Divisor de frecuencia

Se llama divisor de frecuencia a un dispositivo que produce a su salida una frecuencia menor que la de entrada. Suelen estar formados por contadores digitales. Se pueden obtener relaciones de frecuencia no enteras utilizando contadores de módulo variable, por ejemplo, si a cada pulso de salida se cambia el módulo del contador entre 2 y 3, se obtiene una relación de frecuencias de 5:2.

El divisor digital elemental.

Vamos a describir aquí, cómo se comporta un divisor de frecuencias. Trataremos de frecuencias (en lugar de pulsos individuales que lleguen al azar a intervalos), si aplicamos un tren de pulsos de frecuencia fija a un contador comenzamos a notar algunas características interesantes y algunas relaciones útiles, entre la señal de entrada y la señal de salida.

Consideremos un flip-flop con una sucesión continua de pulsos de reloj y con una frecuencia fija, como el que se muestra a la derecha. Notamos tres hechos útiles sobre las señales de salida, vistas en Q y Q':

 · Las señales, están exactamente invertidas una de la otra.

 · Las señales, son ondas cuadradas perfectas, rendimiento del 50 %.

 · Las señales, tienen una frecuencia justamente la mitad del tren de impulsos de entrada.

El divisor digital, más simple es el compuesto por una báscula o flip-flop, elemento éste que puede estar formado por dos transistores y unos pocos componentes o por dos puertas lógicas conectadas en realimentación. En primer lugar, al tratar con flip-flops, alguien erróneamente, puede pensar que una frecuencia, sólo se puede dividir por números pares, la división de una frecuencia por un número impar también es posible, como veremos más adelante.

Este es, un ejemplo sencillo de un divisor de impulsos, puede observarse que de cada dos impulsos introducidos en A, en la salida Q, nos entrega la mitad, la puerta I es un inversor que se ha dispuesto en esa posición para evitar en lo posible los estados indeterminados que suelen aparecer en este tipo de básculas cableadas.

Otro ejemplo de un divisor sencillo es, la báscula D con puertas NOR que se muestra a la izquierda, sólo tiene una entrada de datos, debido a haber aplicado un inversor entre las entradas R y S, éstas, siempre estarán en oposición, lo que evitará la posibilidad de indeterminación, además se le ha dotado de una entrada de señal de reloj. Observamos que la salida Q = 1, cuando en la señal de reloj está a nivel lógico 1 y al mismo tiempo D = 1. Pasa a Q = 0 cuando haya caído D a 0 lógico y simultáneamente la señal de reloj pasa de nuevo a 1, es decir, la salida se presenta con el nivel alto de la señal de reloj, lo que se llama nivel activo de reloj .

El estado de salida se presenta únicamente en el instante en que la señal de reloj pasa de nivel lógico bajo a alto. Como vemos, la báscula D es una modificación de la báscula R-S, que mediante un inversor intercalado entre sus entradas R-S, elimina la posibilidad de indeterminación que presenta aquella.

El circuito de un flip-flop tipo D, es algo más que el circuito de una báscula tipo D, aunque parece muy similar, también tiene una única entrada de datos y una de reloj.  Es bastante más complicado, la diferencia básica está en la nueva forma de utilizar la señal de reloj. 

A veces, en los circuitos digitales, interesa asegurar que no pueda cambiar un dato de entrada durante el intervalo de ser transferido este dato a la salida entonces, se utiliza lo que se conoce como la técnica de 'flanco de disparo'. Por consiguiente, llamaremos báscula a los elementos que utilicen el nivel activo de reloj y flip-flop a los que utilicen el flanco de subida o disparo. 

Fig. 5-10 - Sinóptico del Flip-Flop D

Un flip-flop tipo D, está constituido por dos básculas como entradas y una tercera báscula para la salida. Las básculas de entrada están interconectadas entre sí de forma que, al pasar la señal de reloj del nivel lógico bajo al nivel alto, se produce la entrada de estados complementarios de la báscula de salida.

A la derecha se muestra el símbolo del flip-flop J-K. El flip-flop J-K generalmente es el más utilizado, por ser el más versátil y sofisticado. Es similar a la báscula R-S, dispone de dos entradas de preselección éstas denominadas J-K, así como una entrada de reloj para su sincronización. La particularidad más genérica de los flip-flop J-K es que suelen estar controlados por el flanco descendente o de bajada de la señal de reloj, justo al contrario que lo hacen los flip-flop tipo D. 

Nota. Las entradas negadas en los símbolos, generalmente se representan con un pequeño circulo junto al cuerpo del símbolo. En este caso, el dato se transferirá a la salida y se indica con el circulo por el flanco de bajada del CLK.

Para conectar los flip-flop J-K, disponemos de dos formas de configurar su activación:

• 
  
  Disparo por flanco; el datos de la entrada se transfiere a la salida con la transmisión predeterminada de la señal de reloj.
• 
  
  Disparo Maestreo-Esclavo; el dato de entrada se carga con el nivel alto de la señal de reloj y se transfiere a la salida con el flanco de bajada de la señal de reloj. En este caso, el dato de entrada no debe cambiar mientras la señal de reloj es alta.

El flip-flop J-K, actúa como se indica: si una de sus entradas tienen un nivel lógico 1 y la otra un nivel lógico 0, la salida Q se pondrá a 1 o a 0 con el flanco de bajada de la señal de reloj y permanecerá en este estado de salida, al igual que ocurre con la báscula R-S. Si ambas entradas están a nivel lógico 0, cuando lleguen los impulsos de reloj no cambiará, sin embargo si sus dos entradas están a nivel lógico 1, el flip-flop cambiará sus salidas con cada bajada del impulso de reloj; esto es lo que se llama trabajar en modo 'balanceo'  (toggle en inglés). Este modo de trabajar es debido a que los niveles de las entradas J-K, se almacenan durante el tránsito del impulso de reloj, no cambiando durante ese tiempo su estado el biestable, una vez llega el siguiente flanco de bajada es cuando los datos almacenados hacen balancear el flip-flop.

 Resumiendo, el funcionamiento del filp-flop J-K (maestro-esclavo), cuando J = K = 1, invierte el estado de las salidas Q y /Q con cada impulso de la señal de reloj. Este efecto, requiere de dos pasos de la señal de reloj para que el nivel de Q vuelva al estado inicial, esto realmente ha dividido la señal de reloj por dos. Todos estos son descritos con sobriedad en las lecciones de electrónica digital.

Un contador digital como es el circuito integrado 74LS393 es un divisor algo más complejo, se trata de un dispositivo constituido por un doble contador binario en su interior, cada uno formado por cuatro flip-flop Maestro-Esclavo, conectados de modo que nos permite realizar contadores de 4 bits (se pueden considerar dos 74LS93 en una cápsula) .

 

Rooselvet Ramirez    CAF