تعریف مقسم فرکانسی در مدار

تعریف مقسم فرکانسی در مدار:
این توانایی شمارنده های موجی که می توانند دنباله های منقطع را بشمارند و یک خروجی تقسم شده بر n را تولید کنند، شمارنده ها و مخصوصا شمارنده های موجی را برای کاربردهای مقسم فرکانسی بسیار کارا می کند.

در واقع با این ادوات می توان فرکانس ورودی بسیار بالای پالس کلاک را به مقدار پایین تری تبدیل کرد تا در کلاک های دیجیتال و کاربردهای زمان بندی بیشتر قابل استفاده باشند.

برای مثال فرض کنید دقیقا به سیگنال زمان بندی با فرکانس 1 هرتز برای عملکرد یک کلاک دیجیتال نیاز داریم.

می توان به سادگی یک پالس موج مربعی یک هرتزی را با آی سی تایمر 555 که در آرایش مولتی ویبراتور آستابل باشد، تولید کرد، اما طبق دیتا شیت کارخانه سازنده آی سی، می توان به این نکته پی برد که هر آی سی بسته به کارخانه تولید کننده حدود 1 تا 2 درصد خطای زمان بندی دارد.

حال برای فرکانس پایین مورد نیاز ما، یعنی فرکانس یک هرتز، این مقدار خطای 2 درصدی به هیچ وجه قابل صرف نظر نیست.

علاوه بر این، دیتا شیت هر آی سی مقدار بیشینه فرکانس عملکرد تایمر 555 مربوطه را نیز به کاربر می دهد.

به عنوان مثال در اکثر آی سی ها این فرکانس در حدود 300 کیلو هرتز است. در این فرکانس بزرگ نیز مقدار خطای 2 درصد، باعث ایجاد خطای 6 کیلو هرتزی در فرکانس تولید شده توسط تایمر 555 می شود. اما این مقدار تقریبا قابل قبول است.

پس با انتخاب یک فرکانس زمان بندی بزرگ تر مانند 262٫144 کیلو هرتز و یک شمارنده موجی 18 بیتی، می توان سیگنال زمان بندی دقیق با فرکانس یک هرتز ساخت. نمایی از این مدار در شکل زیر نشان داده شده است.

هر چند مثال بالا، یک مدار بسیار ساده از نحوه تولید فرکانس دقیق زمان بندی را نشان می دهد، اما با استفاده از یک کریستال نوسان ساز با فرکانس بالا و یک مقسم فرکانسی چند بیتی، می توان یک مولد فرکانسی بسیار دقیق را ایجاد کرد.

چنین مولدهای فرکانسی برای بازه بسیار وسیعی از کاربردها از ساعت ها تا المان های زمان بندی وقایع و حتی پیانوهای الکتریکی یا سایر ادوات موسیقی مورد استفاده قرار می گیرند.

متاسفانه یکی از بزرگ ترین معایب شمارنده های آسنکرون این است که یک تاخیر بسیار کوچک بین دریافت پالس ساعت در ورودی مربوطه و حاضر شدن این پالس در خروجی وجود دارد که دلیل آن مدارات داخلی گیت ها است.

در مدارات آسنکرون این تاخیر با نام تاخیر انتشاری (Propagation Delay) شناخته می شود و به همین دلیل به شمارنده های موجی آسنکرون گاهی شمارنده های انتشاری نیز می گویند و در مواردی که فرکانس بسیار بالا باشد، این انتشار می تواند منجر به تولید دنباله شمارش اشتباه در خروجی شود.

در مدارات شمارنده موجی با تعداد بیت های زیاد، اگر تاخیر طبقات مختلف همگی با یکدیگر جمع شوند، در نتیجه مجموع تاخیر در انتهای زنجیره شمارنده را می توان به دست آورد که برابر با اختلاف زمانی بین سیگنال ورودی و سیگنال خروجی شمارنده است و نسبتا مقدار بزرگی دارد.

دقیقا به همین دلیل است که شمارنده های آسنکرون معمولا در مدارات شمارنده فرکانس بالا که شامل تعداد بیت های زیادی هستند، مورد استفاده قرار نمی گیرند.

خروجی های شمارنده، رابطه زمانی ثابتی با یکدیگر ندارند و به دلیل دنباله پالس های کلاکی، هر کدام در یک لحظه ثابت زمانی اتفاق نمی افتند.

به عبارت دیگر، فرکانس های خروجی یکی پس از دیگری ظاهر می شوند و به نوعی مانند اثر دومینو هستند.

بنابراین هر چه تعداد فلیپ فلاپ های بیشتری به شمارنده آسنکرون افزوده شود، بیشترین فرکانس کاری کمتر می شود تا شمارش دقیق تری فراهم شود. لازم به ذکر است که برای غلبه بر مشکل تاخیر انتشار در شمارنده های آسنکرون، شمارنده های سنکرون به وجود آمدند.