CC BY
66
О.И. Бокова,
доктор технических наук, доцент
А.Г. Хандога,
УВО по ЦАО, г. Москва
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ ЦИФРОВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С КОМПЕНСАЦИЕЙ И АВТОКОМПЕНСАЦИЕЙ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И ПОМЕХ
В настоящее время в качестве диапазонных ЧМ-возбудителей передатчиков широко используются частотно-модулированные цифровые синтезаторы частот (ЧМЦСЧ), в которых модулирующий сигнал воздействует на модулирующий вход управляемого генератора (УГ). Структурная схема синтезатора с частотно-модулированным УГ изображена на рис. 1. На этом рисунке введены следующие обозначения: ИМС — источник модулирующего сигнала; ОКГ — опорный кварцевый генератор, ДПКД, ДФКД — делители частоты с переменным и фиксированным коэффициентами деления, ИФД — импульсно-фазовый детектор, ФНЧ — фильтр нижних частот, БУЧ — блок управления частотой, причем ДПКД, ДФКД и ИФД конструктивно выполнены в одной микросхеме ЦСЧ.
Пм (1)
ИМС
УГ
ФНЧ
микросхема
ОКГ г ДФК
ИФД с ДПК
3
ад
БУЧ
Рис. 1. Структурная схема синтезатора с частотно-модулированным УГ
В соответствии с [1] нормированная амплитудно-частотная модуляционная характеристика (АЧМХ) такого синтезатора, т.е. зависимость девиации частоты выходного сигнала от частоты модулирующего сигнала при постоянной амплитуде
где Т, Т1 — постоянная времени соответственно кольца ИФАПЧ и ФНЧ.
2р1’Т\1 1 + (2ж/7\ )2
На рис. 2 изображены АЧМХ такого синтезатора при Т=0,510-3с для различных Г/, значению Тц=1,610"3 с соответствует сплошная линия, Т12=3,2-10-3 с — пунктирная, Т1з=0,16-10"3 с — точечная линия.
Рис. 2. АЧМХ синтезатора с частотно-модулированным УГ
Из графиков АЧМХ видно, что изменением полосы пропускания ФНЧ в синтезаторе с частотно-модулированным УГ трудно сформировать равномерную АЧМХ в области нижних модулирующих частот, особенно при модуляции цифровым сигналом, в котором ¥Н не более 10 Гц. Это происходит потому, что модуляция по модулирующему входу УГ воспринимается кольцом ИФАПЧ как внешнее возмущение, которое в полосе пропускания ФНЧ уменьшается. Поэтому для расширения полосы модуляции в область нижних модулирующих частот необходимо сужать полосу пропускания ФНЧ, что приводит, во-первых, к завалам и выбросам АЧМХ, во-вторых, снижает быстродействие синтезатора.
Исследования показывают, что ослабить частотные искажения в области нижних модулирующих частот можно с использованием компенсационных методов с регулировкой по возмущению и отклонению [2].
При использовании компенсации частотных искажений с регулировкой по возмущению модулирующее воздействие необходимо подавать не только на модулирующий вход УГ, но также через интегратор (И) на модулирующий вход импульсно- фазового модулятора (ИФМ), включенного в опорный канал (рис. 3). На этом рисунке ДЧ — предварительный делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, который включается по той причине, что ДФКД, ДПКД ИФД конструктивно выполнены в одной микросхеме ЦСЧ и включить ИФМ после ДФКД не представляется возможным.
В этом случае при соответствующем выборе коэффициента усиления регулируемого усилителя (РУ) импульсы на опорном входе ИФД будут промодулированы по фазе так же, как импульсы на сигнальном входе ИФД, т.е. на выходе ДПКД, при этом на выходе ИФД будет скомпенсирован импульсный сигнал ошибки от модуляции, следовательно, будет отсутствовать реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. Таким образом, в схеме с компенсатором частотных искажений с регулировкой по возмущению можно получить равномерную АЧМХ во всей полосе частот модулирующего сигнала, независимо от полосы пропускания ФНЧ в цепи управления. Следовательно, выбрав в цепи управления более широкополосный ФНЧ, можно при равномерной АЧМХ получить высокое быстродействие синтезатора.
В то же время при компенсационном методе модуляции с регулировкой по возмущению с использованием ИФМ в опорном канале может возникнуть паразитная фазовая модуляция (ПФМ) выходного сигнала ЧМЦСЧ, вызванная действием на ИФМ различных дестабилизирующих факторов.
ИМС
И
УГ
їх:
ад
микросхема
РУ
ФНЧ * ИФД с ДПК Ї
ОКГ > ДЧ >ИФМ
ДФК
-ІІ-
БУЧ
Рис. 3. Структурная схема ЧМЦСЧ с компенсатором частотных искажений
с регулировкой по возмущению
Для того чтобы одновременно скомпенсировать частотные искажения, а также ПФМ выходного сигнала, вызванную паразитными приращениями фазы выходного сигнала ИФМ при действии на него дестабилизирующих факторов, эффективно использование схемы ЧМЦСЧ с автоматическим компенсатором частотных искажений с регулировкой по отклонению, в котором автоматически ослабляется паразитное приращение фазы выходного сигнала ИФМ.
В [3 ] описана система ФАПЧ с дополнительным фазовым модулятором в опорном канале, при этом показано, что дополнительный канал авторегулирования приводит к сужению шумовой полосы системы без уменьшения полосы захвата.
Основываясь на этом принципе, можно предложить структурную схему синтезатора с частотно-модулированным УГ, в котором применен автоматический компенсатор частотных искажений с регулировкой по отклонению и осуществляется автоматическая компенсация паразитных приращений фазы сигнала ИФМ (рис. 4).
ИМС
ИНВ
УГ
ад
микросхема
ФНЧ
+ ИФД С ДПК
УПТ
I
іь
ДФК
-1 г
ИФМ
БУЧ
Рис. 4. Структурная схема ЧМЦСЧ с автоматическим компенсатором частотных искажений и помех с регулировкой по отклонению
Принцип работы данной схемы состоит в том, что модулированные по фазе импульсы с выхода ДПКД, поступающие на сигнальный вход ИФД, сравниваются по фазе с опорными импульсами, поступающими с выхода ИФМ через ДФКД на опорный вход ИФД.
В результате сравнения на выходе ИФД вырабатывается управляющее напряжение, которое через ФНЧ, инвертор (ИНВ) и усилитель постоянного тока (УПТ), коэффициент усиления которого определяет коэффициент регулирования, поступает на модулирующий вход ИФМ, при этом импульсы с выхода ДФКД модулируются по фазе в соответствии с модуляцией импульсов с выхода ДПКД, при этом на выходе ИФД будет значительно ос-
лаблена составляющая напряжения от модуляции, что приведет к ослаблению частотных искажений в выходном ЧМ-сигнале синтезатора независимо от полосы пропускания ФНЧ. Одновременно с этим в такой схеме имеется отрицательная обратная связь по паразитным приращениям фазы сигнала ИФМ из-за действия дестабилизирующих факторов, что способствует ослаблению ПФМ выходного сигнала синтезатора.
Сравнивая структурные схемы ЧМЦСЧ при использовании компенсаторов частотных искажений с регулировкой по возмущению и отклонению, можно выделить их основные достоинства и недостатки.
В схеме с компенсатором частотных искажений с регулировкой по возмущению можно при идеальном интеграторе и точно подобранных параметрах цепи компенсации получить равномерную АЧМХ в широкой полосе модулирующих частот вплоть до нулевой. В то же время при неполной идентичности канала компенсации добиться полного ослабления частотных искажений затруднительно. Кроме того, в этой схеме возникает ПФМ, вызванная неконтролируемыми паразитными приращениями фазы сигнала ИФМ при действии дестабилизирующих факторов.
Достоинством схемы с автоматическим компенсатором частотных искажений с регулировкой по отклонению является то, что она позволяет не только ослабить частотные искажения, но также препятствовать появлению ПФМ выходного сигнала, так как в ней имеет место отрицательная обратная связь по паразитным приращениям фазы сигнала с выхода ИФМ.
В то же время в этой схеме принципиально невозможно полностью ослабить частотные искажения в области модулирующих частот, приближающихся к нулевой.
Объединяя обе схемы, можно получить схему ЧМЦСЧ с компенсацией частотных искажений с комбинированной регулировкой, а также с автоматической компенсацией помех (рис. 5).
ИМС
УГ
ад
И ИНВ
* +
РУ УПТ
микросхема
С
ФНЧ * ИФД С ДПК
I
ОКГ > ДЧ >ИФМ
ДФК
БУЧ
Рис. 5. Структурная схема ЧМЦСЧ с компенсатором искажений с регулировкой по возмущению и автокомпенсатором искажений и помех
с регулировкой по отклонению
Очевидно, что схема ЧМЦСЧ, изображенная на рис. 5, объединяет достоинства предыдущих схем и сглаживает их недостатки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Угловая модуляция цифровых синтезаторов частот: монография / под ред. П. А. Попова.— Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2001.— 262 с.
2. Автоматические компенсаторы амплитудно-фазовых искажений / под ред. П. А. Попова.— Воронеж: Воронежская высшая школа МВД России, 1998.— 200 с.
3. Шахгильдян В. В. Системы фазовой автоподстройки частоты / В.В. Шахгиль-дян, А. А. Ляхов кин.— М.: Связь, 1972.— 448 с.
