17.3 Синтезаторы частот

При разработке синтезаторов частот часто используют метод косвенного когерентного синтеза с применением генератора управляемого напряжением (ГУН) и петли частотной автоматической подстройки частоты. В бортовых РС широкое применение нашли синтезаторы, называемые цифровыми синтезаторами частот. Структурная схема такого синтезатора показана на рис. 17.3. Принцип его работы состоит вследующем.

Рис. 17.3 Структурная схема синтезатора частот

Высокостабильный опорный генератор (ОГ) и генератор управляемый напряжением (ГУН) вырабатывают гармонические колебания с частотами f_ОГ и f_вых, которые преобразуются формирователями ФР1 и ФР2 в импульсные последовательности, частоты которых соответствуют частотам исходных колебаний. Данное преобразование обеспечивает возможность использовать в схеме синтезатора элементы цифровой техники. Поэтому такие синтезаторы получили название цифровых синтезаторов.

Импульсные последовательности поступают на цифровые делители частоты с постоянным коэффициентом деления: ДЧ1 в ветви ОГ (с коэффициентом деления k₁) и ДЧ2 – в ветви ГУН (с коэффициентом деления k₂) соответственно. Частота ГУН, кроме того, транспонируется в область более низких частот с помощью делителя с переменным коэффициентом деления k_~ (ДПКД), включенным последовательно с ДЧ2. Деление частоты производится с целью снизить ее до значения f_ф, необходимого для нормальной работы фазового детектора (ФД). Частота f_ф выбирается соизмеримой со значением шага сетки рабочих частот F_ш.с, который для РС составляет от сотен герц до десятков килогерц, и с учетом, что лучшие качественные характеристики кварцевых резонаторов достигаются в диапазоне от 1…10 МГц.

В результате на один вход ФД поступает опорное напряжение с частотой f_ф=f_ОГ1/k₁, а на другой вход – стабилизируемое напряжение с частотой f_вых/k₂k_~. Коэффициент деления сигналов ГУН определяется рабочим диапазоном частот (от единиц мегагерц для КВ и до сотен мегагерц для УКВ линий связи) и частотой ФД. Сигнал с выхода ФД через ФНЧ поступает на управляемый элемент (УЭ), осуществляющий стабилизацию ГУН.

Захват частоты в схеме ФАП происходит при выполнении условия:

при котором частота на выходе синтезатора будет равна:

где – шаг сетки рабочих частот СЧ. Путем выбора переменного коэффициента деления можно настраивать частоту колебаний, формируемых ГУН, на любую дискретную частоту РС.

Стабильность частоты на выходе ГУН определяется исключительно стабильностью ОГ, так как система ФАП является системой авторегулирования с астатизмом первого порядка и не имеет ошибок по частоте. При отклонении частоты ГУН от номинальных значений на выходе ФД формируется напряжение ошибки, которое подается на УЭ для стабилизации ГУН.

В качестве УЭ для подстройки частоты ГУН обычно применяют варикапы. Фильтр низкой частоты обеспечивает устойчивость работы петли ФАП. В качестве ДПКД используют цифровые делители частоты, которые выполняются на базе интегральных схем с высоким быстродействием.

Лекция № 18

Тема лекции: