Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 6

.

По мнению авторов [2,11,12], подавление побочных продуктов синтеза при прямом методе более чем на (70÷80) дБ весьма затруднительно. Вместе с тем в ряде случаев требуемая степень подавления достигает (85÷140) дБ.

Схемные реализации синтезаторов, построенных по методу прямого синтеза, весьма разнообразны. Чтобы познакомиться с ними, целесообразно обратиться к литературе, например [1, 2, 3, 11, 12].

Следует отметить, что последние годы все шире находят применение цифровые синтезаторы прямого синтеза с использованием микросхем DDS (Direct-Digital-Synthesis – прямой цифровой синтез) [11]. Это объясняется их уникальными свойствами:

1)  широким диапазоном перестройки – от долей Гц до десятков МГц;

2)   высокой точностью установки частоты, которая достигает сотых или тысячных долей Гц;

3)   высокой скоростью перестройки,  измеряемой в наносекундах;

4)   возможностью установки шага сетки от долей Гц до десятков и сотен  кГц;

5)   возможностью осуществления различных видов модуляции и прежде всего частотной и фазовой манипуляций;

К недостаткам синтезаторов на основе DDS следует отнести большой уровень шумов в выходном колебании и ограниченную максимальную рабочую частоту, которая связана с тактовой частотой синтезатора соотношением

.

Принцип работы синтезатора DDS поясняет его функциональная схема (рис. 2.2)

Рис. 2.2. Функциональная схема синтезатора DDS

В аккумуляторе фазы за каждый такт задающего генератора производится суммирование текущего значения фазы и числа, записанного в регистре приращения фазы. Полученное новое значение фазы сохраняется в регистре текущего значения фазы. Таким образом, фаза постоянно линейно возрастает. Разрядность аккумулятора фазы велика (например, 32 разряда или 48 разрядов), но конечна, поэтому периодически происходят его переполнения, в результате которых цифровое значение фазы обнуляется – начинается новый период колебания. Текущее значение фазы из регистра подается к перекодировочной таблице синусов, которая представляет из себя ПЗУ. В таком ПЗУ значения фазы являются адресами ячеек, где записаны соответствующие каждой фазе мгновенные значения синусоиды. В результате на выходе перекодировочной таблицы появляются цифровые отсчеты мгновенных значений синусоиды, которые быстродействующий ЦАП превращает в колебание тока синусоидальной формы. Разумеется, на выходе такого ЦАП устанавливают аналоговый «реконструирующий» фильтр, который выделяет синусоидальное колебание нужной частоты (как правило, это ФНЧ).

Пусть в регистре приращения фазы записано число М, разрядность аккумулятора фазы равна n, а частота задающего генератора F_т. При этом очевидна формула, определяющая выходную частоту синтезатора:

F_вых = (М*F_т) / 2ⁿ.

Итак, шаг по частоте здесь равен F_т / 2ⁿ , что при n = 32 и тактовой частоте 50 МГц приводит к значению шага 0.01 Гц. Такова же и низшая частота выходного сигнала, вырабатываемого DDS.

Приведем список некоторых (далеко не всех!) дополнительных возможностей современных DDS.

·  Дополнительный сумматор и регистры сдвига фазы после фазового аккумулятора (для осуществления фазовой манипуляции).

·  Дополнительные регистры частоты для частотной манипуляции.

·  Средства для осуществления сглаженной частотной манипуляции с программируемой скоростью перестройки частоты (Ramped FSK).

·  Дополнительные цифровые квадратурные амплитудные модуляторы для синтеза сигналов с любыми узкополосными амплитудно-фазовыми видами модуляции (AM, N-QAM, SSB и др.).

·  Раздельные выходы квадратурных сигналов, необходимые для дальнейшего повышения рабочей частоты до СВЧ с помощью специальной микросхемы квадратурного аналогового смесителя.

Таким образом, при правильном выборе типа DDS на его выходе можно обеспечить любой вид модуляции или манипуляции сигнала.

Параметры некоторых распространенных типов микросхем DDS приводятся в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Параметр	AD9832	AD9854	AD9958
Максимальная тактовая частота FT, МГц	25	300	500
Разрядность аккумулятора фазы n	32	48	32
Количество каналов	1	2, квадратурных	2, независимых
Разрядность ВЧ ЦАП	10	12	10
Регистры для манипуляции сигнала	2–ЧМн, 4-ФМн	2–ЧМн, 2-ФМн	16-АМн, 16-ЧМн, 16-ФМн
Виды модуляции (узкополосные)*	-	Любые	Любые
Напряжение питания, В	3…5,5	3,3	1,8
Потребляемая мощность, мВт	До 45	1500…4000	50…350

* Любой DDS способен осуществлять ЧМ посредством непрерывной перезагрузки регистра частоты.

В простейшем случае структурная схема передатчика, построенного на основе DDS, включает в себя микроконтроллер, формирующий управляющие команды (задающие режим работы, рабочую частота, осуществляющие модуляцию) для синтезатора, собственно микросхему DDS, реконструирующий фильтр, очищающий выходной сигнал DDS от нежелательных спектральных составляющих, тактовый генератор для DDS, а также усилительный тракт, повышающий мощность сигнала с единиц милливатт (снимаемых с выхода DDS) до необходимого уровня, удовлетворяющего требованиям технического задания.

Метод обратного (косвенного) синтеза

Метод обратного (косвенного) синтеза базируется на принципе подстройки фазы колебания управляемого автогенератора по фазе колебания опорного высокостабильного генератора в системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). На рис. 2.3 представлена базовая структурная схема такого синтезатора.