本文所示电路是一个搭载特殊分频器的振荡器，这是我在开发一套射频系统时所设计的。电路设计之初，我需要获得一个元器件尽可能精简且能稳定精确输出455kHz频率的数字信号发生器。同时，该信号发生器的占空比还必须达到或非常接近于50%，以消除或最大程度减轻二次谐波含量。
起初，我分别研究了基于455kHz陶瓷谐振器和455kHz陶瓷滤波器的振荡器。然而，我在测试中分别获得了频率为448kHz和462kHz的信号，该结果缺乏我所需要的精度。但我手头还有一个频率为4.096MHz的石英晶振。通过使其以4.095MHz左右的频率稳定振荡，并在50%占空比输出条件下，将该频率除以9，我得到了我想要的结果。
如图1所示，除晶振之外，该设计还使用了两个IC以及一些电容器和电阻器，从而形成了一个以异或门(IC1)作为有源器件的皮尔斯型振荡器。异或门作为反相器并不是此类振荡器所最常用的门电路，但我的系统中有3个异或门未曾使用，于是我进行了尝试。在该配置下，振荡器最终得以可靠且精确地工作。
该电路所用晶振为20pF负载的并联类型。通过对电容器C2和C3赋以100pF电容值，我获得了4.0954MHz的信号频率。该频率除以9后得到了455.04kHz的频率，该数值的精度足以满足我的设计需求。
图1：该设计使用基于异或门的皮尔斯振荡器，产生了频率为455kHz、占空比为50%的信号。
第二个IC(IC2)是74HC4017约翰逊计数器，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。在将复位输入(引脚15)保持在逻辑电平0的情况下，当计数器的状态介于0和4之间时，进位输出线(引脚12)表现为电平1，而当其状态介于5和9之间时则表现为电平0。
你可能认为该电路还有一种方案是将Q9(引脚11)连接到复位输入。然而，在这种情况下，虽然频率输出将为4.0954MHz除以9，但输出占空比将为55.56%(如果反转输出则为44.44%)。这就无法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，我添加了异或门IC1B并将其连接到计数器的Q4(引脚10)输出。随着这一改变，计数器现在就将在Q4为电平0时在输入的上升沿受到触发，而当Q4为电平1时则在下降沿受到触发。因此，电路就会在4个时钟脉冲加上第5个脉冲输入处于电平1的时间内输出电平1。当第5个脉冲变为电平0时，输出就将变为电平0，并在接下来的4个脉冲内保持不变。因此，输入的频率被9分频，而如果输入占空比为50%，那么输出占空比就也将是50%。
如果输入频率不是正好50%，则输出也会关闭，但不会乘那么多。输入和输出占空比的关系如以下公式所示：
DC%out = (400 + DC%in)/9
其中，DC%out和DC%in分别是输出和输入的占空比，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，则输出占空比将介于44.44%和55.56%之间，不会比上述的情况差。
对电路进行测试所得的示波器捕获图像，如图2所示。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：该测试结果显示输入信号和9分频输出都具有50%的占空比。
也可以使用另一个异或门来制作7分频电路，如图3所示。如果输入的占空比为50%，则这也会产生50%占空比的输出。
图3：还可以添加另一个异或门，使电路提供50%占空比的7分频输出。
我已经用各种晶振测试了这个电路，它能够正常工作。
（本文编译自EDN美国版，参考链接：Divider generates accurate 455kHz square-wave signal。由赵明灿编译。）
本文为《电子技术设计》2021年11月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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