3.8. Цифровые узлы синтезаторов и устройств формирования

Синтезаторы частот используют те или иные узлы с управлением кодом для выбора нужных значений кратности умножения или деления частоты, для формирования АЧХ или ФЧХ, для получения нужного вида характеристики импульсного или частотно-фазового дискриминатора. Чёткой границы между импульсными и импульсно-цифровыми узлами и системами фазовой синхронизации нет. В цифровых узлах роль эталона времени играют сигналы опорной частоты тактирования f_т для периодизации выборок или вычислительных процедур с квантованием по времени, а ординаты сигналов в контрольных точках имеют квантование по уровням. Известны примеры полностью цифровых систем фазовой синхронизации в синтезаторах частот и сигналов [26], в которых аналоговые или аналого-цифровые узлы (смесители, ГУН, фазовращатели, усилители постоянного тока, частотные фильтры и т.д.) заменены на функционально эквивалентные операции над потоками кодов. При соответствующей параллельной организации вычислений такая система может работать в темпе реальных процессов радиоэлектронного средства (РЭС). Цифровые устройства и преобразователи ЦАП и АЦП могут использовать жёстко-логические узлы определённой разрядности или процессорную организацию программируемой логики, выполняемые на одном или нескольких кристаллах интегральных схем.

Применение цифровых узлов имеет следующие достоинства:

1) снижаются уровни регулярных и случайных погрешностей, уменьшается чувствительность к внешним факторам, если выбрана нужная разрядность представления операций;

2) повышается технологичность конструкции и повторяемость параметров изделий при серийном или массовом производстве, появляется возможность исполнения в виде микросборки или многослойного кристалла;

3) значительно расширяется динамический диапазон изменения параметров формируемых сигналов в области низких частот и по ординатам;

4) заметно возрастает порог по сложности выполняемых операций по сравнению с альтернативными аналоговыми техническими решениями.

Вместе с тем цифровым техническим решениям свойственны следующие недостатки:

5) время выполнения каждой вычислительной операции при ограничении на разрядность значительно увеличивается по сравнению с применением аналоговых узлов и в (10…1000) раз превышает период частоты тактирования f_т;

6) появляются дополнительные каналы паразитного влияния дестабилизирующих факторов на частотах, превышающих половину частоты дискретизации;

7) в выходном сигнале синтезатора возникают паразитные мешающие дискретные спектральные компоненты на частотах, кратных частоте дискретизации или отстоящих на такие значения от рабочей частоты.

Разработаны мероприятия, повышающие положительный эффект применения цифровых решений или снижающие вредные последствия от их использования. Результирующий технический эффект от них всегда представляет собой компромисс, в котором разработчик аппаратуры может и должен проявить своё искусство специалиста высокого класса.

Контрольные вопросы

1. Какими техническими характеристиками и параметрами характеризуются управляемые по частоте генераторы?

2. Как связаны между собой пределы перестройки по частоте ГУН, характеристика ПАМ и ограничения на линейность МХ?

3. Для чего применяются варикапные матрицы в ГУН?

4. Какими мерами снижается чувствительность ГУН к изменению модуля и фазы сопротивления нагрузки?

5. Чем ограничена полоса пропускания ГУН по входу управления частотой?

6. Как сопоставить ГУН различных диапазонов частот по их шумовым свойствам?

7. Какими параметрами характеризуются усилители в составе синтезаторов частот?

8. Как изменяется выходная мощность умножителей частоты и делителей частоты различного исполнения в зависимости от кратности?

9. Как выполняются и какие отличия в параметрах имеют активные умножители частоты?

10. Как зависит коэффициент преобразования по мощности для смесителя от его конструкции, от мощности опорного колебания, от соотношения смешиваемых и выделяемых частот?

11. Чем различаются смесители с одинарной, двойной и тройной балансировкой, гармониковые, субгармониковые, с подавлением зеркального канала?

12. Какими свойствами отличаются фазовые детекторы на основе смесителей, схем выборки и запоминания, частотно-фазовые?

13. Сопоставьте технические параметры частотных фильтров, выполненных по различной технологии?

14. Какими параметрами характеризуются управляемые фазовращатели и линии задержки?

15. Сравните достоинства и недостатки аналоговых и импульсно-цифровых узлов синтезаторов сигналов аналогичного функционального назначения?