Основы метрологического обеспечения. Краткий исторический обзор развития метрологии. Нормативные документы, регламентирующие метрологическое обеспечение, страница 15

Импульсные генераторы обозначаются Г5.

6.4. Синтезаторы частоты

Для создания стабильного по частоте и фазе сигнала используют кварцевые генераторы, показатель нестабильности которых составляет значение 10^-8… 10^-9. Более высокой стабильностью (нестабильность порядка 10^-12) обладают квантовые водородные, цезиевые и рубиновые генераторы, действие которых основано на использовании электромагнитного излучения атомов при переходе их из одного энергетического состояния в другое.

Однако эти высокостабильные генераторы обеспечивают формирование всего 1 – 3 значения частот. При необходимости иметь большой набор генерируемых высокостабильных частот используют кварцевые синтезаторы частот с дискретной перестройкой частоты.

В современных высококачественных широкодиапазонных измерительных генераторах требование высокой стабильности частоты и возможности ее быстрой перестройки пока являются несовместимыми. Поэтому при разработке синтезаторов частоты переходят к дискретному перекрытию частотного диапазона, в котором генерируется любая одна из множества частот, следующих одна за другой с определенным фиксированным интервалом, называемым шагом дискретной сетки.

Структурная схема аналогового синтезатора частоты с цифровым управлением представлена на рис. 6.8.

На рис. 6.8 показано, что на входы фазового детектора поступают два колебания: одно со стабильной частотой f_ОП  с выхода опорного кварцевого генератора, а другое с частотой  через управляемый делитель частоты с коэффициентом деления N  с выхода управляемого генератора. Напряжение с выхода фазового детектора через фильтр нижних частот воздействует на управляемый генератор и подстраивает его до обеспечения равенства

.                

Изменяя с помощью программируемого цифрового устройства коэффициент деления  N, можно получить  требуемую сетку частот с шагом, равным f_ОП . Поскольку выходная частота синтезатора связана с частотой опорного кварцевого генератора формулой ()

f = N∙f_ОП,  то относительные нестабильности этих частот f  и f_ОП  равны.

Если в синтезаторе требуется стабилизировать очень низкую частоту, то между опорным кварцевым генератором и фазовым детектором необходимо дополнительно вводить делитель частоты.

Недостаток рассмотренного синтезатора частоты (рис. 6.8) состоит в том, что управляемый генератор имеет узкую полосу синхронизируемых частот, зависящую от свойств его управляющих элементов и коэффициентов передачи фазового детектора и фильтра низких частот. Для расширения полосы синхронизируемых частот приходится нежелательно изменять собственную частоту f управляемого генератора. Кроме того, функциональные возможности управляемого делителя частоты весьма ограничены, так как основаны на свойствах заданных разрядов счетчика импульсов. Введение обратной связи в управляемый делитель частоты может изменить его коэффициент деления появлением дополнительных целочисленных значений, определяемых разрядностью счетчика импульсов.

В современных передатчиках информации используют дробные значения коэффициента деления частоты. Структурная схема цифрового синтезатора частоты с дробным преобразованием коэффициента деления приведена на рис. 6.9.

Как следует из рис. 6.9, в цифровом синтезаторе коэффициент деления программно-управляемого делителя частоты изменяется во времени, образуя последовательность временных циклов определенной длительности. Полученный цикл также делят на несколько подциклов, в течение каждого из которых коэффициент деления постоянен.