频率合成器的工作原理与主要部件PPT学习课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,锁相与频率合成,第二章,.,频率合成器的工作原理和主要部件,1,第二章,.,频率合成器的工作原理和主要部件,1.,频率合成技术,:,即,:,将一个高稳定度和高精度的标准频率信号,(,经过加,减,乘,除,),四则运算,产生同样高稳定度和高精度的大量离散频率的技术,.,2,第二章,.,频率合成器的工作原理和主要部件,2.,频率合成器,(,频率综合器,):,即,:,根据频率合成原理所组成的设备或仪器称为频率合成器,.,3,第二章,.,频率合成器的工作原理和主要部件,3.,分类,:,按其合成的型式分为,:,直接频率合成法,锁相频率合成法,直接数字频率合成法,4,2-1,频率合成的方法及其工作原理,5,2-1,频率合成的方法及其工作原理,2-1-1,直接频率合成法,直接频率合成法是将基准信号通过脉冲形成电路,(,谐波发生器,),产生各次谐波,再经过混频,分频,倍频,滤波等进行频率变换和组合,最后产生大量的所需的离散信号,.,6,2-1,频率合成的方法及其工作原理,7,2-1,频率合成的方法及其工作原理,直接频率合成法,优点,:,频率转换时间短,可得到任意小数值的频率增量,缺点,:,其合成的频率范围将受限制,且采用了大量的混频,分频,倍频,滤波等装置,使合成器不仅体积增大,成本增高,.,而且输出的谐波的噪声及寄生频率难以抑制,.,8,2-1,频率合成的方法及其工作原理,2-1-2,锁相频率合成法,是一种通过晶体振荡器产生的标准信号,在给定的范围内,产生同稳定度的大量的离散频率信号,.,9,2-1,频率合成的方法及其工作原理,一,.,脉控锁相法,脉控锁相式频率合成器是一种锁相电压控制振荡器,.,10,2-1,频率合成的方法及其工作原理,优点,:,电路结构简单,可以得到较高的指标,.,缺点,:,对,VCO,精度要求较高,要求在,以内,如果超过这个范围,环路就会锁定,在邻近的谐波上,造成频道选择困难,而且,倍频次数越高,分辨率就越差,因此,此方法提供的频道数有限,.,11,2-1,频率合成的方法及其工作原理,二,.,数字锁相法,数字式频率合成器是锁相式频率合成器的一种特例,其区别在于锁相环路中插入变频分频器,.,12,2-1,频率合成的方法及其工作原理,优点,:,此锁相环相当于一个,窄带跟踪滤波器,具有良好的,窄带跟踪特性,和,抑制输入信号的寄生干扰能力,节省了大量的滤波器,.,有利于集成化,小型化,.,而且如果,VCO,具有较高的短期频率稳定度,晶体振荡器具有较高的长期稳定度,即能得到高质量的信号输出,故在实际中得到广泛的应用,.,13,2-2,数字鉴相器,14,2-2,数字鉴相器,在锁相式频率合成器中,采用的鉴相器种类较多,.,一,.,鉴相器的分类,按鉴相特性,:,正弦形鉴相器 锯齿形鉴相器,三角形鉴相器,按电路性质分为,:,模拟鉴相器 数字鉴相器,15,2-2,数字鉴相器,二,.,数字鉴相器的基本要求,:,(1),具有较大的鉴相灵敏度,(2),纹波输出小,(3),鉴相特性线性区域大,(4),具有鉴频能力,16,2-2-1,门鉴相器,-,与非门,1.,与非门,V,R,V,V,V,d,1,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1,17,2-2-1,门鉴相器,-,与非门,基准信号,V,R,与,V,V,比较信号的占空比均为,1:1,其相差均为,18,19,2-2-1,门鉴相器,-,与非门,由此,可以画出与非门鉴相器的,关系图,20,2-2-1,门鉴相器,-,异或门,21,2-2-1,门鉴相器,-,异或门,22,2-2-1,门鉴相器,-,异或门,从图中可以看出,异或门输出的波形为输入波形周期的一半,23,2-2-1,门鉴相器,-,异或门,24,2-2-1,门鉴相器,-,异或门,异或门鉴相器具有三角形鉴相特性,其鉴相灵敏度是与非门鉴相器的两倍,重复频率也扩大一倍,从而使输出平均电压纹波减小,.,25,2-2-2,触发器鉴相器,-RS,触发器,一,.RS,触发器,26,2-2-2,触发器鉴相器,-RS,触发器,27,2-2-2,触发器鉴相器,-RS,触发器,28,2-2-2,触发器鉴相器,-JK,触发器,二,.JK,触发器,29,2-2-2,触发器鉴相器,-JK,触发器,其为下降沿触发,当 时,30,2-2-2,触发器鉴相器,-JK,触发器,(1),鉴相器的输出电压,V,d,与相位差成线性关系,其线性范围是,.,(2),因为触发器是边沿触发,因此与输入信号的占空比不相关,.,(3),当环路锁定时,存在恒定的相位差,.,(4),电路集成化,使用方便,.,三,.,触发器鉴相器的特点,31,2-2-3,数字式鉴频鉴相器,数字式鉴频鉴相器是一种新型的鉴相电路,它利用输入信号的跳变沿触发工作,属于边缘控制数字式鉴频鉴相器,.,它既能鉴相,又能鉴频,.,它只是对两输入信号的跳变沿进行比较,因此对输入信号的占空比无固定要求,性能优越,.,32,2-2-3,数字式鉴频鉴相器,数字式鉴频鉴相器分为,:,电压型鉴频鉴相器,电流型鉴频鉴相器,33,一,.,电压型鉴频鉴相器,ST002-,由数字比相器,恒压泵电路,有源比例积分滤波器构成,34,一,.,电压型鉴频鉴相器,1.,数字比相器,由,9,块与非门电路组成,波形图,35,36,图,5-10,T,4044,同频鉴相波形,(a),R,与,V,同相；,(b),R,滞后,V,；,(c),R,超前,V,37,一,.,电压型鉴频鉴相器,结论,:,(1),此比相器只对输入,脉冲信号的下降沿,有比相作用,而脉冲上升沿不影响输出电平,.,即对输入脉冲的宽度无一定要求,.,(2),由与非门,2,3,和,4,5,组成的两个,RS,触发器具有记忆正负相位差的作用,它是此比相器的关键部件,.,而与非门,8,具有比相后的复原作用,.,38,一,.,电压型鉴频鉴相器,2.,恒压泵电路,(,书,P56),39,一,.,电压型鉴频鉴相器,3.,鉴频原理,当输入信号基准信号和比较信号的相位差超过,电路就自动进入到鉴频状态,.,波形图,40,41,一,.,电压型鉴频鉴相器,4.,鉴频和鉴相特性,(1),鉴相特性,42,一,.,电压型鉴频鉴相器,端输出的平均直流电压为,43,一,.,电压型鉴频鉴相器,(2),鉴频特性,44,一,.,电压型鉴频鉴相器,端输出的平均直流电压为,45,一,.,电压型鉴频鉴相器,同理,46,一,.,电压型鉴频鉴相器,从特性曲线可见,:,鉴频特性曲线呈,S,形状,当频差越大,(,即,n,越大,),鉴频输出的控制电压也越大,使,VCO,的频率变化也越大,使比较信号,f,v,趋于,f,R,当,f,v,=f,R,时,鉴频状态自动转入鉴相状态,然后达到相位的锁定,.,故这种数字鉴相器将鉴频与鉴相密切结合,使用方便,.,47,一,.,电压型鉴频鉴相器,特点,:,(1),电路具有鉴频和鉴相的功能,.,(2),电路能够全集成化,使用方便,.,(3),鉴相范围宽,输出纹波小,.,(4),对输入信号方波的占空比无特定要求,.,(5),在环路锁定时,无静态相位差,.,(6),要求输入信号具有较高的信噪比,.,48,二,.,电流型鉴频鉴相器,该鉴相器的基本特点是,将相位差的变化转化为电流的充放电的过程,如图所示,49,二,.,电流型鉴频鉴相器,当,开关指向,a,点,电流向低通滤波器充电,.,当,开关指向,b,点,电流向低通滤波器放电,.,此鉴相器接入环路且环路锁定时,50,二,.,电流型鉴频鉴相器,充放电电流相等,即,|-I|=I,这时,鉴相器经过低通滤波器后输出稳定的直流电压,.,此鉴相器的主要优点是环路稳定,无静态相差的存在,.,环路锁定时,51,二,.,电流型鉴频鉴相器,数字式电流鉴相器整个电路由数字比相器,电流开关,积分滤波网络三部分组成,.,其中集成块,T1,T2,与,F,构成数字比相器,.,D1,D2,BG1,BG2,构成电路开关,.,BG1,为充电电流开关,.,BG2,为放电电流开关,.,52,二,.,电流型鉴频鉴相器,C1,C2,和,R,构成积分滤波网络,.,场效应管,BG3,为源极输出器,误差电压从源极输出,加到压控振荡器上去控制,VCO,频率的变化,.,53,二,.,电流型鉴频鉴相器,数字比相器对两个输入信号进行比相,比相后电流开关在,A,点产生充电或放电电流,I(t).,I(t),的宽度反映了两个输入信号的相位差值,.,I(t),的极性反映了两个输入信号的相位差的正或负值,.,54,二,.,电流型鉴频鉴相器,电流的平均值应为,直流分量即为时间的函数,.,55,二,.,电流型鉴频鉴相器,设积分网络,C1,C2,R,的阻抗为,56,二,.,电流型鉴频鉴相器,代入拉氏变换,57,二,.,电流型鉴频鉴相器,-,理想积分滤波器的传递函数,-RC,积分滤波器的传递函数,由此可知电流型鉴相器的积分滤波网络可以等效为一理想,58,二,.,电流型鉴频鉴相器,积分滤波器与,RC,积分滤波器的串联,其作用是使环路具有理想二阶环的特点,并加强了对纹波和噪声的进一步的滤除,有利于提高环路的性能,.,采用电流型鉴相器的锁相环路具有如下的特点,:,(1),环路的相位锁定性能具有理想二阶环的特点,.,(2),不仅具有鉴相功能,还具有鉴频功能,.,(3),鉴相范围宽,捕捉带等于同步带,(4),输出纹波小,(5),电路便于集成,调试方便,性能可靠,.,59,2-3,压控振荡器,60,2-3,压控振荡器,一,.,对于压控振荡器,一般应该考虑如下的要求,:,(1),有一定的压控灵敏度,K,0,(2),控制特性的线性好,(3),频率覆盖范围大,(4),输出幅值的平稳度好,(5),开环的相位噪声低,频谱纯度高,(6),频率的稳定度高,(,短期和长期,),61,2-3,压控振荡器,二,.,压控振荡器的分类,:,(1)LC,压控振荡器,(2),负阻压控振荡器,(3)RC,压控振荡器,(4),晶体压控振荡器,(VCXO),62,2-3,压控振荡器,其中,:,LC,压控振荡器和负阻压控振荡器,可产生很高的频率,(,几百,KHz,几百,MHz),但是控制线性比较差,频率稳定度较,VCXO,差,.,RC,压控振荡器,频率控制范围最宽,可达,100%,线性度也较好,但是频率稳定度比较差,工作频率低,(,几十,KHz,几十,MHz).,晶体压控振荡器,频率稳定度极高,但频率覆盖范围小,只能在万分之几到千分之几内变化,压控灵敏度较低,.,63,2-3,压控振荡器,三,.,锁相环路中控制,VCO,频率的方法,:,主要有两种,:,1.,直接改变振荡回路的元件,(,如,C,L,R),的数值,.,2.,控制多谐振荡器中定时元件的充放电的电流和电压,.,64,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,一,.,所谓,负阻压控振荡器,是指采用具有,“,负阻,”,特性的器件构成的自激振荡电路,这种振荡器的振荡回路的两个端点与负阻器件相连接,.,65,负阻器件具有如图所示的伏安特性,:,存在电流随着电压的升高而下降的区域,电流是电压的单值函数,.,具体的电路如图,2-29,所示,66,二,.E1648,负阻,VCO,的工作原理,67,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,1.BG1BG5,是为各级晶体管可设立的直流偏置电路,68,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,2.BG6BG8,是组成,负阻压控振荡器,的主要部件,.,BG8,使振荡电流,I,0,为恒定值,相当于恒流源,.,下面推导负阻关系,69,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,3.BG9,可维持振荡幅度的稳定,.,70,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,4.,为了得到正弦信号输出,只要,AGC,输入短加入适当的负偏压,使振荡幅度减小,经过,BG10,BG11,放大后,使差分对管,BG12,BG13,处于放大状态而不处于开关状态,由射极跟随器,BG14,输出后,就可得到正弦波的输出,.,71,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,三,.,负载,VCO,的参数,1.,负阻,VCO,的振荡频率,(,设计振荡回路的依据,),72,2-3-1,集成,负阻,压控振荡器,实践证明,:,此,VCO,质量指标优于,LC,压控振荡器,.,其频率稳定度,相位噪声低,输出幅度大且平坦,调整方便,重量轻,体积小,.,可靠性高等优点,.,73,2-3-3,电流控制型压控振荡器,在单片集成锁相环中常使用这种,VCO.,如图,2-31(p69),或非门,A,B,构成,RS,触发器,其置位复位,受电容,C,T,电平的控制,.,NMOS,的,G,极加高电压导通,PMOS,的,G,极加低电压导通,74,一,.,工作原理,1.,初始时刻,或非门,A,B,输出为,A=1,B=0,则,SW1,中,:P1,导通,N1,截止,.,SW2,中,:N2,导通,P2,截止,.,C,T,以恒流源,I,0,A=1,B=0,75,2-3-3,电流控制型压控振荡器,且有,即,其中 为门,E,输入转移,电压,.,(,一般为,4V),76,当 达到门,E,的转移电压时,则输出,E=0,D=1,A=0,(,即,A,由,1,翻转为,0),同理,E=0,C=0,B=1,(,即,B,由,0,翻转为,1),此时,SW1,中,:N1,导通,P1,截止,.,SW2,中,:P2,导通,N2,截止,.,A=0,B=1,77,2-3-3,电流控制型压控振荡器,由于,E,门和,C,门具有相同的转移电压,振荡周期,78,2-3-3,电流控制型压控振荡器,振荡频率,可见,受 控制,而 受 控制,所以 与 有关,.,79,2-3-3,电流控制型压控振荡器,二,.,实例,如图,2-32,为单片集成电路的,5G4046,压控振荡器具体电路图,.,80,BG1,R1,组成的电路将控制电压 转换为恒流源,.,当禁止输入端为,1,时,BG4,截止,电流源切断,可使,VCO,停止工作,.,当 的导通电阻时,81,2-3-3,电流控制型压控振荡器,BG1,截止,维持压控振荡器的最低振荡频率,82,2-3-3,电流控制型压控振荡器,一般情况下,振荡频率与控制电压的关系为,常数,83,2-4,可变程序,分频器,84,2-4,可变程序,分频器,如图,2-4,可变程序分频器位于,VCO,和鉴相器之间,其作用有两个,:,f,0,85,2-4,可变程序,分频器,1.,将,VCO,的频率调整到基准信号,f,r,的附近,以便在鉴相器中使,VCO,频率,f,0,经,N,分频后的比较信号,f,v,与,f,r,进行比相,利用两者的误差信号再去改变,VCO,的频率,当环路锁定时,.VCO,的频率,f,0,=Nf,r,.,86,2-4,可变程序,分频器,2.,改变频率合成器,即当分频比,N,改变时,也随之变化,于是误差信号将去改,变,VCO,频率,使,VCO,的频率由原来的,从而达到改变频率合成器的工作频率,.,87,2-4,可变程序,分频器,二,.,基本要求,:,1.,可变分频的分频数,N,一般而言,N,越小,电路越简单,;N,越大,电路越复杂,.,2.,最高工作频率,在分频比范围内的任意分频比上所能达到的最高频率,.,88,2-4,可变程序,分频器,3.,功率消耗,(,功耗,),程序分频器的功耗往往使是频率合成器中耗电最大的部分,因此,.,降低功耗是必要的,.,主要措施,:,简化逻辑电路,.,减少高速逻辑电路的个数,采用,CMOS,电路,89,2-4,可变程序,分频器,4.,相位抖动,由于噪声的影响,每次转换的时刻常发生变化,因而脉冲通过触发器或门电路以后,器边沿,(,上升沿或下降沿,),发生了抖动,.,主要措施,:,提高脉冲边沿的斜率,对输出脉冲进行选通,5.,稳定性和可靠性,90,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,一,.,分频比可变的十进制计数器,1.T216,引脚功能及真值表,LD-,预置指令输入端,(,低电平有效,),Cr-,计数器置零输入端,(,低电平有效,),Cp-,计数脉冲输入端,(,上升沿有效,),PT-,电路保持控制输入端,(,低电平有效,),计数时,P=T=1,91,Cr,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,O,C,92,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,A,B,C,D-,预置码输入端,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,-,计数器输出端,O,C,-,计数器进位输出端,93,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,最低位,最高位,94,Cr,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,O,C,95,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,例,:,九置定,6-,即计数器为“,3”,状态,.,计数器处于,9,状态时,(,即,1001,状态时,进位输出端,O,C,有一个进位脉冲输出,).,9,置定,6,从预置编码表时,可见,此时计数器处于“,3”,状态,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,=0011,即,Q,D,=Q,C,=0,Q,B,=Q,A,=1,由此可见,“,九置定法”计数器的状态为,9-N,状态,.,96,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,高位,低位,97,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,所以,“,九置定法”又称“九置定,N”,例,:,九置定,6,-,即计数器预置为“,3”,状态,.,(9-6=3),98,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,二,.,九读出法程序分频器的工作原理,(N,为所需的分频数,),(1),分频比,N=6,时,则计数器预置处于,3,状态,.(,即,0011,状态,),(2),此时当,Cr=Cp=P=T=1,Cp,端输入,6,个脉冲,则计数器变为,9,状态,(,即,1001),此时,Oc,由,0-1,输出一个,99,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,Oc,100,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,(3),当,Cp,端再输入一个脉冲时,计数器再进入,0000,状态,(0,状态,),Oc,由,1-0,当,Cp,端再输入九个脉冲,(,共,10,个脉冲,),计数器又处于“,9”,状态,此时,Oc,由,0-1,Oc,又输出一个进位脉冲,.,101,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,结论,:,由此可见,:T216,计数器采用九置定,N,计数过程,:,先从预置状态开始计数,当计到,9,状态时,输出一个进位脉冲,以后再输入一个脉冲时,计数器才是,0,然后再输入,9,个脉冲,(9,状态时,),又输出一个进位脉冲,.,即,:,实现先进位后置零,先计满预置数,再按十进制计数,.,很重要,!,102,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,例,:,九置定,6(,此时计数器的状态为,9-6=3),先输入,6,个脉冲,-Oc,输出一个进位脉冲,.,以后是每输入,10,个脉冲,-Oc,才输出一个进位脉冲,.,对于九置定,N,中,9-N,称为补数,.,所以,九置定是以,9,的补数进行预置定的,.,103,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,2.,九读出法程序分频器的工作原理,P73(,图,2-34),以三级,T216,组成的九读出法程序分频器进行说明,.,此程序分频器的分频可在,000999,之间任意改变,现在我们以分频比为,567,为例进行说明,.,104,个位计数,十位计数,百位计数,T216,105,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,5,6,7,百位,C3,计,十位,C2,计,个位,C1,计,(1),预置,使,LD=0,Cr=1,预置,按照九置定法,Y=9-N(N,为所需的分频数,),Y,为预先放在计数器中的十进制数,(,即计数器的状态,),即补数,.,106,对于分频比为,567,时,:,个位,C1:N=7,Y=9-N=9-7=2,即,0 0 1 0,状态,十位,C2:N=6,Y=9-6=9-3=3,即,0 0 1 1,状态,百位,C3:N=5,Y=9-5=9-5=4,即,0 1 0 0,状态,107,此预置数由预置输入端输入,8421,码,经译码送入,C1,C2,C3,中,.,(2),计数,当预置结束以后,使,Cr=T=P=LD=1,即可开始计数,.,108,计数脉冲由,A,端输入,(A,中初始状态为,0010)(2),当,A,端输入,7,个脉冲后,C1,呈,1001(9,状态,);,即由原先的,0010(2),状态变为,1001(9,状态,);,C1,的,Oc,端为,1,即为,0-1;,当,A,再输入一个脉冲后,C1,变为,0000,状态,(0,状态,);,C1,的,Oc,端为,1-0,从而使,M6,输出由,0-1,产生一个正跳变,计数器,C2,加,1(,原先状态为,0011,加,1,后为,0100);,此时,C1,输入端,A,共输入,7+1=8,个脉冲,以后计数器,C1,按固定的十进制计数,.,109,个位计数,十位计数,百位计数,T216,0010,1001,7,M6,110,如果,A,端,(A,中这时状态为,0000)(0,状态,),再输入,9,个脉冲,(,即,A,端输入,8+9=17,个脉冲,),C1,又呈,1001(9,状态,);,即由原先的,0000(0),状态变为,1001(9,状态,);,C1,的,Oc,端又由,0-1,当,A,再输入一个脉冲后,C1,又变为,0000,状态,(0,状态,);,C1,的,Oc,端为,1-0,经,M6,使,C2,又输入一个进位脉冲,;,此时,C1,输入端,A,共输入,17+1=18,个脉冲,.,九读出法是先进位后计数,!,111,7,+,1,1,+,+,9,+,9,C1,计满,7,个,0010-1001,再来一个脉冲,C1:1001-0000,C1,向,C2,输出一个进位,10,个脉冲中是第一个脉冲向,C2,进位,这就是前面所说的,先进位后计数,!,10,10,112,同理,当,A,端共输入,7+1+5*10=58,个脉冲时,C2,呈现,1001(9,状态,);,实际上此时十位,C2,计数器输入,6,个脉冲,.,当,A,端再输入,10,个脉冲,C2,的,Oc,端为,1-0,经,M7,与或非门作用,(M7,输出由,0-1),使,C3(,百位计数器,),输入一个进位脉冲,此时,A,端共输入,58+10=68,个脉冲,.,113,个位计数,十位计数,百位计数,T216,114,(3),上面分析可见,:,百位,C3,计数器初始状态为,9-5=4,状态,(0100),当,A,输入,68,个脉冲后,C3,由,4,状态,-5,状态,;,当,A,端再送入,400,个脉冲时,C3,就变为,9,状态,C1,C2,变为,0,状态,此时,A,端共送入,400+68=468,个脉冲,;,如果,A,端再送入,90,个脉冲时,则,C2,C3,均为,9,状态,C1,为,0,状态,.,115,如果,A,端再送入,9,个脉冲时,则,C1,C2,C3,为,9,状态,.,此时,A,端共送入,468+90+9=567,个脉冲,.,!,M4,的输入全为,1,输出,B,由,1-0,输出一个负脉冲,.,此负跳变脉冲,一方面,由,B,点输出,实现,567,分频,作为分频器的输出信号,.,116,个位计数,十位计数,百位计数,T216,117,另一方面,送至,C1,C2,C3,的,LD,和,T,端,使,LD,等于,0,为分频器实现重新预置作准备,.,同时,以负跳变经,M5(T063),反相器,再打开“与或非”门,M6,M7.,最后还要提一下,:,预置过程必须在下一个循环开始之前的空隙时间内,由于这段时间的存在,使分频器的最高工作频率下降,.,118,个位计数,十位计数,百位计数,T216,119,对,“,九读出法,”,特点的总结,计数器输入,7,个脉冲后,C1,呈现,1001(9,状态,),当,A,再输入一个脉冲后,C1,变为,0000,状态,由其,Oc,端 经,M6,向,C2,输入一个进位脉冲,以后,C1,按照十进制进行计数,.,当,A,输入,67,个脉冲时,C1,C2,均为,9,状态,A,端再输入一个脉冲,则,C1,C2,均为,0,状态,同时向,C3,输入一个进位脉冲,.,120,对,“,九读出法,”,特点的总结,当,A,端输入,567,个脉冲后,C1C2C3,均为,9,状态,M4,的输入全为,1,使其输出端产生一个负脉冲,(1-0),实现,567,分频,.,因为,B,点,1-0,又加在,C1C3,的,T,LD,端为分频器的重新预置做准备,由此可见,输入,A,端共计输入,567,个脉冲时,则,B,端输出一个负跳变脉冲,因而程序分频器的分频比为,567.,121,2-4-1,可变程序,分频器的工作原理,三,.,提高可变程序分频器速度的,-,提前预置法,.,采用提前一个脉冲进行预置的程序分频器如图,2-31 P75,其中,C1C3,均按照,1248,码工作,.,整个系统采用九读出法,M1,M2,为与或非门,.M4,M5,M6,为与非门,.,122,个位计数,十位计数,百位计数,M5,M6,M1,M2,M4,123,三,.,提前预置法,T1,为,JK,触发器,由脉冲的下降沿触发工作,.,程序分频器系统是输入计数脉冲的上升沿为计数工作的边沿,.,其工作过程如下,.,124,1.,首先对各个计数器预置在,432,状态,(,设分频比还是,567),即,C1,为,0010,状态,C2,为,0100,状态,.,2.,当计数循环开始时,JK,触发器,T1,输出为,Q=1,总输出,B=0,C1C3,再开始计数,当计数器,A,端输入第,565,个脉冲后,(,此时,包括预置数在内总计数器为,432+565=997,个脉冲,).,此时,C2,C3,的,Q,A,=Q,D,=1,均为高电平,(,即,1001,状态,).,此时,C1,的,Q,A,=Q,B,=Q,C,=1,即,0111,状态,于是与非门,M4=0(,全高应低,),迫使,JK,触发器,T1,置,0,125,个位计数,十位计数,百位计数,M5,M6,M1,M2,M4,1,0,126,(,迫使,LD=T=0),发出预置定指令,这样它比第,566,个脉冲提前半个周期送出预置定指令,.,CP,M6,M4,T,Q,T,Q,566,565,567,127,3.,当第,566,个脉冲进入计数器进行计数时,因预置定指令延迟到达,C1C3,的输入端,(,图中虚线所示,),在第,565,个脉冲未能使,C1C3,预置,同时,M4,输出低电平,(M4=0),使,T1,保持原状态,T1=0,Q=0,当第,567,个脉冲到来时,CP,M6,M4,T,Q,T,Q,566,565,567,128,它的前沿使计数器根据预置输入码进行预置,同时,使第,567,个脉冲前沿通过与非门,M6,反相触发,T1,使,T1,翻转,因而又提前半个周期撤离预置定指令,以保证下一个计数循环顺利进行,.,CP,M6,M4,T,Q,T,Q,566,565,567,129,提前预置分频器的特点,一,.,预置定指令提前两个脉冲在第,565,个脉冲之后发出,.,二,.,发出预置定指令,预置操作和撤离预置定指令在两个周期内完成,为预置整个过程争取了时间,同时完成了同步的过程,.,所以有效的提高了程序分频器的速度,.,130,2-4-2,零读出法,分频器,131,2-4-2,零读出法,分频器,一,.T217,可逆可预置计数器,零读出法程序分频器,由三个,T217,级联而成,所以先介绍,T217,逻辑电路的组成及其工作原理,.,132,2-4-2,零读出法,分频器,1.T217,引脚功能,LD-,预置指令输入端,(,低电平有效,),Cr-,计数器置零输入端,(,高电平有效,),Cp+-,计数脉冲输入端,(,上升沿有效,),Cp-,计数脉冲输入端,(,上升沿有效,),133,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,Cr,O,B,O,C,134,2-4-2,零读出法,分频器,A,B,C,D-,预置码输入端,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,-,计数器输出端,O,C,-,加法计数器输出脉冲进位端,O,B,-,减法计数器借位脉冲输出端,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,最低位,最高位,135,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,Cr,O,B,O,C,136,2-4-2,零读出法,分频器,2.,工作原理,(1),置零,先使置零端,Cr=1,则,Cr=0,所以各触发器,R,D2,=0,T217,为“,0000”,状态,.,(2),预置,当,LD=0,则,LD=1,此时若,Cr=0,Cr=1,置零端不起作用,.,例如,:,实现,6,分频,即,N=6,则预置,T217,的状态为“,6”,即“,0110”,状态,.,即,A=0,B=1,C=1,D=0.,137,Q,A,Q,B,Q,C,Q,D,Cr,O,B,O,C,138,2-4-2,零读出法,分频器,(3),计数 零读出法采用减法计数,!,当,Cr=0,LD=1,CP-,端输入计数脉冲,此时计数器处于,6,状态,再计入,6,个脉冲,即达到满量状态,(“0000”,状态,),由,O,B,输出一个借位脉冲,以后计数器按十进制进行计数,.,139,2-4-2,零读出法,分频器,二,.,零读出法程序分频器,如图,2-38(P84),1.,逻辑电路组成,它由三个,T217(W1,W2,W3),级联而成,M1,为与门,M2,为与或非门,T1,为,JK,触发器,实现提前预置,此程序分频器分频比可在,000999,之间变化,.,140,141,2-4-2,零读出法,分频器,5,6,7,百位,W3,计,十位,W2,计,个位,W1,计,2.,工作原理,.,现在仍以分频比为,567,为例来说明其工作过程,.,142,预置,计数开始前,各计数器按,8421,码,将,567,直接预置到,W1,W2,W3,中,.,个位,W1:0 1 1 1,状态,(7,状态,),十位,W2:0 1 1 0,状态,(6,状态,),百位,W3:0 1 0 1,状态,(5,状态,),143,144,计数,W1,先开始按照减法计数,当输入,A,端进入,7,个脉冲时,W1,变为“,0,000”,状态,由图中可见,此时,W1,的,Q,D,=0.,当,A,端再输入一个脉冲时,共输入,(7+1+8,个脉冲,),W1,为“,1,001”,状态,由,Q,D,0-1,此时,W1,已经完成个位分频比任务,此时,若,T1,的,Q,无反馈的预置指令,W1,将作为固定的十进制计数器进行工作,.,145,146,如果,A,端,(A,中这时状态为,1001)(9,状态,),再输入,9,个脉冲,(,即,A,端输入,7+1+9=17,个脉冲,),W1,又呈,0000(0,状态,);,可见,借位脉冲是在,10,个计数脉冲的第一个脉冲到来时进行的,这与习惯上的减法计数是一样,.,如果,A,端再输入,50,个脉冲,(17+50=67),则,W1,W2,均为“,0000”,状态,此时符合,O,B,与非门的选通条件,当,A,端再输入一个脉冲,W3,计数器将减,1,实现借位,.W3(0101-0100).,147,148,当,A,端再输入,400,个脉冲,(67+1+400=468),W3,达到,(0000,状态,),满量读出,而,W1,W2,均为“,1001”,状态,.,当,A,端再输入,90,个脉冲,(468+90=558),W3,W2,均为,(0000,状态,),当,A,端再输入,7,个脉冲,(558+7=565),W1,为“,0010”,状态,此时,M2,触发器的输入全为,0,输出为,1,为,T1,翻转创造条件,.,149,0-1,150,567,566,1,在第,566,个脉冲作用下,T1,的,Q=0(,原先为,1),发出预置定指令,在预置定期间,各计数器按所需的预置码进行预置,且在预置期间,计数器不计数,.,151,在,A,端第,567,个脉冲到来时,使,T,翻转成,Q=1,此时,预置定指令撤销,为下一此计数循环做好准备,.,T1,端的负跳变脉冲作为分频器的输出信号,.,567,566,1,152,2-4-2,零读出法,分频器,3.,主要特点,此程序分频器利用,8421,码直接进行预置,不再需要预置译码,这样便于和其他计算机等设备进行直接连接,.,便于接收机,/,发射机共用一个频率合成器,在接收机接收信号时,直接进行加减中频,可省掉复杂的译码电路,.,153,2-4-2,零读出法,分频器,采用减法计数逻辑,所以程序分频器连接为减法计数器电路,可直接进行预置,与就读出法相比,省掉了译码器和引导预置的与非门,154,T216,155,T217,156,2-4-2,零读出法,分频器,满量识别电路简单可靠,计数器可以任意多,.,满量识别只有三根接线,所以便于简化制作印刷电路版的排线和工艺,.,157,2-4-2,零读出法,分频器,存在的问题,:,由于每一级的十进制计数器的内部各个触发器之间存在传输时延,使传输速率没有达到理想的程度,一般程序分频器的速度通常只能达到单个触发器的,1/21/3,甚至更低,.,158,2-4-2,零读出法,分频器,预置操作在各可变十进制计数器内同时进行,预置时间较长,.,若各可变十进制计数器需要相当高的速度,就必须增加高速器件,而高速器件太多的话,又会增加成本和功耗,.,159,2-4-2,零读出法,分频器,为了提高预置速度,需要增加额外的识别和控制电路,这些电路通常必须采用高速器件,.,可变十进制计数器的本身结构复杂,速度不容易提高,例如,:T216,和,T217,的计数频率仅为,25MHz.,160,2-4-3,变模程序,分频器,161,2-4-3,变模程序,分频器,一,.,脉冲吞除原理,1.,一般程序分频器的工作过程的缺点是,:,前面的讨论的一般程序分频器,在工作时,其计数顺序是,:,先个位计数,然后十,/,百,/,千位计数,计数时,先计尾数,尾数计完后,各可变十进制计数器均为固定的,10,分频器,162,2-4-3,变模程序,分频器,一个计数循环完成后,再通过预置,以使得各可变程序分频器再次获得关于尾数的信息,.,由此可见,一般程序分频器具有两个特点,:,由于计数器级联,(,串行,),所以个位计数器需要采用高速脉冲,因而承受压力最大,.,每个循环后要进行预置,计数过程分为先计尾数后再,10,计数阶段,因而一般分频器的工作频率较低,(,约,25MHz),.,163,2-4-3,变模程序,分频器,2.,脉冲吞除原理,针对上述的情况,提出改进的新方法,:,将个位与十位可变十进制计数器进行并行联接,.,将个位可变十进制计数器的计数方法进行改造,将其计尾数和,10,这两个任务结合起来进行,.,具体的实现方法是,:,利用一个前置分频器来完成,.,164,2-4-3,变模程序,分频器,前置分频器,W1(Ns),W2W4(Nw),0,1,165,2-4-3,变模程序,分频器,前置分频器有两个分频比,(,又称,:,模式,),即,10,和,11,其工作模式可由外来信号控制,.,举例,:,假定需要个位分频比为,4,新的方法是利用前置分频器按照,11,模式工作,4,次,然后转换为,10,模式工作,这样前置分频器经过,4,次,11,总共可计,114=44,个脉冲,相当于一般程序计数器,4+410=44(,先计尾数然后再,10,计数,),166,2-4-3,变模程序,分频器,由于个位计数器对前置分频器吞除的脉冲数能够进行检测和控制,故此种计数器又称为吞食计数器,.,采用吞除技术以后,只有,前置分频器,工作在输入最高频率上,而个位吞食计数器和十,/,百,/,千位程序分频器的工作频率均比输入频率低,10,倍,故此分频器的速度大大提高,.,167,2-4-3,变模程序,分频器,由于前置分频器只有,10,和,11,两种工作模式,所以改变分频比的过程可以简化,只需要一个控制信号,而且不必采用预置操作,故工作速度可以大大提高,.,168,2-4-3,变模程序,分频器,二,.,如图,2-40,所示的双模程序分频器,由,前置分频器,(10/11),吞食计数器,W1,十,百,千位程序计数器,W2,W3,W4,控制逻辑电路,169,2-4-3,变模程序,分频器,前置分频器,W1(Ns),W2W4(Nw),0,1,170,2-4-3,变模程序,分频器,其工作过程如下,:,1.