Prescaler de doble módulo

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Circuito electrónico

Un prescaler de módulo dual es un circuito electrónico que se utiliza en diseños de sintetizadores de alta frecuencia para superar el problema de generar frecuencias estrechamente espaciadas que, sin embargo, son demasiado altas para pasar directamente a través del circuito de retroalimentación del sistema.. El módulo de un prescaler es su divisor de frecuencia. Un preescalador de módulo dual tiene dos divisores de frecuencia separados, generalmente M y M+1.

El problema

Un sintetizador de frecuencia produce una frecuencia de salida, f_o, que dividida por el módulo, N, es la frecuencia de referencia, f_r:

${displaystyle {frac {f_{o}}{N}}=f_{r}Rightarrow f_{o}=Nf_{r}}$

El módulo generalmente está restringido a valores enteros, ya que el comparador coincidirá cuando la forma de onda esté en fase. Por lo general, los múltiplos de frecuencia posibles serán los canales para los que está diseñado el equipo de radio, por lo que f_r será normalmente igual a la separación entre canales. Por ejemplo, en los radioteléfonos de banda estrecha, lo habitual es una separación entre canales de 12,5 kHz.

Suponga que el divisor programable, que usa N, solo puede operar a una frecuencia de reloj máxima de 10 MHz, pero se requiere que la salida f_o esté en el rango de cientos de MHz. La interposición de un preescalador fijo que puede operar en este rango de frecuencia con una relación de división M de, digamos, 40, reduce la frecuencia de salida al rango operativo del divisor programable. Sin embargo, se ha introducido un factor de 40 en la ecuación, por lo que la frecuencia de salida ahora es:

$f_{o}=40Nf_{r}$

Si f_r permanece en 12,5 kHz, solo se puede obtener uno de cada 40 canales. Alternativamente, si f_r se reduce en un factor de 40 para compensar, se convierte en 312,5 Hz, que es demasiado bajo para brindar buenas características de rendimiento de filtrado y bloqueo. También significa que la programación del divisor se vuelve más compleja, ya que se debe verificar el módulo para que solo se usen aquellos que brindan canales verdaderos, no cada 1/40 de un canal que está disponible.

La solución

La solución es el prescaler de módulo dual. El divisor principal se divide en dos partes, la parte principal N y un divisor adicional A, que es estrictamente menor que N. Ambos divisores se cronometran desde la salida del preescalador de módulo dual, pero solo se alimenta la salida del divisor N. Volvamos al comparador. Inicialmente, el preescalador está configurado para dividir entre M + 1. Tanto N como A cuentan hacia atrás hasta que A llega a cero, momento en el que el preescalador se cambia a una proporción de división de M. En este punto, el divisor N ha completado A cuenta. El conteo continúa hasta que N llega a cero, que es un conteo N - A adicional. En este punto se repite el ciclo.

${begin{aligned}&f_{o}=f_{r}left[{M(N-A)+(M+1)A}right]\Rightarrow &f_{o}=f_{r}left(MN+Aright)end{aligned}}$

Entonces, aunque todavía tenemos un factor de M multiplicado por N, podemos agregar un conteo adicional, A, que efectivamente nos da un divisor con una parte fraccionaria. Solo es necesario construir el preescalador con piezas de alta velocidad, y la frecuencia de referencia puede permanecer igual al espaciado de frecuencia de salida deseado.

El siguiente diagrama muestra los elementos y la disposición de un sintetizador de frecuencia con preescalador de módulo dual. (Compare con el diagrama en la página principal del sintetizador).

Se puede calcular A y N a partir de las fórmulas:

${begin{aligned}N&=leftlfloor {frac {V}{M}}rightrfloor \A&=V-MNend{aligned}}$

donde V es la razón de división combinada V = MN+A. Para que esto funcione correctamente, A debe ser estrictamente menor que M, así como menor o igual que N. Estas restricciones sobre los valores de A implican que no puede obtener todas las proporciones de división V. Si V cae por debajo de M(M - 1), faltarán algunos canales.

Ejemplo

Doble modulus prescaler waveform con una escala de 10 microsegundos.

Doble modulus prescaler waveform con una escala de 200 nanosegundos.

Hoy en día, la mayoría de los preescaladores de módulo dual existen dentro de los chips PLL, lo que hace imposible sondear las señales reales durante el funcionamiento. Los primeros preescaladores de módulo dual eran dispositivos ECL discretos, separados de los chips PLL. Aquí hay un ejemplo de un preescalador de módulo dual en uso. Este circuito utiliza un Motorola MC145158 con un preescalador de módulo dual Fujitsu MB-501 que funciona en el modo 128/129. El PLL está bloqueado en 917,94 MHz (f_o) con una frecuencia de separación entre canales de 30 kHz (f_r). Por lo tanto, el recuento total de enteros es 30.598. Dividiendo esto por 128 (M) se obtiene un cociente de 239 con un resto de 6, N y A respectivamente. El resultado de esta elección de frecuencia es que el preescalador pasa la mayor parte de su tiempo contando en 128 y solo un breve período en 129.

Esto se muestra en el trazo morado superior, el control de módulo, A, salida del contador. Estas dos capturas de pantalla difieren solo en la escala horizontal. La traza amarilla inferior es la salida del contador N cuya frecuencia corresponde a la frecuencia de separación de canales de 30 kHz. El trazo verde es la salida del preescalador de módulo dual, que corresponde a 7,1714 MHz en el caso de que el preescalador esté en 128 y 7,1158 cuando esté en 129. Es claramente obvio que el control del módulo es bajo precisamente durante 6 ciclos de la salida del prescaler. Lo que no es obvio es el hecho de que la frecuencia cambia menos del uno por ciento entre los dos estados del control de módulo. Habrá casos en los que A = 0, lo que dará como resultado que el preescalador de módulo dual cuente solo por 128. Esto ocurriría en 906,24, 910,08, 913,92, 917,76, 921,60 MHz, etc.

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