ЧАСТОТНЫЙ СИНТЕЗ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

SYNTHESIS OF FREQUENCIES OF RADIO DEVICES

Andrey Vasilev

student, department of Automation of production processes, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В статье представлен сравнительный анализ методов синтеза частот.

ABSTRACT

The article presents a comparative analysis of frequency synthesis methods.

Ключевые слова: частота, синтез, сигнал.

Keywords: frequency, synthesis, signal.

Формирование качественного и точного опорного сигнала для каких-либо радиотехнических приборов – одна из основных задач при их проектировании. Для этого в современных приборах используются специальные устройства – синтезаторы частот (СЧ). Они формируют сигнал необходимого вида с необходимыми характеристиками на основе сигнала, полученного с опорного генератора. В связи с этим к СЧ предъявляются требования по следующим важным параметрам: время перестройки, побочные составляющие сигнала, диапазон рабочих частот, шаг переключения частоты. Методов синтеза частот, используемых в СЧ несколько. Основными считаются метод прямого цифрового синтеза (DDS) и метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Метод прямого цифрового синтеза (DDS от лат. DirectDigitalSynthesis) – сравнительно новый метод синтеза аналогового сигнала. Сигнал с помощью этого метода формируется следующим образом: с опорного генератора на аккумулятор фазы подается тактовый сигнал. Также на аккумулятор фазы подается код частоты. Аккумулятор выдает сигнал, который является адресом памяти, где хранится значение функции, форму которой должен иметь сигнал (чаще всего синус). Входное значение для памяти – аргумент функции, выходное – значение функции для данного аргумента. Далее сигнал с памяти устройства поступает на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). После ЦАП сигнал попадает на фильтр и на выходе фильтра мы получаем необходимый нам сигнал. Рабочий диапазон частот, а именно максимальная синтезируемая частота, по теореме Котельникова не может превышать половины частоты ОГ, а на практике он еще меньше.

Метод формирования частоты с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) основан на компенсации разности частот сигнала с генератора, управляемого напряжением (ГУН) и сигнала с опорного генератора (ОГ). Обнаружение ошибки обеспечивается фазовым детектором (ФД), который работает на определенной частоте. Эта частота получается путем деления частоты ОГ на коэффициент N. Частота ГУН делится на коэффициент M и затем сравнивается с рабочей частотой ФД. При отклонении частоты ГУН от рабочей частоты ФД на выходе ФД появляется управляющее напряжение, которое поступает на ГУН. Он же в свою очередь подстраивает частоту пока не будет компенсировано воздействие управляющего напряжения. Эта операция повторяется до тех пор, пока на выходе ФД будет напряжение. Максимальная синтезируемая частота в данном методе не ограничивается частотой опорного генератора, так как данный метод синтеза частот работает по принципу усиления. Максимальная частота в этом случае определяется свойствами ГУН. В сравнении с DDS СЧ время перестройки частот выше. Это обуславливается наличием обратной связи и наличием переходного процесса в петлевом фильтре. Сейчас время перестройки таких СЧ примерно равно 10-6 с.

Помимо методов построения синтезаторов частот, так же есть различные методы подбора параметров при построении тех или иных типов СЧ. Одним из таких методов является метод подбора коэффициентов делителей в петле ФАПЧ с помощью диофантовых линейных уравнений. Этот метод предложил американский ученый Пол Сатиридас. Метод позволяет подобрать целочисленные коэффициенты деления, которые обеспечат достаточно малый шаг сетки частот, достаточно быстрое время перестройки и малые шумы, особенно вблизи несущей частоты. Все эти параметры достигаются за счет свойств синтезатора частоты на базе ФАПЧ и за счет небольших коэффициентов деления в петле ФАПЧ. Минусом данного метода является использование не одной петли ФАПЧ, тем самым увеличивая громоздкость схемы, но повышая ее функциональные возможности. Например, при несущей частоте 5 МГц необходимо 4 петли ФАПЧ для достижения шага сетки частот 0.25 Гц.

Список литературы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/:// (дата обращения 05.03.2022)
2. https://www.vestnik-donstu.ru/jour/issue/view/94/showToc (дата обращения: 05.03.2022)