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分頻器產生精確的 455kHz 方波信號

2021年09月30日 17:48 次閲讀

這裏的電路是我在開發 RF 系統時設計的帶有不尋常分頻器的振盪器。我需要使用盡可能少的組件的穩定且準確的 455kHz 數字信號發生器。信號發生器還必須具有或非常接近 50% 的佔空比,以消除或最小化二次諧波含量。

我首先研究了基於 455kHz 陶瓷諧振器和 455kHz 陶瓷濾波器的振盪器。然而,在測試時,我獲得了 448kHz 和 462kHz 的信號,這缺乏我需要的精度。但我手頭有一個 4.096MHz 的石英晶體。通過使其以大約 4.095MHz 的穩定方式振盪,並以 50% 的佔空比輸出將該頻率除以 9,我得到了我想要的結果。

該設計如圖 1所示,除了晶體之外,還使用了兩個集成電路和一些電容器電阻器。它實現了一個以異或門 (IC1) 作為有源元件的皮爾斯型振盪器。用作反相器的 XOR 門並不是這種類型振盪器最常用的門,但在我的系統中,其中有三個未使用,所以我試了一下。振盪器在該配置中可靠而準確地工作。

所用晶體為並聯型,用於 20pF 負載。我通過為 C2 和 C3 使用 100pF 獲得了 4.0954MHz。該頻率除以 9 得出 455.04kHz,該值足以滿足我的設計需要。

DI5621_F1.png?w=950&resize=950%2C545

圖 1此設計使用基於 XOR 門的皮爾斯振盪器併產生 455kHz 的頻率,佔空比為 50%。

第二個 IC (IC2) 是一個 74HC4017,一個約翰遜計數器,我使用其輸出線(引腳 12)作為電路輸出,並將其配置為由上升沿觸發。復位輸入(引腳 15)保持在邏輯電平 0,當計數器的狀態介於 0 和 4 之間時,進位輸出線(引腳 12)採用電平 1,如果其狀態介於 5 和 9 之間,則採用電平 0。

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您可能認為該電路的一個選項是將 Q9(引腳 11)連接到復位輸入。然而,在這種情況下,雖然頻率輸出將為 4.0954MHz 除以 9,但輸出佔空比將為 55.56%(如果反轉輸出則為 44.44%)。這不能滿足減少或消除輸出二次諧波的需要。

為了尋找接近 50% 的佔空比,我添加了連接到計數器 Q4(引腳 10)輸出的異或門 IC1B。隨着這一變化,計數器現在將在 Q4 為電平 0 時在輸入的上升沿觸發,當 Q4 為電平 1 時在下降沿觸發。 因此,電路輸出 4 個時鐘脈衝的電平 1 加上時鐘中的時間第五個脈衝表示輸入處於電平 1。當第五個脈衝變為電平 0 時,輸出變為電平 0,並在接下來的四個脈衝中保持不變。因此,輸入的頻率被 9 分頻,如果輸入佔空比為 50%,輸出也將是 50%。

如果輸入頻率不是 50%,輸出也會關閉,但不會那麼多。輸入和輸出佔空比通過以下公式相關:

DC%輸出= (400 + DC%輸入) / 9

其中 DC% out和 DC% in分別是輸出和輸入佔空比,表示為 0% 和 100% 之間的百分比。因此,如果 DC% in介於 0% 和 100% 之間,則輸出佔空比將介於 44.44% 和 55.56% 之間,不會比我上面提到的情況更糟。

電路測試產生了如圖 2所示的示波器捕獲。4.0954MHz 振盪器信號(底部)和 455.04kHz 輸出信號(頂部)的佔空比均為 50%。

DI5621_F2.png?w=568&resize=568%2C517

圖 2測試結果顯示輸入信號和 9 分頻輸出都具有 50% 的佔空比。

可以使用另一個 XOR 門來製作一個七分頻電路,如圖 3 所示。如果佔空比輸入為 50%,這也將產生 50% 的佔空比輸出。

DI5621_F3.png?w=950&resize=950%2C666

圖 3添加另一個 XOR 門允許電路提供 50% 佔空比輸出的 7 分頻。
       fqj

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