第2章 频率合成器的工作原理与主要部件.ppt

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,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.BG1BG5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.BG6BG8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I0,A=1,B=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=0,B=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:,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=1,2-4-1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,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).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=1Cp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,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.,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000999之间任意改变,现在我们以分频比为567为例进行说明.,2-4-1可变程序分频器的工作原理,(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.,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.,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,+,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,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.,(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.,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.,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.,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.,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.,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,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0,1,(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.,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,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.,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),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,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.,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000999之间变化.,2-4-2零读出法分频器,2.工作原理.现在仍以分频比为567为例来说明其工作过程.,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),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“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.,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).,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.,0-1,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.,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.,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.,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,T216,T217,2-4-2零读出法分频器,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.,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.,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.,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.,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: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).,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.,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),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,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,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NwNs.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,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=11Ns+10(Nw-Ns)举例:N总=567,则Ns=7,Nw=56N总=11Ns+10(Nw-Ns)=117+10(56-7)=77+490=567,NwNs,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=11Ns+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