что такое синтезатор частоты в приемнике

Синтезаторы частоты

К гетеродинам современных радиоприемных устройств в настоящее время предъявляются требования обеспечивать стабильность частоты такую как могут обеспечить только кварцевые генераторы. При этом они должны обеспечивать перестройку с одной частоты на другую. Эти требования могут быть совмещены только в особых устройствах — синтезаторах частот.

Синтезаторы частот, применяемые в качестве гетеродинов радиоприемников, в настоящее время в основном реализуются при помощи схемы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Это связано с тем обстоятельством, что диапазон перестройки гетеродинов в приемниках мобильной связи УКВ диапазона достаточно мал.

Рассмотрим основные блоки, входящие в структурную схему фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Структурная схема ФАПЧ приведена на рисунке 1

Рисунок 1. Структурная схема цепи фазовой автоподстройки частоты (синтезатора частот)

В состав этой структурной схемы входит фазовый детектор (ФД), формирующий сигнал ошибки формируемого колебания. Выходное колебание вырабатывается генератором, управляемым напряжением (ГУН). Образцовое колебание в этой схеме формирует опорный генератор (ОГ). Еще одним неотъемлемым звеном цепи фазовой автоподстройки частоты является фильтр нижних частот (ФНЧ), позволяющий избежать самовозбуждения всей схемы в целом.

В зависимости от элементов, использованных в схеме фазовой автоподстройки частоты, она может быть аналоговой (при использовании аналоговых схем фазового детектора), цифровой (при использовании в качестве фазового детектора логических цепей) и полностью цифровой (при реализации фильтра низкой частоты в цифровом виде).

В результате работы схемы, приведенной на рисунке 1, мы в идеальном случае можем получить точно такое же колебание, что и колебание опорного генератора. Но тогда зачем нужна вся схема? Ведь можно было бы просто взять сигнал с выхода опорного генератора.

Первая задача, которую можно решить при использовании схемы фазовой автоматической подстройки частоты — это реализация детектирования частотно-модулированного сигнала. Если снимать напряжение с выхода ФНЧ, входящего в состав схемы фазовой автоподстройки частоты, то его уровень будет пропорционален отклонению частоты опорного генератора от номинального значения.

Однако мы собирались использовать схему ФАПЧ для генерации заданного набора частот. То есть нам требуется научиться изменять частоту генератора управляемого напряжением. Для этого включим в цепь обратной связи делитель частоты, как это показано на рисунке 2. Частота сигнала на выходе этого делителя уменьшится по сравнению с входным значением в коэффициент деления раз. Но ведь на входе фазового детектора частоты должны быть равными друг другу. Для этого мы увеличим частоту ГУН в коэффициент деления раз. При попытке частоты ГУН измениться относительно этого значения, цепь фазовой автоподстройки будет возвращать ее к номинальному значению.

Рисунок 2. Структурная схема цифрового синтезатора частот

В структурной схеме, приведенной на рисунке 2, использован делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Изменяя коэффициент деления N делителя ДПКД, можно перестраивать выходную частоту генератора. В этой схеме в качестве фазового детектора может быть применен как цифровой фазовый детектор, так и фазовый компаратор. Применение фазового компаратора позволяет расширить частотный диапазон захвата петли фазовой автоматической подстройки частоты синтезатора частот.

Как мы уже знаем из курса цифровой схемотехники, коэффициент деления цифрового делителя частоты может достигать несколько тысяч. Выбрав достаточно низкую опорную частоту f_оп можно получить шаг перестройки синтезатора, удовлетворяющий требованиям к перестраиваемому генератору частот. Шаг перестройки синтезатора в схеме ФАПЧ получается равным частоте опорного генератора.

Обычно в радиотехнических схемах требуется малый шаг перестройки генератора. Величина этого шага составляет сотни герц или, в крайнем случае, единицы килогерц. В системах мобильной радиосвязи шаг перестройки синтезатора частот должен быть равен ширине канала связи. В результате возникает новая проблема. Мы не можем использовать для формирования такой частоты кварцевый генератор, ведь приемлемые по габаритам и стоимости кварцевые резонаторы могут работать только в диапазоне частот от 1 до 30 МГц.

Тем не менее, для получения низкой частоты сравнения на входах фазового детектора, на выходе опорного генератора можно поставить еще один цифровой делитель частоты с постоянным коэффициентом деления, как это выполнено в схеме, приведенной на рисунке 3. В этой схеме мы можем выбирать значения частот сравнения f_ср, опорной частоты f_оп и выходного колебания f в достаточно широком диапазоне.

Рисунок 3. Структурная схема цифрового синтезатора частот с малым шагом перестройки частоты

В качестве примера давайте определим требования к блокам, входящим в структурную схему синтезатора, вырабатывающего частоты в диапазоне от 146 до 174 МГц. Пусть в схеме будет использован генератор опорной частоты 6,4 МГц. Такие высокостабильные генераторы предлагаются многими фирмами в качестве готовых модулей, например модуль 6.4 MHz CFPT-9006-FC-1B фирмы C-MAC.

Шаг перестройки по частоте в заданном диапазоне частот определяется разносом радиоканалов по частоте (шириной канала). В настоящее время в этом диапазоне частот МККР рекомендует строить аппаратуру с шириной полосы радиоканала 12,5 кГц. Пусть наш синтезатор частот будет обладать именно таким шагом настройки частоты. Тогда частота сравнения на входе фазового детектора тоже должна соответствовать этому значению. Отсюда можно определить коэффициент деления постоянного делителя ПД:

Теперь определим максимальное и минимальное значение коэффициентов деления ДПКД:

Все полученные коэффициенты деления легко реализуются одной из схем делителей частоты (цифровых счетчиков), рассмотренных нами в предыдущих главах. Теперь можно приступать к разработке принципиальной схемы синтезатора. Единственным блоком, не рассмотренным в предыдущих главах, остался блок определения ошибки по частоте. Остановимся на этом блоке подробнее.

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Источник

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ

Синтезатор частоты, построенный по принципу сравнения кодов, представляет собой систему частотной автоподстройки, в которой происходит сравнение и вычитание кодов измеренной и заданной частот принимаемого сигнала. В период импульса счёта сигнал частоты гетеродина поступает в счётчик частоты СЧ, с которого в конце интервала счёта снимается сигнал частоты принимаемого сигнала, т.е. его код. В вычитатель кодов ВК вводится также из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) код заданной частоты, на выходе ВК получается разность кодов. Эта разность поступает на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), с выхода которого разностное аналоговое напряжение через интегратор. И поступает на генератор, управляемый напряжением (ГУН), вызывая перестройку его частоты во время интервала подстройки. В промежутке между интервалами подстройки интегратор сохраняет значение поданного на него напряжения.

Генератор опорных частот ГО обеспечивает временные соотношения работы синтезатора, вырабатывая три синхронизированные по фазе последовательности импульсов:

-импульсов интервала счёта, пропускающих частоту гетеродина на счётчик;

-импульсов интервала подстройки, позволяющих аналоговому напряжению проходить на интегратор для управления ГУН;

-служебного интервала, обеспечивающего ввод кода в ОЗУ.

Данный синтезатор имеет более высокое время настройки принимаемой частоты, чем синтезатор ФАПЧ, но приемлемое для БРВА. Благодаря наличию жёсткой связи между цифровым кодом и частотой в синтезаторе частоты становится введение новых потребительских удобств: стабильное запоминание кода фиксированных настроек в любом диапазоне, прямой ввод частоты с клавиатуры управления, программное и дистанционное управление.

Форум по обсуждению материала СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ

Схема усилителя и микрофона из пьезоэлемента, подходящая для сборки своими руками.

Информация по самостоятельному ремонту и прошивке транзистор-тестера LCR-T4(T3) NoStripGrid.

Источник

Основы электроакустики

Нестабильность частоты гетеродина — одна из главных проблем, которую приходится решать при разработке высококачественного радиоприемного устройства. В приемниках, предназначенных для работы на одной или нескольких фиксированных частотах, нужной стабильности частоты добиваются применением кварцевых резонаторов. Значительно сложнее обстоит дело, если приемник должен плавно перекрывать диапазон частот. В этом случае чаще всего используют автоматическую подстройку частоты. Однако автоподстройке свойственен недостаток, заключающийся в том, что она работает только при наличии сигнала, причем эффективность ее работы зависит от амплитуды сигнала.

Есть и еще один путь: использовать в качестве гетеродина синтезатор частоты на основе кварцевого генератора. Однако здесь возникают свои трудности. Одна из них в том, что синтезатор не может генерировать колебания любой частоты: он вырабатывает сигналы дискретного ряда частот. Выход может быть только один: сужение интервалов между соседними частотами до приемлемого значения. Вторая трудность — известная сложность синтезаторов частоты Увеличение потребительских качеств приемников было достигнуто применением еще одного профес­сионального средства — цифрового синтезатора частот с кварцевой стабилизацией в качестве первого (а нередко и второго) гетеродина. В основе синтезатора лежит кварце­вый генератор — схема генератора, частота которого зада­стся частотой колебаний кварцевой пластины. Она очень стабильна — например, на частоте 1 МГц можно добиться ухода частоты на 0,1—10 Гц. С помощью специальных схем (умножителей и делителей частоты, выделения нужных гармоник) можно заставить синтезатор выдавать любые дискретные частоты. Последнее время синтезаторы дела­ют с цифровым управлением.

Цифровые синтезаторы не только резко повысили стабильность настройки приемников, но и позволили осуществить цифровое управление частотой настройки. Достаточно установить частоту станции, и она будет приниматься! Более того, появилась возможность хранить значения частот принимаемых станций в специальном запоминающем устройстве приемника и использовать простой (например, клавишный) переключатель для мгновенного выбора нужной станции.

В настоящее время синтезатор частоты может реализоваться на одной специализированной большой интег­ральной схеме (БИС) или на нескольких микросхемах умеренной степени интеграции. Это позволяет использо­вать синтезатор частоты в качестве гетеродина супергете­родинных приемников не только профессионального, но и бытового применения — от высококачественных тюне­ров до сверхминиатюрных дорожных и карманных всевол­новых радиоприемников.

Для управления приемником с синтезатором часто используется микрокомпьютер. При этом легко реализу­ется пошаговая настройка на станции. При приеме стан­ций с AM шаг настройки выбирают равным 9 кГц на ДВ и 10 кГц на СВ и KB — с таким шагом идут частоты станций. Однако иногда шаг настройки уменьшают до 1 или даже 0,1 кГц для обеспечения приема специальных радиостанций. В УКВ-диапазоне шаг настройки обычно составляет 50 кГц. Нередко используются системы поиска работающих радиостанций с их захватом в случае обнару­жения. Столь же просто (при наличии индикатора) осуще­ствляется установка частоты приема в цифровой форме и переключение фиксированных настроек приемника, что полезно при применении приемников в системах профес­сиональной связи.

• Алгоритм работы синтезатора частоты задается системой управления. Если в приемнике используется два или более преобразования частоты, то на разных выходах синтезатора частоты необходимо одновременно иметь соответствующее число гетеродинных частотных «подставок».

Работа синтезатора частоты характеризуется следующими параметрами:

Синтезаторы частоты содержат:

Синтезаторы частоты подразделяются по принципу построения на устройства

Пассивные синтезаторы частоты Пассивные ЦСЧ не имеют в своем составе устройств с обратной связью и теоретически обладают более высоким быстродействием при перестройке синтезатора с одной частоты на другую. Пассивные ЦСЧ строятся на основе набора кварцевых резонаторов (метод некогерентного синтеза) или с применением одного источника опорных колебаний с кварцевой стабилизацией частоты, на основе которого формируется вся сетка частот (метод когерентного синтеза частот).

Активные синтезаторы частоты Если для получения сетки частот из одного эталонного колебания используются схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), то говорят об активном или косвенном синтезе. Схема автоподстройки является схемой с обратной связью. Она требует большего времени для перестройки частоты.

Синтез когерентных колебаний Два гармонических колебания считаются когерентными, если отношение приращений их полных фаз во времени равно постоянному числу.

Сравнение методов построения синтезаторов частоты приводит к выводу, что если главным показателем является быстродействие, то преимущество следует отдать системам пассивного синтеза, позволяющим получить время перестройки частоты порядка единиц или даже долей микросекунды.
Использование методов активного синтеза при достаточно густой сетке частот не позволяет получить время перестройки меньше десятков или даже сотен миллисекунд. Если доминирующим по значимости является спектральная характеристика синтезатора частоты, то предпочтительнее применять активную фильтрацию с помощью системы автоподстройки. Отношение полезного сигнала синтезатора к уровню детерминированных помех при активном синтезе достигает 80 … 100 дБ, в то время как при пассивном синтезе оно составляет только 60 … 80 дБ. По отношению к шумовым помехам оба метода синтеза примерно равноценны. В пассивных синтезаторах определяющую роль играют шумы умножителей частоты, а в активных – шумы гетеродина (автономного автогенератора).

Элементная база cинтезаторов Синтезаторы частоты того или другого типа могут быть выполнены на основе различной элементной базы:

В первом случае синтезатор частоты называется аналоговым, • во втором и третьем – цифровым. В настоящее время в основном применяются цифровые синтезаторы частоты.

Источник

Что такое синтезатор частоты в приемнике

Вычитание ПЧ прием/передача (программируется пользователем)

28 энергонезависимых ячеек памяти частот

Режим для работы через ретранслятор

Индикация частоты на ЖКИ-дисплее

Блок-схема синтезатора частоты приведена на рис. 1.

Принцип действия синтезатора основан на сравнении двух частот: частота опорного генератора через делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД R (его частота определяет минимальный шаг перестройки) поступает на фазовый детектор, туда же поступает частота с ГУНа предварительно деленная ДПКД N (делитель ДПКД N предназначен для перестройки по частоте синтезатора). Выходное напряжение сигнала ошибки с ФД фильтруется ФНЧ, который определяет полосу захвата и полосу удержания кольца ФАПЧ. Затем отфильтрованное напряжение поступает на варикапы управляемого генератора и производит его подстройку до совпадения частоты ДПКД R и частоты ДПКД N с учетом коэффициентов деления.

Микросхема, примененная в данном синтезаторе частоты MC145170-2 предназначена для построения современных цифровых частотных синтезаторов с ФАПЧ для КВ и УКВ диапазонов.

Номинальное напряжение питания, В

Интервал входной частоты, Fin, МГц

Наибольший потребляемый ток, мА

Коэффициент деления делителя входной частоты, делитель N

Коэффициент деления делителя образцовой частоты, делитель R

Максимальная рабочая частота фазовых детекторов, МГц

Частоты подключаемого кварцевого резонатора, OSCin и OSCout, МГц

Интервал входной частоты делителя образцовой частоты, OSCin, МГц

Чувствительность усилителя-формирователя, Vin, Вэфф

Входной ток ВЧ входа усилителя-формирователя, (Fin) мкА

Максимальная выходная частота 4разрядного делителя, REFout, МГц

В состав микросхемы входят (см. структурную схему на рис.2) генератор образцовой частоты, пятнадцатиразрядный программируемый делитель образцовой частоты R, усилитель-формирователь входных ВЧ импульсов, шестнадцатиразрядный входной программируемый делитель N, дополнительный четырехразрядный делитель частоты кварцевого резонатора с программируемым коэффициентом деления, управляющий регистр C, два частотно-фазовых детектора, детектор захвата частоты, логический блок управления, приемные и буферные регистры.

Принципиальная схема (блок контроллера) рис. 3. На резисторе R3 и светодиоде VD3 собран параметрический стабилизатор напряжения +1,5В для питания ЖКИ индикатора. В случае использования устройства в портативной аппаратуре, можно исключить батарею 1,5 в и диоды VD1-VD2 подключив правый вывод (на принципиальной схеме) R3 непосредственно к питающей батарее. На резисторах R8-R11 собрана схема преобразования уровня сигналов подаваемых на ЖКИ. Функцию управления ЖКИ, синтезатора DD2 и обработку управляющих сигналов кнопок осуществляет контроллер (однокристальная микроЭВМ) DD1. Дребезг подключенных к нему кнопок устраняется программно. «Подтягивающие» резисторы R4-R7, R12 можно не устанавливать т.к. они имеются в контроллере, но при большом уровне помех и наводок желательно их установить. Цепь R14 C4 служит для установки в исходное состояние контроллера при включении питания, ее также можно исключить, соединив вывод 4 DD1 с шиной +5в, но если напряжение питания при включении нарастает слишком медленно её нужно установить. R13 C3 определяют рабочую частоту контроллера, C3 можно подобрать для увеличения или уменьшения скорости работы и опроса кнопок. Цепь R15 R16 C5 является интегратором сигнала от детектора захвата ИС DD2, резистор R15 возможно придется подобрать для получения более точных показаний ухода частоты, которые проявляются на ЖКИ в виде буква F в левом углу.

Через линии порта A0-A2 организованна шина SPI по которой происходит обмен информацией между контроллером DD1 и микросхемой синтезатора МС145170 для управления ее работой. Конденсатор C6 служит для устранения ложных импульсов по сигналу управления, первоначально его устанавливать не нужно, но если при включении питания и в моменты управления передается неправильная информация на ИС синтезатора то его надо установить. Кварцевый резонатор ZQ1 подключен к опорному генератору ИС синтезатора и определяет точность исходной частоты синтезатора, более точно настроить его можно при помощи подстроечного конденсатора C10. На микросхеме U1 выполнен стабилизатор напряжения +5В для питания синтезатора частоты.

Существует два варианта ФНЧ определяющие область применения синтезатора:

1. Сигнал с фазового детектора B поступает на ФНЧ выполненном на ОУ. Этот способ пригоден для устройств с питанием порядка 9-15 В, при этом величина напряжения настройки подаваемое на ГУН определяется напряжением питания ОУ, что в свою очередь обеспечивает более широкий диапазон перекрытия ГУНом. Не рекомендуется применять для приемников.

2. Сигнал с фазового детектора A подается на ФНЧ выполненный на RC цепи. В этом случае напряжение питания может составлять 4-5 В (соответственно размах управляющего напряжения на ГУН будет меньше напряжения питания), стабилизатор и ОУ в данном случае не нужны. Что в общем позволяет снизить потребляемый ток, но требует ГУНа который перекрывал бы необходимый диапазон при малых управляющих напряжениях.

ГУН на диапазон 2М

Схема приемника.

Конструкция и детали.

Светодиод VD3 красного свечения. Десятиразрядный ЖКИ индикатор с внутренним контроллером HT1610 от импортных телефонов. ОУ DA1 можно заменить на менее скоростной УД708, но при этом уменьшится диапазон выходного напряжения перестройки ГУНа. Стабилизатор 78L05 заменим на КР1157ЕН5. Пищалка BQ1 пьезоэлектрическая, например ЗП-1.

Настройте ГУН по частотомеру, подав управляющее напряжение с делителя напряжения (переменного резистора) добившись перекрытия по выбранному диапазону. Далее к синтезатору заранее запрограммированному на выбранный диапазон подключите ГУН.

Проверьте осциллографом напряжение в точке «напряжение на ГУН» оно должно быть постоянным без выбросов и изменяться при нажатии кнопок перестройки частоты. Наличие выбросов и колебания напряжения настройки свидетельствуют о недостаточной амплитуде сигнала обратной связи, оно должно лежать в пределах 0,5 В. Пропадание буквы F на индикаторе свидетельствует о правильной работе синтезатора, а появление о выходе частоты за пределы захвата петли ФАПЧ.

После подключения питания, показания индикатора будут иметь следующий вид:

Управление осуществляется при помощи четырех многофункциональных кнопок.
Основные функции кнопок:

Дополнительные функции кнопок:
Одновременное нажатие на SA3 SA4 изменяет значения шага перестройки частоты в 5 раз, т.е.:

SA5 переключает режим прием/передача. В режиме «прием» происходит вычитание ПЧ. При «передаче» все управляющие кнопки блокируются.

Установка часов:
Этот режим доступен при отключенном питании синтезатора.

Быстрое сохранение установок в энергонезависимой памяти.
Первично синтезатор настроен на частоту 145,000 мГц и ПЧ 10,7. После перестройки синтезатора на необходимую частоту, ее можно сохранить как стартовую при включении. Для этого необходимо нажать одновременно SA1 SA2. Это также относиться ко всем остальным установкам (шаг, ПЧ, конфигурации. )

Режим работы с памятью.

Вход в режим работы с памятью осуществляется одновременным нажатием на кнопки SA2 SA3.
Показания индикатора будут иметь следующий вид:

В режиме работы с памятью кнопки принимают следующие функции:

Одновременное нажатие на SA1 SA2 осуществит сохранение «рабочей» частоты в данную ячейку.

Сохранить частоту в ячейку памяти можно и иным способом: в режиме «Память» выбрать нужную ячейку, нажать SA4 для выхода в главное меню, и нажатием на SA1 SA2 сохранить частоту, при этом данная ячейка становится стартовой при включении питания.

Примечание. Так как индикатор не позволяет создавать необходимые символы, буква P и соответственно слово «Pamyat`» были использованы как единственная альтернатива слова «Память».

Ячейки памяти для работы через ретранслятор
Ячейки памяти с номерами 25-27 предназначены для хранения значений ПЧ при работе с ретранслятором (см. ниже). Если режим работы через ретранслятор не будет использоваться, то их можно использовать как обычные ячейки для хранения значений частот.

Режим для работы через ретранслятор

Включение/отключение данного режима осуществляется одновременным нажатием на кнопки SA2 SA4. При этом если есть захват частоты (символ F не отображается) показания индикатора будут такими:

Режим ретранслятор предусматривает различные варианты ПЧ, переключить их можно одновременным нажатием на кнопки SA1 SA3.

В режиме «Прием» происходит вычитание значения записанного в ячейку памяти №27 из частоты «передачи». По умолчанию 600 кГц

В режиме «Прием» происходит прибавление значения записанного в ячейку памяти №26 к частоте «передачи». По умолчанию 600 кГц

В режиме «Прием» происходит вычитание значения записанного в ячейку памяти №25 из частоты «передачи». По умолчанию 10100 кГц

Обратите внимание! Если были изменены значения минимального шага в «Установках основных параметров» (см. ниже), то значения ПЧ в ячейках памяти 27-25 тоже необходимо изменить (см. работа с памятью).

Режим установок основных параметров.

Выбор рабочей частоты (делитель N)

Выбор значения делителя кварцевого генератора (делитель R)

Выбор значения умножения коэффициента делителя N при выводе показания частоты на индикатор

Конфигурацию управляющего регистра C

Вход в режим установок основных параметров осуществляется одновременным нажатием на кнопки SA1 SA4.

Показания индикатора будут иметь следующий вид:

В режиме установок параметров кнопки принимают следующие функции:

В следующей таблице приведены некоторые значения для ввода:

Источник