Conheça os Prescalers (INS271)

No projeto de freqüencímetros para altas freqüências, sintetizadores de freqüência digitais, receptores digitais para as faixas mais altas de VHF e µHF, um elemento indispensável é o Prescaler. Reduzindo uma freqüência de entrada para um valor definido, ele compatibiliza esta freqüência com as características dos circuitos digitais de processamento. normalmente mais lentos. Veja neste artigo como funcionam estes circuitos e os tipos comuns da National Semiconductor (*) com que podemos contar.

(*) Este artigo é de 1993

Os circuitos digitais de tecnologia TTL e mesmo CMOS mais rápidos não podem operar com freqüências que vão além de algumas dezenas de megahertz.

No entanto, a tecnologia atual exige em alguns casos que estes circuitos tenham condições de processar informações que são disponíveis a partir de sinais de freqüências bem mais altas.

Receptores para a faixa de VHF e µHF sintetizados digitalmente são comuns, e a própria recepção de FM e TV exige tais elementos. Na parte de instrumentação, osciloscópios digitais, freqüencímetros, e outros instrumentos como sintetizadores de freqüências exigem a operação em freqüências que vão muito além do que os mais modernos TTL e CMOS conseguem.

A solução para a elaboração destes projetos, operando com sinais de freqüências muito altas, mas usando lógica digital comum, é a que passa pelo Prescaler.

Neste artigo focalizamos este importante elemento de projeto com as caracteristícas de alguns tipos comuns que podem ser obtidos da National Semiconductor (agora TexasInstruments – WWW.ti.com .

Se tivermos um freqüencímetro cuja freqüência máxima de operação seja, por exemplo, 32 MHz, como o que publicamos no site uma maneira simples de conseguirmos elevar seu alcance é a ligação na sua entrada de um divisor por um fator conhecido da freqüência de entrada, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Dividindo frequências para medida
Figura 1 – Dividindo frequências para medida

 

Se este divisor conseguir operar até 320 MHz, poderemos facilmente medir sinais desta freqüência, pois eles corresponderão a 32 MHz na saída, o que está dentro do alcance do aparelho. Bastará então mudar mentalmente na leitura a posição da vírgula, multiplicando o resultado por 10, que é o fator de divisão do prescaler.

É claro que a divisão por múltiplos de 10 facilita a leitura e o próprio uso do prescaler num projeto, mas estes divisores não são obrigatórios.

Dependendo da aplicação, o número pelo qual o sinal é dividido pode até ser escolhido de modo a facilitar o projeto.

Num caso de aplicação em instrumento de medida, basta lembrar que o valor lido deve ser multiplicado pelo valor pelo qual foi feita a divisão da freqüência.

Evidentemente, para se obter sinais compatíveis com tecnologia digital numa velocidade muito alta é preciso uma tecnologia especial.

Desta forma, os prescalers disponíveis na forma de circuitos integrados devem ter algumas características que precisam ser levadas em conta num projeto.

Embora eles sejam dotados de amplificadores internos de alta velocidade, a sensibilidade de um prescaler normalmente é menor do que a das entradas de circuitos integrados TTL ou CMOS.

Este fato precisa ser levado em conta na medida de sinais fracos.

Outro ponto importante no projeto de aparelhos que usem tais prescalers é o referente ao acoplamento do sinal de entrada ao circuito. Conexões especiais com baixas perdas e que mantenham a impedância necessária à transferência do sinal são obrigatórias.

Finalmente, temos a necessidade de observar os desacoplamentos do prescaler, com a ligação de capacitores junto ao pino de alimentação.

 

OS CIRCUITOS

A National Semiconductor possui diversos circuitos integrados que se destinam à divisão de freqüência de sinais da faixa de VHF e mesmo µHF.

Dentre eles destacamos os DS8614, DS8615, DS8616 e DS8617, que se destinam a freqüências de operação de 130 a 225 MHz.

Os tipos acima indicados se destinam a divisão por 20/21, 32/33, 40/41 e 64/65, respectivamente.

Na figura 2 temos o diagrama em blocos equivalente a estes dispositivos, observando-se a existência de uma entrada de controle (modulus control) que permite programar a divisão por um valor e por este valor mais um (20 ou 21, no caso do DS8614, por exemplo).

 

   Figura 2 – Diagrama de blocos dos dispositivos
Figura 2 – Diagrama de blocos dos dispositivos

 

As entradas do circuito são bufferizadas de modo a se obter maior sensibilidade. Isso leva o circuito a ter sensibilidades de 40 a 100 mV.

As saídas complementares permitem que o circuito seja utilizado tanto com configurações totem-pole como open-Collector.

Essas saídas são projetadas para excitar integrados TTL na transição positiva do sinal.

A alimentação poderá ser feita tanto com tensão não regulada de 5,5 a 13,5 V como a partir de tensão estabilizada de 5 V com tolerância de 10%.

Na figura 3 temos a pinagem do componente, que é apresentado em invólucro DIL de 8 pinos.

 

   Figura 3 – Pinagem do componente
Figura 3 – Pinagem do componente

 

A resistência de entrada do dispositivo para um sinal de 100 MHz é de 1 k Ω, e a capacitância de entrada é de 3 pF (min).

Os sufixos dos componentes indicam a freqüência máxima de operação, conforme se segue:

Sufixo 4 - 130 MHz

Sufixo 3 -130 MHz

Sufixo 2 - 225 MHz

Sem sufixo - 225 MHz

Na figura 4 temos um circuito de aplicação com fonte não estabilizada.

 

   Figura 4 – Circuito de aplicação
Figura 4 – Circuito de aplicação

 

Observe que a entrada do sinal é feita por meio de um capacitor de 1 nF.

Para operação com fonte estabilizada temos o circuito mostrado na figura 5.

 

   Figura 5 – Circuito com fonte estabilizada
Figura 5 – Circuito com fonte estabilizada

 

Dentre as aplicações sugeridas pela National temos a síntese de freqüência em receptores de FM e VHF, além de freqüencímetros de baixo custo.

Para a operação em freqüências mais elevadas a National tem o circuito

integrado DS8621, de 275 MHz a 1,2 GHz. Na figura 6 temos o diagrama de blocos deste componente.

 

Figura 6 – O DS8621
Figura 6 – O DS8621

 

A pinagem é apresentada na figura 7.

 

Figura 7 - Pinagem do DS8621
Figura 7 - Pinagem do DS8621

 

A aplicação indicada pelo fabricante é em sintonizadores de TV, realizando a divisão de freqüência por 64 a partir da entrada de VHF e por 256 a partir da entrada de µHF.

A entrada bufferizada lhe garante uma sensibilidade de 50 mV tanto para freqüências até 275 MHz (entrada de µHF) A saída deste componente é totalmente compatível com tecnologia TTL.

A entrada BSW permite a realização de uma seleção eletrônica de qual sinal está sendo dividido. A tensão de alimentação do circuito é feita a partir de 5 V com uma tolerância de 10%.

Outro prescaler da National com divisão por 24 é o DS8627, que possui praticamente a mesma estrutura interna do DS8628, divisor por 20, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – o DS6827/28
Figura 8 – o DS6827/28

 

Na figura 9 temos a pinagem válida para os dispositivos apresentados, em invólucro DIL de 8 pinos.

 

Figura 9 – Pinagem do DS6827/28
Figura 9 – Pinagem do DS6827/28

 

Estes dispositivos podem operar com freqüências de 130 a 225 MHz, e a entrada bufferizada lhes garante sensibilidades de 40 a 100 mV.

Os dispositivos com sufixo 3 e 4 são para freqüências de até 130 MHz, enquanto que os que apresentam sufixo 2 são para freqüências de até 225 MHz.

Na figura 10 temos um circuito típico de aplicação, observando-se a necessidade de capacitor de desacoplamento de fonte junto ao pino de alimentação e que a entrada de sinal é feita por um capacitor de 1 nF.

Um componente que tem especial interesse para aplicações em freqüencímetros é o DS8629 da National, que divide a freqüência por 100 e pode operar até 120 MHz.

Na figura 10 temos o diagrama em blocos correspondente a este dispositivo.

 

   Figura 10- - Diagrama de blocos do DS8629
Figura 10- - Diagrama de blocos do DS8629

 

A disposição dos terminais em invólucro DIL é mostrada na figura 11.

 

   Figura 11 – Invólucro do DS8629
Figura 11 – Invólucro do DS8629

 

A alimentação é feita com tensão de 5,2 V com tolerância de 10%, e sua saída é compatível com a família TTL.

O circuito prevê a operação com sinais senoidais de entrada diretamente, na faixa de freqüências entre 30 e 120 MHz.

Na figura 12 temos um diagrama de aplicação para este componente.

 

Figura 12 – Circuito para o DS8629
Figura 12 – Circuito para o DS8629

 

Para freqüências abaixo de 30 MHz a operação do circuito torna-se dependente da taxa de crescimento do sinal de entrada.

Uma taxa de crescimento de pelo menos 100 V/us é importante para a correta operação do dispositivo.

Se a fonte de sinais for TTL, a entrada não utilizada de sinal deve ser aterrada via um resistor de 10 k Ω, e o capacitor de acoplamento de entrada deve ser eliminado.

 

 

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