可選頻率倍乘的時鐘緩沖器的原理設計案例每種電子系統(tǒng)所需要的時鐘緩沖器電路的性能參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)差別很大。緩沖器不對輸入的值執(zhí)行任何運算，其輸出的值和輸入的值相同。常規(guī)緩沖器一般用高電平、低電平、高阻態(tài)讀/寫控制電路來接受相應控制信號，目的是為了控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出。三態(tài)門決定三態(tài)緩沖器的數(shù)據(jù)傳輸方向，所以三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器可以用做數(shù)據(jù)輸入與輸出的通道。帶緩沖器的門電路還有較多的優(yōu)點，例如輸出波形對稱性較好、交流電壓增益較大、輸入電容小等等。但是，附加緩沖級之后傳輸延遲增長的缺點也隨之而來。由此看來，帶緩沖器的門電路更適合在高速電路系統(tǒng)應用。在實際電路中，時鐘緩沖器最常見的用處是負責寄存數(shù)據(jù)。本章主要闡述時鐘緩沖器器的基本工作原理及常見的時鐘緩沖器種類。1.1時鐘緩沖器理論分析緩沖器，有輸入和輸出緩沖器之分，亦稱緩沖寄存器，具有3狀態(tài)輸出功能。但是由最基本的電路構(gòu)成的門電路會有抗干擾性能差、對稱性相對欠缺等缺點，為了優(yōu)化這些缺點，一般會在電路的輸出或輸入級添加反相器，作為其緩沖器級，或?qū)⒎聪嗥魍瑫r添加到輸出或輸入級。將由緩沖器構(gòu)成的門電路稱為帶緩沖器的門電路。輸入緩沖器用于保存數(shù)據(jù)。對于輸出緩沖器，其作用是保持數(shù)據(jù)，可以暫時保留由處理器向外圍設備發(fā)送的數(shù)據(jù)。圖圖1.1緩沖器的基本原理緩沖器不是一種模擬元件而是一種數(shù)字元件，一般緩沖器分為常規(guī)緩沖器和三態(tài)緩沖器兩類。其輸出的值和輸入的值相同且它不對它的輸入值做任何運算，在電路設計中起著非常重要的作用。對于傳統(tǒng)的緩沖器來說，其一般用于將電流流向上一級的電路且直接輸出。對于三態(tài)緩沖器來說，其除了具備上述功能外還具有一個通向輸入端的選項卡，此選項卡用E表示。其工作機制是當E=0或1時，對應不同的輸出值。當E=1時，選通，其輸入直接送到輸出；當E=0，緩沖器截止，輸入任何值，輸出總是呈現(xiàn)高阻態(tài)，高阻態(tài)用Z表示，能將電流降到足夠低，從而緩沖器的輸出不與任何端口相連接。1.2頻率倍增器理論分析目前一般的倍頻器采用數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合的PLL。該電路主要有以下缺點：（1）對于頻率轉(zhuǎn)換信號來說，當其頻率的變化率較大時，頻率轉(zhuǎn)換信號的跟蹤精度較低，尤其是當輸入信號的頻率變化大時，環(huán)路被恒定地調(diào)整，輸出頻率變得不再那么穩(wěn)定，因此產(chǎn)生跟蹤誤差。（2）在頻率較低的情況下，對于較慢的捕捉突變信號的速度來說，倍頻器不能很好地鎖定輸入信號，導致輸出信號頻率不穩(wěn)定，因而倍頻器在較低的頻率下不能很好地工作。（3）環(huán)路向跟蹤信號提供一定的相位差，從而引起誤差。綜合以上的描述，此類倍頻器存在以下缺點：不能對低頻信號進行很好的倍頻，對于頻率轉(zhuǎn)換信號的頻率變化率較大時的跟蹤不能很精確，不能精確完成對高速信號的頻率捕獲以及準確定位。例如，渦輪發(fā)電機的震動監(jiān)視、故障診斷中，在啟動時的旋轉(zhuǎn)數(shù)低，旋轉(zhuǎn)數(shù)的變化較大的情況下，倍頻器中跟蹤濾波器的預置頻率和A/D轉(zhuǎn)換器的取樣會控制時機，渦輪發(fā)電機不能進行震動監(jiān)視、故障診斷。因此，設計出一種簡單的倍頻電路，并對其進行改進，設計了一種低頻高精度的全數(shù)字倍頻器。圖1.圖1.2數(shù)字倍頻器原理圖圖1.2的全數(shù)字倍頻器產(chǎn)生等距的輸出脈沖，其誤差源主要是舍去M/N余數(shù)后產(chǎn)生的誤差。在輸入周期T內(nèi)，對于FC，時鐘脈沖計數(shù)為M,M/N，在下一個周期中生成N個輸出脈沖。脈沖間隔由前一個觸發(fā)時段確定，累計計數(shù)器的計數(shù)值為M，在周期結(jié)束時，計數(shù)值被除N后預置到除法器，再由它對時鐘Fc分頻得到輸出脈沖，即：M=ffout輸出脈沖最大頻率為fout最大可能的相對誤差為Emax相對誤差可能與N有關(guān)，N越大，相對誤差越大。每個輸入周期最多可有N個輸出脈沖，最大可接受的相對誤差應該小于等于1/N，有N?1M?即：M≥N將式(2-5)代入式(2-6)，可得fc此時需要有一個很高的時鐘頻率fc來確保輸出信號的相對頻率誤差小于限定值。需要強調(diào)的是，輸入周期內(nèi)的誤差是積累的。若上式符合條件，在每個輸入周期內(nèi)會產(chǎn)生確定的輸出脈沖輸出。其相對誤差隨時間的增長而增大。圖圖1.3N=8數(shù)字倍頻器脈沖分布圖穩(wěn)態(tài)時輸入信號的固定頻率為fin，輸出信號位圖1.3（b）所示信號重復，此輸出信號可看為理想信號與頻率為fin，幅度∝M/N的余數(shù)的單級鋸齒波線性相位調(diào)制的結(jié)果。當最大誤差較小時，周期輸出信號的離散型頻譜包括在理想頻率Nfm以及其諧波處有大尖峰出現(xiàn)。由于調(diào)制效應，大量其它峰尖在主峰尖的兩邊出現(xiàn)。忽略小數(shù)部分，主峰尖的幅度減小。對于改進型倍頻器，將數(shù)字倍頻器的任意信號整形，轉(zhuǎn)換為與輸入信號頻率Fs相同的方波，現(xiàn)要求對其進行K倍頻，設置一時鐘頻率為Fx的標準時鐘信號，可采用分頻器對其時鐘信號分頻。圖圖1.4數(shù)字倍頻器原理框圖假設分頻系數(shù)為N，此分頻系數(shù)由數(shù)計數(shù)器提供，輸出頻率Fo為Fx的1/N：Fo在不考慮誤差影響下，輸入的時