Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 125
Текст из файла (страница 125)
Уровень паразитной АМ эффективно снижают ограничителем амплитуды (рис. 8.11,г). Приведенные выше сведения необходимы для оптимизации структуры модулятора. Усложнение структуры оправдано лишь в том случае, когда параметрическая оптимизация ЧМАГ не дает желаемого результата. 8.4. Цифровые частотные модуляторы Цифровыми здесь названы модуляторы, в которых методами цифровой обработки сигналов создают аналоговое ЧМ колебание, управляемое аналоговым же модулирующим сигналом. Такие модуляторы имеют существенно лучшие параметры по сравнению с ЧМАГ на варикапах.
Для цифровых модуляторов характерны: малый уровень нелинейных искажении; высокая стабильность среднеи частоты модулированного, колебания и ее независимость от уровня модулирующего сигнала; высокая временная стабильность параметров модулятора. Уровень искажений ЧМ сигнала определяет выбор тактовой частоты и числа уровней квантования. Современная микросхемотехника позволяет принять эти параметры такими, что нормы на качественные показатели ЧМ сигнала обеспечиваются с хорошим запасом. Стабильность средней частоты определяет источник опорных колебаний. Его нестабильность легко сделать на два порядка ниже допустимой по стандарту.
Временная стабильность параметров цифровых 564 565 Рис. 8ДЗ устройств задается требованиями к их источникам питания. Последние работают с небольшими напряжениями и мощностями, что облегчает их стабилизацию. Ограниченность быстродействия цифровых ИС приводит пока к снижению средней частоты формируемого ЧМ колебания до частот, не превышающих 10 МГц Перенос сигнала на частоту излучения осуществляют традиционно — с помощью повышающих преоБразователей частоты. Последнее ужесточает требования к уровням шумов в канале и внеполосных колебании. Цифровои формирователь ЧМ сигнала строят на основе синтезатора гармонических колебаний с накоплением фазы (1.45, гл 6) Рассмотрим кратко работу такого устройства и его структуру (рис.
8.12). Гармоническое колебание получают на выходе ФНЧ, который выделяет его из ступенчатои функции. Последняя поступает на вход фильтра с выхода цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Уровни ступенчатой функции заданы мгновенными значениями синтезируемого гармонического колебания в моменты выборки отсчетов Для этого в каждый момент выборки (на каждом такте) управляющее устройство устанавливает адрес выборки на постоянном запоминающем устроистве (ПЗУ), где записаны все отсчеты в виде двоичных чисел. По этому адресу происходит считывание отсчета из ПЗУ и передача его на вход ЦАП.
В состав синтезатора входит также генератор тактовых импульсов (ГТИ), синхронизирующий работу всех цифровых элементов схемы Шаг дискретизации гармонического колебания задан выбранным числом отсчетов на один его период. В примере (рис. 8.13) на период ай! Рис. 8.18 Рис.
8.14 приходится 16 отсчетов. Считают, что для восстановления гармонического колебания с точностью до амплитуды необходимо сохранить на периоде не меньше четырех отсчетов. Отношение периода 7э к тактовому интервалу между двумя соседними выборками ххгх = 1//„где / тактовая частота, определяет требуемое число отсчетов Ага синусоиды на периоде 7э. Таким образом, 7о = Ага(гьхх), а /э = /х/АГе, На выбранном интервале 7а и соответствующем ему числе отсчетов Ага можно в нашем примере при Аге — 16 сформировать три колебания более высоких, чем /а, частот. Периоды этих колебаний Т„= 7е/ги, где гп = 1...
3 — числа натурального ряда, а частоты /„, = т/з = гп/ /АГэ. Минимальная частота синтезатора /иць задает шаг сетки /х = /ийь = /т/Ло. Максимальное значение глхьхх удовлетворяет условию гпгьхх ( Еп1(АГэ/4), где Епг означает целую часть числа, так что оптимальная частота синтезатора Лпьх ( /т/4. В общем случае /ы = гп/х где 1 ( гп ( гоп~ах.
Обратимся к структуре модулятора (рис. 8.14). Теперь мгновенное значение выходной частоты синтезатора определяет уровень модулирующего сигнала на входе АЦП, а время его генерации — тактовый интервал х11х Последний отделяет два соседних отсчета звукового сигнала В рассматриваемой структуре адрес выборки с ПЗУ генерируют с помощью двух инкриминаторов (приписывателей). Один дает постоянную составляющую адреса (та). Она соответствует генерации средней частоты / в режиме молчания. Другой указывает переменную часть (г1гл) адреса. Зта часть задана числами, поступающими с выхода АЦП. Формирователь адреса с помощью инкриминаторов создает число, указывающее порядковый номер (адрес) выборки из массива чисел в памяти ПЗУ.
Адрес следующей выборки определяют по правилу: пг+~ = гц+глх если и;+~ ( Уо п,ч.~ = и;+гп — Уэ, если и;+~ > Уе. На рис 8,13 в скобках указаны шесть первых ординат частоты 3/,. В адресном регистре формирователя на интервале х1/„при фиксированном значении инкриминатора генерируют последовательность адресов, передаваемых в ПЗУ по одному на каждом такте частоты / . На схеме это отражено цепью обратной связи с выхода формирователя адреса на его вход. Значения инкриминаторов задают отсчеты звукового колебания. В остальном модулятор работает так же, как синтезатор с накоплением фазы. Для АЦП число отсчетов на период наибольшего по частоте колебания в спектре модулирующего сигнала выБирают в соответствии с 567 теоремой Котельникова и запасом в несколько раз. Считают достаточ- ным выполнения неравенства /тнн/гн > (8 10), где /тнн = 1/а/нн тактовая частота АЦП; Ра — верхняя модулирующая частота.
Для сте- реофонии /т, > 400...500 кГц. Квантование сигнала по времени и уровням при восстановлении его аналоговой формы порождает специ- фический (квантования) шум. Минимальное число уровней дискретиза- ции, необходимое для достижения требуемого ослабления шумов кван- тования, задает число разрядов рн двоичного числа, соответствующего передаче квэзимаксимального уровня сигнала. Отношение (сигнал-шум) (с-ш) = 20162г*' = бр„(дБ). По отечественному стандарту защищенность от интегральной помехи Анн > 60 дБ.
Это обеспечивается представлением звукового сигнала числами с рн > 10. Модуляция линейна, когда число частот синтезатора равно или больше числа уровней квантования модулирующего сигнала в АЦП, т.е. р, ( рн, где р, — разряд двоичного числа, определяющего чи- сло элементов сетки частот. Необходим синтезатор с большим числом колебаний в его сетке и малым шагом частоты /с ( с1/нын/2г' Для удовлетворения требований отечественного стандарта /н должно быть меньше 100 Гц при размахе девиации 100 кГц. Проблема со- стоит еще и в том, что сетку частот с малым шагом генерируют при, малой относительной девиации частоты. Максимальное относительное отклонение частоты от средней Ь/н, // является величинои поряд- ка 10 з.
Число отсчетов Лго синусоиды пропорционально отношению /мт//с = (~/нем//с)(/нт/Ь|нын) Примем частоту модулятора в режиме молчания /мт = /юнн ( / /4, тогда порядок двоичного числа, соответствующего необходимому числу ординат Ло, равен /2,/„„. /„, '! ~/„.и У, р„, > 2+!об, ~ 1о$з +1оЕз Рнн+Рнт 1. с 11/ннм ,(н ~кон Выше выбрана частота дискретизации звукового колебания, где от- ношение Ь/н, //, найдено иэ условия минимизации шумов квантова- ния Оно дало порядок числа р,н. Оценим последнее слагаемое в выра- жении для ргто. Заметим, что повышение тактовой частоты увеличивает разрядность числа Лго. Возьмем частоту / небольшой, порядка 20 МГц, стандартную девиацию Ь/ннн = 50 кГц.
При этом порядок искомого числа ри = 1ойз(/т/Ь/н,м) > 9. В сумме имеем рого > 18. Это озна- чает, что объем ПЗУ должен составлять 2 МГбайта и более. Величина пто = /нт//и, а Ьгп = у1/н,м//и. Следовательно, при малой относитель- ной девиации требуется строить синтезатор с весьма мелкой сеткой. Обратим внимание на еще один важный для понимания принципа действия рассматриваемого устройства момент. Генерация сетки частот затруднена в данном случае еще и тем, что малы изменения уровнеи отсчетов на соседних периодах радиочастоты (т )) 1).
Малые фазо- вые сдвиги генерируемого колебания относительно решетки импульсов тактовой частоты /т становятся заметными лишь на продолжительном базовом интервале 2о — — 1// . Именно они содержат сведения о частоте генерируемых колебаний. Невелико и число периодов выходного сигнала на тактовом интервале йт/н„а следовательно, и число отсчетов, на котором его формируют. Оно равно отношению и, = /т//тна. На этом интервале колебание должно быть близким к установившемуся. Это предъявляет особые требования к работе ЦАП, заставляя выбирать шаг сетки частот на его входе значительно меньшим, чем того требует равенство уровней квантования модулирующего сигнала и модулированного ЧМ колебания. Размер ПЗУ для хранения выборок задает число выборок Лго и разрядность числовых отсчетов, которые их определяют. Так как разрядность быстродеиствующих ЦАП обычно не превышает 11... 12, то именно ЦАП ограничивает разрядность выборок и в конечном счете определяет шумовые характеристики формируемого ЧМ сигнала.
ЦАП также вносит дополнительные шумы из-за возникающих в нем выбросов выходного сигнала (глитчей). Выбросы обусловлены непостоянством времени переключения отдельных разрядов и различной длительностью переходных процессов при включении и выключении разрядов. Поэтому при построении цифровых частотных модуляторов для используемых ЦАП выполняют экспериментально-теоретические исследования спектральной плотности выходного шума и по его минимальному уровню тщательно подбирают /т и Лго. Проектируя цифровой модулятор, необходимо выбрать элементную базу, которая обеспечит его реализацию Требования быстродействия и разрядности к основным элементам структурьг АЦП, ПЗУ и ЦАП обсуждены выше. Речь идет о значениях частот дискретизации / н„и /т и двоичных числах, с которыми должны работать названные элементы, а также об объеме ПЗУ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
