Полная версия

Главная arrow Техника arrow ИЗМЕРЕНИЯ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Синтезаторы частот

К современным высококачественным ИГ предъявляются очень высокие требования по стабильности генерируемой частоты сигнала и его фазе.

Для создания стабильного по частоте и фазе сигнала используют кварцевые генераторы. Долговременная нестабильность частоты выходного сигнала связана со старением элементов и составляет для кварцевых генераторов около 10-6 Еще лучшую стабильность частоты (нестабильность порядка 10~12) обеспечивают квантомеханические стандарты частоты, действие которых основано на использовании электромагнитного излучения атомов определенного химического элемента при переходе их из одного энергетического состояния в другое. На этой основе созданы водородные, цезиевые и рубидиевые генераторы.

Все перечисленные кварцевые генераторы и стандарты частоты обеспечивают формирование высокостабильных сигналов только на нескольких (порядка трех) значениях частот. При необходимости иметь большой набор генерируемых высокостабильных частот используют синтезаторы частоты.

В современных высококачественных широкодиапазонных ИГ требования высокой стабильности частоты и возможности ее быстрой перестройки являются несовместимыми. Поэтому при разработке синтезаторов частоты переходят к дискретному перекрытию частотного диапазона, при котором допускается генерирование сигналов на любой из множества частот, следующих друг за другом с определенным фиксированным интервалом, называемым шагом дискретной сетки. Синтезаторы частот позволяют получать напряжения фиксированных частот с дискретностью (сеткой частот) до десятых и сотых долей герц.

Основные параметры, характеризующие качество синтезатора частот:

  • — чистота спектра выходного сигнала (уровень побочных компонентов и уровень шума);
  • — диапазон перестройки (полоса частот выходного сигнала);
  • — скорость перестройки;
  • — частотное разрешение;
  • — количество генерируемых частот;
  • — неразрывность фазы выходного сигнала при перестройке.

Наиболее широко используются в синтезаторах частот следующие методы синтеза:

  • — прямой аналоговый синтез (Direct Analog Synthesis, DAS) на основе структуры смеситель/фильтр/делитель, при котором выходная частота получается непосредственно из опорной частоты посредством операций смешения, фильтрации, умножения и деления;
  • — косвенный синтез на основе фазовой автоматической подстройки частоты (Phase Locked Loop, PLL), при котором выходная частота формируется с помощью дополнительного управляемого генератора (чаше всего это генератор, управляемый напряжением,— Voltage Controlled Oscillator, VCO), охваченного петлей фазовой автоподстройки частоты;
  • — прямой цифровой синтез (Direct Digital Synthesis, DDS), при котором выходной сигнал синтезируется цифровыми методами;
  • — гибридный синтез, представляющий собой комбинацию нескольких методов, описанных выше.

Прогресс в области микропроцессорной техники обусловливает все более широкое применение в ИГ синтезаторов частот, построенных с использованием метода прямого цифрового синтеза частоты (DDS). Появление микросхем полных DDS и удобных средств разработки делает их сегодня особенно привлекательными для применения в технике ТКС.

DDSуникальны своей цифровой определенностью: генерируемый ими сигнал синтезируется со свойственной цифровым системам точностью. Частота, амплитуда и фаза сигнала в любой момент времени точно известны и подконтрольны. DDS практически не подвержены температурному дрейфу и старению. Единственным элементом, который обладает свойственными аналоговым схемам нестабильностями, является ЦАП. Все это является причиной того, что в последнее время DDS вытесняют обычные аналоговые синтезаторы частот.

Среди основных преимуществ DDS, можно отметить следующие:

  • — цифровое управление частотой и фазой выходного сигнала;
  • — очень высокое разрешение по частоте и фазе;
  • — экстремально быстрый переход на другую частоту (или фазу), перестройка по частоте без разрыва фазы, без выбросов и других аномалий, связанных со временем установления;
  • — архитектура, основанная на DDS, вследствие очень малого шага перестройки по частоте, исключает необходимость применения точной подстройки опорной частоты, а также обеспечивает возможность параметрической температурной компенсации;
  • — цифровой интерфейс легко позволяет реализовать микрокон- троллерное управление.

Частотное разрешение DDSсоставляет сотые и тысячные доли герц при выходной частоте порядка десятков мегагерц. Такое разрешение недостижимо для других методов синтеза. Еще одной характерной особенностью DDS является очень высокая скорость перехода на другую частоту'. Синтезаторы частот на основе PLL используют обратную связь и фильтрацию сигнала ошибки, что замедляет процесс перестройки частоты. Для /)?>5скорость перестройки ограничена практически только быстродействием цифрового управляющего интерфейса. Более того, все перестройки по частоте происходят у DDS без разрыва фазы выходного сигнала. Поскольку выходной сигнал синтезируется в цифровом виде, очень просто осуществить модуляцию различных видов.

С процессом дискретизации и цифроаналогового преобразования, который имеет место в DDS, связаны и некоторые ограничения:

  • — максимальная выходная частота не может быть выше половины тактовой (на практике она еще меньше). Это ограничивает частотный диапазон применения DDS
  • — отдельные побочные компоненты на выходе DDSмогут быть значительно большими, чем у других методов синтеза. Спектральная чистота выходного сигнала DDSсильно зависит от качества ЦАП.

Более подробно с практическими схемами реализации приведенных методов синтеза частот можно ознакомиться в [5].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>