CC BY
43
А.Г. Хандога,
УВО по ЦАО г. Москва
Н.С. Хохлов,
доктор технических наук, профессор
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
В [1—3] описаны схемы цифровых синтезаторов частот с угловой модуляцией управляемого генератора методом ЧМ1, в которых используются цепи компенсации частотных искажений с регулировкой по возмущению (метод модуляции ЧМ12), автокомпенсации по отклонению (метод модуляции ЧМ1АК), а также с комбинированной регулировкой (метод модуляции ЧМ12АК).
Представляет интерес экспериментально исследовать амплитудно-частотные модуляционные характеристики (АЧМХ) таких синтезаторов, а также АЧХ кольца ИФАПЧ, отражающих степень ослабления ПЧМ синтезатора при действии дестабилизирующих факторов на опорный сигнал, для выявления как достоинств, так и недостатков указанных выше методов модуляции.
Для измерения неравномерности девиации частоты в полосе модулирующих частот ¥Н...¥В, т.е. неравномерности АЧМХ, а также АЧХ кольца ИФАПЧ, приборы подключаются к частотно-модулированному цифровому синтезатору частот (ЧМЦСЧ), согласно рис. 1, на котором приняты следующие условные обозначения: ИП — источник питания, МК — микроконтроллер, ГЗ-112 — генератор модулирующего сигнала, СКЗ-45 — вычислительный измеритель модуляции, С1-65 — осциллограф.
ИП
МК
=ЙЧМЦСЧ
1
ГЗ-112
Рис. 1. Схема подключения приборов для измерения АЧМХ
Определение АЧМХ проводилось путем подачи на модулирующие входы синтезатора сигнала от низкочастотного генератора ГЗ-112 и измерения уровня демодулиро-ванного сигнала с помощью девиометра СКЗ-45.
Для визуального контроля искажений с выхода девиометра сигнал подается на вход осциллографа С1-65 А.
Для измерения АЧМХ синтезатора при модуляции методами ЧМ1, ЧМ12, ЧМ1АК и ЧМ12АК, а также АЧХ кольца ИФАПЧ разработан макет ЧМЦСЧ на основе двух микросхем (рис. 2), причем одна микросхема используется в качестве предварительного делителя частоты (ДЧ) с коэффициентом деления R2=100, а другая микросхема — в качестве цифровой части ЧМЦСЧ, включающей в себя делители частоты с фиксированным (ДФКД) и переменным (ДПКД) коэффициентами деления, а также цифровой частотно-фазовый детектор (ЧФД). Аналоговыми узлами исследуемого ЧМЦСЧ являются кварцевый автогенератор опорного сигнала (ОКГ), петлевой фильтр нижних частот (ФНЧ), а также интегратор (И), инвертирующий усилитель (ИУ) и линейный сумматор (С). При нахождении ключа Кл3 в положении 2, ключей Кл1 и Кл2 в положении 1 имеет место модуляция ЧМ1, при нахождении Кл1 в положении 2, а Кл2 в положении 1 — модуляция методом ЧМ12, при нахождении Кл1 в положении 1, а Кл2 в положении 2 — модуляция методом ЧМ1АК, при нахождении Кл1 и Кл2 в положении 2
— модуляция ЧМ12АК.
Микроконтроллер
2
«.V
1 Кл1
Г
2 1, Кл3
И ГЗ-112
Рис. 2. Блок-схема ЧМЦСЧ на основе микросхем ЬМХ 2306
Результаты измерения АЧМХ в диапазоне модулирующих частот при ЧМ1 и ЧМ12 и двух разных полосах пропускания петлевого ФНЧ (^С1=250 Гц, ЕС2=100 Гц) отражены на графиках, изображенных соответственно на рис. 3, а и рис. 3, б, причем измерения проводились на рабочей частоте/сч= 150 МГц.
Для исследования эффективности введения цепи автокомпенсации в ЧМЦСЧ были проведены измерения АЧМХ синтезатора в диапазоне модулирующих частот при ЧМ1 и ЧМ1АК, а также при ЧМ12 и ЧМ12 АК.
Сравнительные результаты измерения АЧМХ при ЧМ1 без автокомпенсации и с введением цепи автокомпенсации при коэффициенте усиления ИУ КУПТ=10 отражены графиками на рис. 4, а, а сравнительные результаты измерения АЧМХ при ЧМ12 без автокомпенсации и с введением цепи автокомпенсации при коэффициенте усиления ИУ КУПТ=10 —графиками на рис. 4, б, причем измерения проводились на рабочей частоте /СЧ=150 МГц при полосе пропускания петлевого ФНЧ ^С=100 Гц.
Для исследования эффективности введения цепи автокомпенсации для ослабления ПЧМ синтезатора, вызванной действием дестабилизирующих факторов на опорный сигнал, была экспериментально снята АЧХ кольца ИФАПЧ. Для этого Кл3 ставился в положение 1, Кл1 — в положение 2, при этом модуляция вводилась только в ИФМ по первому входу С, имитируя действие помехового модулирующего сигнала, а на второй вход С поступал сигнал автокомпенсации через ИУ при различных значениях его коэффициента усиления КУПТ, при этом цепь автокомпенсации можно было включать (Кл2 в положении 2) и отключать (Кл2 в положении 1).
ДР,кГц
Ч№\
ЧМ12 \
ч
ДР,кГц
О 200 400 600 800
а
Рм-Гц
^ЧМ1
/
ЧМ12
0 200 400 600 800
№
б
Рис. 3. Графики АЧМХ при модуляции методами ЧМ1 и ЧМ12
дБ,кГц
\
• \ Без авт.
С авт. )
О 100 200 300 400 500 Рм.Гц
а б
Рис. 4. Графики АЧМХ при модуляции методами ЧМ1 и ЧМ1АК, а также методами
ЧМ12 и ЧМ12АК
Графики АЧХ системы ИФАПЧ при различных значениях КУПТ изображены на рис. 5, причем, как и при исследовании АЧМХ, измерения проводились на рабочей частоте /СЧ=150 МГц при полосе пропускания петлевого ФНЧ ,РС=100 Гц.
На основе результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
- предложенные схемы ЧМЦСЧ с компенсацией и автокомпенсацией искажений с дополнительным ДЧ в опорном канале являются практически реализуемыми на основе современных интегральных микросхем ЦСЧ, имеющих объединенные в один блок ДФКД, ДПКД и ЧФД, следовательно, позволяют в большей степени использовать современную элементную базу, что ведет к уменьшению габаритов ЧМЦСЧ без ухудшения его технических характеристик.
ДР,кГц
З
2.5 2
1.5 1
0,5
К =1 7ПІ Без ЗЕТ. V \
К =10 ТШ . •ч- \
Г!
7Ш ч ' і
0 100 200 300 400 500 ^Гц
Рис. 5. Графики АЧХ кольца ИФАПЧ синтезатора
- дополнительный ДЧ в опорном канале для предложенных схем ЧМЦСЧ можно реализовать на основе дополнительной интегральной микросхемы ЦСЧ, используя имеющийся в ней ДФКД, при этом управление этой дополнительной микросхемой будет производиться по тем же каналам и от того же контроллера, что и управление основной микросхемой.
- экспериментально полученные АЧМХ свидетельствуют о некотором преимуществе компенсационнного метода модуляции ЧМ12 над автокомпенсационным методом ЧМ1АК, с точки зрения равномерности АЧМХ, а следовательно, и неискаженной частотной модуляции выходного сигнала ЧМЦСЧ.
- экспериментально полученные АЧХ, характеризующие реакцию кольца ИФАПЧ на паразитные воздействия, вызванные действием дестабилизирующих факторов на узлы ЧМЦСЧ, свидетельствуют о преимуществе автокомпенсационного метода модуляции ЧМ1АК над компенсационным методом модуляции ЧМ12, с точки зрения получения меньшей ПЧМ выходного сигнала ЧМЦСЧ, при этом имеется возможность уменьшения величины ПЧМ за счет изменения параметров канала автокомпенсации.
- с точки зрения одновременного ослабления частотных искажений, а также ПЧМ синтезатора, вызванной действием на опорный сигнал дестабилизирующих факторов, целесообразно и эффективно использовать цепь автокомпенсации с комбинированной регулировкой по возмущению и отклонению (метод модуляции ЧМ12 АК, предложенный в [3]).
ЛИТЕРАТУРА
1. Угловая модуляция цифровых синтезаторов частот: монография / под ред. П. А. Попова.— Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2001.— 262 с.
2. Печенин Е.А. Методы ослабления частотных искажений и помех в синтезаторах частот с угловой модуляцией / Е. А. Печенин, А.Г. Хандога // Охрана, безопасность и связь - 2007: сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции.— Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2007.
3. Заявка на ПМ № 052657, 7 Н 03 С 3/10, Н 03 Ь 7/18. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией / Е.А. Печенин, А.Г. Хандога, Н.С. Хохлов.— Рег. №2007148051; Заявл.25.12.07.
