Prescaler de módulo dual

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 con un espaciado estrecho que, sin embargo, son demasiado altas para pasar directamente a través del bucle de retroalimentación del sistema. El módulo de un prescaler es su divisor de frecuencia. Un prescaler de módulo dual tiene dos divisores de frecuencia separados, generalmente M y M+1.

Un sintetizador de frecuencia produce una frecuencia de salida, f _o , que, dividida por el módulo, N, es la frecuencia de referencia, f _r :

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

El módulo generalmente se limita a valores enteros, ya que el comparador coincidirá cuando la forma de onda esté en fase. Normalmente, los múltiplos de frecuencia posibles serán los canales para los que está diseñado el equipo de radio, por lo que f _o normalmente será igual al espaciado entre canales . Por ejemplo, en los radioteléfonos de banda estrecha , un espaciado entre canales de 12,5 kHz es típico.

Supongamos que el divisor programable, que utiliza N, solo puede funcionar 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. Al interponer un prescaler fijo que pueda funcionar en este rango de frecuencia con una relación de división M de, digamos, 40, la frecuencia de salida cae 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:

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

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

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 sincronizan desde la salida del prescaler de módulo dual, pero solo la salida del divisor N se retroalimenta al comparador. Inicialmente, el prescaler está configurado para dividir por M + 1. Tanto N como A cuentan hacia atrás hasta que A llega a cero, momento en el que el prescaler cambia a una relación de división de M. En este punto, el divisor N ha completado A conteos. El conteo continúa hasta que N llega a cero, lo que supone un conteo adicional de N - A. En este punto, el ciclo se repite.

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

De modo que, si bien todavía tenemos un factor de M multiplicado por N, podemos agregar un recuento adicional, A, que nos da efectivamente un divisor con una parte fraccionaria . Solo es necesario construir el prescaler a partir de piezas de alta velocidad, y la frecuencia de referencia puede permanecer igual al espaciado de frecuencia de salida deseado.

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

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

${\displaystyle {\begin{aligned}N&=\left\lfloor {\frac {V}{M}}\right\rfloor \\A&=V-MN\end{aligned}}}$

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 se pueden obtener todas las razones de división V. Si V cae por debajo de M(M - 1), faltarán algunos canales.

En la actualidad, la mayoría de los prescalers de módulo dual existen dentro de chips PLL, lo que hace imposible sondear las señales reales durante el funcionamiento. Los primeros prescalers de módulo dual eran dispositivos ECL discretos, separados de los chips PLL. Aquí hay un ejemplo de un prescaler de módulo dual en uso. Este circuito utiliza un Motorola MC145158 con un prescaler de módulo dual Fujitsu MB-501 que funciona en el modo 128/129. El PLL está bloqueado a 917,94 MHz (f _o ) con una frecuencia de espaciado de canal de 30 kHz (f _r ). El recuento total de enteros, por lo tanto, es 30.598. Dividir esto por 128 (M) produce un cociente de 239 con un resto de 6, N y A, respectivamente. El resultado de esta elección de frecuencia es que el prescaler pasa la mayor parte de su tiempo contando en 128 y solo un breve período en 129.

Esto se muestra en la traza violeta superior, la salida del contador A del control de módulo. 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 espaciado de canal de 30 kHz. La traza verde es la salida del prescaler de módulo dual, que corresponde a 7,1714 MHz en el caso de que el prescaler esté en 128 y 7,1158 cuando está en 129. Es claramente obvio que el control de módulo es bajo durante exactamente 6 ciclos de la salida del prescaler. Lo que no es obvio es el hecho de que la frecuencia cambia en menos de un 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 de 128 en 128. Esto sucedería en 906,24, 910,08, 913,92, 917,76, 921,60 MHz, etc.

• Contador de deglución de pulso