СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ

Простое и эффективное формирование сигналов при помощи синтезаторов прямого цифрового синтеза частот

Ключевым требованием во многих отраслях промышленности является способность точно формировать колебания различной частоты и формы, легко и быстро изменяя их параметры.

Независимо от того, требуется ли источник частоты с быстрой перестройкой, малым фазовым шумом и превосходным свободным от побочных составляющих динамическим диапазоном для широкополосного приемопередатчика, или возбуждающий сигнал со стабильной частотой для промышленной системы управления, возможность быстро, просто и без применения дорогостоящих средств генерировать сигнал с регулируемыми параметрами, поддерживая при этом неразрывность его фазы, является критическим критерием проекта, которому удовлетворяет технология прямого цифрового синтеза частот.

Задача синтеза частот

Растущая занятость частотного спектра наряду с неизменным спросом на более качественное измерительное оборудование, обладающее меньшим энергопотреблением, требует работы в новых частотных диапазонах и лучшего использования уже имеющихся.

Это порождает необходимость в поиске более эффективных способов формирования сигналов заданной частоты. В большинстве случаев эта задача решается при помощи синтезаторов частот.

Данные устройства формируют из сигнала фиксированной частоты fC сигнал на связанной с ней желаемой частоте (и с желаемой фазой) fOUT. В общем случае взаимосвязь может быть описана простым выражением:

где εx — масштабирующий множитель, который иногда называют нормированной частотой.

Это выражение всегда реализуется при помощи алгоритмов пошаговой аппроксимации вещественных чисел.

Когда масштабирующий множитель является рациональным числом, то есть отношением двух простых целых чисел, частота выходного сигнала и опорная частота будут гармонически связаны друг с другом.

В то же время в большинстве случаев εx может принадлежать более широкому набору вещественных чисел, и тогда процесс аппроксимации останавливается, когда результирующее значение множителя попадает в пределы допустимой погрешности.

Прямой цифровой синтез частот

Одним из возможных способов практической реализации синтезатора частот является технология прямого цифрового синтеза частот (Direct Digital Frequency Synthesis, DDFS), которую иногда сокращенно именуют прямым цифровым синтезом (Direct Digital Synthesis, DDS).

Этот метод основан на использовании цифровой обработки данных для формирования выходного сигнала с перестраиваемыми частотой и фазой из сигнала фиксированной опорной частоты (тактового сигнала) fC.

В архитектуре DDS опорная частота (частота системного тактового сигнала) подвергается делению на масштабирующий коэффициент, который определяется программируемым двоичным словом настройки.

Говоря простым языком, синтезатор DDFS преобразует последовательность импульсов тактового сигнала в аналоговое колебание, как правило, синусоидальной, треугольной или прямоугольной формы. Как показано на рис.

 1, основными составными частями синтезатора являются: фазовый аккумулятор, формирующий число, соответствующее фазовому углу выходного колебания; преобразователь фазы в цифровой код, формирующий мгновенное значение цифрового кода амплитуды, соответствующее фазовому углу; цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразовывает этот цифровой код в соответствующий дискретный уровень аналогового сигнала.

Рис. 1. Функциональная блок-схема системы DDS

В случае синусоидальных выходных сигналов преобразователь фазы в цифровой код обычно представляет собой таблицу значений синуса (рис. 2). Фазовый аккумулятор осуществляет суммирование текущего значения с величиной N для формирования частоты, которая связана с fC выражением:

где М — разрешение слова настройки (24–48 бит); N — количество импульсов частоты fC, соответствующее приращению выходного значения фазового аккумулятора.

Рис. 2. Типичная архитектура синтезатора DDS и этапы преобразования сигнала

Поскольку изменение N приводит к мгновенному изменению частоты и фазы выходного сигнала, архитектура, по определению, не дает разрывов фазы, что является критическим требованием для многих задач. Кроме того, в отличие от аналоговых систем, таких как системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), синтезатор DDS не требует времени на стабилизацию контура.

ЦАП обычно представляет собой высококачественную схему, спроектированную специально для работы с ядром DDS (фазовый аккумулятор и преобразователь фазы в амплитуду). В большинстве случаев комбинацию ЦАП и ядра DDS, которая часто реализуется на одном кристалле, называют полнофункциональным DDS (Complete DDS, C-DDS).

На практике интегральные микросхемы (ИМС) синтезаторов DDS часто содержат набор интегрированных регистров, при помощи которых реализуются различные схемы частотной и фазовой модуляции. Содержимое регистра фазы, если он присутствует, прибавляется к результату на выходе фазового аккумулятора.

Это позволяет задерживать выходной синусоидальный сигнал по фазе в соответствии с записанным словом настройки фазы. Данная функция крайне полезна для систем связи с фазовой модуляцией.

Количество бит в слове настройки фазы, а следовательно, и разрешение задержки по фазе определяются разрешением схемы сумматора.

Интеграция ядра DDS и ЦАП в одном устройстве имеет свои достоинства и недостатки, однако независимо от того, интегрирован ЦАП или нет, он должен формировать аналоговый сигнал высокого качества с исключительной чистотой спектра.

ЦАП преобразовывает цифровой синусоидальный выходной сигнал ядра DDS в аналоговое синусоидальное колебание и может иметь несимметричный или дифференциальный выход.

Некоторыми из ключевых требований, предъявляемых к ЦАП, являются малый фазовый шум, превосходный свободный от побочных составляющих динамический диапазон (Spurious Free Dynamic Range, SFDR) в широкой и узкой полосе, а также малое энергопотребление.

Если ЦАП является внешним компонентом, то он должен иметь достаточное быстродействие для работы с выходным цифровым сигналом ядра DDS, поэтому в данном случае обычно используются ЦАП с внешним портом.

Сравнение DDS с другими решениями

Другими возможными способами формирования сигналов заданной частоты являются использование аналоговых схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), генераторов тактовых сигналов, а также применение микросхем FPGA для динамического программирования выходного уровня ЦАП. Простое сравнение технологий можно произвести на основании спектральных характеристик и потребления мощности, как показано в таблице 1.

Таблица 1. Высокоуровневое сравнение DDS и конкурирующих технологий

Потребление мощности

Чистота спектра

Источник: https://wireless-e.ru/components/dds/

Радио для всех – синтезатор частот кв трансивера

NEW!!!          Представляю вашему вниманию обновлённую версию теперь уже универсального всеволнового синтезатора ЁЖИК ver.

2, предназначена для создания ДВ, СВ и КВ приемников и трансиверов как прямого преобразования, так и с классической структурной схемой или с преобразованием вверх (инфрадин), обладающую дополнительными возможностями:- расширенным вниз до 100 кГц рабочим диапазоном;- умножитель частоты первого гетеродина в 1,2,3 и 4 раза от заданной, что позволяет с успехом применить синтезатор в технике прямого преобразования или там, где для лучшей симметрии перед смесителем установлен делитель частоты (триггер) на 2- реверс выходов гетеродинов, при передаче выходы гетеродинов (VFO и BFO) меняются местами, что позволяет существенно упростить коммутацию трансиверов структуры “Радио-76” или “Аматор”.- обзорный режим – режим быстрой перестройки по частоте с шагом 10 кГц;

– автоматическое переключение диапазонов при переходе границ настройки частоты диапазоны и, соответственно, сигналы управления ПДФ, автоматически переключаются

 

В нём предусмотрены:

– программная калибровка опорной частоты Si5351

– пять программируемых пользователем и независимых друг от друга частот опорного гетеродина и выдача соответствующих им сигналов управления для переключения режимов тракта ПЧ (USB/LSB/CWL/CWU/DIGI).

– перевод трансиверной части на передачу можно переводить как традиционным путём при помощи кнопки, педали и т.д., так и командой по САТ через СОМ-порт.

Двухстрочный ЖКИ индикатор 1602А со светодиодной подсветкой  обеспечивает хорошую читаемость в разных условиях освещения. На него выводится следующая  информация:

– режим работы прием (RX) или передача (TX)

– рабочая частота в МГц

– включение аттенюатора (АТТ) или предусилителя (PRE)

– включение режима расстройки (Rit) и её частота в МГц

– режим работы (USB/LSB/CWL/CWU/DIGI)

– индикатор уровня сигнала, работающий в качестве S-метра в режиме приема (RX) или индикатором выходной мощности в режиме передачи (TX). Для перекрытия всего диапазона шкалы индикации требуется подать на вход PWR/S-m примерно +1 В

– реверс VFO/BFO при переключении RX/TX- умножение частоты гетеродина (VFO) х1, х2, х3 и х4

– автоматическое переключение диапазонов, соответственно и выходов управления ПДФ и ФНЧ, при перестройке.

 

Перекрытие рабочих частот сплошное от 0,1 до 30 МГц и разбито на 9 поддиапазонов.

Граничные частоты в герцах такие:Diap 0 = 0000 : Fmin = 100000 : Fmax = 2500000Diap 1 = 1000 : Fmin = 2500000 : Fmax = 4500000 Diap 2 = 0100 : Fmin = 4500000 : Fmax = 8000000 Diap 3 = 1100 : Fmin = 8000000 : Fmax = 12000000Diap 4 = 0010 : Fmin = 12000000 : Fmax = 16000000Diap 5 = 1010 : Fmin = 16000000 : Fmax = 20000000Diap 6 = 0110 : Fmin = 20000000 : Fmax = 24000000 Diap 7 = 1110 : Fmin = 24000000 : Fmax = 26000000Diap 8 = 0001 : Fmin = 26000000 : Fmax = 30000000Соответственно Diap = код ABCD, выдаваемый на дешифратор. Логическая единица соответствует постоянному напряжению +5 В. Выходные сигналы для управления дешифратором диапазонов и рода работ выводятся на сдвиговый регистр 74НС595. В качестве дешифратора диапазонов удобно применить микросхемы К561ИД1/CD4028 или К155ИД10,К555ИД10/SN74LS145. Последние имеют достаточно мощный (ток до 80 мА) выход с открытым коллектором, что позволяет управлять реле без дополнительных транзисторных ключей. Частота гетеродина на выходе может быть как всегда выше частоты приёма на величину ПЧ, так и «классика», когда на диапазонах 160-80-40-30 частота на выходе будет равна принимаемая частота + ПЧ, а на 20-17-15-12-10 равна принимаемая частота минус ПЧ. Поскольку ПЧ в первом варианте можно накрутить и выше 30 МГц (вплоть до 100-130 МГц!), то этот синтезатор можно с успехом использовать и для преобразования вверх.Форма выходных сигналов гетеродинов – меандр величиной примерно 2,5 В (Up-p) на нагрузке 50 Ом. Рекомендуемое напряжение питания синтезатора +6,5…+ 8 в, потребляемый ток с механическим энкодером не превышает 100 мА, а с оптическим энкодером не превышает 120 мА. 

Габаритные размеры (без учёта разъёмов) 80(Ш)х49(В)х20(Г) мм. Более подробная информация приведена в руководстве пользователя здесь >>>

 

Подключение синтезатора к компьютеру по САТ интерфейсу:

Стоимость собранного синтезатора – 900 грн.Возможен заказ синтезатора с дисплеем в двух исполнениях:

– синий фон и белые знаки

– жёлто-зелёный фон и серые знаки
Стоимость механического энкодера БЕЗ ТРЕЩОТКИ – 60 грн.
Стоимость механического энкодера С ТРЕЩОТКОЙ (синее основание)- 50 грн.
Стоимость оптического энкодера 400 имп./об. – 500 грн.
Стоимость микросхемы SI5351 (производство USA) – 130 грн.

Стоимость ручки настройки с выемкой под палец – 580 грн.

Ручка настройки с оребрённой поверхностью и упором под палец, такая, как в тюнерах MFJ.
Размеры ручки: наружный диаметр – 54 мм, диаметр ручки – 49 мм, высота – 34 мм, диаметр оси – 6,4 мм

NEW!!!    АДАПТЕР ЭТОГО СИНТЕЗАТОРА ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К РЕВЕРСИВНОМУ ТРАКТУ “RadioN” 🙂
УРА! ВСЁ-ТАКИ К ТРАНСИВЕРУ НАЧИНАЮЩИХ РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ ПРИКРУТИЛИ СИНТЕЗАТОР 😉

Плата адаптера размерами 1:1 как плата синтезатора размещается на стойках высотой 10 мм за платой синтезатора. Соединение с платой синтезатора разъёмное. Для внешних подключений на плате установлены пружинные разъёмы.

Плата адаптации может использоваться с реверсивным трактом и ПДФ как на 160/80/40 м, так и с вариантом ДПФ 40/80/20м.

Для первого базового варианта на плате устанавливаются диод и резистор выделенные на схеме цветом:

Для реализации практически всех возможностей синтезатора “Ёжик” ver. 2 при подключении его к трансиверу “RadioN” разработана специальная плата сопряжения. Принципиальная схема её приведена выше.

Питание +12…+13,8 В подаётся на синтезатор через параллельно включенные резисторы R1,R2 и R19 общим сопротивлением примерно 43 Ома, гасящие избыток напряжения питания до рекомендуемого уровня +6,5…+8,5 В, защищая тем самым стабилизаторы синтезатора от перегрева при длительной работе. Диод VD6 защищает синтезатор от случайной переполюсовки напряжения питания.

На диодах VD1-VD3 и транзисторах VT1-VT6 выполнен упрощенный дешифратор диапазонов. Здесь учтён алгоритм переключения диапазонов в плате ПДФ ТРХ RadioN – без подачи напряжения управления на реле включён старший диапазон (40м при варианте диапазонов 160/80/40м или 20м при раскладе 80/40/20м). Т.о.

дешифратор выдает сигналы управления реле только по двум шинам 80м и 160/40м. В варианте диапазонов 80,40 и 20м диод VD3 и резистор R5 на плату не устанавливаются.

Чувствительность приемного тракта ТРХ RadioN (примерно 0,5-0,7 мкВ) несколько избыточна для работы на НЧ диапазонах на полноразмерную (а другой, поменьше и покороче, для эффективной работы на передачу не может быть априори) антенну.

Комфортный прием обеспечивает, как правило, включение аттенюатора -10дБ (при этом чувствительность будет примерно 1,5-2 мкВ), а то (при сильных промышленных шумах и помехах, что отнюдь не редкость в городских условиях) и -20дБ (при этом чувствительность будет примерно 5-7 мкВ). Управление реле аттенюаторов реализовано на транзисторах VТ7,VT8,VT9 и диоде VD7.

В исходном положении команды Preamp и ATT от синтезатора не поступают, ключи VТ7,VT8 закрыты, а ключ VT9 открыт базовым током, протекающим через резистор R6, и включает на плате ПДФ реле аттенюатора «-10дБ» (при этом чувствительность будет примерно 1,5-2 мкВ).

При подаче от синтезатора команды Preamp открывается ключ VТ7 и шунтирует базовую цепь VT9, который закрывается и отключает реле аттенюатора «-10дБ». Чувствительность возрастает на 10 дБ (до уровня примерно 0,5-0,7 мкВ).

Если же подать команду ATT, то открывается ключ VT8, который включает на плате ПДФ реле аттенюатора «-20дБ», и одновременно с ним через диод VD7 открывается ключ VТ7,отключающий реле аттенюатора «-10дБ». Т.о. чувствительность снижается на 10 дБ – до уровня примерно 5-7 мкВ.

Ключ VТ10 обеспечивает управление от синтезатора переключением трансивера на передачу, что может потребоваться при подключении системы САТ.Ключ VТ11 совместно с дополнительным (внешним) реле обеспечивает управление от синтезатора переключением режима SSB/CW. Две группы переключающих контактов этого реле заменяют переключать SA1 на схеме основной платы.

Согласование уровней выходного сигнала гетеродина (VFO) с оптимальным для первого смесителя основной платы выполнено на резистивном делителе R7,R8, ослабляющим сигнал примерно в 1,5 раза.Применение второго выхода синтезатора (BFO) в качестве опорного гетеродина позволяет свободно задавать опорные частоты как выше, так и ниже полосы пропускания ЭМФ.

Тем самым можно не только сэкономить на дефицитном и довольно дорогом кварце 500 кГц, но и обеспечить оперативное переключение синтезатором принимаемой боковой полосы (LSB USB).

Более того, возможность задания значений частоты BFO как минимум до 490 кГц позволяет с успехом применять в тракте ПЧ основной платы более доступные и дешёвые «нижние» и «средние» ЭМФ! Кварцевый резонатор на основной плате не устанавливается, а сигнал BFO подается на базу Т15, выполняющего в этом случае роль буферного резонансного усилителя, через регулируемый делитель R9,R10 и разделительный конденсатор С2. Конденсатор С4 частично подавляет высшие гармоники, преобразуя меандр практически в треугольник. Окончательная очистка сигнала от гармоник происходит на основной плате в контуре L4C64. Указанного на схеме основной платы уровня переменного напряжения на резисторе R50 добиваемся подстройкой R9 на плате сопряжения.Для реализации на шкале синтезатора функций S-метра, измерителя выходной мощности и индикатора КСВ-метра на транзисторах VT12-VT14 выполнен адаптер, подключаемый к основной плате вместо стрелочного микроамперметра. Он состоит из преобразователя уровня напряжения VT14 и токового зеркала, выполненного на VT12,VT13. Подстроечным резистором R13 выполняется калибровка показаний S-метра при подаче сигнала +60дБ. 

Конструктивно плата сопряжения крепится на плату синтезатора таким образом, что её входные разъёмы совпали с выходными разъёмами платы синтезатора. Это существенно уменьшило размеры и упростило монтаж, но привело к необходимости заменить часть выходных разъёмов синтезатора с угловых на штыревые. Поэтому конструктивно версии универсального синтезатора “ЁЖИК” и адаптированного в ТРХ “РадиоН” ЁЖИК-Р немного отличаются. При заказе это нужно обязательно указать.

Схему удалось упростить применением так называемых цифровых транзисторов DTA143 и DTC143. Практически все радиокомпоненты платы адаптера безвыводные – SMD. Ответные части всех разъёмов в комплекте с платой адаптера. Схема платы адаптера находится здесь >>> 

На видео я попытался продемонстрировать работу плат реверсивного тракта и ПДФ совместно с синтезатором и платой адаптера:

А на этом видео всё тот же реверсивный тракт НО БЕЗ КВАРЦА, использован выход BFO синтезатора:

Стоимость собранной платы адаптера/сопряжения – 190 грн.

Для покупки наборов обращайтесь сюда >>> или сюда >>>

Всем удачи, мирного неба, добра, 73!

Источник: http://radio-kits.ucoz.ru/index/sintezator_chastot_kv_transivera/0-52

Основные характеристики:

Синтезаторы частоты используются врадиоприёмной аппаратуре, телевизорах,аппаратуре сотовой и многоканальнойсвязи для получения стабильной вовремени частоты, которую можно регулироватьс определённым шагом. Другими словами,синтезатор служит для формированиясетки частот.

Синтезаторы частовыполняются с применением цифровойтехники, то есть необходимая частотазадаётся в цифровом виде, управлениеосуществляется с помощью микроконтроллера.Красноречивый пример удобстваиспользования цифровой настройки выможете почувствовать, когда включаетев телевизоре режим автосканирования.

Синтезатор плавно «пробежит» диапазон,микроконтроллер «запомнит» найденныетелеканалы, и пользователю остаётсятолько нажимать кнопки выбора каналовна дистанционном пульте управления.

Синтезатор частоты предназначен дляиспользования в узлах портативных истационарных КВ и УКВ радиопередающихи приемных устройствах.

• Диапазон рабочих частот 135 – 145 МГц
• Минимальный шаг частоты перестройки 1 кГц:
• Напряжение питания: 8 – 15 В
• Ток потребления: 7 – 15 мА
• Индикация частоты на ЖК-дисплее
• Часы
• Микропроцессорное управление
• Чувствительность 1 мкВ
• Амплитуда выходного НЧ сигнала 1 В (линейный выход)
• Переключение по каналам памяти
• Запись в канал требуемой частоты
• Режим сканирования
• Установка промежуточной частоты приемника и границ диапазона приема

Приемник представляет собой функциональнозаконченный блок с линейным выходом,предназначенный для подключения к УМНЧ.Собственно сам приемник собран намикросхеме фирмы Motorola MC3362 (MC13135).

Дляуправления работой приемника используетсямикропроцессор фирмы “Microchip”PIC16F876 и синтезатор частот фирмы “Philips”TSA6060. В качестве индикатора используетсяшироко распространенный ЖКИ фирмыHoltek HT-1611.

На индикаторе отображаетсяномер канала, частота, а также режимтекущее время.

Принцип действия

Принципиальная схема (блок контроллера)рисунке. На резисторах собран стабилизаторнапряжения +1,5В для питания ЖКИ индикатора.На резисторах собрана схема преобразованияуровня сигналов подаваемых на ЖКИ.Функцию управления ЖКИ, синтезатораTSA6060 и обработку управляющих сигналовкнопок осуществляет контроллер(однокристальная микроЭВМ) PIC16F876.

Дребезгподключенных к нему кнопок устраняетсяпрограммно. “Подтягивающие”резисторы можно не устанавливать т.к.они имеются в контроллере, но при большомуровне помех и наводок желательно ихустановить. Цепь RC служит для установкив исходное состояние контроллера привключении питания.

RC определяют рабочуючастоту контроллера, C можно подобратьдля увеличения или уменьшения скоростиработы и опроса кнопок.

Через линии порта A0-A2организованна шина SPI по которойпроисходит обмен информацией междуконтроллером PIC16F876 имикросхемой синтезатора TSA6060для управления ее работой.

Кварцевыйрезонатор ZQ1 подключен к опорномугенератору ИС синтезатора и определяетточность исходной частоты синтезатора,более точно настроить его можно припомощи подстроечного конденсатора C.

На микросхеме U1 выполнен стабилизаторнапряжения +6В для питания синтезаторачастоты.

Блок-схема синтезатора частоты приведена на рис. 1

Принцип действиясинтезатора основан на сравнении двухчастот: частота опорного генераторачерез делитель с переменным коэффициентомделения ДПКД R (его частота определяетминимальный шаг перестройки) поступаетна фазовый детектор, туда же поступаетчастота с ГУНа предварительно деленнаяДПКД N (делитель ДПКД N предназначен дляперестройки по частоте синтезатора).Выходное напряжение сигнала ошибки сФД фильтруется ФНЧ, который определяетполосу захвата и полосу удержания кольцаФАПЧ. Затем отфильтрованное напряжениепоступает на варикапы управляемогогенератора и производит его подстройкудо совпадения частоты ДПКД R и частотыДПКД N с учетом коэффициентов деления.

Микросхема,примененная в данном синтезаторе частотыTSA6060предназначена для построениясовременных цифровых частотныхсинтезаторов с ФАПЧ для УКВ диапазонов.

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ TSA6060

Рассмотрим микросхему TSA6060с интерфейсом I2C.Этот синтезатор частоты специальноразработан для использования врадиоприёмной аппаратуре.

Основные технические характеристики:

• Совмещённый предварительный усилитель сигналов AM и FM диапазонов с высокой входной чувствительностью;
• Совмещённый токовый усилитель типа «зарядовый насос» (charge pump) с двумя уровнями выходного тока и регулировкой петлевого усиления системы ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты);
• Единый задающий генератор (4МГц) для диапазонов AM и FM;
• Быстрая настройка, обеспечиваемая цифровым фазовым детектором;
• Настраиваемая сетка частот: 1, 10, 25 кГц;
• Напряжение питания 11-15 В

   Фирма Philips Semiconductors занимаетлидирующее место среди фирм-производителейсинтезаторов частоты, микросхемрадиопередатчиков, приемников и другихэлементов, которые имеют прямое иликосвенное применение в системахрадиосвязи. На базе синтезаторов частотыстроятся модули радиоканалов дляавтомобильной сигнализации, системсбора и обработки информации с удаленныхобъектов, систем безопасности и контролядоступа, а также систем радиотелефонии.

   Микросхема TSA6060 предназначенадля построения цифровых синтезаторовс системой фазовой автоподстройкичастоты (ФАПЧ), работающих в AM- иFM-диапазонах.

Она имеет в своем составевсе элементы, необходимые для построениясинтезатора частоты с ФАПЧ, за исключениемгенератора, управляемого напряжением(ГУН) и фильтра низкой частоты (ФНЧ).

Всостав микросхемы входят: генератор иделитель образцовой частоты, делительвходной частоты с программируемымкоэффициентом деления (17 бит), цифровойфазовый детектор, двухуровневый усилительтока и контроллер обмена информациейс микроконтроллером по протоколу I2C.

Структурная схема прибора приведенана рис.1. В табл.1 даны номера, обозначенияи назначения выводов микросхемы, втабл.2 – ее основные техническиехарактеристики. Микросхема выпускаетсяв корпусах DIP16 и SO16, ее цоколевка приведенана рис.2.

   Запись информации в микросхему(ее программирование) осуществляетсяпо двум линиям – SDA и SCL – шины I2C [2]. Дляпрограммирования используются одинадресный и четыре конфигурационныхбайта. Адресный байт (байт АВ) содержитадрес устройства и бит AS (табл.3).

Присовпадении этого бита с логическимуровнем на соответствующем выводемикросхемы обеспечивается запись в нееконфигурационной информации. К однойI2С-шине могут быть подключены двасинтезатора, не зависимых друг от друга,а бит AS позволяет выбрать тот синтезатор,который нужно запрограммировать.

Адресный байт не программируется,информация в него заносится припроизводстве заводом-изготовителем,содержимое бита AS определяется потенциаломна выводе 12 микросхемы.

   При необходимости обновлениятолько части информации (например,DBO+DB1) TSA6060 может быть запрограммированачастично. В любом случае передача должнабыть закончена “стоповым условием”.На рис.3 показана последовательностьпередачи информации от микроконтроллерав синтезатор частоты.

Назначение битов конфигурационныхбайтов следующее (табл.4):

Источник: https://studfile.net/preview/729741/

Синтезатор частоты • ru.knowledgr.com

Синтезатор частоты – электронная система для создания любого диапазона частот от фиксированного timebase или генератора сингла.

Они найдены во многих современных устройствах, включая радиоприемники, мобильные телефоны, радиотелефоны, портативные радиостанции, радио CB, спутниковые приемники, системы GPS, и т.д.

Синтезатор частоты может объединить умножение частоты, подразделение частоты и частота, смешивающаяся (процесс смешивания частоты производит сумму и частоты различия), операции, чтобы произвести желаемый выходной сигнал.

Типы

Можно отличить три типа синтезатора.

Первый и второй тип обычно находится как автономная архитектура: Прямой Аналоговый Синтез (также названный архитектурой «фильтр соединения делит», как найдено в 1960-х HP 5100A), и для сравнения более современный Direct Digital Synthesizer (DDS) (Table-Look-Up). Третий тип обычно используется в качестве системы связи стандартные блоки IC: Косвенные ЦифровыеСинтезаторы (PLL) включая целое-число-N и фракционный-N.

Синтезатор Digiphase

Это до некоторой степени подобно DDS, но у этого есть архитектурные различия. Одно из его больших преимуществ должно позволить намного более прекрасную резолюцию, чем другие типы синтезаторов с данной справочной частотой.

История

До широкого использования синтезаторов радио-и телевизионные приемники полагались на ручную настройку местного генератора, такой как с тюнером башенки, обычно используемым в телевизионных приемниках до 1980-х.

Изменения в температуре и старение компонентов вызвали дрейф частоты. Автоматический контроль за частотой (AFC) решает часть проблемы дрейфа, но ручная перенастройка была часто необходима.

Так как частоты передатчика известны и очень стабильны, точное средство создания фиксированных, стабильных частот решило бы проблему.

Простое и эффективное решение использует использование многих стабильных резонаторов или генераторов, один для каждой настраивающей частоты. Кварцевые кристаллы предлагают хорошую стабильность и часто используются с этой целью.

Этот метод «грубой силы» практичен, когда только горстка частот требуется, но быстро становится дорогостоящим и непрактичным во многих заявлениях. Например, радиодиапазон FM во многих странах поддерживает 100 отдельных частот приблизительно от 88 МГц до 108 МГц.

Кабельное телевидение может поддержать еще больше частот или каналов по намного более широкой группе. Большое количество кристаллов увеличивает стоимость и требует большего пространства.

За эти годы были созданы много последовательных и несвязных методов. Некоторые подходы включают запертые петли фазы, двойное соединение, тройное соединение, гармоника, двойное соединение делятся, и прямой цифровой синтез (DDS). Выбор подхода зависит от нескольких факторов, такой, как стоится, сложность, размер шага частоты, переключая уровень, шум фазы и поддельную продукцию.

Последовательные методы производят частоты, полученные из единственного, стабильного основного генератора.

В большинстве заявлений кристаллический генератор – общие, но другие резонаторы, и источники частоты могут использоваться. Несвязные методы получают частоты из ряда нескольких стабильных генераторов.

Подавляющее большинство синтезаторов в коммерческом применении использует последовательные методы из-за простоты и низкой стоимости.

Синтезаторы, используемые в коммерческих радиоприемниках, в основном основаны на запертых фазой петлях или PLLs. Много типов синтезатора частоты доступны как интегральные схемы, уменьшая стоимость и размер. Высококачественные приемники и электронное испытательное оборудование используют более сложные методы, часто в комбинации.

Системный анализ и проектирование

Хорошо продуманная методика проектирования, как полагают, является первым значительным шагом к успешному проекту синтезатора.

В системном проектировании синтезатора частоты, заявляет Мэнэссьюичу, есть столько же «лучших» методик проектирования, сколько есть опытные проектировщики синтезатора.

Системный анализ синтезатора частоты включает частотный диапазон продукции (или полоса пропускания частоты или настраивающий диапазон), приращения частоты (или резолюция или настройка частоты), стабильность частоты (или стабильность фазы, сравните поддельную продукцию), работа шума фазы (например, спектральная чистота), переключая время (сравните обосновывающееся время и время повышения), и размер, расход энергии, и стоить. Джеймс А. Кроуфорд говорит, что это взаимно противоречивые требования.

Эмпирический замененный вычислением и теорией контроля

Метод проб и ошибок был однажды рабочая лошадь для проектировщиков синтезаторов частоты.

Это начало изменяться с работами Флойда М. Гарднера (его 1 966 методов Phaselock) и Венсеслэв Ф. Крупа (его Синтез Частоты 1973 года). Мэнэссьюич называет это подходом «В лоб». Методы и формулы были обеспечены Дином Бэнерджи.

Подход коробки передач

Удивительно сложные математические методы, аналогичные механическим отношениям передаточного отношения, могут использоваться в синтезе частоты, когда фактор синтеза частоты составлен из мультипликативных целых чисел в нумераторе и знаменателе. Этот метод допускает эффективное планирование распределения и подавление спектральных шпор.

Подход модуля-N

Синтезаторы переменной частоты включая DDS обычно разрабатываются, используя этот метод.

Принцип синтезаторов PLL

:See главная статья: запертая фазой петля

Запертая петля фазы – система управления с обратной связью. Это сравнивает фазы двух входных сигналов и производит ошибочный сигнал, который пропорционален различию между их фазами.

Ошибочный сигнал – тогда низкий фильтрованный проход и раньше вел управляемый напряжением генератор (VCO), который создает частоту продукции. Частота продукции питается через сепаратор частоты назад к входу системы, производя петлю негативных откликов.

Если частота продукции будет дрейфовать, то ошибочный сигнал фазы увеличится, стимулируя частоту в противоположном направлении, чтобы уменьшить ошибку. Таким образом продукция заперта к частоте в другом входе.

Этот другой вход называют ссылкой и обычно получают из кристаллического генератора, который очень стабилен в частоте. Блок-схема ниже показывает основные элементы, и расположение PLL базировало синтезатор частоты.

Ключ к способности синтезатора частоты произвести многократные частоты является сепаратором, помещенным между продукцией и входом обратной связи. Это обычно находится в форме цифрового прилавка с выходным сигналом, действующим как сигнал часов. Прилавок задан к некоторой начальной стоимости количества и считает в обратном порядке в каждом цикле сигнала часов.

Когда это достигает ноля, встречное государство изменений продукции и стоимость количества перезагружены. Эта схема прямая, чтобы осуществить сандалии использования, и потому что это цифровое в природе, очень легко взаимодействовать к другим цифровым компонентам или микропроцессору.

Это позволяет частоте, произведенной синтезатором легко управляться цифровой системой.

Пример

Предположим, что справочный сигнал составляет 100 кГц, и сепаратор может быть задан к любой стоимости между 1 и 100. Ошибочный сигнал, произведенный компаратором, только будет нолем, когда продукция сепаратора будет также 100 кГц.

Для этого, чтобы иметь место, VCO должен бежать в частоте, которая составляет 100 кГц x стоимость количества сепаратора. Таким образом это произведет продукцию 100 кГц на счет 1, 200 кГц на счет 2, 1 МГц на счет 10 и так далее.

Обратите внимание на то, что только целая сеть магазинов справочной частоты может быть получена с самым простым целым числом N сепараторы. Фракционные сепараторы N легко доступны.

Практические соображения

На практике этот тип синтезатора частоты не может работать по очень широкому диапазону частот, потому что компаратор будет иметь ограниченную полосу пропускания и может пострадать от проблем совмещения имен. Это привело бы к ложным ситуациям с захватом или неспособности захватить вообще.

Кроме того, трудно сделать высокочастотный VCO, который работает по очень широкому диапазону. Это происходит из-за нескольких факторов, но основное ограничение – ограниченный диапазон емкости varactor диодов.

Однако в большинстве систем, где синтезатор используется, мы не после огромного диапазона, а скорее конечного числа по некоторому определенному диапазону, такому как много радио-каналов в определенной группе.

Много радио-заявлений требуют частот, которые выше, чем можно непосредственно ввести к цифровому прилавку.

Чтобы преодолеть это, весь прилавок мог быть построен, используя быстродействующую логику, такую как ECL, или более обычно, используя быструю начальную стадию подразделения, названную предварительным скалером, который уменьшает частоту до управляемого уровня.

Так как предварительный скалер – часть полного отношения подразделения, фиксированный предварительный скалер может вызвать проблемы, проектировав систему с узкими интервалами канала – как правило, столкнутый в радио-заявлениях. Это может быть преодолено, используя предварительный скалер двойного модуля.

Далее практические аспекты касаются количества времени, которое система может переключить с канала на канал, время, чтобы захватить когда сначала включенный, и сколько шума, там находится в продукции.

Все они – функция фильтра петли системы, которая является фильтром нижних частот, помещенным между продукцией компаратора частоты и входом VCO. Обычно продукция компаратора частоты находится в форме короткого ошибочного пульса, но вход VCO должен быть гладким бесшумным напряжением постоянного тока.

(Любой шум на этом сигнале естественно вызывает модуляцию частоты VCO.) Тяжелая фильтрация сделает VCO медленным, чтобы ответить на изменения, вызывая дрейф и медленное время отклика, но легкая фильтрация произведет шум и другие проблемы с гармоникой.

Таким образом дизайн фильтра важен по отношению к исполнению системы и фактически главной области, на которой сконцентрируется проектировщик, строя систему синтезатора.

Используйте в качестве модулятора частоты

Много синтезаторов частоты PLL могут также произвести модуляцию частоты (FM). Сигнал модуляции добавлен к продукции фильтра петли, непосредственно переменного частота VCO и продукции синтезатора. Модуляция также появится в объемах производства компаратора фазы, сокращенных в амплитуде любым подразделением частоты.

Любые спектральные компоненты в сигнале модуляции слишком низко, чтобы быть заблокированными фильтром петли заканчиваются назад во входе VCO с противоположной полярностью к сигналу модуляции, таким образом уравновешивая их. (Петля эффективно рассматривает эти компоненты как шум VCO, который будет прослежен.

) Компоненты модуляции выше частоты среза фильтра петли не могут возвратиться к входу VCO, таким образом, они остаются в продукции VCO.

Эта схема поэтому не может непосредственно обращаться с низкой частотой (или DC) модулирующие сигналы, но это не проблема во многих видео и аудио передатчиках FM AC-coupled, которые используют этот метод. Такие сигналы могут также быть помещены в подперевозчик выше частоты среза фильтра петли PLL.

См. также

• Генератор, которым в цифровой форме управляют

,

• Предварительный скалер двойного модуля

Дополнительные материалы для чтения

• Ульрих Л. Роде «Цифровые синтезаторы частоты PLL – теория и дизайн», Prentice-Hall, Inc., энглвудские утесы, Нью-Джерси, январь 1983
• Ульрих Л. Роде «микроволновые и беспроводные синтезаторы: теория и дизайн», John Wiley & Sons, август 1997, ISBN 0-471-52019-5

Внешние ссылки

• Hewlett Packard 5100 А (настраиваемый, 0.01 Hz-резолюции Прямой Синтезатор Частоты, введенный в 1964; к HP прямой синтез означал PLL, не используемый, в то время как косвенный означал, что PLL использовался)

,

Источник: http://ru.knowledgr.com/04097490/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D1%8B