv趨于fR,當(dāng)fv=fR時(shí),鑒頻狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)入鑒相狀態(tài),然后達(dá)到相位的鎖定.故這種數(shù)字鑒相器將鑒頻與鑒相密切結(jié)合,使用方便.一.電壓型鑒頻鑒相器特點(diǎn):(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(duì)輸入信號(hào)方波的占空比無(wú)特定要求.(5)在環(huán)路鎖定時(shí),無(wú)靜態(tài)相位差.(6)要求輸入信號(hào)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(diǎn)是將相位差的變化轉(zhuǎn)化為電流的充放電的過(guò)程,如圖所示二.電流型鑒頻鑒相器當(dāng),開關(guān)指向a點(diǎn),電流向低通濾波器充電.當(dāng),開關(guān)指向b點(diǎn),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(shí)二.電流型鑒頻鑒相器充放電電流相等,即|-I|=I,這時(shí),鑒相器經(jīng)過(guò)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(diǎn)是環(huán)路穩(wěn)定,無(wú)靜態(tài)相差的存在.環(huán)路鎖定時(shí)二.電流型鑒頻鑒相器數(shù)字式電流鑒相器整個(gè)電路由數(shù)字比相器,電流開關(guān),積分濾波網(wǎng)絡(luò)三部分組成.其中集成塊T1,T2與F構(gòu)成數(shù)字比相器.D1,D2,BG1,BG2構(gòu)成電路開關(guān).BG1為充電電流開關(guān).BG2為放電電流開關(guān).二.電流型鑒頻鑒相器C1,C2和R構(gòu)成積分濾波網(wǎng)絡(luò).場(chǎng)效應(yīng)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(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比相,比相后電流開關(guān)在A點(diǎn)產(chǎn)生充電或放電電流I(t).I(t)的寬度反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差值.I(t)的極性反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的正或負(fù)值.二.電流型鑒頻鑒相器電流的平均值應(yīng)為直流分量即為時(shí)間的函數(shù).二.電流型鑒頻鑒相器設(shè)積分網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(diǎn),并加強(qiáng)了對(duì)紋波和噪聲的進(jìn)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(diǎn):(1)環(huán)路的相位鎖定性能具有理想二階環(huán)的特點(diǎn).(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(diào)試方便,性能可靠.§2-3壓控振蕩器§2-3壓控振蕩器一.對(duì)于壓控振蕩器,一般應(yīng)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(zhǎng)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(fù)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(fù)阻壓控振蕩器可產(chǎn)生很高的頻率(幾百KHz~幾百M(fèi)Hz),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(dá)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(wàn)分之幾到千分之幾內(nèi)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(shí)元件的充放電的電流和電壓.§2-3-1集成負(fù)阻壓控振蕩器一.所謂負(fù)阻壓控振蕩器,是指采用具有“負(fù)阻”特性的器件構(gòu)成的自激振蕩電路,這種振蕩器的振蕩回路的兩個(gè)端點(diǎn)與負(fù)阻器件相連接.負(fù)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(fù)阻VCO的工作原理§2-3-1集成負(fù)阻壓控振蕩器1.BG1~BG5是為各級(jí)晶體管可設(shè)立的直流偏置電路§2-3-1集成負(fù)阻壓控振蕩器2.BG6~BG8是組成負(fù)阻壓控振蕩器的主要部件.BG8使振蕩電流I0為恒定值,相當(dāng)于恒流源.下面推導(dǎo)負(fù)阻關(guān)系§2-3-1集成負(fù)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(fù)阻壓控振蕩器4.為了得到正弦信號(hào)輸出,只要AGC輸入短加入適當(dāng)?shù)呢?fù)偏壓,使振蕩幅度減小,經(jīng)過(guò)BG10,BG11放大后,使差分對(duì)管BG12,BG13處于放大狀態(tài)而不處于開關(guān)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(fù)阻壓控振蕩器三.負(fù)載VCO的參數(shù)1.負(fù)阻VCO的振蕩頻率(設(shè)計(jì)振蕩回路的依據(jù))§2-3-1集成負(fù)阻壓控振蕩器實(shí)踐證明:此VCO質(zhì)量指標(biāo)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(diào)整方便,重量輕,體積小.可靠性高等優(yōu)點(diǎn).§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(gòu)成RS觸發(fā)器,其置位復(fù)位受電容CT電平的控制.NMOS的G極加高電壓導(dǎo)通PMOS的G極加低電壓導(dǎo)通一.工作原理1.初始時(shí)刻,或非門A,B輸出為A=1,B=0則SW1中:P1導(dǎo)通,N1截止.

SW2中:N2導(dǎo)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(zhuǎn)移電壓.(一般為4V)

當(dāng)達(dá)到門E的轉(zhuǎn)移電壓時(shí),則輸出E=0,D=1,A=0(即A由1翻轉(zhuǎn)為0)同理E=0,C=0,B=1(即B由0翻轉(zhuǎn)為1)

此時(shí),SW1中:N1導(dǎo)通,P1截止.SW2中:P2導(dǎo)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(zhuǎn)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(guān).§2-3-3電流控制型壓控振蕩器二.實(shí)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(zhuǎn)換為恒流源.當(dāng)禁止輸入端為1時(shí),BG4截止,電流源切斷,可使VCO停止工作.當(dāng)?shù)膶?dǎo)通電阻時(shí)§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(guān)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(gè):f0§2-4可變程序分頻器1.將VCO的頻率調(diào)整到基準(zhǔn)信號(hào)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(hào)fv與fr進(jìn)行比相,利用兩者的誤差信號(hào)再去改變VCO的頻率,當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí).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(dāng)分頻比N改變時(shí),

也隨之變化,于是誤差信號(hào)將去改變VCO頻率,使VCO的頻率由原來(lái)的從而達(dá)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(jiǎn)單;N越大,電路越復(fù)雜.2.最高工作頻率在分頻比范圍內(nèi)的任意分頻比上所能達(dá)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(jiǎn)化邏輯電路.

減少高速邏輯電路的個(gè)數(shù)采用CMOS電路§2-4可變程序分頻器4.相位抖動(dòng)由于噪聲的影響,每次轉(zhuǎn)換的時(shí)刻常發(fā)生變化,因而脈沖通過(guò)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(dòng).主要措施:提高脈沖邊沿的斜率對(duì)輸出脈沖進(jìn)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(jìn)制計(jì)數(shù)器1.T216引腳功能及真值表<表2-3>LD-----預(yù)置指令輸入端(低電平有效)Cr-----計(jì)數(shù)器置零輸入端(低電平有效)Cp-----計(jì)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(jì)數(shù)時(shí)P=T=1CrQAQBQCQDOC§2-4-1可變程序分頻器的工作原理A,B,C,D-------預(yù)置碼輸入端QA,QB,QC,QD------計(jì)數(shù)器輸出端OC------計(jì)數(shù)器進(jìn)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(jì)數(shù)器為“3”狀態(tài).計(jì)數(shù)器處于9狀態(tài)時(shí)(即1001狀態(tài)時(shí),進(jìn)位輸出端OC有一個(gè)進(jìn)位脈沖輸出).<即與門M1全1出1>9置定6從預(yù)置編碼表時(shí),可見,此時(shí)計(jì)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(jì)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(jì)數(shù)器預(yù)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(shí),則計(jì)數(shù)器預(yù)置處于3狀態(tài).(即0011狀態(tài))(2)此時(shí)當(dāng)Cr=Cp=P=T=1<計(jì)數(shù)狀態(tài)>Cp端輸入6個(gè)脈沖,則計(jì)數(shù)器變?yōu)?狀態(tài)(即1001),此時(shí),Oc由0->1,輸出一個(gè)QDQCQBQAOc§2-4-1可變程序分頻器的工作原理(3)當(dāng)Cp端再輸入一個(gè)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)器再進(jìn)入0000狀態(tài)(0狀態(tài)),Oc由1->0,當(dāng)Cp端再輸入九個(gè)脈沖(共10個(gè)脈沖),計(jì)數(shù)器又處于“9”狀態(tài),此時(shí)Oc由0->1,Oc又輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.§2-4-1可變程序分頻器的工作原理結(jié)論:

由此可見:T216計(jì)數(shù)器采用九置定N計(jì)數(shù)過(guò)程:先從預(yù)置狀態(tài)開始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)到9狀態(tài)時(shí),輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖,以后再輸入一個(gè)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)器才是0,然后再輸入9個(gè)脈沖(9狀態(tài)時(shí)),又輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.即:實(shí)現(xiàn)先進(jìn)位后置零,先計(jì)滿預(yù)置數(shù),再按十進(jìn)制計(jì)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(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為9-6=3)先輸入6個(gè)脈沖------Oc輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.以后是每輸入10個(gè)脈沖-----Oc才輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.對(duì)于九置定N中,9-N稱為補(bǔ)數(shù).所以,九置定是以9的補(bǔ)數(shù)進(jìn)行預(yù)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(jí)T216組成的九讀出法程序分頻器進(jìn)行說(shuō)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(jìn)行說(shuō)明.個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216§2-4-1可變程序分頻器的工作原理567百位C3計(jì)十位C2計(jì)個(gè)位C1計(jì)(1)預(yù)置使LD=0,Cr=1,預(yù)置按照九置定法,Y=9-N(N為所需的分頻數(shù))Y為預(yù)先放在計(jì)數(shù)器中的十進(jìn)制數(shù)(即計(jì)數(shù)器的狀態(tài))即補(bǔ)數(shù).對(duì)于分頻比為567時(shí):個(gè)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(yù)置數(shù)由預(yù)置輸入端輸入8421碼,經(jīng)譯碼送入C1,C2,C3中.(2)計(jì)數(shù)當(dāng)預(yù)置結(jié)束以后,使Cr=T=P=LD=1,即可開始計(jì)數(shù).<1>計(jì)數(shù)脈沖由A端輸入(A中初始狀態(tài)為0010)(2)當(dāng)A端輸入7個(gè)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(dāng)A再輸入一個(gè)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(gè)正跳變,

計(jì)數(shù)器C2加1(原先狀態(tài)為0011,加1后為0100);此時(shí),C1輸入端A共輸入7+1=8個(gè)脈沖,以后計(jì)數(shù)器C1按固定的十進(jìn)制計(jì)數(shù).個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216001010017M6<2>如果A端(A中這時(shí)狀態(tài)為0000)(0狀態(tài))再輸入9個(gè)脈沖(即A端輸入8+9=17個(gè)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(dāng)A再輸入一個(gè)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(gè)進(jìn)位脈沖;此時(shí),C1輸入端A共輸入17+1=18個(gè)脈沖.九讀出法是先進(jìn)位后計(jì)數(shù)!!!!7+11++9+9C1計(jì)滿7個(gè)0010->1001再來(lái)一個(gè)脈沖C1:1001->0000C1向C2輸出一個(gè)進(jìn)位10個(gè)脈沖中是第一個(gè)脈沖向C2進(jìn)位,這就是前面所說(shuō)的先進(jìn)位后計(jì)數(shù)!!!!!1010同理,當(dāng)A端共輸入7+1+5*10=58個(gè)脈沖時(shí),C2呈現(xiàn)1001(9狀態(tài));實(shí)際上此時(shí)十位C2計(jì)數(shù)器輸入6個(gè)脈沖.當(dāng)A端再輸入10個(gè)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(jì)數(shù)器)輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖,此時(shí),A端共輸入58+10=68個(gè)脈沖.個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216(3)上面分析可見:百位C3計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為9-5=4狀態(tài)(0100),當(dāng)A輸入68個(gè)脈沖后,C3由4狀態(tài)->5狀態(tài);當(dāng)A端再送入400個(gè)脈沖時(shí),C3就變?yōu)?狀態(tài),C1,C2變?yōu)?狀態(tài),此時(shí)A端共送入400+68=468個(gè)脈沖;如果A端再送入90個(gè)脈沖時(shí),則C2,C3均為9狀態(tài),C1為0狀態(tài).如果A端再送入9個(gè)脈沖時(shí),則C1,C2,C3為9狀態(tài).此時(shí),A端共送入468+90+9=567個(gè)脈沖.!!!!!M4的輸入全為1,輸出B由1->0,輸出一個(gè)負(fù)脈沖.此負(fù)跳變脈沖,一方面由B點(diǎn)輸出,實(shí)現(xiàn)567分頻,作為分頻器的輸出信號(hào).個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)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(shí)現(xiàn)重新預(yù)置作準(zhǔn)備.同時(shí),以負(fù)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(yù)置過(guò)程必須在下一個(gè)循環(huán)開始之前的空隙時(shí)間內(nèi),由于這段時(shí)間的存在,使分頻器的最高工作頻率下降.個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216對(duì)“九讀出法”特點(diǎn)的總結(jié)<1>計(jì)數(shù)器輸入7個(gè)脈沖后,C1呈現(xiàn)1001(9狀態(tài)),當(dāng)A再輸入一個(gè)脈沖后,C1變?yōu)?000狀態(tài),由其Oc端經(jīng)M6向C2輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖,以后C1按照十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù).<2>當(dāng)A輸入67個(gè)脈沖時(shí),C1,C2均為9狀態(tài),A端再輸入一個(gè)脈沖,則C1,C2均為0狀態(tài),同時(shí)向C3輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖.對(duì)“九讀出法”特點(diǎn)的總結(jié)<3>當(dāng)A端輸入567個(gè)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(gè)負(fù)脈沖(1->0),實(shí)現(xiàn)567分頻.<4>因?yàn)锽點(diǎn)1->0,又加在C1~C3的T,LD端為分頻器的重新預(yù)置做準(zhǔn)備由此可見,輸入A端共計(jì)輸入567個(gè)脈沖時(shí),則B端輸出一個(gè)負(fù)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(yù)置法.采用提前一個(gè)脈沖進(jìn)行預(yù)置的程序分頻器如圖2-31P75其中C1~C3均按照1248碼工作.整個(gè)系統(tǒng)采用九讀出法,M1,M2為與或非門.M4,M5,M6為與非門.個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)M5M6M1M2M4三.提前預(yù)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(jì)數(shù)脈沖的上升沿為計(jì)數(shù)工作的邊沿.其工作過(guò)程如下.1.首先對(duì)各個(gè)計(jì)數(shù)器預(yù)置在432狀態(tài)(設(shè)分頻比還是567),即C1為0010狀態(tài),C2為0100狀態(tài).2.當(dāng)計(jì)數(shù)循環(huán)開始時(shí),JK觸發(fā)器T1輸出為Q=1,總輸出B=0,C1~C3再開始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器A端輸入第565個(gè)脈沖后,(此時(shí),包括預(yù)置數(shù)在內(nèi)總計(jì)數(shù)器為432+565=997個(gè)脈沖).此時(shí)C2,C3的QA=QD=1,均為高電平(即1001狀態(tài)).此時(shí)C1的QA=QB=QC=1,即0111狀態(tài),于是與非門M4=0(全高應(yīng)低),迫使JK觸發(fā)器T1置0個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)M5M6M1M2M410(迫使LD=T=0),發(fā)出預(yù)置定指令,這樣它比第566個(gè)脈沖提前半個(gè)周期送出預(yù)置定指令.CPM6M4TQTQ5665655673.當(dāng)?shù)?66個(gè)脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí),因預(yù)置定指令延遲到達(dá)C1~C3的輸入端(圖中虛線所示)在第565個(gè)脈沖未能使C1~C3預(yù)置,同時(shí)M4輸出低電平(M4=0),使T1保持原狀態(tài),T1=0,Q=0,當(dāng)?shù)?67個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)CPM6M4TQTQ566565567它的前沿使計(jì)數(shù)器根據(jù)預(yù)置輸入碼進(jìn)行預(yù)置,同時(shí),使第567個(gè)脈沖前沿通過(guò)與非門M6,反相觸發(fā)T1,使T1翻轉(zhuǎn),因而又提前半個(gè)周期撤離預(yù)置定指令,以保證下一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)順利進(jìn)行.CPM6M4TQTQ566565567提前預(yù)置分頻器的特點(diǎn)一.預(yù)置定指令提前兩個(gè)脈沖在第565個(gè)脈沖之后發(fā)出.二.發(fā)出預(yù)置定指令,預(yù)置操作和撤離預(yù)置定指令在兩個(gè)周期內(nèi)完成,為預(yù)置整個(gè)過(guò)程爭(zhēng)取了時(shí)間,同時(shí)完成了同步的過(guò)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(yù)置計(jì)數(shù)器零讀出法程序分頻器由三個(gè)T217級(jí)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(yù)置指令輸入端(低電平有效)Cr-----計(jì)數(shù)器置零輸入端(高電平有效)Cp+-----計(jì)數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)Cp------計(jì)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(yù)置碼輸入端QA,QB,QC,QD------計(jì)數(shù)器輸出端OC------加法計(jì)數(shù)器輸出脈沖進(jìn)位端OB------減法計(jì)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(yù)置當(dāng)LD=0,則LD=1,此時(shí)若Cr=0,Cr=1,置零端不起作用.

例如:實(shí)現(xiàn)6分頻,即N=6,則預(yù)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(jì)數(shù)零讀出法采用減法計(jì)數(shù)!!!!!!

當(dāng)Cr=0,LD=1,CP-端輸入計(jì)數(shù)脈沖此時(shí)計(jì)數(shù)器處于6狀態(tài),再計(jì)入6個(gè)脈沖,即達(dá)到滿量狀態(tài)(“0000”狀態(tài)),由OB輸出一個(gè)借位脈沖,以后計(jì)數(shù)器按十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)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(gè)T217(W1,W2,W3)級(jí)聯(lián)而成,M1為與門,M2為與或非門,T1為JK觸發(fā)器,實(shí)現(xiàn)提前預(yù)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(jì)十位W2計(jì)個(gè)位W1計(jì)2.工作原理.現(xiàn)在仍以分頻比為567為例來(lái)說(shuō)明其工作過(guò)程.<1>預(yù)置計(jì)數(shù)開始前,各計(jì)數(shù)器按8421碼,將567直接預(yù)置到W1,W2,W3中.個(gè)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(jì)數(shù),W1先開始按照減法計(jì)數(shù)

<I>當(dāng)輸入A端進(jìn)入7個(gè)脈沖時(shí),W1變?yōu)椤?000”狀態(tài),由圖中可見,此時(shí),W1的QD=0.

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

此時(shí),W1已經(jīng)完成個(gè)位分頻比任務(wù),此時(shí),若T1的Q無(wú)反饋的預(yù)置指令,W1將作為固定的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作.<II>如果A端(A中這時(shí)狀態(tài)為1001)(9狀態(tài))再輸入9個(gè)脈沖(即A端輸入7+1+9=17個(gè)脈沖),W1又呈0000(0狀態(tài));可見,借位脈沖是在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的第一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)進(jìn)行的,這與習(xí)慣上的減法計(jì)數(shù)是一樣.<III>如果A端再輸入50個(gè)脈沖(17+50=67),則W1,W2均為“0000”狀態(tài),此時(shí)符合OB與非門的選通條件,當(dāng)A端再輸入一個(gè)脈沖,W3計(jì)數(shù)器將減1,實(shí)現(xiàn)借位.W3(0101->0100).

<IV>當(dāng)A端再輸入400個(gè)脈沖(67+1+400=468),W3達(dá)到(0000狀態(tài)),滿量讀出,而W1,W2均為“1001”狀態(tài).<V>當(dāng)A端再輸入90個(gè)脈沖(468+90=558),W3,W2均為(0000狀態(tài))<VI>當(dāng)A端再輸入7個(gè)脈沖(558+7=565),W1為“0010”狀態(tài),此時(shí)M2觸發(fā)器的輸入全為0,輸出為1,為T1翻轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件.0->15675661<VII>在第566個(gè)脈沖作用下,T1的Q=0(原先為1),發(fā)出預(yù)置定指令,在預(yù)置定期間,各計(jì)數(shù)器按所需的預(yù)置碼進(jìn)行預(yù)置,且在預(yù)置期間,計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù).<VIII>在A端第567個(gè)脈沖到來(lái)時(shí),使T翻轉(zhuǎn)成Q=1,此時(shí),預(yù)置定指令撤銷,為下一此計(jì)數(shù)循環(huán)做好準(zhǔn)備.T1端的負(fù)跳變脈沖作為分頻器的輸出信號(hào).5675661§2-4-2零讀出法分頻器3.主要特點(diǎn)<1>此程序分頻器利用8421碼直接進(jìn)行預(yù)置,不再需要預(yù)置譯碼,這樣便于和其他計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行直接連接.<2>便于接收機(jī)/發(fā)射機(jī)共用一個(gè)頻率合成器,在接收機(jī)接收信號(hào)時(shí),直接進(jìn)行加減中頻,可省掉復(fù)雜的譯碼電路.§2-4-2零讀出法分頻器<3>采用減法計(jì)數(shù)邏輯,所以程序分頻器連接為減法計(jì)數(shù)器電路,可直接進(jìn)行預(yù)置,與就讀出法相比,省掉了譯碼器和引導(dǎo)預(yù)置的與非門T216T217§2-4-2零讀出法分頻器<4>滿量識(shí)別電路簡(jiǎn)單可靠,計(jì)數(shù)器可以任意多.滿量識(shí)別只有三根接線,所以便于簡(jiǎn)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(wèn)題:<1>由于每一級(jí)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的內(nèi)部各個(gè)觸發(fā)器之間存在傳輸時(shí)延,使傳輸速率沒有達(dá)到理想的程度,一般程序分頻器的速度通常只能達(dá)到單個(gè)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(yù)置操作在各可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行,預(yù)置時(shí)間較長(zhǎng).若各可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器需要相當(dāng)高的速度,就必須增加高速器件,而高速器件太多的話,又會(huì)增加成本和功耗.§2-4-2零讀出法分頻器<3>為了提高預(yù)置速度,需要增加額外的識(shí)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(jìn)制計(jì)數(shù)器的本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,速度不容易提高,例如:T216和T217的計(jì)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(guò)程的缺點(diǎn)是:

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

§2-4-3變模程序分頻器一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)完成后,再通過(guò)預(yù)置,以使得各可變程序分頻器再次獲得關(guān)于尾數(shù)的信息.由此可見,一般程序分頻器具有兩個(gè)特點(diǎn):<1>由于計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)(串行),所以個(gè)位計(jì)數(shù)器需要采用高速脈沖,因而承受壓力最大.<2>每個(gè)循環(huán)后要進(jìn)行預(yù)置,計(jì)數(shù)過(guò)程分為先計(jì)尾數(shù)后再÷10計(jì)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(duì)上述的情況,提出改進(jìn)的新方法:<1>將個(gè)位與十位可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行并行聯(lián)接.<2>將個(gè)位可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方法進(jìn)行改造,將其計(jì)尾數(shù)和÷10這兩個(gè)任務(wù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行.具體的實(shí)現(xiàn)方法是:利用一個(gè)前置分頻器來(lái)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(gè)分頻比(又稱:模式),即÷10和÷11,其工作模式可由外來(lái)信號(hào)控制.[舉例]:假定需要個(gè)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(zhuǎn)換為÷10模式工作,這樣前置分頻器經(jīng)過(guò)4次÷11,總共可計(jì)11×4=44個(gè)脈沖,相當(dāng)于一般程序計(jì)數(shù)器4+4×10=44(先計(jì)尾數(shù)然后再÷10計(jì)數(shù))§2-4-3變模程序分頻器由于個(gè)位計(jì)數(shù)器對(duì)前置分頻器吞除的脈沖數(shù)能夠進(jìn)行檢測(cè)和控制,故此種計(jì)數(shù)器又稱為吞食計(jì)數(shù)器.采用吞除技術(shù)以后,只有前置分頻器工作在輸入最高頻率上,而個(gè)位吞食計(jì)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(guò)程可以簡(jiǎn)化,只需要一個(gè)控制信號(hào),而且不必采用預(yù)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(jì)數(shù)器W1

十,百,千位程序計(jì)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(guò)程如下:1.在計(jì)數(shù)循環(huán)開始時(shí),控制邏輯電路輸出一個(gè)“0”信號(hào),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(jì)一個(gè)脈沖(吞食一個(gè)脈沖),其吞食脈沖數(shù)由吞食計(jì)數(shù)器(設(shè)其分頻比為Ns)記錄,其分頻比的改變可以通過(guò)預(yù)置實(shí)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(jì)數(shù)器W2,W3,W4的分頻比Nw>Ns.3.吞食計(jì)數(shù)器先計(jì)到滿量狀態(tài),通過(guò)滿量識(shí)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(shí)吞食計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù).4.當(dāng)十/百/千位程序計(jì)數(shù)器均計(jì)到滿量狀態(tài),經(jīng)過(guò)滿量識(shí)別電路,經(jīng)滿量識(shí)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(jì)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(jié)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(jì)數(shù)器用A分頻計(jì)數(shù)器,程序分頻計(jì)數(shù)器用N分頻計(jì)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(shù).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(gè)位分頻比Ns1,并擴(kuò)展到十位得到十位分頻比Ns2(即:每一計(jì)數(shù)循環(huán)吞食10個(gè)脈沖,相當(dāng)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(gè)位和十位吞食計(jì)數(shù)器控制,由于百位和前位程序的分頻比Np均滿足: