Как подключить кварцевый генератор 4 МГц, чтобы получить 16 МГц

Нет, соединение их последовательно или параллельно не даст вам более высокую частоту.

То, что вы ищете, это петля фазовой автоподстройки частоты или PLL. Вот блок-схема:

Генератор, управляемый напряжением (VCO), генерирует выходную частоту. Этот сигнал делится, а затем сравнивается с входной частотой в фазовом детекторе. Если две частоты не совпадают, выходная частота регулируется. Это называется петлей обратной связи: вы возвращаете выходную частоту, чтобы отрегулировать ее.

Предварительный делитель позволяет умножать входную частоту на число с плавающей запятой. Например, если вы хотите умножить на 2,5 = 5/2, вы сначала делите входную частоту на 2, а затем умножаете на 5.

Доступны микросхемы с реализованной PLL, например LM565 . На странице 10 таблицы данных приведена типичная схема применения умножителя ×10:

Изменив делитель напряжения (внешняя ИС), вы можете сделать его множителем ×4.

Реализация PLL потребует определенных усилий и места — подумайте о покупке нового кристалла.

Подключение кварцевых генераторов последовательно или параллельно не даст вам более высокую частоту.

Поскольку 16 МГц является обычной частотой кристалла , кристаллы на 16 МГц относительно недороги, поэтому, вероятно, в этом случае проще всего купить новый кварц на 16 МГц.

Бывают случаи, когда невозможно получить кристалл желаемой частоты - иногда точная частота, которую вы хотите, не является «общей» частотой, и поэтому кристаллы на этой точной частоте дороги и требуют длительного времени изготовления «кристаллов нестандартной частоты»; или, возможно, вам нужна частота выше 50 МГц - фундаментальные кристаллы трудно или невозможно изготовить на таких высоких частотах.

Чтобы получить желаемую частоту, когда вы не можете получить основной кристалл на этой частоте, есть 7 популярных подходов:

• Управляйте некоторым «обычным» кристаллом в одной из его обертоновых мод , которые возникают вблизи нечетных кратных его основной резонансной частоты. Такая схема генератора «обертонов» включает в себя LC-фильтр для выбора только желаемого обертона.
• Управляйте «общим» кристаллом в обычной схеме основного генератора. Затем соедините выход генератора со входом умножителя частоты . (Двухполупериодный выпрямитель иногда используется для удвоения частоты).
• Соберите генератор без кристалла и попробуйте вручную настроить его на нужную частоту.
• Создайте какой-нибудь генератор без кристалла и используйте синтезатор с дробным коэффициентом деления (разновидность ФАПЧ с фазовой автоподстройкой частоты), чтобы автоматически настроить его на частоту с некоторым отношением N/M, умноженным на частоту отдельного кристалла в обычной схеме основного генератора. .
• Создайте какой-нибудь генератор без кварца и используйте синтезатор с целым числом N (разновидность ФАПЧ с фазовой автоподстройкой частоты), чтобы автоматически настроить его на частоту с некоторым целым числом, кратным частоте отдельного кварца в N раз превышающей частоту отдельного кварца в обычной схеме основного генератора.
• Управляйте «общим» кристаллом в обычной схеме основного генератора. Затем используйте какой-нибудь делитель частоты , чтобы сгенерировать частоту примерно в 1/N раз больше частоты кристалла.
• Управляйте «общим» кристаллом в обычной схеме основного генератора. Затем используйте какой-нибудь http://en.wikipedia.org/wiki/dual-modulus_prescaler для генерации частоты с некоторым отношением N/M, умноженным на частоту кристалла.

Один подход, который может работать достаточно хорошо в некоторых контекстах для удвоения чистого тактового сигнала прямоугольной формы, заключается в XOR тактового сигнала с его версией с небольшой задержкой. Если, например, начать с сигнала прямоугольной формы, высота которого составляет 120 мкс, а низа — 130 мкс (номинально квадратная, но на самом деле немного отличается), и использовать задержку в 50 мкс, в итоге получится волна, которая в течение каждого интервала в 250 мкс , будет высоким для 50 мкс, низким для 70, высоким для 50, низким для 80. Не совсем чистый сигнал 8 МГц, но достаточно хороший для многих целей. Если все тактирование происходит по переднему фронту тактового сигнала (как это довольно часто), длина задержки не будет иметь значения, при условии, что она по крайней мере равна минимальному требуемому высокому времени, и при условии, что при добавлении к минимальному требуемому низкому времени результат не превышает кратчайшего времени максимума или минимума в исходном сигнале.

Вышеупомянутый подход довольно хорош для удвоения частоты чистого и симметричного тактового сигнала прямоугольной формы. Такой сигнал будет чистым, но несколько несимметричным. Попытка передать вывод такой схемы через другую обычно дает вывод, который, вероятно, будет иметь значительный аспект «удар, удар [пауза] удар, удар [пауза]».

Если кто-то хочет сделать что-то большее, чем удвоить частоту, можно использовать несколько задержек вместе с многовходовым вентилем XOR или их каскадной последовательностью, так что каждый фронт входного сигнала будет генерировать быструю последовательность импульсов. Например, если вы начинаете с волны 4 МГц и хотите 32 МГц, можно организовать так, чтобы каждый фронт исходного сигнала с номинальной длительностью 125 нс генерировал последовательность из четырех импульсов, каждый из которых включает 30 нс и выключает 30 нс. Выходной сигнал не был бы очень плавным или равномерным, но в каждом интервале 250 нс было бы ровно восемь импульсов.

Такие схемы «пут-пут-ожидание» производят выходной сигнал, который далеко не так чист, как выход PLL, но у них есть значительное преимущество: когда PLL запускается, может потребоваться сотни микросекунд для стабилизации, прежде чем его выход можно будет использовать. . Напротив, выход схемы ожидания удара может быть использован в течение микросекунды после ее запуска. Следовательно, такие схемы могут быть очень полезны в тех случаях, когда необходимо выполнять быструю последовательность операций каждый раз, когда изменяется вход и нет других работающих часов. Если вы используете PLL, который часто запускается, работает очень короткое время и останавливается, можно тратить больше энергии на ожидание стабилизации при каждом запуске, чем было бы потрачено на фактическую работу до того, как PLL снова отключится.