CC BY
41
С.Л. Анисимов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ДВУХКОЛЬЦЕВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
В настоящее время в качестве частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот (ЧМЦСЧ) используются двухкольцевые ЧМЦСЧ, в которых обеспечиваются оптимальные динамические и спектральные характеристики. Такие синтезаторы строятся обычно по «тандемной» схеме с последовательным включением 1-го и 2-го колец ИФАПЧ [1]. На рис. 1 изображена структурная схема двухкольцевого ЧМЦСЧ с модуляцией ГУН1 (метод ЧМ1) при ключах в положении 1 и с дополнительной автокомпенсацией частотных искажений (метод ЧМ1АК) при ключах в положении 2. Условные обозначения на рис. 1 соответствуют принятым в [1].
Представляет интерес экспериментально исследовать амплитудно-частотные модуляционные характеристики (АЧМХ) таких синтезаторов для выяснения вопроса о том, насколько в двухкольцевом ЧМЦСЧ равномерны АЧМХ.
Для измерения неравномерности девиации частоты в полосе модулирующих частот Бмн... Бмв (неравномерности АЧМХ) приборы подключают к ЧМЦСЧ согласно рис. 2.
Определение АЧМХ проводилось путем подачи на модулирующий вход синтезатора сигнала от низкочастотного генератора Г3-112 и измерения уровня демоду-лированного сигнала с помощью девиометра СК3-45. Для визуального контроля искажений с выхода НЧ девиометра сигнал поступал на вход осциллографа С1-65 А.
Вначале измерялась АЧМХ ЦСЧ первого кольца. В первом кольце применяется пассивный петлевой ФНЧ (рис. 3) со следующими значениями его элементов: С1 = 0,2 мкФ; С2 = 4,7 мкФ; Я2 = 2 кОм; Я3 = 6,8 кОм; С3 = 680 пФ. Как показали проведенные исследования, большое влияние на равномерность АЧМХ и расширение диапазона модуляции в сторону низких частот оказывает величина резистора Я2. Оптимальное соотношение между равномерностью и шириной АЧМХ и наиболее минимальным уровнем ПЧМ достигалось экспериментальным подбором значений элементов ФНЧ и особенно резистора Я2. В параметрах петлевых ФНЧ, рассчитанных по методикам фирм-производителей микросхем ЦСЧ, не учитывалось введение в ЦСЧ частотной модуляции.
Вначале устанавливался уровень девиации 5,6 кГц на частоте модуляции 1 кГц. Результаты измерения АЧМХ первого кольца при разных значениях резистора Я2 петлевого ФНЧ 1 приведены в табл. 1.
Рис. 1. Структурная схема двухкольцевого ЧМЦСЧ с модуляцией ГУН1 (метод ЧМ1) при ключах кл1, кл2 и кл3 в положении 1 и с дополнительной автокомпенсацией частотных искажений (метод ЧМ1АК) при ключах кл1, кл2 и кл3 в положении 2
Таблица 1
Значения резистора Я2, кОм Частоты модуляции, Гц и кГц (к)
30 40 50 70 100 150 200 300 700 1 к 3к 10к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
1,5 4,9 5,1 5,7 5,9 5,9 5,8 5,8 5,7 5,6 5,6 5,3 5,1
2 3,5 4,0 4,7 5,2 6,0 6,3 6,2 6,1 5,8 5,7 5,4 4,9
2,7 2,5 2,8 3,5 4,7 5,6 6,0 6,2 6,1 5,5 5,5 5,2 4,5
Рис. 2. Схема подключения приборов для измерения АЧМХ
С выхода ЧФД Я3 На вход ГУН
Рис. 3. Петлевой ФНЧ первого кольца ИФАПЧ
Из анализа табл. 1 видно, что оптимальная АЧМХ получается при Я2 = 1,5 кОм. Дальнейшее уменьшение Я2 ухудшает ПЧМ и кольцо ИФАПЧ становится менее устойчивым.
Измерение АЧМХ на выходе двухкольцевого ЦСЧ проводилось на трех частотах синтезатора: на нижней (Гцсч = 150 МГц), на средней (Гцсч = 162 МГц) и на верхней (?цсч = 175 МГц) при отключенном управляемом аттенюаторе УА и при разных параметрах ФНЧ2. Вначале АЧМХ измерялись в ЦСЧ с петлевым ФНЧ, параметры которого были рассчитаны по методике фирм-производителей микросхем. В них не учитывалось введение ЧМ в ЦСЧ. Затем ФНЧ корректировался, чтобы получить ровную АЧМХ, чистый спектр выходного сигнала и необходимое быстродействие.
Таблица 2
fцcч, МГц Частоты модуляции, Гц и кГц (к) (не скорректированный ФНЧ)
150 1 к 2к 4к 5к 6к 7к 8к 10к 13к 15к 16к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
150 5,6 5,6 5,8 7,0 7,6 8,5 8,7 8,7 7,3 5,3 4,0 3,5
162 5,6 5,6 6,0 7,9 9,1 9,6 9,0 7,4 5,2 3,1 2,4 2,1
175 5,6 5,6 6,7 14,5 8,5 4,6 3,2 2,4 1,5 0.95 0,8 0,7
Таблица 3
fцcч, МГц Частоты модуляции, Гц и кГц (к) (скорректированный ФНЧ)
150 1 к 2к 4к 5к 6к 7к 8к 10к 13к 15к 16к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
150 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,7 5,7 5,9 6,0 6,1 5,9
162 5,6 5,6 5,6 5,6 5,7 6,0 6,05 6,05 6,0 6,0 5,9 5,6
175 5,6 5,6 6,0 6,3 6,2 5,9 5,6 5,15 4,4 3,5 3,0 2,8
Все измерения этих АЧМХ проводились при минимальном токе (0,625 мА) ЧФД в режиме синхронизма для получения более чистого спектра выходного сигнала.
Петлевой ФНЧ2 во втором кольце ИФАПЧ — активный на малошумящем операционном усилителе ОР-27GS фирмы Analog Devices. Значения элементов этого ФНЧ до коррекции следующие: С1 = 5100 пФ, С2 = 0,027 мкФ, R2 = 820 Ом, С3 = 68 пФ, R3 = 1,5 кОм. После коррекции ФНЧ С1 = 1000 пФ, С2 = 0,033 мкФ, R2 = 2,7 кОм, С3 = 68 пФ, R3 = 6,8 кОм.
Как видно из сравнения результатов табл. 2 и 3, параметры ФНЧ2 значительно влияют на равномерность АЧМХ. Измерения АЧМХ с включенным УА проводились также при минимальном токе ЧФД (0,625 мА) на тех же трех выходных частотах ЦСЧ с корректированным петлевым ФНЧ. Результаты измерений АЧМХ приведены в табл. 4.
Таблица 4
^СЧ, МГц Частоты модуляции, Гц и кГц (к)
150 1 к 2к 4к 5к 6к 7к 8к 10к 13к 15к 16к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
150 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
162 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
175 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,5 5,45
Как видно из табл. 4, использование УА значительно улучшает равномерность АЧМХ. Схема ЧМЦСЧ с автокомпенсацией в первом кольце (метод ЧМ1АК) позволяет расширить диапазон модулирующих частот в сторону нижних частот, сделать более ровномерную АЧМХ и чище спектр выходного сигнала. Такое улучшение АЧМХ в первом кольце должно дать соответствующие изменения и во втором кольце.
Результаты измерений АЧМХ в первом ЦСЧ с автокомпенсацией и соответственно АЧМХ второго кольца без включения УА приведены в табл. 5 и 6.
Таблица 5
Ацсч первого кольца, МГц Частоты модуляции, Гц и кГц (к)
20 40 100 150 300 700 1 к 3к 5к 10к 12к 15к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
60 5,3 5,7 5,7 5,7 5,7 5,6 5,6 5,4 5,4 5,2 5,1 4,8
Таблица 6
fЦСЧ, Частоты модуляции, Гц и кГц (к)
МГц 20 40 100 150 300 700 1 к 3к 5к 10к 12к 15к
Девиация частоты ЧМ сигнала, кГ ц
150 5,3 5,5 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,5 5,4 5,4
162 5,1 5,6 5,6 5,6 5,8 5,6 5,6 5,6 5,6 5,4 5,3 5,0
175 5,0 5,7 5,7 5,6 5,6 5,6 5,6 5,7 5,5 4,6 4,5 3,9
Из анализа этих таблиц видно, что использование цепи автокомпенсации позволяет получить равномерную АЧМХ в более широкой полосе модулирующих частот, при этом использование УА не критично по отношению к равномерности АЧМХ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент на ПМ №62310 РФ, Н03С 3/10, Н03L 7/18. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией / С.Л. Анисимов, Е.А. Печенин, П.А. Попов.— №2006143175/22; Заявл. 07.12.2006; Опубл. 27.03.2007.— Бюл. №9.
