Raddoppiare La Frequenza Di Un Segnale

[MusicIsLife]

Ciao ragazzi!

Ho un problema di questo tipo: devo raddoppiare la frequenza di un segnale.

In dettaglio, ho un segnale ad onda quadra con duty cycle del 50% in uscita da un flip-flop. Devo raddoppiare la frequenza di questo segnale. Il segnale iniziale deve occupare l'intera gamma audio, ovvero da 20Hz a 20kHz.

Pensavo di usare un circuito tipo quello che vi metto nel link, anche per un discorso di un uso limitato di componenti. Voi cosa dite? Può funzionare?

http://imageshack.us/photo/my-images/100/f...blerwith406.gif

Come integrato usa il CD4069.

Modificato: 28 novembre 2011 da MusicIsLife

[tesla88]

Io userei un PLL tipo il CD4046 , metti un divisore fra l'uscita del VCO e l'ingresso di controllo di fase e il gioco è fatto dato che dal VCO otterrai una frequenza doppia a quella in ingresso.. . . funziona bene solo con segnali ad onda quadra anche se in realtà io ci ho fatto un octaver per chitarra con questo sistema . .

Intendo qualcosa del genere :http://us1.webpublications.com.au/static/images/articles/i1005/100598_6mg.jpg

Chiaramente il divisore deve essere 2 . . .

Modificato: 28 novembre 2011 da tesla88

[Livio Orsini]

Il vero problema sono i valori dei condensatori di accoppiamento. Devi fare in modo che a 20 Hz lo "spiffero" riesca a far commutare decentemente il gate e, contemporaneamente, a 20 khz l'impulso duri sicuramente meno del 50% del segnale di origine.

22 pF mi sembran sicuramente pochi per i 20Hz.

[MusicIsLife]

[at]Livio

Tu che valori metteresti?

[at]tesla88

Ma se mettessi un divisore per 2, che valori dei componenti dovrei cambiare? Conosci le formule matematiche per quel progetto?

[Livio Orsini]

Anch'io userei un PLL. Poi dipende dalla risoluzione che vuoi ottenere.

Scusa ma non fai prima a raddoppiare la frequenza dell'oscillatore di partenza?

[tesla88]

Ti dico , non ho mai provato a fare un PLL da 20 a 20KHz , però dovrebbe riuscirci il VCO a coprire tale banda . Unico svantaggio del PLL è che deve agganciare il segnale e quindi non è istantaneo e dimensionando male i componenti avvengono fenomeno di overshoot che provocano uno slittamento iniziale dela frequenza del VCO . Ad ogni modo sul mio prototipo che però copre solamente l'estensione di una chitarra elettrica, l'aggancio avviene in circa 0.1 Sec . . .

Ciao

[Livio Orsini]

Sono 3 decadi ed il VCO interno al 4046 è al limite di banda.

Io ho usato i primi CD4046, prototipi della RCA, nel 1974 per fare un sintetizzatore per un apparato Rx-Tx SSB della benemerita.

Confronto ai PLL odierni è puttosto scalercio, specie per il rumore, però per lavori come questi è ancora validissimo dopo quasi 40 anni. La velocità di aggancio può essere migliorata con un po di ...feed forward.

[MusicIsLife]

Il sistema è così composto: il segnale sinusoidale entra in un comparatore a soglia che rende il segnale di uscita un'onda quadra (probabilmente tra 0 e 5V) a duty-cycle non al 50%. A questo punto un flip-flop di tipo edge mi rende il segnale con duty-cycle al 50%, ma di frequenza dimezzata. In questo punto devo inserire il raddoppiatore di frequenza, il cui segnale di uscita dovrà entrare in un convertitore f-V che mi permette di ottenere una tensione proporzionale alla frequenza del segnale di ingresso.

Il segnale di tensione in uscita dal convertitore f-V dovrà dunque pilotare un filtro notch realizzato con gli OTA.

Il segnale originale (quello sinusoidale) ha banda audio (da 20Hz a 20kHz) che, quindi, non può essere variata.

[ludo69]

non ti impazzire: lascia le frequenze come sono, poi DOPO il convertitore F-V metti un amplificatore che ti raddoppia la Vout, che equivale ad aver raddoppiato la Fin !!!!!

[Mirko Ceronti]

Bene

.

No...non entrare nel Flip-Flop, entra in un integrato L297, e dalle uscite "A" e "B" avrai 2 segnali a frequenza dimezzata, duty cicle al 50%, e sfasati tra loro di 90 gradi.

Questi 2 segnali così sfasati li cacci all'ingresso di un or esclusivo e te ne esci con l'onda quadra a frequenza raddoppiata e quindi come da originale.

Saluti

Mirko

[tesla88]

Ecco se avessi spiegato prima il tutto ti avrei risposto come Ludo ! E' molto più semplice e agli atti pratici è identico . . .

In pratica andresti ad eliminare la fondamentale? Uhm interessante . . . potresti mettere lo schema del resto del circuito , ovvero la parte di F/V e il notch con OTA ? mi interessa personalmente (se non vuoi pubblicarlo puoi mandarmelo per MP , se non vuoi del tutto , pace )

Ciao!

[Livio Orsini]

Se devi solo ricavare una tensione proporzionale alla frequenza non hai bisogno di fare nulla. Che la frequenza sia 10 Hz - 10 kHz o 20Hz - 20 kHz nulla cambia. Son sempre 3 decadi ed il rapporto tra fmax ed fmin è costante. Se la tua conversione f/V genera, ad esempio, un segnale di ampiezza pari a 10 V per una variazione di 1 a 1000, non importa per la misura la base di partenza della frequenza. Piuttosto è da verificare la linearità della conversione f/V per una gamma che non è di ampiezza banale.

Modificato: 29 novembre 2011 da Livio Orsini

[MusicIsLife]

Sinceramente non avevo pensato all'idea detta da ludo ed effettivamente pare molto semplice messa giù così. L'idea di Mirko sembra interessante e vorrei provare comunque a realizzarla per vedere la differenza tra le due soluzioni proposte.

Per tesla:

il filtro notch con OTA lo sto progettando insieme ad un mio collega. Appena esce qualcosa di decente ti metto lo schema elettrico senza problemi anche qui sul forum =) Se esce qualcosa di decente è giusto condividere con tutti coloro che mi hanno aiutato a risolvere il problema =)

Per Livio:

anche io avevo pensato al problema della linearità del convertitore f-V. Ho scelto l'integrato LM331 come convertitore, il quale ha una linearità garantita attorno allo 0,01%. Speriamo che sia effettivamente così!

[tesla88]

Anche io avevo comprato alcuni LM331 per fare delle prove simili . Penso di averne ancora alcuni , ma ricordo qualcosa del fatto che fossero "lenti" nella conversione F-V.

Dipende tutto dall'uso che ne devi fare . Nel mio caso era un tentativo di synth analogico . . . mai realizzato

[Mirko Ceronti]

Nel caso Tu voglia fare questa prova con l’L297, Ti do alcune indicazioni su come collegarlo per ottenere le 2 uscite sfasate di 90 gradi :

Pin 2, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 19 = Gnd

Pin 10, 12, 20 = + 5 Volt

Pin 18 = Clock

Pin 4 = Out 1

Pin 7 = Out 2 (sfasata di 90° rispetto Out 1)

Pin 1, 3, 5, 6 ,8 ,9 = Non Connessi

Saluti

Mirko

[MusicIsLife]

Ditemi che l'LM331 riesce perlomeno ad arrivare a 20kHz durante la conversione f/V!

Leggendo il datasheet mi sono venuti seri dubbi!

[PocoEsperto]

MusicIsLife+30/11/2011, 09:43--> (MusicIsLife @ 30/11/2011, 09:43)

Effettivamente leggendo il datasheet (sembrerebbe che) nel Voltage to frequency arriva a 100kHz, mentre nel frequency to voltage a 10kHz. Forse a 20kHz ci arrivi lo stesso a scapito della linearità.

Saluti

Modificato: 30 novembre 2011 da PocoEsperto

[tesla88]

Se non ho capito male il tutto sarebbe

Segnale -> Squadratore -> Flipflop (Freq/2) -> F to V -> VCF (notch)

A questo punto al convertitore FV al massimo arrivi con 10KHz se in ingresso è 20Khz.

Quindi ti basta 10 e non 20 . Se ho capito male , fai finta che non abbia scritto nulla

Io comunque avrei dei dubbi su come si possa comportare a frequenze basse , diciamo sotto i 100Hz , a mio parere sarà più lento ad effettuare la conversione e vi sarà del ripple in uscita dal convertitore , dipende molto dalla dinamica del segnale in ingresso intesa come rapidità nel cambio di frequenza . . .

Inoltre magari mi sbaglio , ma il punto critico mi pare quello di progettare un filtro variabile con OTA che risulti essere lineare !

P.S. :

Fra i miei 1001 progetti mai realizzati c'era un'applicazione simile , la differenza era solo nel filtro che volevo ottenere , ovvero un passabanda . Ora l'idea era di usare un filtro a capacità commutata , dove la Fc del filtro è data dalla frequenza di clock/n , dove n è un numero legato all'IC usato .

Esistono diversi IC che realizzano il filtro e LMF100 o LTC1068 (cito quelli che ho provato ) ...

Il problema è che la f di clock deve essere piuttosto alta rispetto alla frequenza d'ingresso del filtro , molti filtri hanno n=100 anche se esistono con n=25 .

L'idea era quella di ottenere dal segnale in ingresso una frequenza pari a f*100 sfruttando un PLL (probabilmente avrei usato 2 PLL in cascata) per generare il clock

Purtroppo col poco tempo che ho non ho mai portato avanti la cosa. . .

Ciao

[MusicIsLife]

Hai capito proprio bene TESLA!

Teoricamente, dunque, il segnale in ingresso al mio convertitore F/V dovrebbe avere una banda massima di 10kHz. Volevo utilizzare quell'integrato per il buon compromesso tra costo (visto che devo farlo comprare all'università e, con la crisi che c''è è meglio tirare un pò le cinghia) e una decente linerità. Ho trovato in rete altri convertitori che hanno banda anche di 100kHz o superiore (es: VFC32 della Texas Instruments) ma hanno anche un costo di 10-12 euro.

Ho trovato un'interessante application note per ottimizzare la conversione anche alle basse frequenze, per migliorare la stabilità in temperatura dell'integrato e per ottenere la massima linearità possibile. Metto il link qui sotto:

Application note LM331

Passiamo al filtro notch. Devo dire che abbiamo usato integrati a capacità commutate (LTC1043 se non ricordo male) ma è un oggetto iper delicato, con linearità limitata e con frequenza di oscillazione dell'oscillatore interno che arriva massimo a 190kHz. Calcolando che io lavoro a 20kHz dovrei adottare sicuramente un oscillatore esterno per avere una frequenza maggiore di clock.

L'integrato OTA che ho a disposizione è l'LM13700 che mi sembra essere un buon componente. L'unica questione è capire come realizzare un filtro notch a variabili di stato con Q selezionabile!

[tesla88]

Ho anche io dei NJM13600 e NJM13700 , li ho usato qualche volta come compressori-limiter , non ci ho mai lavorato molto ma mi pare difficile riuscirea ottenere un filtro la cui frequenza centrale vari in modo lineare in base alla tensione sopratutto su un così ampio spettro!

Un bel progetto devo dire, spero che tu ci riesca !!

P.S: A volte i costi esorbitanti degli integrati mi fanno proprio

Modificato: 30 novembre 2011 da tesla88

[MusicIsLife]

Ho scoperto che anche l'LTC1043 può essere utilizzato come convertitore F/V. Accetta una frequenza di ingresso sino a 30kHz ed ha linearità dichiarata dello 0,005%. NON MALE!

Tornando un secondo al filtro notch, sono riuscito a simularlo con Multisim. Il problema sta nel controllo della corrente Ic che si trova in relazione alla transconduttanza di ogni OTA. Ho un dubbio: non è che il controllo in tensione (trasformata in corrente Ic) devo farlo in maniera esponenziale e non lineare? Perchè in modo lineare non mi sembra uniforme la cosa. Per dire, se ho una Vc (che poi diventa Ic tramite un circuito lineare) di 10V, la frequenza di centro banda è di 20kHz. Se la Vc viene impostata a 0V, la frequenza di centro banda cala a 12kHz. Calcolando che la Vc sarà la tensione di uscita del mio convertitore F/V (e che dovrà essere raddoppiata a causa del dimezzamento della frequenza dovuta al flip-flop), mi sa che un controllo lineare non sarà funzionale.

Sbaglio?

[Livio Orsini]

Non hai bisogno di raddoppiare la tensione. è sufficiente fare una differente scalatura.

[tesla88]

Puoi postare lo schema del Notch? lo proverei su proteus per vedere come si comporta , sempre che gli OTA siano supportati .

Comunque scusa una cosa se a 10V -> Fc=20KHz e 0V->Fc=12KHz , come ci arrivi a 20Hz?? Inoltre questo non dice nulla se il sistema sia lineare o meno , per esempio se a 5V->Fc=16KHz allora il sistema potrebbe anche essere lineare . . .

Io non mi son mai cimentato nella costruzione di uno state-.variable-filter con OTA ,

quindi non ho in mente le formule per i calcoli , mi sembra però strano che si riesca a realizzare un filtro con Fc variabile da 20Hz a 20KHz e che segua un andamento lineare . . .

In pratica quello che vuoi realizzare è un sistema che "filtri" con un notch accordato sulla frequenza in ingresso , una sorta di filtro autotune . . . mi sembra difficile da fare con elementi "analogici" . . .

[Livio Orsini]

Personalmente vedo meglio una soluzione numerica, però l'idea mi sembra interessante, anche se più complicata dal punto di vista realizzativo.

[MusicIsLife]

Devo per forza di cose realizzarlo con componenti analogici.

Lo schema di principio l'ho preso dal link che vi posto a pagina 8-9.

FILTRO NOTCH CON OTA