Содержание отчета

1. Наименование и цель лабораторной работы.

2. Структурная схема исследуемого синтезатора частоты.

3. Осциллограммы и спектры сигналов в контрольных точках.

4. Таблицы и графики результатов измерений.

5. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип работы СЧ с потоками двухуровневых импульсов.

2. Как закон распределения импульсов влияет на величину максимальной побочной составляющей в спектре выходного сигнала?

3. При каком значении частоты выходного сигнала в его спектре не будет субгармонических составляющих?

4. Какой СЧ считается оптимальным? Каким образом обеспечивается его «оптимальность»?

5. От чего зависят емкость и шаг сетки частот в цифровом СЧ с потоками двухуровневых импульсов?

6. Каковы достоинства и недостатки СЧ с потоками двухуровневых импульсов?

3.10. Исследование пассивного цифровогоСинтезатора сетки частотС потоками многоуровневых импульсов (Лабораторная работа №10)

Цель работы: изучить функциональные схемы и принципы работы пассивных цифровых синтезаторов частоты; исследовать режимы работы и характеристики пассивного цифрового синтезатора с потоками многоуровневых импульсов.

Основные теоретические сведения

Рекомендуется предварительно ознакомиться с основными теоретическими сведениями к лабораторной работе №9 «Исследование пассивного цифрового синтезатора сетки частот с потоками двухуровневых импульсов» (с. 87-92).

Основным недостатком простейших пассивных цифровых СЧ является большая кратковременная нестабильность частоты, вызванная неравномерностью частоты следования выходных импульсов. Свободным от указанного недостатка является синтезатор с цифровым накоплением фазы, упрощенная схема которого представлена на рис.30.

Рис. 30. Структура пассивного цифрового синтезатора частоты с потоками многоуровневых импульсов

В его состав помимо опорного кварцевого генератора ОКГ и формирователя импульсов ФИ входят также частотный регистр ЧР, накопитель фазы НФ, вычислитель амплитуды ВА и выходной фильтр нижних частот ФНЧ. В ЧР записан код приращения (дискрета) фазы 2f_ВЫХ/(N_ДФf_C) для текущего значения синтезируемой частоты f_ВЫХ в виде числа N_ЧР= f_ВЫХ/f_С, где f_C=f₀/N_ДФ – шаг сетки частот, а N_ДФ – число дискретов фазы.

НФ состоит из n-разрядных цифрового двоичного сумматора и регистра данных. С приходом каждого тактового импульса в сумматоре складываются текущие значения чисел, записанных в регистре данных и в ЧР, и новая сумма вновь записывается в регистр данных. Таким образом, в НФ формируется код текущей фазы мгновенного значения выходного колебания. Как только значение текущей фазы в НФ превысит 2, т.е. текущая сумма превысит N_ДФ, произойдет переполнение, в регистр данных запишется остаток от деления полученной суммы на N_ДФ, и процесс накопления фазы повторится.

ВА, называемый также преобразователь «фаза-амплитуда» (ПФА), выполнен на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), хранящего значения периодически выбранных отсчетов функции sin(x), и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). В соответствии с цифровым кодом, появляющимся на выходе НФ, ВА вырабатывает прямоугольный импульс, имеющий постоянную длительность 1/f₀ и амплитуду, равную U_ЦАПsin(2if_ВЫХ/f₀), где i – номер очередного тактового импульса, а U_ЦАП – максимальное напряжение, реализуемое на выходе ЦАП в зависимости от уровня опорного напряжения. Непрерывная последовательность импульсов на выходе ЦАП представляет собой ступенчатую аппроксимацию синусоидального напряжения.

Для изменения частоты выходного сигнала необходимо изменить код приращения (дискрет) фазы, записанный в ЧР. В соответствии с теоремой Котельникова частота тактовых импульсов должна быть, по крайней мере, в два раза выше максимальной частоты формируемых колебаний. Для облегчения фильтрации гармоник тактовой частоты ее обычно выбирают из условия f₀4f_ВЫХmax.

Квантование (дискретизация) фазы синусоидального колебания в блоке памяти ВА и квантование мгновенных значений напряжения на выходе ЦАП приводят к отклонениям синтезированного колебания от гармонической формы. Эти отклонения можно охарактеризовать уровнями фазового и амплитудного шумов, определяемых выражениями

(45)

и

, (46)

где q_Ф=2/N_ДФ – шаг квантования фазы, а 2ⁿ – количество уровней квантования амплитуды (n – количество выходных разрядов ПЗУ, в котором хранятся отсчеты функции sin(x), и равное ему количество входных разрядов ЦАП).

Литература для самостоятельной подготовки: [4, гл. 4.6; 5(7), гл. 24; 8].