分频器生成准确的 455kHz 方波信号

这里的电路是我在开发射频系统时设计的带有不寻常分频器的振荡器。我需要一个使用尽可能少的组件的稳定且准确的 455kHz 数字信号发生器。信号发生器还必须具有 50% 或非常接近 50% 的占空比，以消除或化二次谐波含量。

我首先查看了基于 455kHz 陶瓷谐振器和 455kHz 陶瓷滤波器的振荡器。然而，在测试时，我获得了 448kHz 和 462kHz 的信号，这些信号缺乏我需要的精度。但我手头有一个 4.096MHz 的石英晶体。通过使其以大约 4.095MHz 的稳定方式振荡并将该频率除以 9 并提供 50% 的占空比输出，我获得了我想要的结果。

如图 1所示的设计，除了晶体之外，还使用了两个集成电路和一些电容器和电阻器。它实现了一个以异或门 (IC1) 作为有源元件的皮尔斯型振荡器。作为反相器工作的 XOR 门并不是这种类型振荡器常用的门，但在我的系统的其他地方有三个未使用，所以我试了一下。振荡器在该配置下可靠且准确地工作。

使用的晶体是用于 20pF 负载的并联型。我通过为 C2 和 C3 使用 100pF 获得了 4.0954MHz。该频率除以 9 得到 455.04kHz，这个值足以满足我的设计需求。

图 1该设计使用基于 XOR 门的皮尔斯振荡器并生成 455kHz 的频率和 50% 的占空比。

第二个 IC (IC2) 是 74HC4017，这是一个Johnson 计数器，我将其进位输出线（引脚 12）用作电路输出，并将其配置为由上升沿触发。当复位输入（引脚 15）保持在逻辑电平 0 时，进位输出线（引脚 12）在计数器状态介于 0 和 4 之间时采用电平 1，如果其状态介于 5 和 9 之间则采用电平 0。

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您可能认为此电路的一个选项是将 Q9（引脚 11）连接到复位输入。然而，在这种情况下，虽然输出频率为 4.0954MHz 除以 9，但输出占空比为 55.56%（如果反转输出则为 44.44%）。这不能满足减少或消除输出二次谐波的需要。

为了寻找接近 50% 的占空比，我添加了连接到计数器 Q4（引脚 10）输出的异或门 IC1B。随着这一变化，计数器现在将在 Q4 为电平 0 时在输入的上升沿触发，在 Q4 为电平 1 时在下降沿触发。因此，电路输出 1 电平用于四个时钟脉冲加上时间第五个脉冲表示输入处于电平 1。当第五个脉冲变为 0 电平时，输出变为 0 电平，并在接下来的四个脉冲中保持不变。因此，输入的频率被九分频，如果输入占空比为 50%，则输出也将为 50%。

如果输入频率不是 50%，输出也会关闭，但幅度不会那么大。输入和输出占空比由以下公式关联：

DC%输出= (400 + DC%输入) / 9

其中 DC% out和 DC% in分别是输出和输入占空比，以 0% 和 100% 之间的百分比表示。因此，如果 DC% in介于 0% 和 100% 之间，输出占空比将介于 44.44% 和 55.56% 之间，并不比我上面提到的情况差。

电路测试产生了图 2所示的示波器捕获结果。4.0954MHz 振荡器信号（底部）和 455.04kHz 输出信号（顶部）的占空比均为 50%。

图 2测试结果表明，输入信号和九分频输出都有 50% 的占空比。

可以使用另一个异或门来制作一个七分频电路，如图3所示。如果占空比输入为 50%，这也将产生 50% 的占空比输出。

图 3添加另一个 XOR 门允许电路提供 50% 占空比输出的七分频。

我用各种晶体测试了这个电路，它工作正常。