Многодиапазонный фазовращатель с переключаемым шагом сдвига фаз

Описан принцип создания многодиапазонных фазовращателей с механическим или электронным неограниченным переключением шага сдвига фаз.

Известные из технической и патентной литературы фазовращатели цифровых сигналов обычно не предусматривают возможности переключения диапазонов и шага сдвига фаз выходных сигналов.

На Рисунке 1 приведена схема фазовращателя, выполненного всего на двух корпусах микросхем CD4017 и CD4013 и позволяющего дискретно переключать рабочий диапазон и шаг фазового сдвига выходного сигнала.

Рисунок 1.	Многодиапазонный фазовращатель с переключаемым шагом сдвига фаз.

Входная микросхема DD1 CD4017 представляет собой счетчик импульсов с встроенным декодером. При подаче на вход счетчика тактовых импульсов уровень «лог. 1» последовательно по кругу перемещается с выхода Q0 на Q1, затем на Q2 и т.д. Переключатель SA1 задает количество задействованных выходов счетчика (количество тактов, достаточных для завершения полного цикла – возвращения уровня «лог. 1» на стартовую позицию – выход Q0).

С выхода Q0 сигнал поступает на вход D-триггера DD2.1 микросхемы CD4013, работающего в режиме деления частоты. Такой режим обеспечивает на выходе триггера коэффициент заполнения выходных импульсов 50% вне зависимости от такового импульса на его входе.

Сигналы с остальных девяти выходов счетчика импульсов суммируются через последовательно включенные цепочки из резисторов R2–R11 и диодов VD1–VD10 на резисторе R13.

Выбор одного из выходов Q2–Q9 счетчика, запускающего второй D-триггер DD2.2 и задающего шаг фазового сдвига, производится при помощи переключателя SA2. Выбранный выход счетчика через один из токоограничивающих резисторов R2–R11 и ему соответствующий светодиод HL1–HL10 нагружается на общую шину. Сигнал со счетчика, поступающий на резистор R13, прерывается.

Таким образом решаются одновременно две задачи: происходит задание шага фазового сдвига и осуществляется визуальная индикация его выбора.

На Рисунке 2 показан вариант выполнения многодиапазонного фазовращателя, имеющего 10 выходов (по числу выходов Q0–Q9 счетчика импульсов DD1). Такой вариант фазовращателя позволит без переключений одновременно получать на выходе устройства от 2 до 10 сигналов с одинаковым фазовым сдвигом между каналами.

Рисунок 2.	Многодиапазонный фазовращатель с параллельными независимыми выходами сдвига фаз.

Обобщенные характеристики цифровых многоступенчатых фазовращателей приведены в Таблице 1.

Таблица 1.

Характеристики цифровых многоступенчатых фазовращателей

Диапазон Сдвиг фазы, град. Частоты выходных сигналов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10   1 90 180 – – – – – – – – FВЫХ = FВХ/4 2 60 120 180 – – – – – – – FВЫХ = FВХ/6 3 45 90 135 180 – – – – – – FВЫХ = FВХ/8 4 36 72 108 144 180 – – – – – FВЫХ = FВХ/10 5 30 60 90 120 150 180 – – – – FВЫХ = FВХ/12 6 25.7 51.4 77.1 102.9 128.6 154.3 180 – – – FВЫХ = FВХ/14 7 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 – – FВЫХ = FВХ/16 8 20 40 60 80 100 120 140 160 180 – FВЫХ = FВХ/18 9 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 FВЫХ = FВХ/20

Начальный сдвиг фазы или шаг сдвига фазы можно определить из выражения:

где n – номер диапазона (Переключатель SA1).

Итоговый сдвиг фазы в зависимости от n – номера диапазона и k – положения переключателя SA2 вычисляется как

Частоту выходных импульсов при смене диапазона находят по формуле

Количество диапазонов и шаг фазового сдвига можно кратно нарастить, использовав последовательное включение микросхем счетчиков. В качестве переключателей SA1 и SA2 можно использовать электронные коммутаторы, что позволит дистанционно управлять работой фазовращателя.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments CD4013B
2. Datasheet Texas Instruments CD4017B