Делитель частоты

Делитель частоты представляет собой радиоэлектронное устройство, применяемое в цифровых (реже в аналоговых) электронных схемах для изменения частоты сигналов, распространяющихся в этих схемах, для согласования и синхронизации работы различных частей или модулей этих схем. Например, тактовую частоту процессора необходимо уменьшить для того, чтобы работали схемы оперативной памяти, шины данных, интерфейсов и подключаемых периферийных устройств. Конструкции и принципиальные схемы делителей частоты различны, и определяются типом устройств, в которых используются, диапазоном частот и другими факторами. Математически функция делителя частоты подчиняется закону:

${\displaystyle f_{\text{вых}}={\frac {f_{\text{вх}}}{N}}}$,

где ${\displaystyle f_{\text{вых}}}$ — частота на выходе делителя частоты, ${\displaystyle f_{\text{вх}}}$ — частота, подаваемая на вход делителя частоты, ${\displaystyle N}$ — кратность деления, ${\displaystyle N={\Biggl (}2,3,...N{\Biggl )}}$. Частоту, подаваемую на вход делителя частоты, называют опорной частотой^[2].

Аналоговые делители частоты используются редко и в основном для очень высоких частот (выше десятков гигагерц)^[3]. Примером аналогового делителя частоты является регенеративный делитель, или делитель Миллера. Он представляет собой замкнутую кольцевую структуру, содержащую преобразователь частоты сигнала^[4]. Схема регенеративного делителя показана на рисунке 1. Входной сигнал с частотой ${\displaystyle f_{\text{вх}}}$ поступает на вход преобразователя частоты, в котором образуются два сигнала, частоты которых представляют собой сумму и разность сигналов, поступающих на вход преобразователя. На выходе преобразователя частоты находится фильтр низкой частоты или полосовой фильтр, выделяющий полезную комбинационную составляющую (${\displaystyle {\frac {f_{\text{вх}}}{2}}}$) и подавляющий паразитную (${\displaystyle {\frac {3f_{\text{вх}}}{2}}}$). Петлевое усиление подбирают таким образом, чтобы выполнялось требование ${\displaystyle k_{\text{усиления}}{\Biggl [}{\frac {f_{\text{вх}}}{2}}{\Biggl ]}>1}$, при котором на этой частоте в схеме возникают незатухающие колебания.

Цифровые делители частоты бывают и других типов, например, по функциональным признакам их делят на статические, предделители, инжекционные, параметрические, регенеративные (динамические), малошумящие, и другие. На рисунке 2 показана ширина рабочего диапазона частот и центральные входные рабочие частоты, достигнутые с помощью использования различных методов построения делителей частоты.

Иногда делители частоты классифицируют по принципу изменения коэффициента деления частоты (КД): делители с фиксированным КД, делители с переключаемым КД, делители с изменяемым КД в некотором диапазоне (программируемые делители частоты), делители с предустановленным КД, делители с двойным переключаемым КД, а также делители с дробным^[5] КД частоты.

Характеристиками делителей частоты служат:

• диапазон входных рабочих частот;
• диапазон выходных рабочих частот;
• вид или форма выходного сигнала;
• амплитуда выходного сигнала;
• входная и выходная мощности сигналов;
• неравномерность величины выходной мощности;
• уровень фазового шума;
• подавление побочных составляющих в выходном сигнале;
• напряжение источника питания и другие.

Базой построения полупроводниковых делителей частоты являются кремний-германиевые технологии, КМОП-технология, делители на основе арсенида галлия (${\displaystyle {{\ce {GaAs}}}}$), HILFD, делители на основе индия, галлия и фосфора (${\displaystyle {{\ce {InGaP}}}}$), и другие.

Делители частоты на электронных счётчиках представляют собой цепочки триггеров, образующих регистры сдвига или пересчётные цепочки.

В целом, конструкций делителей частоты достаточно много, и их число постоянно увеличивается по мере возникновения спроса на новые типы устройств, появление новых диапазонов рабочих частот и требованиями электронной промышленности.