Предлагаемый делитель частоты собран на микроконтроллере (МК) PIC12F675 и микросхеме маломощного синтезатора частоты LMX2306. Делитель частоты имеет два диапазона 10 Гц...100 МГц и 10...500 МГц.
Основные технические характеристики
Делитель частоты имеет два входа (IN1 и IN2) и один выход
Коэффициенты деления по входу IN1 ........................10, 100, 1000, 10000
Входное сопротивление по входу IN1, кОм ........................10
Входное напряжение по входу IN1 должно иметь уровень цифровой логики ........................ лог.0 - 0 В, лог. 1 - 5 В
Коэффициенты деления по входу IN2 ........................100,1000, 10000
Входное сопротивление по входу IN2, Ом ........................50
Входное напряжение по входу IN2, В ........................0,1...1
Выход имеет уровень цифровой логики ........................лог. 0 - 0 В, лог. 1 - 5 В
Выходное сопротивление, кОм ........................1
Напряжение питания постоянного тока, В ........................9...16
Потребляемый ток, мА ........................5...10
Установка коэффициента деления и выбор делителя осуществляется подачей логических уровней на входы МК. Схема устройства приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема устройства
Микроконтроллер DD1 (PIC12F675) работает от внутреннего RC-генератора и тактируется импульсами с периодом 1 мкс. Описание семейства микроконтроллеров PIC12F675 и программных средств их программирования приведены в [1]. Стабилизатор напряжения питания +5 В собран на микросхеме DA2 (LM78L05) [2]. Конденсаторы С1, C5-C7 - блокировочные по цепи питания. Делитель частоты собран на микросхеме DA1 (LMX2306) [3]. Диоды VD1-VD4 предназначены для защиты входов микросхемы. Конденсаторы C2-C4 служат для развязки по постоянному току.
Переключателем SA1 выбирают диапазон делителя. Если на входе GP3 DD1 присутствует лог. 0 (подвижный контакт SA1 находится в нижнем по схеме положении), включён диапазон 10 Гц...100 МГц, если же лог. 1 (подвижный контакт SA1 - в показанном на схеме верхнем положении), то включён диапазон 10...500 МГц.
Переключателями SА2, SА3 выбирают коэффициент деления делителя:
-для диапазона 10 Гц...100 МГц:
на входах GP4, GP5 присутствует лог. 0 - К = 10;
на входе GP4 присутствует лог. 1,
на входе GP5 - лог. 0 - К = 100; на входе GP4 - лог. 0,
на входе GP5 - лог. 1 - К = 1000;
на входах GP4, GP5 присутствует лог. 1 - К = 10000;
-для диапазона 10...500 МГц:
на входах GP4, GP5 присутствует лог. 0 - К = 100;
на входе GP4 - лог. 1,
на входе GP5 - лог 0 - К = 1000;
на входе GP4 - лог. 0,
на входе GP5 - лог. 1 - К= 10000.
Работу делителя для первого входа (IN1) с коэффициентом деления К = 100 иллюстрирует рис. 2. Сигнал разрешения LE на осциллограмме обозначен жёлтым цветом, синхросигнал Clock - синим цветом, данные Data - красным цветом. На рис. 3 приведены сигналы (сигнал разрешения LE на осциллограмме обозначен жёлтым цветом, синхросигнал Clock - синим цветом, данные Data - красным цветом) для второго входа (IN2) c коэффициентом деления К = 1000.
Рис. 2. Работа делителя для первого входа (IN1) с коэффициентом деления К = 100
Рис. 3. Сигналы для второго входа (IN2) c коэффициентом деления К = 1000
Рассмотрим работу программированного делителя. Он выполнен на микросхеме LMX2306, которая представляет собой частотный синтезатор в интегральном исполнении. В нём использована кремниевая технология BiCMOS 0,5 мкм компании National ABiC V. Микросхема содержит предварительный делитель частоты 8/9. Последовательные данные передаются в LMX2306 через трёхпроводной интерфейс (данные, включение, синхроимпульсы). Напряжение питания может варьироваться от 2,3 В до 5,5 В. Микросхема LMX2306 имеет сверхнизкое потребление тока - 1,7 мА при напряжении питания 3 В. Синтезаторы LMX2306 выпускают в 16-контактном корпусе.
Микросхема содержит 21-разрядный сдвиговый регистр данных, 14-разрядный R-счётчик, 18-разрядный N-счётчик и 18-разрядный триггер F. Поток данных сдвигается по фронту тактового импульса на входе LE на вход Data. Последние два бита в последовательности данных C1, C2 - биты управления.
Программируемый делитель диапазона 10 Гц...100 МГц
Если управляющие биты равны [C1,C2] = [0,0], данные передаются из 21-разрядного сдвигового регистра в триггер, который загружает их в 14-разрядный R-счётчик. Четыре разряда R15-R18 предназначены для тестовых режимов, и в них должны быть записаны 0 для нормальной работы. Формат данных показан в табл. 1.
Таблица 1
Коэффициент деления | R14 | R13 | R12 | R11 | R10 | R9 | R8 | R7 | R6 | R5 | R4 | R3 | R2 | R1 |
3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| ••• | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • |
16383 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Программируемый делитель диапазона 10...500 МГц
Делитель выполнен на N-счётчике. Он состоит из пятиразрядного счётчика (счётчик А) и 13-разрядного программируемого счётчика (счётчик В). Если управляющие биты равны [C1,C2] = [1,0], данные передаются из 21-разрядого сдвигового регистра в пятиразрядный триггер, который загружает их в счётчик Д, 13-разрядный триггер загружает их в 13-разрядный программируемый счётчик B и разряд GO. Для LMX2306 максимальное значение N равно 65535, а минимальное - 56. Формат последовательных данных показан в табл. 2. Функции триггера и инициализации записываются в одни и те же регистры.
Таблица 2
Коэффициент деления | N5 | N4 | N3 | N2 | N1 |
0 | X | X | 0 | 0 | 0 |
Коэффициент деления | N18 | N17 | N16 | N15 | N14 | N13 | N12 | N11 | N10 | N9 | N8 | N7 | N6 |
3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
••• | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • | • |
8191 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Описание функций
F1. Активация разряда режи ма сброса счётчика F1 позволяет обнулить счётчики N и R. При включении питания разряд F1 должен быть отключён, после чего счётчик N возобновляет счёт совместно со счётчиком R (максимальная ошибка составляет один цикл).
F2. Управляет отключением питания.
F3-F5. Управляют выходом Fo/LD.
F6. Полярность фазового детектора.
F7. Режим TRI-STATE устанавливается с помощью разряда F7. Для нормальной работы в этом разряде должен быть установлен ноль.
F8. Когда в разряд FastLock Enable записана единица, микросхема принудительно переходит в один из четырёх режимов FastLock.
F9. Разряд управления определяет режим работы в FastLock (F8 = 1).
F11-F14. С помощью этих разрядов устанавливается счётчик времени ожидания FastLock.
F15-F17. Эти функциональные разряды предназначены для тестовых режимов и для нормальной работы в них должны быть записаны нули.
F18. Управляет отключением питания.
F19. Этот функциональный разряд предназначен для тестового режима и для нормальной работы в него должен быть записан ноль.
Функция отключения питания
Разряды F2 и F18 обеспечивают программируемые режимы отключения питания, когда на выводе CE установлен высокий уровень. Когда на выводе CE присутствует низкий уровень, микросхема немедленно отключается независимо от состояния разряда отключения питания. Синхронный и асинхронный режимы отключения питания доступны при выборе MICROWIRE. Синхронное отключение питания происходит, если в разряд F18 (режим Powerdown) записана единица и в разряд F2 (Powerdown) записывают единицу. Асинхронное отключение питания происходит, если в разряд F18 записан ноль, а в разряд F2 записывают единицу. В синхронном режиме понижения мощности (F18 = HIGH) функция пониженного энергопотребления управляется зарядовым устройством для предотвращения нежелательных скачков частоты. После загрузки значения в разряд программы отключения питания F2 микросхема переходит в режим отключения.
В асинхронном режиме отключения питания (F18 = LOW) питание микросхемы выключается сразу после записи нуля в разряде F2. Устройство возвращается в активное включённое состояние либо в синхронном, либо в асинхронном режиме сразу после записи нуля в разряд F2.
Обнуление счётчика
Для обнуления счётчика управляющие биты устанавливают равными [C1,C2] = [0,1] и разрешающий обнуление счётчика разряд F1. Затем загружаются регистры счётчиков R и N с последующей загрузкой данных, при этом обнуление счётчика отключается.
Управление микросхемой
Сначала определяют частоты и требуемый режим работы. Регистр данных запрограммирован в 21-битный поток данных, загружаемый в счётчик R, счётчик N или триггер F.
Во время программирования счётчиков R и N микросхема находится в выключенном состоянии и обеспечивает минимально возможное потребление. Когда микросхема запрограммирована и включена, счётчики R и N возобновят счёт. Когда уровень сигнала навходе CE меняется с низкого на высокий уровень, возможна задержка 1 мкс. Вход CE может использоваться для включения и выключения микросхемы с помощью кнопочного управления. Микросхему не нужно перепрограммировать каждый раз, если питание не отключалось.
Делитель собран на макетной плате. В налаживании устройство не нуждается. Микроконтроллер запрограммирован программатором ChipProg-40.
В устройстве применены резисторы и неполярные конденсаторы (С1-С4, С6) типоразмера 0805 для поверхностного монтажа. Оксидные конденсаторы - Hitano EHP Разъёмы - 24 BNC-50-2-20/ 133 NE, переключатели SA1-SA3 - MTS-123, выключатель SA4 - SW-012103.
Файл прошивки находится здесь
Литература
1.PIC12F629/675 Data Sheet 8-Pin FLASHBased 8-Bit CMOS Microcontrollers. - URL: https://ww1 .microchip.com/downloads/en/ devicedoc/41190c. pdf (25.12.22).
2.LM78LXX Series 3-Terminal Positive Regulators. - URL: http://users.ece.utexas.edU/~ valvano/Datasheets/LM78L05.pdf (25.12.22).
3.LMX2306/LMX2316/LMX2326. PLLatinum™ Low Power Frequency Synthesizer for RF Personal Communications LMX2306 550 MHz, LMX2316 1.2 GHz, LMX2326 2.8 GHz. - URL: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/ 9183/NSC/LMX2306. html (25.12.22).
Автор: В. Турчанинов, г. Севастополь