1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2025-30-2-172-184CSEYKQ621.374.4Интегральные радиоэлектронные устройстваHarmonic frequency dividers based on a controlled phase shifterГармонические делители частоты на основе управляемого фазовращателяКолесников Евгений БорисовичКолесниковЕвгений БорисовичKolesnikovEvgeny B.Evgeny B. KolesnikovНовомосковский институт (филиал) Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (Россия, 301665, Тульская обл., г. Новомосковск, ул. Дружбы, 8)04092025Том. 30 №22172184http://ivuz-e.ru/issues/.Том 30 №2/garmonicheskie_deliteli_chastoty_na_osnove_upravlyaemogo_fazovrashchatelya/

Harmonic signal frequency dividers allow for attainment of stable low-frequency oscillations at relatively high frequency of reference generator output signal. However, such frequency dividers comprise various filters that cannot fully suppress side harmonics. The use of low-pass filter has a major effect on device operation speed in transient modes. Additionally, most frequency dividers have integer-valued division ratio without possibility of its smooth control. In this work, the principles of construction and operation of existing harmonic signal frequency dividers, their applications and their main disadvantages are described. A new principle of harmonic signal frequency division is proposed, based on a phase change of the input signal within 360° by means of a phase shifter that is controlled by an alternating decreasing sawtooth voltage with amplitude equal to the input signal amplitude. The development and research of frequency dividers implementing the proposed principle were carried out by structural design and computer simulation. The block diagrams of frequency dividers are presented. Simulation models of the developed frequency dividers were compiled in the Mathlab & Simulink environment and oscillograms of their operation were obtained, confirming their operability and the correctness of the choice of technical solutions. A controlled harmonic frequency divider has been developed, having a high speed, a low level of side harmonics and adjustable division ratio that can reach 100, including non-integral values.

Делители частоты гармонического сигнала позволяют получать стабильные колебания низкой частоты при относительно высокой частоте выходного сигнала задающего генератора. Однако такие делители частоты содержат в своем составе различные фильтры, которые не могут полностью подавить побочные гармонические составляющие. Применение фильтра нижних частот существенно влияет на быстродействие устройства в переходных режимах. Кроме того, большинство делителей частоты имеют целочисленные коэффициенты деления, но нет возможности плавного его регулирования. В работе описаны принципы построения и функционирования существующих делителей частоты гармонического сигнала, области применения и основные их недостатки. Предложен новый принцип деления частоты гармонического сигнала, основанный на изменении фазы входного сигнала в пределах 360° посредством фазовращателя, который управляется переменным спадающим пилообразным напряжением амплитудой, равной амплитуде входного сигнала. Разработка и исследование делителей частоты, реализующих предложенный принцип, осуществлены методами структурного проектирования и компьютерного моделирования. Предложены структурные схемы делителей частоты. Составлены имитационные модели разработанных делителей частоты в среде Matlab & Simulink и получены осциллограммы работы, подтверждающие их работоспособность и правильность выбора технических решений. Разработан регулируемый гармонический делитель частоты с высоким быстродействием, низким уровнем побочных гармоник и регулируемым коэффициентом деления, который может достигать 100, включая дробные его значения.

делитель частотыкоэффициент деленияуправляемый фазовращателькомпаратородновибраторинтегратор со сбросомперемножительсчетный триггеруправляемый генераторfrequency dividerdivision ratiocontrolled phase shiftercomparatorsingle-vibratorreset integratormultipliercounting triggercontrolled generator ГОСТ 24375–80. Радиосвязь. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов; 1987. 57 с.GOST 24375–80.Radio communication.Terms and definitions. Moscow: Izd-vo standartov Publ.; 1987. 57 p. (InRuss.).Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Кварцевые генераторы: справ.пособие. М.: Радиоисвязь; 1984. 232 с.Al’tshuller G. B., Elfimov N. N., Shakulin V. G. Quartz generators: reference manual. Moscow: Radio i svyaz’ Publ.; 1984. 232 p. (In Russ.).Поздняков П. Г. (ред.). Справочник по кварцевым резонаторам. М.: Связь; 1978. 287 с.Pozdnyakov P. G. (ed.). Handbook of quartz resonators.Moscow: Svyaz’ Publ.; 1978.287 p. (InRuss.).Дингес С., Кочемасов В. Делители частоты. Ч. 1: Основные сведения о делителях частоты. Компонентыитехнологии. 2019;2(211):6–16. EDN: ZBZNOX.Dinges S., Kochemasov V. N. Frequency dividers. Pt. 1: The essentials of frequency dividers. Komponenty i tekhnologii = Components & Technologies. 2019;2(211):6–16. (In Russ.).Дингес С. И.,Кочемасов В. Н. Устройствапреобразованиячастот.М.: Горячаялиния – Телеком; 2021.431 с.Dinges S. I., Kochemasov V. N. Frequency converting devices. Moscow: Goryachaya liniya – Telekom Publ.; 2021. 431 p. (InRuss.).Ризкин И. Х. Умножители и делители частоты. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Связь; 1976. 327 с.Rizkin I. Kh. Frequency multipliers and frequency dividers.2nd ed., upd.and rev. Moscow: Svyaz’ Publ.; 1976. 327 p. (InRuss.).Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для студ. радиотехн. спец-тей вузов. М.: Радиоисвязь; 1986. 512 с.Gonorovskiy I. S. Radio engineering circuits and signals: textbook for universities. Moscow: Radio i svyaz’ Publ.; 1986. 512 p. (In Russ.).Дахнович А. А. Радиотехническиецепиисигналы:учеб. пособие. Тамбов: Изд-воТГТУ; 2009. 175 с.Dakhnovich A. A. Radio engineering circuits and signals: study guide. Tambov: Tambov State Technical Univ. Publ.; 2009. 176 p. (In Russ.).Нефедов В. И.,Сигов А. С. Основырадиоэлектроникиисвязи:учеб. пособие. М.: Высшаяшкола; 2009. 735 с.Nefedov V. I., Sigov A. S. Fundamentals of radio electronics and communications: study guide. Moscow: Vysshaya shkola Publ.; 2009. 735 p. (In Russ.).Андреев В. С. Теориянелинейныхэлектрическихцепей:учеб. пособиедлявузов. М.: Радиоисвязь; 1982. 281 с.Andreyev V. S. Theory of nonlinear electrical circuits: study guide for universities.Moscow: Radio i svyaz’ Publ.; 1982. 281 p. (In Russ.).Голуб В. СистемаФАПЧиееприменения.Новости микроэлектроники = ChipNews. 2000;4:3–7. Доступно: http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/00_04/stat_2.htm (дата обращения: 18.12.2024).Golub V. Phase-locked loop system and its applications. Novosti mikroelektroniki = Chip News. 2000;4:3–7.(In Russ.). Available at: http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/00_04/stat_2.htm (accessed: 18.12.2024).Шахгильдян В. В., Ляховкин А. А. Системы фазовой автоподстройки частоты.2-еизд., доп. М.: Связь; 1972. 447 с.Shakhgil’dyan V. V., Lyakhovkin A. A. Phase-locked loop systems. 2nd ed., upd.Moscow: Svyaz’ Publ.; 1972.447 p. (In Russ.).Хоровиц П.,Хилл У. Искусствосхемотехники.Пер. с англ. Б. Н. Бронина. 7-еизд. М.: Бином; 2014. 704 с.Horowitz P., Hill W. The art of electronics.2nd ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press; 1989. 1125 p.Ментце Э. Выбор оптимальных параметров ФАПЧ. Электронные компоненты.2011;10:23–26.Mentze E. What is the best PLL configuration for your app – and how do you find it? eeNews. 14.07.2011. Available at: https://www.eenewseurope.com/en/what-is-the-best-pll-configuration-for-your-app-and-how-do-you-find-... (accessed: 18.12.2024).Белов Л. Синтезатор стабильных частот. Электроника: НТБ. 2004;3:38–44. EDN: UMMPNR.Belov L. Stable frequency synthesizers.Elektronika: NTB = Electronics: STB. 2004;3:38–44. (In Russ.).Колесников Е. Б. Управляемый фазовращатель.ПатентРФ, 206198,30.08.2021. EDN: EZDQNC.Kolesnikov E. B. Controlled phase shifter. PatentRF, 206198,30.08.2021. (InRuss.).Колесников Е. Б. Управляемый фазовращатель гармонического сигнала. Изв. вузов. Электроника. 2023;28(4):509–517. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-4-509-517. EDN: BLIURN.Kolesnikov E. B. Controlled harmonic signal phase shifter.Izv.vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics. 2023;28(4):509–517. (InRuss.). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-4-509-517Колесников Е. Б. Делитель частоты гармонического сигнала. ПатентРФ, 206322,06.09.2021. EDN: BQPIHN.Kolesnikov E. B. Harmonic signal frequency divider. PatentRF, 206322,06.09.2021. (InRuss.).Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства: справочник. М.: Радио и связь; 1984. 400 с.Goroshkov B. I. Radioelectronic devices: handbook. Moscow: Radio i svyaz’ Publ.; 1984. 400 p. (InRuss.).Колесников Е. Б. Управляемый умножитель частоты гармонического сигнала.ПатентРФ, 212189,11.07.2022. EDN: ZVASNL.Kolesnikov E. B. Controlled harmonic signal frequency multiplier.PatentRF, 212189,11.07.2022. (InRuss.).Колесников Е. Б. Управляемый делитель частоты гармонического сигнала. ПатентРФ, 213672, 21.09.2022. EDN: KGOGTK.Kolesnikov E. B. Controlled harmonic signal frequency divider.PatentRF, 213672, 21.09.2022. (InRuss.).Батраков А. М., Ильин И. В., Павленко А. В. Прецизионные цифровые интеграторы сигналов с точной синхронизацией. Автометрия. 2015;51(1):62–69. EDN: TMEBJT.Batrakov A. M., Il’yin I. V., Pavlenko A. V. Precision digital signal integrators with accurate synchronization.Optoelectron.Instrument. Proc. 2015;51(1):51–57. https://doi.org/10.3103/S8756699015010082Johnson N. Ramp generator. Everyday and Practical Electronics.1995;7:546–550.