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分頻器產(chǎn)生精確的 455kHz 方波信號(hào)

來源： | 發(fā)布日期：2022-05-17

這里的電路是在開發(fā)射頻系統(tǒng)時(shí)設(shè)計(jì)的帶有不尋常分頻器的振蕩器，需要一個(gè)穩(wěn)定且準(zhǔn)確的 455kHz 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，使用盡可能少的組件，信號(hào)發(fā)生器還必須具有或非常接近 50% 的占空比，以消除或最小化二次諧波含量。

研究基于 455kHz 陶瓷諧振器和 455kHz 陶瓷濾波器的振蕩器，在測(cè)試時(shí)，我獲得了 448kHz 和 462kHz 的信號(hào)，這不是理想的精度。但有一個(gè) 4.096MHz 的石英晶體，通過使其以大約 4.095MHz 的穩(wěn)定方式振蕩，并將該頻率除以 9，輸出占空比為 50%，這將得到一個(gè)理想的結(jié)果。

該設(shè)計(jì)如圖 1所示，除了晶體外，還使用了兩個(gè)集成電路和一些電容器和電阻器。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Pierce型振蕩器，其中一個(gè) XOR 門 (IC1) 作為有源元件。作為反相器工作的 XOR 門并不是用于此類振蕩器的最常見的門，但其中三個(gè)在系統(tǒng)的其他地方未使用，所以通過測(cè)試，振蕩器在該配置下可靠且準(zhǔn)確地工作。

使用的晶體是用于 20pF 負(fù)載的并聯(lián)型。通過對(duì) C2 和 C3 使用 100pF 獲得了 4.0954MHz。該頻率除以 9 得到 455.04kHz，這個(gè)值對(duì)于設(shè)計(jì)需求來說足夠準(zhǔn)確。

該設(shè)計(jì)使用基于 XOR 門的 Pierce 振蕩器，產(chǎn)生 455kHz 和 50% 占空比

圖 1該設(shè)計(jì)使用基于 XOR 門的 Pierce 振蕩器，產(chǎn)生 455kHz 和 50% 占空比

第二個(gè) IC (IC2) 是一個(gè) 74HC4017，一個(gè)Johnson 計(jì)數(shù)器，使用其進(jìn)位線（引腳 12）作為電路輸出，并配置為由上升沿觸發(fā)。復(fù)位輸入（引腳 15）保持在邏輯電平 0 時(shí)，進(jìn)位線（引腳 12）在計(jì)數(shù)器狀態(tài)介于 0 和 4 之間時(shí)取電平 1，如果其狀態(tài)介于 5 和 9 之間，則取電平 0。

設(shè)計(jì)理念提交指南

你可能認(rèn)為該電路的一個(gè)選項(xiàng)是將 Q9（引腳 11）連接到復(fù)位輸入。然而，在這種情況下，雖然頻率輸出為 4.0954MHz 除以 9，但輸出占空比為 55.56%（如果輸出反相，則為 44.44%）。這無法滿足減少或消除輸出二次諧波的需要。

為了尋找接近 50% 的占空比，添加了連接到計(jì)數(shù)器 Q4（引腳 10）輸出的 XOR 門 IC1B。隨著這一變化，計(jì)數(shù)器現(xiàn)在將在 Q4 為 0 電平時(shí)在輸入的上升沿觸發(fā)，在 Q4 為 1 電平時(shí)在下降沿觸發(fā)。因此，電路在四個(gè)時(shí)鐘脈沖加上第五個(gè)脈沖表示輸入處于電平 1。當(dāng)?shù)谖鍌€(gè)脈沖變?yōu)殡娖?0 時(shí)，輸出變?yōu)殡娖?0，并在接下來的四個(gè)脈沖中保持不變。因此，輸入的頻率除以 9，如果輸入占空比為 50%，則輸出也為 50%。

如果輸入頻率不到 50%，輸出也會(huì)關(guān)閉，但幅度不會(huì)那么大。輸入和輸出占空比由以下公式關(guān)聯(lián)：

DC%out = (400 + DC%in) / 9

其中 DC% out和 DC% in分別是輸出和輸入占空比，以 0% 和 100% 之間的百分比表示。因此，如果 DC% in介于 0% 和 100% 之間，則輸出占空比將介于 44.44% 和 55.56% 之間，并不比上面提到的情況差。

電路測(cè)試產(chǎn)生了如圖 2所示的示波器捕獲。4.0954MHz 振蕩器信號(hào)（底部）和 455.04kHz 輸出信號(hào)（頂部）的占空比均為 50%。

測(cè)試結(jié)果表明，輸入信號(hào)和九分頻輸出都有 50% 的占空比

圖 2測(cè)試結(jié)果表明，輸入信號(hào)和九分頻輸出都有 50% 的占空比

如圖 3所示，可以使用另一個(gè) XOR 門構(gòu)成一個(gè)七分頻電路。如果占空比輸入為 50%，這也將產(chǎn)生 50% 的占空比輸出。

添加另一個(gè) XOR 門允許電路提供具有 50% 占空比輸出的七分頻輸出

圖 3添加另一個(gè) XOR 門允許電路提供具有 50% 占空比輸出的七分頻輸出

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