présélecteur

Un prescaler est un circuit numérique qui divise une fréquence d'entrée par un entier fixe, généralement des puissances de deux comme 2, 4, 8, 16 ou 32. Il est placé entre une horloge haute fréquence ou une source de signal et un compteur ou un appareil de mesure qui ne peut pas gérer en toute sécurité le débit d'entrée complet. Le prescaler contient une chaîne de bascules qui basculent en séquence ; après N impulsions d'horloge à l'entrée, une seule impulsion apparaît à la sortie.

Les prescalers sont essentiels dans les compteurs de fréquence, les tachymètres et les codeurs d'arbre où le débit du signal dépasse de loin la vitesse de comptage maximale de la logique en aval. Un compteur de fréquence industriel typique mesurant des signaux de 100 MHz pourrait utiliser un prescaler diviseur par 10 pour ramener le débit à 10 MHz avant de l'envoyer à la chaîne de comptage principale. Les prescalers à semi-conducteurs conçus pour les applications RF et micro-ondes peuvent diviser des fréquences supérieures à 1 GHz ; les anciennes conceptions utilisant la logique ECL fonctionnaient de manière fiable dans la plage des basses gigahertz.

Le circuit lui-même est construit à partir de compteurs binaires ou de compteurs Johnson, chaque étage étant capable d'un fonctionnement à haute vitesse. Les implémentations modernes utilisent des circuits intégrés tels que le 74HC390 (diviseur par 100) ou des conceptions spécifiques à l'application en CMOS pour une consommation d'énergie réduite. Le rapport de division détermine à la fois la plage de fréquences d'entrée et la perte de résolution ; un prescaler diviseur par 100 réduit le bruit mais introduit une erreur de 100:1 dans les chiffres les moins significatifs.

Limites pratiques et compromis

La sélection du prescaler implique un équilibre entre la sensibilité, la vitesse et la précision. Un prescaler diviseur par 2 préserve la résolution de mesure mais exige que le compteur fonctionne à la moitié de la fréquence d'entrée. Un prescaler diviseur par 1000 assouplit l'exigence de vitesse du compteur mais sacrifie la résolution dans les positions des unités et des dizaines. Dans les circuits de tachymètre, les prescalers empêchent les vibrations mécaniques et le bruit électrique de générer de faux comptages, mais il est nécessaire de moyenner plusieurs fenêtres de mesure pour restaurer la précision.

La gigue et la métastabilité deviennent critiques aux fréquences d'entrée élevées. Un prescaler fonctionnant près de sa fréquence maximale nominale peut présenter un bruit de phase accru ou des impulsions manquées si le temps de montée de l'entrée est trop lent ou si le rapport cyclique s'écarte de 50 %. Les conceptions industrielles incluent souvent un conditionnement par trigger de Schmitt avant le prescaler pour nettoyer les signaux analogiques bruyants.