Генератор тактовых импульсов на логических элементах

Для того, чтобы выполнялось заданное в Т.З. условие по нестабильности частоты: (Df / f) £ 10^-5, используем ГТИ на основе кварцевого резонатора. Такое решение позволяет получить нестабильность частоты (10^-6¸10^-8). Причем, размеры и стоимость кварца зависят от частоты (снижаются с повышением частоты). Проектировать генератор на основную частоту - нерационально. Поэтому будем генерировать частоту (0,5¸1,5)МГц, т. к. ГТИ рационально выполнить на МОП ЛЭ.

В качестве ГТИ будем использовать мультивибратор на логических элементах “И-НЕ” с транзисторным ключом на входе. Для конкретизации задачи выбираем ЛЭ МОП серии. В этом случае транзисторный ключ выполняется на полевом транзисторе.

Рис. 9.1. Принципиальная схема ГТИ.

Задаемся коэффициентом деления счетчика (микросхема К561ИЕ10), тогда .

Исходные данные для расчета ГТИ:

1) Напряжение питания Е_п = 15 В;

2) Частота генерируемого сигнала F_ГТИ = 512 кГц.

Будем использовать ИМС “3И-НЕ” К561ЛА9. Справочные данные ИМС: Е_п=3¸15 В, I_ВЫХmаx=9мА, I_пот=15мкА.

Из таблицы приложения В выбираем кварцевый резонатор РГ27: обладающий добротностью 45000, внутренней шунтирующей ёмкостью С₀=4 пФ, диапазон рабочих частот: 0.50 0.75 МГц.

Выбираем полевой транзистор КП307В. Его параметры: U_ЗИm=27 В, U_СИm=27 В, U_ЗСm=27 В, U_{отс.спр}=3 В, I_Сm=25 мА, U_отс= U_{отс.спр} +2 = 5 В.

Расчет параметров генератора:

Задаемся величиной емкости С1=0.25 нФ.

Ом. Выбираем по ГОСТ: R1=3.3 кОм, R2= 600 Ом типа МЛТ-0.125±5%. С1= 0.25 нФ типа КД ± 2%; С2=С3=20 пФ типа КТ-2±2%.

Определяем период следования импульсов: ,

 

Отклонение расчетной частоты от требуемой составляет , что вполне допустимо для кварцевого ГТИ (допустимо 0.5%).

ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

На вход счетчика ППЗУ необходимо подать импульсы с заданной частотой (m -требуемая разрядность счётчика ППЗУ). Для этого используем счетчик-делитель К561ИЕ10 [15]. Коэффициент деления частоты приведенной ниже схемы , где L=1, 2, …, 8. Принципиальная схема делителя частоты ДЧ имеет вид:

Рис.10.1. Принципиальная схема ДЧ

 

В случае, если 2-й счётчик ИМС К561ИЕ10 не требуется, то рекомендуется убрать все соединения этого счётчика. Для нормальной работы ДЧ не требуется проводить укорачивание цикла работы счётчика до требуемого L ( по входам R1, R2).

ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДЫ НА ППЗУ

Блок-схема генератора синусоиды изображена на рис.11.1:

Рис.11.1

 

Usin=U , где .

Код синусоиды хранится в ППЗУ объёмом и преобразуется в напряжение с помощью ЦАП. На выходе ЦАП сигнал имеет ступенчатый вид (см рис 11.2):

Рис.11.2. График напряжения на выходе ЦАП

 

, где i = 0, 1, …;

, где L - разрядность двоичного счетчика адреса ППЗУ. Разрядность данных ППЗУ m определяет число уровней дискретизации синусоиды . Величины L и m определяют спектр сигнала на выходе ЦАП [21]:

 

Полосовой фильтр ПФ необходим для подавления кратных гармоник в составе напряжения на выходе ЦАП:

Рис.11.3. Подавление полосовым фильтром кратных гармоник

ПФ уменьшает амплитуды кратных гармоник до значений

и, тем самым, снижает значение коэффициента нелинейных искажений .

Чем больше L и m, тем меньше искажения . В таблице 11.1 представлены значения в зависимости от параметров L и m:

Таблица 11.1

L	m
до ПФ	после ПФ
		47.2	0.24
	47.2	0.25
	47.2	0.25
	47.2	0.25
	47.2	0.25
			0.060
		0.059
		0.059
		0.059
		0.059
		11.3	0.054
	11.2	0.054
	11.2	0.054
	11.2	0.054
	11.2	0.054
		6.11	0.053
	5.60	0.052
	5.54	0.052
	5.51	0.052
	5.50	0.052
		4.02	0.050
	3.15	0.050
	2.78	0.050
	2.76	0.050
	2.76	0.050

Выбирая m и L по этой таблице, мы обеспечиваем заданную величину .

На тактовый вход адресного счетчика СЧ2 подаются импульсы с частотой . Т.к. кварцевый генератор ГТИ рационально выполнить на

(0.5 1.5) МГц, то делитель частоты ДЧ должен иметь коэффициент равный

.

Делитель частоты ДЧ может быть реализован двумя способами:

- как двоичный счетчик ();

- как двоично-десятичный счетчик (),

где к - число разрядов (двоичный счетчик) или число декад (2-10 счетчик). Целесообразно применять двоичный счетчик: .

На рис.11.4 представлена одна из возможных схем включения ППЗУ и ЦАП для реализации необходимой функции. Для генерирования синусоидальной функции составлена таблица соответствия между входными и выходными кодами ППЗУ (прошивка ИМС ППЗУ) (см приложение Д).