Схемы высокостабильных перестраиваемых гетеродинов

Гетеродины — это генераторы, применяемые в составе радиоприемых и радиопередающих устройств для переноса спектра полезного сигнала по частоте. Основное требование, предъявляемое к гетеродинам, это стабильность частоты выходного сигнала. Достаточно часто к гетеродину дополнительно предъявляется требование перестройки в заданном диапазоне частот.

Требование стабильности частоты и возможности перестройки по частоте являются взаимноисключающими, поэтому не удается совместить их в одном устройстве. Перестройка по частоте обычно реализуется в LC-генераторах. Такие генераторы получили название генераторы, перестраиваемые напряжением (ГУН). При этом высокими параметрами по стабильности частоты обладают различные классы кварцевых генераторов, такие как TCXO, MCXO или OCXO, но они не могут перестраиваться по частоте в широком диапазоне частот.

Объединить преимущества LC и кварцевых генераторов позволяет схема фазовой автоподстройки частоты. Её структурная схема приведена на рисунке 1.

Структурная схема ФАПЧ
Рисунок 1. Структурная схема фазовой автоподстройки частоты

В данной схеме ОГ это высокостабильный опорный генератор частоты, ФД — фазовый детектор, ГУН — LC-генератор, перестраиваемый по частоте, ФНЧ — фильтр низкой частоты, выделяющий из сигнала на выходе фазового детектора напряжение, настраивающее ГУН на частоту опорного генератора. Схема, приведенная на рисунке 1 часто применяется для уменьшения фазовых шумов или джиттера кварцевого генератора.

На рисунке 2 приведен типовой спектр фазовых шумов опорного генератора.

Фазовые шумы опорного генератора на SC срезе
Рисунок 2. Типовой спектр фазовых шумов генератора ГК89-ТС частотой 10 МГц

Обратите внимание, что спектр фазовых шумов фиксируется на уровне -150дБс/Гц при дальнейшей отстройке от частоты генератора не снижается. У LC-генераторов, которые обычно используются в качестве ГУН, фазовые шумы при отстройке от частоты генератора уменьшаются. Пример их зависимости от частоты для генератора, управляемого напряжением, приведен на рисунке 3

Фазовые шумы LC генератора
Рисунок 3. Типовой спектр фазовых шумов ГУН

Для гетеродинов очень важна возможность перестройки по частоте. Её можно реализовать при помощи делителя переменного коэффициента деления ДПКД. Изменяя его коэффициент деления частоты мы будем заставлять ГУН подстраиваться под новую частоту. Таким образом цепь фазовой подстройки частоты будет вести себя как умножитель частоты опорного сигнала. Его схема приведена на рисунке 4.

ФАПЧ как умножитель частоты опорного генератора
Рисунок 4. Структурная схема цифрового умножителя частоты

Такие умножители частоты обычно применяются в цифровых микросхемах для увеличения внутренней тактовой частоты. Для гетеродинов подобная схема мало подходит, т.к. из-за достаточно высокой частоты опорного генератора шаг сетки частот получается большим. Для уменьшения шага частот обычно применяется цифровой делитель частоты, с помощью которого можно понизить частоту опорного генератора до частоты сравнения fср. Структурная схема подобного синтезатора частот приведена на рисунке 5.

Схема цифрового синтезатора частоты
Рисунок 5. Структурная схема цифрового синтезатора дискретной сетки частот

Частоту сравнения обычно выбирают равной ширине радиоканала. Именно он определяет необходимый шаг перестройки гетеродина по частоте. В результате частота сигнала на выходе синтезатора, служащего в качестве гетеродина или возбудителя, определяется по следующей формуле:

формула определения выходной частоты синтезатора          (1)

В настоящее время синтезаторы частоты реализуются в виде одной микросхемы. Пример принципиальной схемы синтезатора частот приведен на рисунке 6.

Схема цифрового синтезатора частоты
Рисунок 6. Принципиальная схема цифрового синтезатора дискретной сетки частот на микросхеме ADF4360-7

В данной схеме в качестве опорного генератора применен TCXO CPFT9006 фирмы IQD Frequency Products Ltd. ГУН расположен непосредственно на кристалле синтезатора частот ADF4360-7 фирмы Analog Devices. Его частота генерации задается номиналом катушек индуктивности L1 и L2. Выходной сигнал снимается с вывода 5, нагруженного на сопротивление 50 Ом. ФНЧ подключен снаружи и построен на элементах C6,C7,C8,R6,R9. Частота настройки гетеродина задается коэффициентами деления, загружаемыми микроконтроллером через выводы DATA, CLK и LE микросхемы ADF4360-7.

Обратите внимание, что размеры микросхемы синтезатора частот, которую можно использовать в качестве гетеродина, составляют всего 4×4 мм. В качестве примера на рисунке 7 приведена фотография отладочной платы синтезатора частот, реализованного на подобной микросхеме.

Внешний вид платы с синтезатором частот
Рисунок 7. Фотография отладочной платы синтезатора частот

Дата последнего обновления файла 30.03.2018

Литература:

  1. http://www.synergymwave.com (Специализируется на производстве высококачественных ГУН и кварцевых генераторов)
  2. http://www.analog.com (Специализируется на производстве высококачественных микросхем синтезаторов частот)
  3. Бахурин Сергей Контур фазовой автоподстройки частоты и его основные свойства url:http://www.dsplib.ru

Вместе со статьей "Схемы высокостабильных перестраиваемых гетеродинов" читают:

Особенности кварцевой стабилизации частоты генераторов
http://digteh.ru/WLL/KvGen.php

Опорные генераторы
http://digteh.ru/WLL/XO/

Опорные кварцевые генераторы с температурной компенсацией ухода частоты TCXO
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/tcxo/

Термостатированные кварцевые опорные генераторы
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/ocxo/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100