Karen Hunsberger
Electronic Design
При измерении очень низких частот в примерном диапазоне от 1 до 100 Гц повышающий преобразователь частоты может быть простой альтернативой измерению периода или необходимости мириться с долгим ожиданием
Иногда инженерам бывает необходимо измерить очень низкие частоты между 1 и 100 Гц, но сделать это с хорошей точностью трудно. Эта задача решается либо значительным увеличением времени счета, либо использованием дорогих частотомеров, способных пересчитывать период в частоту. Предлагаемая здесь дешевая схема эффективно повышает входную частоту до значений, которые могут быть считаны легко и более точно, и может использоваться в составе более сложных схем.
Конструкция основана на микросхемах умножителей частоты повторения 4089 (U4 … U6), выходная частота каждой из которых равна
где
N – 4-битный код на выводах управления,
FIN – частота сигнала на входе микросхемы.
При каскадировании трех таких микросхем выражение превращается в
Заменив три микросхемы 4089 двумя шестиразрядными умножителями 7497, можно сократить количество элементов в схеме.
U1 – это 12-разрядный счетчик, измеряющий период входного сигнала. Результат счета защелкивается в U2 и U3. В результате частота импульсов на выходах умножителей частоты повторения будет прямо пропорциональна периоду импульсов на входе. U7 делит это на 4096, чтобы убрать джиттер и сделать период более удобным для измерений. Аналогично U1, U8 также измеряет период, который защелкивается в U9 и U10.
Этим обеспечивается измерение периода выходных импульсов U7, который обратно пропорционален его частоте. Поскольку эта частота пропорциональна периоду сигнала на входе, значения, зафиксированные в U9 и U10, окажутся прямо пропорциональными входной частоте, однако разрешение их будет намного выше, а времени для измерения может потребоваться намного меньше. U11 и U12 формируют все необходимые для синхронизации сигналы. В зависимости от диапазона измерений, из них можно выбирать различные частоты.
Проиллюстрируем процесс преобразования частоты примером. Если FIN = 4 Гц и F1 = 4000 Гц, U1 досчитает до 1000, прежде чем выходной код будет занесен в U2 и U3. Это заставит умножители U4 … U6 генерировать частоту 1000 × F2/4096, или 1 МГц для F2 = 4.096 МГц. U7 делит эту частоту до 244 Гц, а U8 измеряет период как F3/244 Гц, или 524 для F3 = 128 кГц.
Таким образом, мы умножили входную частоту на 131 (524 Гц/4 Гц), а это означает, что схема может обеспечить разрешение 0.0076 Гц за одну секунду. Для измерения непреобразованной входной частоты 4 Гц потребовалось бы порядка двух минут.
Материалы по теме
