第2章频率合成器的工作原理与主要部件

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.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.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§2-1频率合成的方法及其工作原理§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.§2-1频率合成的方法及其工作原理§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.§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.§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.§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.§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.§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.§2-2数字鉴相器§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

§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§2-2-1门鉴相器-----与非门1.与非门VRVVVd110011101001§2-2-1门鉴相器-----与非门基准信号VR与VV比较信号的占空比均为1:1,其相差均为§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§2-2-1门鉴相器-----异或门§2-2-1门鉴相器-----异或门§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§2-2-1门鉴相器-----异或门§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.§2-2-2触发器鉴相器-----RS触发器一.RS触发器§2-2-2触发器鉴相器-----RS触发器§2-2-2触发器鉴相器-----RS触发器§2-2-2触发器鉴相器-----JK触发器二.JK触发器§2-2-2触发器鉴相器-----JK触发器其为下降沿触发当时§2-2-2触发器鉴相器-----JK触发器(1)鉴相器的输出电压Vd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§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.§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图5-10T4044同频鉴相波形(a)R与V同相；(b)R滞后V；(c)R超前V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.一.电压型鉴频鉴相器2.恒压泵电路(书P56)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.波形图一.电压型鉴频鉴相器4.鉴频和鉴相特性(1)鉴相特性一.电压型鉴频鉴相器端输出的平均直流电压为一.电压型鉴频鉴相器(2)鉴频特性一.电压型鉴频鉴相器端输出的平均直流电压为一.电压型鉴频鉴相器同理一.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fv趋于fR,当fv=fR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.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.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.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.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.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.二.电流型鉴频鉴相器设积分网络C1,C2,R的阻抗为二.电流型鉴频鉴相器代入拉氏变换二.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.§2-3压控振荡器§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K0(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)§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)§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.§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.§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.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所示二.E1648负阻VCO的工作原理§2-3-1集成负阻压控振荡器1.BG1~BG5是为各级晶体管可设立的直流偏置电路§2-3-1集成负阻压控振荡器2.BG6~BG8是组成负阻压控振荡器的主要部件.BG8使振荡电流I0为恒定值,相当于恒流源.下面推导负阻关系§2-3-1集成负阻压控振荡器3.BG9可维持振荡幅度的稳定.§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.§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)§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.§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CT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.CT以恒流源I0A=1B=0§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)

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=0B=1§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§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.§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.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§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§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§2-4可变程序分频器§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:f0§2-4可变程序分频器1.将VCO的频率调整到基准信号fr的附近,以便在鉴相器中使VCO频率f0经N分频后的比较信号fv与fr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f0=Nfr.§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.§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.§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§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§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<表2-3>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=1CrQAQBQCQDOC§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QA,QB,QC,QD------计数器输出端OC------计数器进位输出端QDQCQBQA最低位最高位CrQAQBQCQDOC§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OC有一个进位脉冲输出).<即与门M1全1出1>9置定6从预置编码表时,可见,此时计数器处于“3”状态,QDQCQBQA=0011即QD=QC=0,QB=QA=1由此可见,“九置定法”计数器的状态为9-N状态.§2-4-1可变程序分频器的工作原理高位低位§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)§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<计数状态>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QDQCQBQAOc§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.§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!§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.§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000~999之间任意改变,现在我们以分频比为567为例进行说明.个位计数十位计数百位计数T216§2-4-1可变程序分频器的工作原理567百位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.对于分频比为567时:个位C1:N=7,Y=9-N=9-7=2

即0010状态十位C2:N=6,Y=9-6=9-3=3

即0011状态百位C3:N=5,Y=9-5=9-5=4

即0100状态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.<1>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.个位计数十位计数百位计数T216001010017M6<2>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!!!!7+11++9+9C1计满7个0010->1001再来一个脉冲C1:1001->0000C1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!!!!!1010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.个位计数十位计数百位计数T216(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.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.个位计数十位计数百位计数T216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.个位计数十位计数百位计数T216对“九读出法”特点的总结<1>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.<2>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.对“九读出法”特点的总结<3>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.<4>因为B点1->0,又加在C1~C3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.§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2-31P75其中C1~C3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.个位计数十位计数百位计数M5M6M1M2M4三.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.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,C1~C3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QA=QD=1,均为高电平(即1001状态).此时C1的QA=QB=QC=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个位计数十位计数百位计数M5M6M1M2M410(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.CPM6M4TQTQ5665655673.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C1~C3的输入端(图中虚线所示)在第565个脉冲未能使C1~C3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CPM6M4TQTQ566565567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.CPM6M4TQTQ566565567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.§2-4-2零读出法分频器§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.§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)QAQBQCQDCrOBOC§2-4-2零读出法分频器A,B,C,D-------预置码输入端QA,QB,QC,QD------计数器输出端OC------加法计数器输出脉冲进位端OB------减法计数器借位脉冲输出端QDQCQBQA最低位最高位QAQBQCQDCrOBOC§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RD2=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.

QAQBQCQDCrOBOC§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OB输出一个借位脉冲,以后计数器按十进制进行计数.§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000~999之间变化.§2-4-2零读出法分频器567百位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.<1>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W1:0111状态(7状态)十位W2:0110状态(6状态)百位W3:0101状态(5状态)<2>计数,W1先开始按照减法计数

<I>当输入A端进入7个脉冲时,W1变为“0000”状态,由图中可见,此时,W1的QD=0.

当A端再输入一个脉冲时,共输入(7+1+8个脉冲),W1为“1001”状态,由QD0->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.<II>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.<III>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OB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).

<IV>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.<V>当A端再输入90个脉冲(468+90=558),W3,W2均为(0000状态)<VI>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.0->15675661<VII>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.<VIII>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.5675661§2-4-2零读出法分频器3.主要特点<1>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.<2>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.§2-4-2零读出法分频器<3>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T216T217§2-4-2零读出法分频器<4>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.§2-4-2零读出法分频器存在的问题:<1>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1/2~1/3,甚至更低.§2-4-2零读出法分频器<2>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.§2-4-2零读出法分频器<3>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.<4>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.§2-4-3变模程序分频器§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

§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:<1>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.<2>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).§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:<1>将个位与十位可变十进制计数器进行并行联接.<2>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.§2-4-3变模程序分频器前置分频器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§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11×4=44个脉冲,相当于一般程序计数器4+4×10=44(先计尾数然后再÷10计数)§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.§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.§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

§2-4-3变模程序分频器前置分频器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3变模程序分频器其工作过程如下:1.在计数循环开始时,控制逻辑电路输出一个“0”信号,使前置分频器先按照÷11模式工作,这种模式可比固定÷10分频比多计一个脉冲(吞食一个脉冲),其吞食脉冲数由吞食计数器(设其分频比为Ns)记录,其分频比的改变可以通过预置实现.§2-4-3变模程序分频器前置分频器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3变模程序分频器2.通常十/百/千位程序计数器W2,W3,W4的分频比Nw>Ns.3.吞食计数器先计到满量状态,通过满量识别电路改送“1”电平,至前置分频器,从而使得前置分频器由÷11改为÷10模式,同时吞食计数器停止计数.4.当十/百/千位程序计数器均计到满量状态,经过满量识别电路,经满量识别电路,再使控制逻辑电路送出“0”电平,至前置分频器,使其按照÷11模式工作,于是开始新的循环计数.§2-4-3变模程序分频器前置分频器W1(÷Ns)W2~W4(÷Nw)01§2-4-3变模程序分频器如图所示的双模程序分频器,其总的分频比为:

N总=11×Ns+10(Nw-Ns)举例:N总=567,则Ns=7,Nw=56N总=11×Ns+10(Nw-Ns)=11×7+10(56-7)=77+490=567NwNs§2-4-3变模程序分频器此双模程序分频器,除÷10/11,也可按÷8/9,÷32/33,÷16/17,÷128/129等模式工作.总结规律可得÷p/p+1N总=11×Ns+10(Nw-Ns)N总=(p+1)×A+p×(N-A)§2-4-3变模程序分频器假定吞食计数器用A分频计数器,程序分频计数器用N分频计数器,则N总=(p+1)×Ns+p×(Nw-Ns)N总=(p+1)×A+p×(N-A)§2-4-3变模程序分频器§2-4-3变模程序分频器三.四模程序分频器四模程序分频器采用了二次吞除的技术.它是脉冲吞除原理的引申,它也利用控制前置分频器及吞食脉冲数得到个位分频比Ns1,并扩展到十位得到十位分频比Ns2(即:每一计数循环吞食10个脉冲,相当于Ns2=1)§2-4-3变模程序分频器§2-4-3变模程序分频器前置分频器工作模式,由个位和十位吞食计数器控制,由于百位和前位程序的分频比Np均满足: