分頻器是指將不同頻段的聲音信號區(qū)分開來，分別給于放大，然后送到相應頻段的揚聲器中再進行重放。在高質(zhì)量聲音重放時，需要進行電子分頻處理。具體實現(xiàn)形式有偶數(shù)分頻、奇數(shù)分頻、鎖相環(huán)分頻電路等，這種結(jié)構(gòu)的分頻器只能實現(xiàn)整數(shù)分頻，或者是僅實現(xiàn)半整數(shù)分頻和奇數(shù)分頻[1],一般的鎖相環(huán)分頻電路會有幾十微秒級的頻率轉(zhuǎn)換時間[2],雖然現(xiàn)在少數(shù)芯片有所改善，但是時間也較長。同時，在某些場合下，所需要的頻率與給定的頻率并不成整數(shù)或半整數(shù)倍關(guān)系，或需要實現(xiàn)對輸入信號頻率的微調(diào)整，此時可采用小數(shù)分頻器進行分頻[3]。

　　本文提出了一種基于FPGA的小數(shù)分頻實現(xiàn)方法，給出該方法的設(shè)計原理以及實現(xiàn)框圖，使用VHDL硬件描述語言和原理圖混合輸入的設(shè)計方式[4],通過Quartus II開發(fā)軟件，在Altera公司的Stratix II系列EP2S15F484C3型FPGA器件平臺上對電路進行仿真，并對仿真結(jié)果進行分析，由仿真結(jié)果可以看出該方法可有效實現(xiàn)對輸入信號的50%占空比的小數(shù)調(diào)整，解決了在一些場合下整數(shù)分頻對輸入頻率調(diào)整幅度較大，頻率轉(zhuǎn)換時間較長的問題[6]。

　　1 設(shè)計方案及其原理

　　該方法是通過兩級計數(shù)電路來實現(xiàn)小數(shù)分頻的，級利用輸入信號對系統(tǒng)時鐘計數(shù)，并對計數(shù)結(jié)果進行修正；第二級利用修正后的結(jié)果通過定時操作產(chǎn)生頻率調(diào)整后的輸出信號。電路圖的組成如圖1所示。

　　以輸入信號的脈寬作為閘值，計數(shù)器1在系統(tǒng)時鐘的控制下進行加計數(shù)，設(shè)此計數(shù)結(jié)果為n。為實現(xiàn)對輸入信號頻率的調(diào)整，通過給n加上一個調(diào)整值N來實現(xiàn)對計數(shù)結(jié)果的調(diào)整，調(diào)整后的結(jié)果存于寄存器3,同時計數(shù)器1復位并等待進入下一輪操作。計數(shù)器2在同一系統(tǒng)時鐘控制下對寄存器3的值減計數(shù)。當計數(shù)器2減到0時產(chǎn)生下溢信號，如此重復，計數(shù)器2將產(chǎn)生頻率調(diào)整后的非對稱方波，利用模一計數(shù)器將其調(diào)整為占空比為50%的時鐘信號。上述方法中，N的值決定了輸出信號與輸入信號間的頻率關(guān)系，通過對N的設(shè)置來改變該方法的分頻倍數(shù)。

　　在具體實現(xiàn)時，為了避免計數(shù)器2置入的數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，n的修正值先存放在寄存器3中，這樣，每當計數(shù)器2減到0時，再置入n的修正值，則可以避免第二級計數(shù)器沒有輸出信號的問題。

　　1.2 小數(shù)分頻參數(shù)的取值范圍

　　使用本設(shè)計方法對輸入信號的頻率進行小數(shù)量級的分頻，要得到有效、可靠的結(jié)果，調(diào)整參數(shù)N只在一定范圍內(nèi)取值。

　　由式（1）可知：由于輸出信號頻率K>0,故N>-n。

　　2 仿真結(jié)果及分析

　　2.1 電路功能的仿真及分析

　　理論上，當fin=1 MHz、N=1時，n=100,K=1.01, fout≈0.990 1 MHz。

　　以上述參數(shù)對電路進行仿真，仿真結(jié)果如圖2所示。

　　N在有效范圍內(nèi)變化，使用上述參數(shù)對電路進行仿真得到表1所示仿真結(jié)果。

　　對電路進行調(diào)整，把N減小一個單位，即：N=1,由式（1）得分頻比K2=1.02,電路的仿真結(jié)果如圖4所示。

　　文中提出了兩級計數(shù)電路來實現(xiàn)小數(shù)分頻的方法，并對結(jié)果進行仿真和分析，該方法可以實現(xiàn)分頻比為任意小數(shù)的小數(shù)分頻，或者可高地完成對輸入信號頻率的微調(diào)，實現(xiàn)結(jié)果表明了本設(shè)計可以使頻率轉(zhuǎn)換時間被縮短到2.56 μs,隨著分頻步長的提高，頻率調(diào)整誤差？著會增加，但是誤差比較小，這一優(yōu)點應用在IEEE1588中，可有效地實現(xiàn)LXI的主從設(shè)備的時鐘同步[5]，這是本設(shè)計方案的典型應用。但是，當系統(tǒng)的時鐘頻率與輸入頻率的比值n不是整數(shù)時，頻率調(diào)整誤差ε較大，這是本方案的使用局限性。