Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Опорные частоты /еп...,~е,е связаны соотношением /»„= Де, + (л — 1) Ь~ где л = 1...1О; ц/ — шаг сетки вспомогательных частот. С помощью декадных переклшчателей П,,...,П„сигнал с одной из частот/е„...,/е„можно подать на вход любого преобразователя Пр. Полосовые фильтры выделяют сигналы' суммарной частоты. Частота выделенного сигнала делится в 1О раз в делителе Д (в последней декаде делитель отсутствует). Можно показать, что выходная частота синтезатора определяется соотношением / =!О/'е~ ь ф(л~+ ияч/10+...и~/10~'), мч. 248 где л„— последняя декада без делителя; lс — число декад; ла — номер положения переключателя П.
(ль = 0,1...9). Если число декад /с = 1, то /' „= ! О/'е + йз1л„' если /с = 2, тоуа „= ! ОУ'о + ЛЛ»з + л,)10) и т. д. Отметим, что шаг полученной сетки частот в 101" ! раз мсльче интервала ф' между соседними опорными частотами диапазона Аы...,/шо. Увеличивая число декад, можно уменьшить шаг сетки выхо!(ных частот, при этом не требуется перестройка ПФ.
Недостатком синтезаторов, построенных по методу идентичных декад, является необходимость применения значительного числа преобразователей и фильтров, что в конечном итоге усложняет получение подавления уровня побочных частот иа выходе синтезатора более чем на 60...80 дБ. В последнее время при создании синтезаторов частот, выполненных по принципу прямого синтеза, стали широко использовать цифровые методы (3 4].
Примером может служить синтезатор частот, построенный на основе суммирования импульсных последовательностей. Структурная схема такого синтезатора, выполненного полностью на цифровых интегральных микросхемах, приведена на рис. 4.25. Эпюры соответствующих импульсных последовательностей изображены на рнс. 4.26. Сигнал высокостабильного опорного генератора (ОГ) (см. рис. 4.25) поступает на триггерный счетчик — делитель (Д), состоящий из и двоичных разрядов (парис.
4.25 показано три разряда). На выходе делителя каждого разряда (Ды Дп Дз) получаются две последовательности импульсов (например, на выходе 2 и 2', см. рис, 4.26), сдвинутые на Т/2 (Т вЂ” период соответствующей импульсной последовательности). Частота импульсной последовательности на выходе'каждогоделителя в 2 раза меньше частоты входной импульсной последовательности. С выходов делителей Р, 2', 3' и т. д. импульсные последовательности поступают на один вход схемы И.
На другой вход этой Охем ы поступает Рис. 4.25. цифроаой синтезатор частот иа осиоае сумиироааиия импульсных послелоаательи сечей 249 Рис. 4. 2о. Эепоры импульсиыа послеловательиостеа в цифровом сиитетаторе частот 1 или О с регистра частоты. Если в регистре частоты записана 1, то соответствующая импульсная последовательность (см. рис. 4.25 импульсные выходные последовательности с делителей Д, и Дз) проходит на схему ИЛИ, если же записан О, то схема И закрыта и импульсная последовательность на нее не проходит (см. на рис. 4.25 выходную импульсную последовательность с делителя Дт).
Следовательно, на выходе схемы ИЛИ происходит суммирование соответствующих последовательностей в соответствии с заданным кодом частоты. В результате получается импульсная последовательность с неравномерной расстановкой импульсов (см. на рис. 4.2б выход схемы ИЛИ), средняя частота импульсов которых определяется управляющим кодом, записанным в регистре частоты.
Для уменьшения неравномерности импульсов на выходе схемы ИЛИ включают делитель частоты (Д на рис. 4. 23 с козффициентом деления )т', На выходе такого делителя импульсная последовательность более равномерная (см. на рис. 4 26 выход делителя Д). Чем выше козффициент деления, тем больше равномерная выходная импульсная последовательность и тем меньше уровень побочных частот в выходном спектре синтезатора. Но при этом частоты синтезатора при заданной частоте ОГ оказываются низкими.
Другой разновидностью синтезатора частот, в котором использован цифровой принцип формирования частот, является синтезатор с цифровым формированием отсчетов синтезируемого колебания. Структурная схема такого синтезатора приведена на рис. 4.27. В блоке памяти (БП) хранятся отсчеты синусоиды (данные о значении синусоиды при различных фазах). По определенной программе в соответствии с кодом частоты, записанным в блоке установки частоты (УЧ), вычисляются текущие значения синусоиды.
Обычно БП выполняется в виде микропроцессорного устройства, которое используется как счетчик времени (накопитель, фазы). Частота ~ в импульсной последовательности иа выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) кратна шагу сетки частот: ~= lс4~ где й =!,..., Ю. Поскольку иа выходе синтезатора необходимо формирование синусоидального колебанил, то после БП включается ЦАП (см. рис.
4.27). Для устранения побочных частот после блока ЦАП включен фильтр нижних частот (ФНЧ), который фильтрует тактовую частоту, ее гармоники н комбинационные частоты. Число отсчетов синусоиды 2" определяется объемом памяти блока вычисления отсчетов (БП). Если все отсчеты синусоиды считываются с частотой Я)г = УТог, то пелпнод импульсной последовательности иа выходе блока ЦАП Т = То„2, где Тот — период сигнала ОГ. Следовательно, Минимальная частота импульсной последовательности У и = ЛУ'= Итог~".
Изменяя число импульсов ОГ, считываемых за период Т - (т. е. число Ф), можно изменить частоту импульсной последовательности зза выходе ЦАП. Минимальное число импульсов ОГ равно двум, следовательно, У =! ~2Тог. Верхняя частота~ определяется граничной частотой цифровых микросхем и блока ЦАП. С повышением выходной частоты необходимо увеличивать быстродействие ЦАП. Поскольку на выходе синтезатора нет давления частоты, то его граничная частота с отсчетами снитезируемого колебания оказывается выше, чем в синтезаторах, построенных на основе суммирования импульсных последовательностей. На практике используются также синтезаторы частоты, построенные на основе метода косвенного синтеза (иногда называемого методом анализа). Такие синтезаторы содержат в своем составе подстраиваем ый по частоте автогенератор, охваченный петлей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧИ321.
Простейшая структурная схема системы ФАПЧ изображена на рис. 4.28. Сигналы частот азг и апг от зталонного (ЭГ) и п-дстраиваемого (ПГ) генераторов поступают на фазовый детектор (ФД), выходное 25! «Ъг ееег Рис. 4. 27. Синтезатор частот с циф- ровым формированием отчетов Рис. 4.28. Структурная схема фатовой автоиоя- строякн частоты напряжение которого определяется разностью фаз напряжений, действующих на его входах. Выходное напряжения ФД через ФНЧ воздействует на управляющий элемент (УЭ), например варикап, который изменяет частоту ПГ, приближая ее к частоте ЭГ. В стационаРном Режиме, когда о7эг = о7пг, в системе УстанавливаетсЯ постоянная разность фаз между сигналами соответствующих генераторов и выходное напряжение ФД постоянно.
Эта постоянное напряжение подается на вход УЭ, ибо в противном случае стационарный режим будет невозможен. Поэтому между ФД и УЭ включаются устройства, пропускающие постоянный ток. Такими устройствами являются ФНЧ, которые устраняют из спектра сигнала управления нежелательные составляющие побочных частот, присутствующие ив выходе ФД. Попадая на вход УЭ, эти составляющие вызывают паразитную частотную (фазовую) модуляцию эталонного сигнала. Система ФАПЧ может работать в различных режимах. Например, если частоты ЭГ н ПГ равны н эффект медленных измерений параметров ПГ, определяющих его частоту, полностью компенсируется действием ФАПЧ, последняя работает в так называемом режиме удержания.
С понятием режима удержания неразрывно связано понятие полосы удермания, т. е. области начальных расстроек ЭГ и ПГ, в которой возможен этот режим. Ширина полосы удержания определяется разностью граничных значений частоты ПГ, соорветствующих наибольшему и наименьшему напряжениям на выходе ФД. Возможен и другой режим работы системы, при котором в среднем разность частот, вырабатываемых генераторами сигналов, равна нулю, а разность фаз периодически изменяется. Этот режим, используемый крайне редко, иазывветея режимом квазисинхронизма. Обычно систему проектируют так, чтобы он не возникал.
Третий режим'работы системы ФАПЧ вЂ” режим биений. Его характерной особенностью является непрерывное нарастание в среднем разности фаз ПГ и ЭГ, Режим биений всегда наблюдается в тех случаях, когда начальная расстройка ПГ относительно ЭГ (т. е. расстройка, соответствующая нулю напряжения иа выходе ФД) больше полосы удержания. Иногда он может иметь место при начальной расстройке, меньшейполосыудержания.
Врежимебненийсреднеезначениечастоты ПГ отличается от частоты ЭГ. Переходное состояние системы, при котором режим биений переходит с течением времени в режим квазисинхроиизма, называется режимом удерлгания. Подполосой захвата понимается область начальных расстроек ПГ и ЭГ, в которой при' любых начальных условиях устанавливается режим удержания (или квазисинхронизма). Обычно в момент включения системы частоты ПГ и ЭГ не совпадают и в системе наблюдается режим биений. При этом сигнал ПГ модулируется по частоте напряжением биений. В зависимости от знака мгновенного напряжения биений разность частот ПГ и ЭГ то повышается, то понижается. В результате длительности положительной и отрицательной полуволн напряжения биений оказываются различными и на выходе, и на входе ФД образуется постоянная составляющая напряжений.
Наличие этой постоянной составляющей приводит к изменению частоты биений относительно начальной расстройки. Если начальная расстройка не выходит за пределы полосы захвата, то постоянная составляющая снижает частоту биений до нуля и возникает режим удержания. Если' начальная расстройка превышает полосу захвата, то постоянная составляющая напряжения недостаточна для ее полной компенсации и в системе наблюдается режим биений.
В общем случае полосы удержания и захвата не равны друг другу (рис. 4.29). На рис. 4.29 сплошной линией показано устойчивое изменение средней разности частот (частоты биений) й ЭГ и ПГ в замкнутой системе ФАПЧ при изменении начальной расстройки й„'от больших значений к малым. Штриховой линией показано неустойчивое изменение (2 при изменении О„от малых значений к большим. Прямая лииля на рис. 4.29 отображает зависимость й от й„в разомкнутой системе ФАПЧ. Поскольку кривые, как правило, получаются симметричными, под полосами удержания и захвата принято понимать половины соответствующих областей, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
