Генераторы, управляемые напряжением производства Mini-Circuits для радиочастотных синтезаторов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 3'2003

Генераторы управляемые напряжением, производства Mini-Circuits

для радиочастотных синтезаторов

Одним из важнейших компонентов современных синтезаторов частот для систем радиосвязи являются перестраиваемые генераторы (ПГ), в частности, генераторы управляемые напряжением (ГУН или VCO — Voltage Controlled Oscillator).

Компания Mini-Circuits специализируется в данном сегменте рынка более 30 лет, выпуская широкую гамму ГУН в диапазоне частот от 12 МГц до 3 ГГц — более 108 типономиналов ГУН для печатного монтажа (рис. 1) и 10 типономиналов с двойным коаксиальным выводом (рис. 2).

Юрий Никитин, к. т. н.

[email protected]

Основная продукция компании в секторе управляемых генераторов — ГУН минимальных габаритов для синтезаторов частот различного назначения. Генераторы предназначены, прежде всего, для установки на печатные платы. Шесть типов корпусов подразделяются на варианты с установкой выводов в отверстия (plug-in — типы POS и POSA) и для поверхностного монтажа (surfase mount — типы JTOS, JCOS, ROS, MOS).

Компания Mini-Circuits предлагает:

• 53 варианта широкополосных ГУН (20 JTOS, 19 ROS, 14 POS) с линейным управлением по частоте, которые перекрывают весь диапазон от 12 МГц до 3 ГГц;

• 11 вариантов широкополосных ГУН (2 JTOS, 4 ROS, 5 POS) с примерно октавным перекрытием по частоте — с их помощью можно перекрыть диапазон от 250 до 2250 МГц;

• 36 вариантов ГУН для систем подвижной радиосвязи (12 JTOS, 13 ROS, 10 POS, 1 MOS) с 5-воль-товым управлением перестройкой частоты, с помощью которых можно обеспечить перекрытие диапазона от 24 до 2600 МГц;

• 8 вариантов малошумящих ГУН (4 JCOS, 1 ROS, 3 POSA);

• приборы с двойными коаксиальными выводами (типа ZOS) позволяют перекрыть диапазон частот от 25 до 1025 МГц и обеспечивают хорошую (до 50 дБ) развязку ГУН и нагрузки. Температурный диапазон всех ГУН — от -55

до +85 °C, кроме того, приборы типов POS и POSA герметичны. Габаритные размеры и вес генераторов приведены в таблице 1.

Напряжение питания большинства ГУН варьируется от 12 до 5 В, хотя генератор POSA-960 требует

Таблица 1. Габаритные размеры и вес генераторов

Тип ГУН Длина, мм Ширина, мм Высота, мм Вес, г

POS 19,56/20,32 10,16 7,24 5,2

POSA 19,56/20,57 19,56/20,57 9,65/10,41 11,0

JTOS 20,04 12,83 6,35 3,0

JCOS 22,09 20,32 10,16 6,4

ROS 12,7 12,7 4,57 1,0

MOS 9,52 9,52 3,33 0,6

ZOS 82,55 35,05 31,75 180

Компоненты и технологии, № 3'2003

1

Т .....

і : Ь

Аг

у/

і

Рис. 3. Управляющая характеристика ГУН — зависимость выходной частоты от напряжения на управляющем входе в интервале допустимых температур окружающей среды

Таблица 2. Характеристики генераторов различных типов

Тип ГУН P.»,, дБм Максимальный уровень гармоник на выходе, дБн Диапазон управляющего напряжения, В Диапазон модулирующих частот, МГц

POS 6-13 -1 2 і ю о 0,5-1...12-25 0,06-4

POS-P 8,5-10 -1 2 ю о 0,5...5 0,05-0,1

JTOS-P 6-11 -1 2 ю о 0,5...5-7 0,05-20

ROS-P 0-7 - со ю о 0,5.5-10 0,1-8

POSA 5-16 -1 6 со о 1-16 2

JTOS 6-13 - со ю о 0,5-1...12-25 0,05-20

JCOS 3-9 - со ю о 0-1...14-20 2-6

ROS 0-10 - со ю о 0,5-1...12-30 0,1-100

MOS 2 -15 0,5-6 10

ZOS 8-10 -1 2 ю о 1-16 0,1

Рис. 4. Изменение уровней второй, третьей и четвертой гармоник выходного сигнала в диапазоне выходных частот

15-вольтового источника питания, К0Б-900РУ питается от 4,5 В, а К.08-1605РУ — от 3,3 В. Потребляемый ток находится в пределах 12-40 мА для большинства типов ГУН, но 50 мА необходимо для генератора Р0БЛ-960 и 140 мА — для генераторов серии 20Б.

Уровень выходной мощности на согласованной нагрузке 50 Ом, максимальный уро-

Рис. 5. Распределение уровня фазовых шумов при отстройке от несущей (относительно уровня выходного колебания при полосе анализа 1 Гц)

вень гармоник выходного сигнала, диапазон управляющего напряжения и диапазон модулирующих частот по уровню -3 дБ для генераторов различных типов приведен в таблице 2.

Для примера на рис. 3-7 приведены электрические характеристики широкополосного ГУН типа ГГО8-850У^

Т сю

Т'

+15В

і і R8

0,1 И 200 "ПИТАНИЕ" 1

Х2

VT2

R5

2к

С4

С1,,2 40

22

R1

2к

VD1

36

240

, , R2 R3 И 4,3к М 200

VD2 u u

_С5

5,6

П r6 ?

М 2,7к С L2

R7 I 4,3к

R4

,С9

VD3

VD4

С8 5,6

[°1 Х1 4,3k 0,01 г S] хз

^"УПРАВЛЕНИЕ" "выход" L

Рис. 8. Принципиальная электрическая схема ГУН POS-200

Рис. 6. Изменение уровня выходной мощности в диапазоне частот и в интервале допустимых температур

Рис. 7. Изменение крутизны управляющей характеристики в диапазоне управляющих напряжений (выходных частот)

Пожалуй, наиболее важным из электрических параметров ГУН, наряду с диапазоном выходных частот и крутизной управляющей характеристики, является относительный уровень фазовых шумов в интервале отстроек от несущего колебания 1-10 Гц... 1-10 МГц. Детальная информация по указанным параметрам позволяет наиболее точно рассчитывать параметры синтезаторного кольца ИФАП, в котором используется ГУН. Компания Mini-Circuits обеспечивает хорошую информационную поддержку как с помощью «бумажных» справочников (VCO Designer's Handbook, 2001), так и на сайте www.minicircuits.com.

В качестве иллюстрации на рис. 8 приведена принципиальная электрическая схема ГУН ти-

Компоненты и технологии, № 3'2003

e-

e-

па Р08-200 (1Т08). Конденсатор С5 служит для создания обратной связи для компенсации шумов в ближней зоне отстроек. Перестраиваемый фильтр С7, УБ3, Ь2, УБ4, С8 необходим для фильтрации гармоник выходного сигнала.

На рис. 9 приведен вариант реализации РЬЬ-синтезатора на ГУН типа JT0S-850УW. Перекрытие по частоте 380-880 МГц с шагом сетки 100 кГц. Полоса прозрачности кольца — около 5 кГц. Петлевой фильтр улучшает подавление помех, кратных частоте сравнения, на 36 дБ, запас по фазе на частоте среза кольца не превышает 30°. Возможен «обвес» ГУН микросхемами синтезаторов различных про-

изводителей. В частности, хорошие результаты показывают синтезаторы серии ADF-41** компании Analog Devices (www.analog.com) и совместимые с ними на уровне выводов чипы LMX-23** «платиновой» серии компании National Semiconductors (www.national.com). Изменяя номиналы элементов петлевого фильтра и изодромного звена (C7, C8, R11) и заменяя ГУН на однотипный (то есть типа JTOS), но работающий в требуемом диапазоне частот, можно строить унифицированные синтезаторы с шагом сетки от 1-25 кГц до 1-10 МГц в диапазоне выходных частот от 12 МГц до 3 ГГц. Буферный усилитель

AD8052 или аналогичный служит для усиления сигнала опорной частоты и исключения обратного прохождения опорного сигнала, то есть для уменьшения взаимного влияния ОКГ и синтезатора. Буферный ОУ AD820 необходим для изоляции изодромного звена от входа управления ГУН и для увеличения размаха управляющего напряжения, то есть в качестве высококачественный усилителя постоянного тока. Величина постоянного смещения ОУ не играет большой роли, поскольку кольцо ФАП, как система автоматического регулирования, эффективно отрабатывает небольшие уходы напряжения смещения. Определяющими параметрами для выбора типа ОУ служат величина входного тока и размах токовых шумов.

Применение в перспективных разработках перестраиваемых генераторов компании MiniCircuits позволяет получать качественные электрические параметры устройств и обеспечивать высокую надежность производимой радиоаппаратуры.