Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка цифровых синтезаторов частот с частотно-модулированными управляемым и опорным генераторами 11
1.1. Сравнительный анализ существующих методов построения однокольцевых частотно-модулированных синтезаторов частот ,. 11
1.2. Структурные схемы цифровых синтезаторов с частотно-модулированными управляемым и опорным генераторами 24
1.3. Выводы. Постановка задач исследований 31
2. Анализ частотных характеристик 32
2.1. Эквивалентные схемы и передаточные модуляционные функции 32
2.2. Эквивалентные схемы и передаточные функции, характеризующие реакцию синтезатора на паразитные приращения частоты опорного генератора 46
2.3. Частотные модуляционные характеристики 50
2.4. Частотные характеристики системы импульсно-фазовой автоподстройки частоты 65
2.5. Шумовая полоса системы импульсно-фазовой автоподстройки частоты 70
2.6. Выводы 72
3. Схемотехника узлов синтезаторов 73
3.1. Управляемые генераторы 73
3.2. Управляемый опорный кварцевый генератор 83
3.3. Схемы петлевого фильтра нижних частот и частотно-фазового детектора 86
3.4. Управляемые аттенюаторы 92
3.5. Схема цепи авторегулирования 101
3.6. Выводы 106
4. Экспериментальное исследование синтезаторов 108
4.1. Методика проведения эксперимента 108
4.2. Экспериментальное исследование частотных характеристик 113
4.3. Выводы 126
Заключение 128
Литература 130
- Структурные схемы цифровых синтезаторов с частотно-модулированными управляемым и опорным генераторами
- Эквивалентные схемы и передаточные функции, характеризующие реакцию синтезатора на паразитные приращения частоты опорного генератора
- Схемы петлевого фильтра нижних частот и частотно-фазового детектора
- Экспериментальное исследование частотных характеристик
Введение к работе
Актуальность темы, В современных радиотехнических устройствах передачи информации, в частности, в системах подвижной УКВ -радиосвязи для формирования ЧМ - сигналов в передатчиках широко используются частотно-модулированные цифровые синтезаторы частот (ЧМЦСЧ), построенные на основе однокольцевой системы им-пульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи. Применение ЧМЦСЧ в качестве частотно-модулированного возбудителя передатчика, т.е., по существу, маломощного ЧМ - передатчика, позволяет достигать высоких качественных показателей систем УКВ - радиосвязи благодаря когерентности частот выходного сигнала передатчика частоте высокостабильного опорного кварцевого генератора (ОКГ), компактности ЧМ - возбудителя, малого энергопотребления от автономных источников, а также достаточно высокой спектральной чистоты выходного сигнала передатчика, что особенно важно в условиях ухудшения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосредств при их значительном количестве на ограниченной территории.
Одним из простых и наиболее распространенных методов осуществления частотной модуляции в однокольцевых ЦСЧ является использование управляемого генератора (УГ) в режиме частотной модуляции информационным сигналом. Такой метод в литературе называется прямым одноточечным методом частотной модуляции (ЧМ1), в отличие от косвенных одноточечных методов частотной модуляции в опорном канале (ЧМ2) или в цепи обратной связи (ЧМЗ). Однако при одноточечных методах невозможно добиться равномерной АЧМХ в широкой полосе модулирующих частот, сохраняя при этом либо высо-
5 кое быстродействие, либо малый уровень ПЧМ с частотами, кратными
частоте сравнения импульсно-фазового детектора (ИФД) синтезатора.
Использование метода ЧМ12 позволяет получить равномерную АЧМХ при высоком быстродействии. Однако этот метод предполагает, во-первых включение импульсно-фазового модулятора (ИФМ) в опорный канал после делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), во-вторых интегрирование модулирующего сигнала интегратором (ИНТ) перед подачей его на модулирующий вход ИФМ. Эти два фактора делают метод ЧМ12 практически невыполнимым. Осуществить включение ИФМ после ДФКД не представляется возможным, так как современные ЦСЧ, включающие ДФКД, ИФД и ДПКД, выполняются в виде микросхемы с двумя входами и одним выход.
Осуществить идеальное интегрирование модулирующего сигнала в области нижних модулирующих частот, приближающихся к нулю, весьма затруднительно.
Наконец введение двух дополнительных узлов, таких, как ИФМ и ИНТ, усложняет схему.
Поэтому поиск новых путей получения равномерной АЧМХ с сохранением высокого быстродействия синтезатора при сравнительной простоте схемы ЧМЦСЧ и использования метода ЧМ12 является актуальной задачей.
Одним из путей осуществления метода ЧМ12, который предполагает исключение из схемы ИФМ и ИНТ, является осуществление частотной модуляции одновременно в УГ и ОКГ, при этом необходимо подчеркнуть, что различные варианты построения схем частотно-модулированных УГ и ОКГ обладают своими отличительными свойствами, которые в литературе не изучены, но изучение которых позволило бы использовать их при разработке аппаратуры в рамках поставленных технических задач на проектирование.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование свойств различных вариантов построения однокольцевых цифровых синтезаторов частот с частотно-модулированными управляемым и опорным генераторами.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка вариантов построения структурных схем ЧМЦСЧ частотно-модулированными УГ и ОКГ с компенсацией и автокомпенсацией частотных искажений;
построение эквивалентных схем различных вариантов предложенных структурных схем ЧМЦСЧ;
получение основных соотношений ЧМЦСЧ с частотно-модулированными УГ и ОКГ;
теоретический анализ разработанных схемных решений;
разработка схемотехнических решений узлов синтезаторов с частотно-модулированными УГ и ОКГ;
экспериментальная проверка результатов теоретического исследования.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории автоматического управления, методы теории устойчивости, методы математического анализа радиотехнических цепей, в частности операторный метод Лапласа, методы схемотехнического макетирования и экспериментального исследования, а также численные методы расчета характеристик с использованием прикладной программы «MathCad».
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной и выносимые на защиту:
1. Разработаны структурные схемы ЧМЦСЧ с частотно-модулированными УГ и ОКГ с компенсацией и автокомпенсацией частотных искажений.
Составлены линеаризованные эквивалентные схемы предложенных вариантов ЧМЦСЧ, отражающие процесс формирования ЧМ -сигнала в синтезаторах, получены передаточные модуляционные функции и исследованы АЧМХ синтезаторов.
Составлены линеаризованные эквивалентные схемы предложенных вариантов ЧМЦСЧ, отражающие реакцию системы ИФАПЧ на ПЧМ ОКГ, являющуюся следствием дестабилизирующих факторов, получены передаточные функции и исследованы АЧХ системы ИФАПЧ.
Проведено схемотехническое макетирование узлов синтезаторов и экспериментальная проверка результатов теоретического исследования.
Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что результаты теоретических исследований позволяют разработчикам, во-первых, производить расчет характеристик проектируемых ЧМЦСЧ по полученным конкретным выражениям частотных характеристик, во-вторых практически использовать результаты расчета указанных характеристик для заданных параметров различных вариантов схем ЧМЦСЧ с частотно-модулированными УГ и ОКГ.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в НИР и внедрены в ОКР по проектированию и разработке синтезаторов для систем подвижной радиосвязи в Воронежском НИИ «Вега» и на Воронежском заводе «Сигнал». Кроме того, результаты работы внедрены в учебный процесс в Воронежском институте МВД России.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях «Борьба с преступностью» (Воронеж, 2003, 2004г.г.); на IV Всероссийской научно-практической конферен-
8 ции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2003г.; на научных семинарах кафедры радиотехнических систем Воронежского института МВД России, 2003, 2004, 2005г.г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в одиннадцати печатных работах, включающих пять статей, четыре работы, опубликованные в материалах Всероссийских научно-практических конференций, два патента на полезные модели.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 82-х наименований и приложения, изложена на 143 страницах машинописного текста, в котором приведены 65 рисунков и 16 таблиц.
Краткое содержание работы. Во введении обосновывается актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, приводятся методы исследований, указаны научные результаты, выносимые на защиту, а также практическая реализация результатов работы. Представлены сведения об апробации работы и степени опубликования основных положений. Дается краткое содержание глав диссертации.
В первой главе проводится анализ существующих методов построения однокольцевых частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот, как одноточечных, так и двухточечных, в частности метода ЧМ12, при котором модулирующий сигнал подается одновременно на модулирующий вход УГ и через ИНТ на модулирующий вход ИФМ, включенного в опорный канал между ДФКД и ИФД.
В связи с трудностью осуществления идеального интегрирования в широкой полосе модулирующих частот, а также в связи с конструктивными трудностями включения ИФМ между ДФКД и ИФД, связанными с тем, что в настоящее время ЦСЧ, состоящие из ДПКД, ДФКД и ИФД, выполняются в единой микросхеме, предлагаются варианты новых схем ЧМЦСЧ, в которых частотная модуляция осуществляется в УГ и ОКГ. При этом преодолеваются указанные выше трудности.
Приводятся структурные схемы и дается описание трех разработанных схем: с компенсацией, автокомпенсацией и одновременно компенсацией и автокомпенсацией частотный искажений.
Делаются выводы по результатам проведенной разработки новых схем ЧМЦСЧ, ставится цель и определяются задачи дальнейших исследований.
Вторая глава посвящена анализу АЧМХ предложенных схем ЧМЦСЧ, а также АЧХ системы ИФАПЧ.
Составлены эквивалентные схемы ЧМЦСЧ, описывающие процессы модуляции, определены передаточные модуляционные функции, проведена проверка устойчивости режима частотной модуляции и проанализированы АЧМХ предложенных вариантов схем ЧМЦСЧ в зависимости от параметров схем.
Составлены эквивалентные схемы ЧМЦСЧ, описывающие процессы в системе ИФАПЧ при действии на ОКГ дестабилизирующих факторов, приводящих к появлению ПЧМ. Определены передаточные функции и проанализированы АЧХ системы ИФАПЧ предложенных вариантов схем.
По результатам анализа сделаны выводы о преимуществах и недостатках того или иного варианта схем ЧМЦСЧ.
Третья глава посвящена проектированию и расчету узлов синтезатора, представляющих наибольший интерес с точки зрения решения поставленных задач. В частности разработана схемотехника управляемых генераторов, ФНЧ и ИФД, а также управляемых аттенюаторов и цепей авторегулирования. По результатам исследований сделаны выводы об эффективности схемотехнических решений узлов синтезатора.
В четвертой главе проведены экспериментальные исследования АЧМХ и АЧХ синтезатора.
Разработана методика эксперимента, собран макет синтезатора, измерены и построены частотные характеристики и проведено сравне-
%г
10 ниє экспериментальных и теоретических результатов исследования.
В заключении приведены основные результаты исследования. В ПРИЛОЖЕНИИ приведено описание принципиальной электрической схемы и работы исследуемого синтезатора.
Структурные схемы цифровых синтезаторов с частотно-модулированными управляемым и опорным генераторами
Одновременно производится частотная модуляция управляемого ОКГ, при этом девиация частоты ОКГ должна быть в N/R раз меньше девиации частоты УГ, где R - коэффициент деления ДФКД. Таким образом в диапазоне несущих частот синтезатора при постоянной девиации частоты УГ изменяется N, следовательно и отношение N/R. Для того, чтобы отслеживать это изменение, в схеме предусмотрен управляемый аттенюатор AT, с помощью которого изменяется напряжение управления УОКГ при его постоянной несущей частоте и постоянном R. В этом случае импульсы на выходе ДФКД будут промо-дулированы по фазе также в соответствии с интегралом «м(/), при этом девиация фазы импульсов на выходах ДФКД и ДПКД будет одинакова, следовательно в ИФД будет скомпенсирована реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие.
Дальнейшее исследование методов компенсации искажений ЧМ - сигналов в однокольцевых ЦСЧ с частотно-модулированным УГ [28-53] привели к разработке новой схемы ЧМЦСЧ с устройствами автоматической коррекции модуляционных характеристик, использующими метод автоматической компенсации частотный (фазовых) возмущений в трактах формирования радиосигналов [17,28-42]. Структурная схема такого синтезатора изображена на рис. 1.13.
После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ на выходе индикатора синхронизма ИС устанавливается сигнал, разрешающий прохождение через ключ КЛ на модулирующий вход УОКГ сигнала автокомпенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие УГ по его модулирующему входу. При модуляции УГ импульсы на выходе ДПКД будут соответственно промодулированы по фазе. С выхода ДПКД модулированные по фазе короткие импульсы поступают на первый вход ИФД. На второй вход ИФД поступают с ДФКД короткие импульсы, формирующиеся после деления частоты опорного сигнала с управляемого опорного кварцевого генератора УОКГ. В результате сравнения этих импульсов по частоте и фазе на выходе ИФД вырабатывается управляющее напряжение, которое через ФНЧ поступает на управляющий вход УГ и одновременно через дифференцирующую цепь ДИФ, УПТ, ИНВ и КЛ на модулирующий вход УОКГ. При этом опорный сигнал с выхода УОКГ модулируется по частоте так же, как и УГ. Поэтому на выходе ДФКД формируются короткие опорные импульсы, сдвинутые по фазе так же, как и модулированные импульсы с выхода ДПКД.
В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе импульсов на выходе ИФД уже нет сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, нет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ. Таким образом в ЦСЧ происходит автоматическая коррекция АЧМХ и уменьшение искажений частотно-модулированного сигнала в широком диапазоне модулирующих частот.
В переходном режиме при переключении частот синтезатора, когда разность фаз на выходе ИФД превышает заранее установленную максимальную величину, от входного сигнала ИФД срабатывает индикатор синхронизма ИС и на его выходе формируется запрещающий сигнал, который поступает на управляющий вход ключа КЛ. в результате ключ КЛ закрывается и в кольце ИФАПЧ происходит обычная подстройка частоты синтезатора. При этом быстродействие определяется только ФНЧ, выбранным из условия заданного подавления частоты сравнения в системе ИФАПЧ независимо от полосы пропускания модулирующих частот.
Необходимо отметить, что достоинством схемы, изображенной на рис, 1.13 является то, что она позволяет автоматически компенсировать не только частотные искажения ЧМ - сигнала, но также , как будет показано ниже, ПЧМ, возникающую на выходе синтезатора из-за воздействия дестабилизирующих факторов на ОКГ. В то же время, в отличии от схемы, изображенной на рис. 1.12, в этой схеме не удается полностью скомпенсировать частотные искажения в области модулирующих частот, близких к нулевой частоте.
Очевидно, объединяя схемы, изображенные на рис.1 Л 2 и рис. 1.13, получим схему синтезатора с одновременной компенсацией и автокомпенсацией частотный искажений, а также с автокомпенсацией ПЧМ синтезатора (рис.1.14). Таким образом, схема, изображенная на рис. 1.14, объединяет достоинства схем, изображенных на рис Л. 12 и рис.1.13. Действительно, так как в ЧМЦСЧ используется линейный режим модуляции, при анализе частотных модуляционных характеристик можно использовать принцип суперпозиции, при этом, как будет показано ниже, АЧМХ такой схемы с комбинированной регулировкой в области нижних модулирующих частот будет определятся цепью компенсации частотных искажений, следовательно будет равномерной в нижней части диапазона модулирующих частот.
В то же время цепь автокомпенсации будет способствовать ослаблению ПЧМ синтезатора, вызванной влиянием дестабилизирующих факторов на ОКГ.
Эквивалентные схемы и передаточные функции, характеризующие реакцию синтезатора на паразитные приращения частоты опорного генератора
В качестве УГ используются автогенераторы, частота колебаний которых изменяется путем подачи напряжения управления на реактивные элементы (обычно варикапы), включенные в колебательную систему. Он предназначен для генерирования выходных колебаний синтезатора и является основным функциональным узлом, входящим в состав всех структурных схем ЧМЦСЧ.
Любой УГ, как правило, включает в себя два основных компонента: резонансную систему и активный прибор. В системах подвижной радиосвязи в зависимости от диапазона и необходимого относительного изменения частоты при перестройке в качестве резонансной системы используют: LC-контур, отрезок длинной линии - коаксиальный или полосковый и высокодобротный керамический резонатор с большой диэлектрической проницаемостью (s 40). В качестве активного прибора в маломощных УГ могут с одинаковым успехом применяться биполярные и полевые транзисторы [71, 5].
Основными требованиями при разработке схемы УГ для ЦСЧ с системой ИФАПЧ являются получение низкого уровня фазовых шумов и побочных составляющих в выходном сигнале и обеспечение линейной перестройки в заданном диапазоне частот. Фазовый шум УГ зависит от шумовых характеристик транзистора и от нагруженной добротности резонансного контура. Шумы тем интенсивнее, чем ниже нагруженная добротность резонансного контура. С увеличением рабочей частоты добротность контура на основе катушки индуктивности падает, так как число витков в ней уменьшается до одного - катушка индуктивности «вырождается» в отрезок проводника. В связи с этим на частотах выше приблизительно 80 МГц задача повышения добротно 74 сти контура может быть частично решена путем изготовления индуктивности в виде нагруженной четвертьволновой линии передачи [5]. Отрезок линии длиной в четверть длины волны на данной частоте используется в качестве трансформатора комплексных сопротивлений, преобразующего нагружающую линию емкостную реактивность в индуктивность без значительных потерь. Это позволяет реализовать высокодобротную индуктивность в виде четвертьволнового отрезка линии, нагруженного на высокодобротный конденсатор. Полученная таким образом индуктивность виде последовательно соединенных коаксиального кабеля длиной Х/4 и керамического малогабаритного конденсатора легко рассчитывается, дешева в реализации и поддается миниатюризации (кабель можно конструктивно расположить по контуру печатной платы).
Рассчитаем согласно [5] необходимую длину коаксиального кабеля типа РК50-1-2 с волновым сопротивлением 50 Ом для рассматриваемого УГ. Длина линии на любой заданной частоте от 140 до 165 МГц должна быть не более четверти длины волны для самой высокой частоты диапазона, т.е. 165 МГц. Для расчета четвертьволновой линии используется выражение
Таким образом, для частоты 165 МГц длина коаксиального кабеля L = 32 см в данном случае большая, что конструктивно не позволяет использовать ее в малогабаритном УГ. Применение высокодобротного четвертьволнового керамического резонатора на этих частотах также невозможно из-за больших размеров. Остается выбрать катушку индуктивности, хотя добротность ее может быть несколько меньше. Здесь необходимо учитывать то, что нагруженная добротность резонансного контура снижается при подключении варикапа в контур. Снижение стабильности частоты и увеличение уровня частотных шумов УГ при подключении к резонансному контуру варикапа происходит вследствие зависимости динамической емкости варикапа от амплитуды приложенного переменного напряжения - автогенератор становится неизохронным, т.е. частота генерируемых колебаний становится зависимой от их амплитуды. Кроме того, флуктуации напряжения, управляющего емкостью варикапа, приводят к соответствующим флуктуациям этой емкости, а следовательно и частоты генерируемых колебаний.
В [2, 6] описан ряд принципиальных схем УГ. Однако далеко не все варианты УГ пригодны для применения в ЦСЧ на основе системы ИФАПЧ с ДПКД. Наиболее существенными недостатками некоторых схем являются слабые буферные свойства и недопустимо большой уровень собственных шумов.
Выбор схемы УГ диктуется следующими факторами : а) частотой генерации, б) диапазоном перестройки частоты, в) типом используемого транзистора, г) особенностями резонансной системы. Кроме того, для УГ, используемого в ЧМЦСЧ, важно учитывать особенности введения модулирующего сигнала в схему автогенератора в зависимости от требований к модуляционным характеристикам ЧМЦСЧ (стабильность девиации частоты и др.).
В синтезаторах в основном используются одноконтурные схемы УГ, построенные с индуктивной или емкостной обратной связью, которые называются трехточечными, так как транзистор подключается к трем точкам резонансного контура (рис. 3.1 и рис.3.2 ), причем, более широкое применение находят схемы автогенераторов с емкостной трехточкои, поскольку они проще в производстве, значительно менее склонны к самовозбуждению на паразитных частотах. Эти схемы могут работать на высоких частотах и отличаются высокой стабильностью, так как резонансный контур изолирован от нагрузки.
Схемы петлевого фильтра нижних частот и частотно-фазового детектора
Однако в выпускаемых в настоящее время различными фирмами микросхемах ЦСЧ нет возможности ввести ИФМ между ДФКД и ЧФД или между ДПКД и ЧФД. Поэтому для получения широкополосной ЧМ остается вводить модулирующий сигнал в УГ и в ОКГ, делая его управляемым по частоте. При этом из-за специфических характеристик кварцевых резонаторов ставится задача обеспечения высокой стабильности частоты и одновременного получения необходимой девиации частоты ОКГ. Стабильность частоты УОКГ может ухудшиться по сравнению с обычным ОКГ за счет влияния дополнительных элементов, используемых для введения модуляции. Для управления частотой УОКГ с помощью внешнего управляющего напряжения изменяют емкость варикапов, включенных последовательно или параллельно с кварцевым резонатором [74], при этом величина девиации частоты УОКГ ограничивается ростом нелинейных искажений, которые обусловлены нелинейностью характеристики варикапа и частотно-температурных характеристик кварцевого резонатора. Применяются различные способы уменьшения нелинейных искажений [74], что несколько усложняет схемы УОКГ и увеличивает трудоемкость их изготовления.
Существует большое количество схем кварцевых генераторов. Наибольшее применение нашли схемы ОКГ, выполненные по индуктивной или емкостной трехточке. Емкостные трехточечные схемы ОКГ наиболее распространены благодаря относительной простоте конструкции и стабильности параметров. Последовательное включение варикапа с кварцевым резонатором позволяет получить большие девиации частоты при меньших вносимых потерях, чем при параллельном включении.
Полная электрическая принципиальная схема УОКГ приведена на рис. 3.4. Термокомпенсированный кварцевый генератор предназначен для работы в качестве источника частотномодулируемых колебаний опорной частоты 10 МГц в диапазоне температур от - 30 до + 60 С. Автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторах VT1, VT2 типа 2Т368А9, включенных по каскодной схеме. В цепь кварцевого резонатора В1 включен последовательно варикап VD1. Пять конденсаторов цепи термокомпенсации (CI - С5 ), представляющие собой термозависимую реактивность, рассчитываются по специальной программе на ПЭВМ по снимаемым экспериментально исходным данным в виде значений постоянных напряжений, сопротивлений терморезисторов R1 и R2 в интервале температур и значений отклонения частоты. Индуктивность L1 служит для подстройки частоты УОКГ в номинал 10 МГц. Выходной сигнал с уровнем и 200мВ снимается с параллельного резонансного контура L2,C10,C11, являющегося нагрузкой автогенератора. Резонансный контур имеет выходное сопротивление 510 Ом. Стабилизатор напряжения на стабилитроне VD2 стабилизирует рабочую точку автогенератора и напряжение смещения на варикапе VD1. Модулирующий сигнал уровнем до 1 В поступает на варикап VD1 и обеспечивает девиацию частоты выходного сигнала до 400 Гц, при этом относительная нестабильность частоты в интервале температур не хуже 3-Ю"6.
Основными требованиями при разработке ЦСЧ на основе системы ИФАПЧ являются получение низкого уровня фазовых шумов, низкого уровня паразитных составляющих на выходе и возможность перестройки с одной частоты на другую за заданный промежуток времени.
Эти характеристики зависят от петлевого ФНЧ, включенного между выходом ЧФД и управляющим входом УГ. Известны различные варианты схемной реализации петлевых ФНЧ: интегрирующий (ИФ), пропорционально-интегрирующий фильтр (ПИФ), ПИФ с интегрирующим звеном, активный ПИФ с интегрирующим звеном и др. Конфигурация петлевого ФНЧ зависит также от того, какой выход имеет ЧФД - как источник тока или как источник напряжения. В выпускаемых рядом фирм микросхемах синтезаторов частот в основном используются ЧФД с токовыми формирователями на выходе - токовые источники зарядовой «накачки» (Charge pump — СР). ЧФД работает в одном из двух режимов - в частотном (при захвате частоты) и в фазовом (рабочий режим астатического отслеживания частоты). Использование пропорционально-интегрирующих петлевых ФНЧ обеспечивает астатизм системы ИФАПЧ по отношению к фазе. В результате система ИФАПЧ работает с нулевым рассогласованием и, соответственно, с минимальными пульсациями на управляющем входе УГ в установившемся режиме. Последнее очень важно для синтезаторов частот, т.к. значительно уменьшается паразитная угловая модуляция синтезируемого колебания.
Цифровая часть ЧФД, собранная на двух D-триггерах и схеме И-НЕ (выполняющей функцию узла сброса D-триггеров), является основным узлом детектора и вырабатывает последовательности импульсов, длительность которых зависит от фазового рассогласования выходных импульсов ДФКД и ДПКД (рис. 3.5).
Прямые выходы D-триггеров соединены с управляющими входами соответствующих токовых ключей Кл1 и Кл2, которые подключают генераторы токов ГТ1 и ГТ2 к ФНЧ и происходит короткий заряд-разряд емкостей.
Экспериментальное исследование частотных характеристик
По шкале SMV6 устанавливается с помощью аттенюатора СКЗ-40 уровень рабочего колебания Ul = 80 дБ, и производится точная настройка на несущую частоту по нулевым биениям сигналов. Уровень 80 дБ устанавливается, как показывает практика, с целью получения наименьших погрешностей при измерении. После этого по шкале SMV6 производится отстройка на 25 кГц и на 50 кГц от основного сигнала и измеряется уровень побочных составляющих (шумовых и дискретных) U2 на соседнем радиоканале. Относительный уровень побочных составляющих определяется по шкале SMV6 как разность показаний U1 и U2 в децибелах. При измерениях частота выходного сигнала синтезатора контролировалась с помощью частотомера 43-63, а уровень сигнала — с помощью милливольтметра ВЗ-62. Уровень напряжения, измеренный на нагрузке 50 Ом с помощью милливольтметра ВЗ-62 в начале и в конце диапазона рабочих частот составил 0,7 -0,9 В.
Измерение значений паразитного отклонения частоты выходного колебания синтезатора проводилось с помощью вычислительного измерителя модуляции СКЗ-45. Схема подключения приборов для измерения уровня паразитной частотной модуляции (ПЧМ) приведена на рис.4.2.
С помощью персонального компьютера по программе фирмы National Semiconductor устанавливались кодограммы управления частотой синтезатора на разных участках диапазона частот ЦСЧ. На каждой частоте синтезатора измеряются среднеквадратические (СКЗ) значения паразитного отклонения частоты выходного колебания синтезатора в полосе пропускания СКЗ-45 0,3...3,4 кГц; 0,3 - 20 кГц; 0,3 - 60 кГц и 0,3 - 200 кГц.
Ослабление второй гармоники выходного сигнала контролировалось с помощью анализатора спектра TR-4/10 японской фирмы Takeda Riken, согласно структурной схемы, приведенной на рис.4.3. С помощью микроконтроллера устанавливается автоматическое переключение каналов. По переходному процессу при ждущей развертке на экране осциллографа С1-65 определяется время переключения частот. Результаты измерений показали, что время переключения частот при разносе между каналами 1 МГц и 10 МГц составляет 10 -15 мс, что согласуется с рассчитанным. На второй стадии измеряются параметры ЧМЦСЧ при подаче модулирующего сигнала. Для измерения неравномерности девиации частоты в полосе модулирующих частот FMH... FMB (неравномерности АЧМХ) приборы подключают к ЧМЦСЧ согласно рис. 4.5. Определение АЧМХ проводилось путем подачи на модулирующий вход синтезатора сигнала от низкочастотного генератора ГЗ-112 и измерения уровня демодулированного сигнала с помощью девиометра СКЗ-45. Для визуального контроля искажений с выхода НЧ девиометра сигнал поступал на вход осциллографа С1-65А. Результаты экспериментального исследования приведены в [82,83], блок-схема синтезатора, используемого для проведения экспериментальных исследований, приведена на рис.4.6. На макете этой схемы ЧМЦСЧ модулирующий сигнал от ИМС можно вводить в УГ (одноточечная модуляция ЧМ1), в УОКГ (одноточечная модуляция ЧМ2) и одновременно в УГ и в УОКГ (двухточечная модуляция ЧМ12). Для выявления влияния изменяющейся крутизны Sr УГ и переменного коэффициента деления N ДПКД на уровень девиации частоты при перестройке синтезатора в заданном диапазоне частот, измерения АЧМХ проводились при отключённых управляемых аттенюаторах УА1 и УА2. На первой стадии проверка основных параметров синтезатора проводилась без введения модулирующего сигнала. Измерение среднеквадратических значений (СКЗ) паразитной частотной модуляции (ПЧМ) осуществлялось с помощью вычисли 114 тельного измерителя модуляции СКЗ-45. Результаты измерения ПЧМ при перестройке частот ЦСЧ в диапазоне 145 - 170 МГц приведены в таблицах 4.1 — 4.3.
