Frequenzteiler - Frequency divider
Ein Frequenzteiler , auch ein angerufener Taktteiler oder Scaler oder Prescaler , ist eine Schaltung , die ein Eingangssignal eines nimmt Frequenz , und erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz:
Wo ist eine ganze Zahl? Frequenzsynthesizer mit Phasenregelkreis verwenden Frequenzteiler, um eine Frequenz zu erzeugen, die ein Vielfaches einer Referenzfrequenz ist. Frequenzteiler können sowohl für analoge als auch für digitale Anwendungen implementiert werden .
Analoge Teiler
Analoge Frequenzteiler sind seltener und werden nur bei sehr hohen Frequenzen verwendet. In modernen IC-Technologien implementierte digitale Teiler können bis zu zehn GHz arbeiten.
Regenerativer Frequenzteiler
Ein regenerativer Frequenzteiler, auch als Miller-Frequenzteiler bekannt , mischt das Eingangssignal mit dem Rückkopplungssignal vom Mischer.
Das Rückmeldesignal ist . Dies erzeugt Summen- und Differenzfrequenzen , am Ausgang des Mischers. Ein Tiefpassfilter entfernt die höhere Frequenz und die Frequenz wird verstärkt und in den Mischer zurückgeführt.
Einspritzverriegelter Frequenzteiler
Ein freilaufender Oszillator, dem eine kleine Menge eines höherfrequenten Signals zugeführt wird, neigt dazu, im Gleichschritt mit dem Eingangssignal zu schwingen. Solche Frequenzteiler waren für die Entwicklung des Fernsehens von wesentlicher Bedeutung .
Es arbeitet ähnlich wie ein injektionsverriegelter Oszillator . In einem injektionsverriegelten Frequenzteiler ist die Frequenz des Eingangssignals ein Vielfaches (oder ein Bruchteil) der freilaufenden Frequenz des Oszillators. Während diese Frequenzteiler tendenziell eine geringere Leistung aufweisen als statische Breitband-Frequenzteiler (oder Flip-Flop-basierte Frequenzteiler), ist der Nachteil ihr niedriger Verriegelungsbereich. Der ILFD-Verriegelungsbereich ist umgekehrt proportional zum Qualitätsfaktor (Q) des Oszillatortanks. Bei Designs mit integrierten Schaltkreisen ist eine ILFD empfindlich gegenüber Prozessschwankungen. Es muss darauf geachtet werden, dass der Abstimmbereich des Ansteuerkreises (z. B. eines spannungsgesteuerten Oszillators) in den Eingangsverriegelungsbereich des ILFD fällt.
Digitale Trennwände
Für die Ganzzahldivision der Potenz 2 kann ein einfacher Binärzähler verwendet werden, der durch das Eingangssignal getaktet wird. Das niedrigstwertige Ausgangsbit wechselt mit 1/2 der Rate des Eingangstakts, das nächste Bit mit 1/4 der Rate, das dritte Bit mit 1/8 der Rate usw. Eine Anordnung von Flipflops ist eine klassische Methode für Ganzzahlen -n Abteilung. Eine solche Aufteilung ist frequenz- und phasenkohärent über Umgebungsschwankungen einschließlich der Temperatur. Die einfachste Konfiguration ist eine Reihe, bei der jedes Flip-Flop durch 2 geteilt wird. Für eine Reihe von drei davon wäre ein solches System eine Division durch 8. Durch Hinzufügen zusätzlicher Logikgatter zur Kette von Flipflops können andere Teilungsverhältnisse erhalten werden. Integrierte Schaltungslogikfamilien können eine Einzelchip-Lösung für einige gemeinsame Teilungsverhältnisse bereitstellen.
Eine andere beliebte Schaltung zum Teilen eines digitalen Signals durch ein gerades ganzzahliges Vielfaches ist ein Johnson-Zähler . Dies ist eine Art Schieberegisternetzwerk , das vom Eingangssignal getaktet wird. Der komplementierte Ausgang des letzten Registers wird zum Eingang des ersten Registers zurückgeführt. Das Ausgangssignal wird von einem oder mehreren der Registerausgänge abgeleitet. Beispielsweise kann ein Teiler durch 6 durch einen Johnson-Zähler mit 3 Registern konstruiert werden. Die sechs gültigen Werte des Zählers sind 000, 100, 110, 111, 011 und 001. Dieses Muster wiederholt sich jedes Mal, wenn das Netzwerk durch das Eingangssignal getaktet wird. Der Ausgang jedes Registers ist eine af / 6-Rechteckwelle mit einer Phasenverschiebung von 60 ° zwischen den Registern. Zusätzliche Register können hinzugefügt werden, um zusätzliche ganzzahlige Teiler bereitzustellen.
Gemischte Signalteilung
( Klassifizierung: asynchrone sequentielle Logik )
Eine Anordnung von D-Flip-Flops ist eine klassische Methode zur Ganzzahl-n-Division. Eine solche Aufteilung ist frequenz- und phasenkohärent über Umgebungsschwankungen einschließlich der Temperatur. Die einfachste Konfiguration ist eine Reihe, bei der jedes D-Flip-Flop eine Division durch 2 ist. Für eine Reihe von drei davon wäre ein solches System eine Division durch 8. Es wurden kompliziertere Konfigurationen gefunden, die ungerade Faktoren wie eine Division durch 5 erzeugen. Zu den klassischen Standard-Logikchips, die diese oder ähnliche Frequenzteilungsfunktionen implementieren, gehören die 7456, 7457, 74292 und 74294. (siehe Liste der 7400-Serien und Liste der 4000-Serien- Logikchips)
Bruch-n-Teiler
Ein Bruch-n-Frequenzsynthesizer kann unter Verwendung von zwei ganzzahligen Teilern konstruiert werden, einem Teiler durch n und einem Teiler durch (n + 1) Frequenzteiler. Bei einem Modulregler wird n zwischen den beiden Werten umgeschaltet, so dass der VCO zwischen einer gesperrten Frequenz und der anderen wechselt. Der VCO stabilisiert sich auf einer Frequenz, die dem zeitlichen Durchschnitt der beiden gesperrten Frequenzen entspricht. Durch Variieren des Prozentsatzes der Zeit, die der Frequenzteiler bei den beiden Teilerwerten verbringt, kann die Frequenz des gesperrten VCO mit sehr feiner Granularität ausgewählt werden.
Delta-Sigma-Fractional-n-Synthesizer
Wenn die Folge von Teilen durch n und Teilen durch (n + 1) periodisch ist, erscheinen zusätzlich zur gewünschten Frequenz Störsignale am VCO-Ausgang. Delta-Sigma-Teil-n-Teiler überwinden dieses Problem, indem sie die Auswahl von n und (n + 1) randomisieren, während die zeitgemittelten Verhältnisse beibehalten werden.
Siehe auch
Verweise
- ^ RL Miller (1939). "Bruchfrequenzgeneratoren, die regenerative Modulation verwenden". Verfahren des IRE . 27 (7): 446–457. doi : 10.1109 / JRPROC.1939.228513 .