Эссе на тему «Синтезаторы»
Автор: Бараник Ю.Н. гр.И-402
В связи с тем, что современные гетеродины приемников радиомониторинга выполняются в виде синтезаторов частот, хочется подробнее рассмотреть методы синтеза частот и примеры построения данных устройств.
В зависимости от выбора метода синтеза, к синтезатору частоты предъявляются различные требования по следующим параметрам: диапазон рабочих частот синтезатора, стабильность частоты, шаг сетки частоты, уровень побочных частот, уровень побочных составляющих, уровень фазовых шумов, быстродействие синтезатора. На рисунках 4.1-4.3 (см.лекции Князькова) продемонстрированы структурные схемы синтезаторов с различными параметрами.
На рис.4.1 (см. лекции Князькова) приведена обобщенная структура синтезатора частот. Различают 2 метода синтеза: прямой и косвенный.
Прямой синтез основан на применении арифметических операций сложения, вычитания, умножения, деления с частотами гармонических колебаний. Данный метод отличается быстродействием, однако сложно реализуем в техническом плане и существенно влияет на увеличение габаритов и массы устройства, построенного на основе данного метода.
Косвенный синтез реализуется с помощью применения ФАПЧ. Быстродействие устройств не столь велико как у аналогов на основе прямого синтеза, но выигрыш в габаритах и массе устройства составляет примерно в 6 раз.
Однако на этом методы синтеза не заканчиваются. Также существуют цифровой и комбинированный, которые будут рассмотрены ниже.
Цифровой синтез заключается в формировании колебаний на основе сохранённых в памяти отсчётов гармонического колебания. Перестройка частоты происходит за счёт изменения шага изменения аргумента на входе ПЗУ. Плюсы метода заключается в возможности генерировать сигнал нужной фазы с возможностью её мгновенного изменения, мгновенной перестройки частоты, широкий диапазон частот, маленький шаг перестройки на любых частотах, возможность создания двух когерентных сигналов или сигналов с постоянной разностью фаз; Однако существует ряд минусов таких как возможное появление побочных составляющих, появляющиеся из-за ступенчатости сигнала на выходе ЦАП и высокое энергопотребление, особенно на высоких частотах.
Комбинированный синтез включается в себя синтезы цифровой и косвенный аналоговый. В качестве опорного сигнала используется цифровой синтезатор вместо генератора с делителем. Данная идея дает нам более маленький шаг перестройки и более широкий диапазон частот, нежели в косвенном аналоговом синтезе. Также у нас получается уменьшение уровня побочных составляющих шумов в сравнении с цифровым генератором.
Так как к колебаниям, формируемым гетеродином, предъявляются весьма жесткие требования, то уровни побочных составляющих и фазовых шумов в спектре выходного колебания подлежат нормирования. Побочные составляющие могут возникать: по причине попадания внешних наводок на систему, вследствие наличия колебаний различных частот, используемых в процессе синтеза выходной частоты или в самом процессе самого синтеза. Источниками побочных составляющих могут являться паразитная амплитудная (ф. 4.1), частотная (ф.4.4) или фазовая модуляция(ф.4.9). Примечательно, что девиация фазы и девиация частоты связаны простейшим соотношением. Выражение 4.11 (лек.Князьков) наглядно отображает возможность записи отношения мощности одной боковой полосы к мощности колебаний несущей через девиацию фазы.
Рассмотрим требования по проектированию ФАПЧ. Типичные требования, предъявляемые к синтезаторам частот, являющиеся гетеродинами в системе, представлены на стр.79-80 (лек.Князьков). При выборе между однопетлевым, двухпетлевым и трехпетлевым синтезатором, необходимо учитывать ряд тонкостей: требования по величине фазовых шумов, имеющие возможность быть завышенными; вид системы, в которую войдет приемник. Данные особенности могут вынудить нас изменять схему синтезатора или искать более качественный источник опорной частоты.
В конце хотелось бы рассмотреть прямой когерентный и некогерентный синтезы.
Некогерентный синтез реализуется некогерентным синтезатором, состоящим из N независимых генераторов, имеющих набор кварцевых резонаторов в каждом. Результирующая выходная частота формируется в результате суммирования и фильтрации в линейке смесителей и полосовых фильтров частот отдельных кварцевых генераторов. Значения нестабильности, неточности установки выходной частоты и фазовые шумы выходного колебания являются результатом суммирований этих параметров всех генераторов. В итоге появляется множество нежелательных комбинационных составляющих, что является причиной непригодности для использования в современных системах.
Прямой когерентный синтез не имеет недостатков некогерентного синтеза. Благодаря использованию лишь одного источника опорной частоты, легче регулировать точность установки частоты. Сама структура такого генератора гораздо проще нежели структура N-генераторов. Когерентный синтез заключается в формировании сетки частот из одной опорной. Существуют методы прямого (рис.4.18 лек.Князькова), двойного (рис.4.20 лек.Князькова), тройного (рис.4.21 лек. Князькова) преобразования частоты и метод гармоник (рис.4.19 лек. Князькова) для построения синтезаторов. Метод прямого преобразования используют в случаях, требующих одновременное присутствие на выходе устройства колебаний всех выходных частот, в связи с побочными составляющими и фазовыми шумами. Двойное преобразование обычно используют при малом относительном разносе по частоте между соседними гармониками. Тройное преобразование применяют для упрощения настройки, ремонта и эксплуатации системы, в дополнение к уменьшению затрат и времени разработки системы. Метод гармоник применяют в случаях, когда значения выходных частот кратны интервалу между любыми двумя соседними частотами (шагу сетки частот) и когда в каждый момент времени на выходе синтезатора должна быть только одна частота. Минусом данного метода является дороговизна и сложность систем, построенных на нем.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
