Sintetizzatore da laboratorio ad altissima frequenza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione

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Il problema della stabilità della frequenza nei dispositivi ricetrasmettitori è sempre esistito. A frequenze relativamente basse (fino a 100-150 MHz) è stato risolto utilizzando risonatori al quarzo, a frequenze più elevate (400 MHz) - utilizzando risonatori basati su onde acustiche superficiali (risonatori SAW); per stabilizzare le frequenze ultraelevate, risonatori dielettrici realizzati ad alta vengono spesso utilizzati materiali di qualità: ceramica o altri risonatori ad alto Q [1].

I metodi di stabilizzazione descritti utilizzando componenti passivi presentano i loro vantaggi: semplicità e costi di implementazione relativamente bassi, ma il loro principale svantaggio è l'impossibilità di qualsiasi sintonizzazione significativa della frequenza senza modificare l'elemento di impostazione della frequenza: il risonatore. L'impossibilità di regolare elettronicamente rapidamente la frequenza operativa mantenendone la stabilità limita fortemente l'uso di dispositivi radio, non consentendo, ad esempio, l'implementazione del multicanale.

I sintetizzatori di frequenza integrati di varie società estere, oggi ampiamente utilizzati, consentono di effettuare una rapida sintonizzazione elettronica della frequenza di lavoro, compresa la frequenza ultraelevata, mantenendone l'elevata stabilità. Tali sintetizzatori di frequenza sono di tipo diretto e indiretto [2]. I vantaggi della sintesi diretta includono l'alta velocità con un piccolo passo della griglia di frequenza, ma a causa della necessità di filtrare un gran numero di componenti spettrali causati da numerose trasformazioni di segnale non lineari, i dispositivi di sintesi diretta sono usati raramente nei circuiti a microonde [3]. Per la sintesi delle frequenze delle microonde vengono solitamente utilizzati sintetizzatori di tipo indiretto, o sintetizzatori ad anello ad aggancio di fase (PLL).

Esistono due tipi principali di sintetizzatori integrati con PLL: programmabili, in cui i valori di frequenza sono impostati da un microcontrollore esterno tramite un bus a tre fili, e non programmabili, dove i coefficienti di divisione dei divisori di frequenza interni sono fissi, e la frequenza di riferimento è impostata da un risonatore al quarzo esterno. Nei semplici circuiti a microonde vengono solitamente utilizzati sintetizzatori integrati non programmabili, ad esempio MC12179 di Motorola [4], i cui svantaggi includono la necessità di selezionare con precisione un risonatore al quarzo, cosa che non è sempre possibile. I sintetizzatori di frequenza programmabili, ad esempio UMA1020M di Philips, non presentano questo inconveniente e poiché i moderni sistemi di comunicazione hanno sempre un microcontrollore di controllo, programmare un tale sintetizzatore è tecnicamente semplice. Gli autogeneratori della gamma di frequenze ultraelevate vengono utilizzati sotto forma di moduli funzionalmente completi realizzati utilizzando la tecnologia ibrida [5].

Un esempio dell'applicazione delle soluzioni descritte è un semplice sintetizzatore da laboratorio ad altissima frequenza, che consente di generare e stabilizzare frequenze nell'intervallo 1900 - 2275 MHz con elevata precisione, proposto in questo articolo.

Lo schema a blocchi del sintetizzatore progettato è mostrato in Fig. 1., aspetto - in Fig. 2. Come puoi vedere i loro circuiti, il sintetizzatore è costituito da un oscillatore controllato in tensione (VCO o VCO) JTOS-2200 di Mini-Circuits JTOS-2200, un sintetizzatore di frequenza integrato UMA-1020M e un microcontrollore Z86E0208PSC di Zilog.

Il segnale a microonde generato dal VCO viene inviato all'uscita del sintetizzatore da laboratorio e all'ingresso del divisore di frequenza principale programmabile incluso nel circuito UMA-1020M.

Il segnale di riferimento generato dall'oscillatore al quarzo JCO-8 viene inviato a un divisore di frequenza programmabile ausiliario, anch'esso incluso nel circuito UMA-1020M. Lo schema a blocchi dell'UMA-1020M è mostrato in Fig. 3, la documentazione tecnica dettagliata per l'UMA-1020M è disponibile sul sito web del produttore philips.de/. I coefficienti di entrambi i divisori, quello principale e quello ausiliario, sono impostati dal microcontrollore Z86E0208PSC tramite un bus a tre fili (dati DATA, sincronizzazione CLK e permesso di scrittura / ENABLE). Lo schema a blocchi del microcontrollore Z86E0208PSC è mostrato in Fig. 4. La ROM interna del microcontrollore è sufficiente per programmare sette diversi valori di frequenza e una modalità di test. Valori di frequenza specifici (o modalità test) sono impostati tramite ponticelli sul circuito stampato del sintetizzatore da laboratorio.

Prima di caricare il successivo valore di frequenza nel sintetizzatore integrato, il microcontrollore interroga la porta collegata ai ponticelli e, in base ai dati ricevuti, seleziona l'uno o l'altro firmware. Il nuovo valore di frequenza viene impostato automaticamente quando la scheda del sintetizzatore viene accesa. L'algoritmo di programmazione del sintetizzatore per il microcontrollore Z86E0208PSC è mostrato in Fig. 5, l'elenco dei programmi è disponibile su Institute-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html.

Maggiori dettagli sulla programmazione dei microcontrollori da Zilog possono essere trovati in [6, 7], la documentazione tecnica completa è disponibile su zilog.com.

Una caratteristica del JTOS-2200 VCO utilizzato è l'intervallo di tensione di sintonia: da 0.5 a 5 Volt. Cioè, se il valore della tensione di sintonia è inferiore a 0.5 Volt, il produttore non garantisce una generazione di oscillazione stabile. Gli esperimenti condotti hanno dimostrato la veridicità di questa affermazione.

Il principio di funzionamento del PLL, così come il metodo per calcolare il filtro di feedback (filtro di loop), sono ampiamente e ripetutamente considerati nella letteratura tecnica [8], pertanto questo articolo non viene considerato. Sono disponibili diversi programmi gratuiti per il calcolo dei filtri di feedback, che possono essere trovati online su analog.com o national.com.

Per controllare il corretto funzionamento del circuito del sintetizzatore, sulla scheda è installato un LED, il cui bagliore indica un errore nella sintesi della frequenza. Quando il sintetizzatore funziona correttamente, il LED non dovrebbe accendersi, ma questa funzione può essere disabilitata via software.

Il prezzo di costo del sintetizzatore da laboratorio assemblato non supera i $ 30. Ci sono due modi per ridurre il costo del dispositivo proposto: in primo luogo, si può abbinare la sorgente al quarzo delle oscillazioni di riferimento del sintetizzatore e del microcontrollore, ricordando che la frequenza di clock massima dello Z86E0208PSC è di 8 MHz, mentre per l'UMA -1020M può essere entro 5-40 MHz. In secondo luogo, i VCO possono essere sviluppati indipendentemente su transistor o circuiti integrati di amplificazione utilizzando la tecnica data in [9, 10].

Letteratura

1. Risonatori dielettrici / M.E. Ilchenko, V.F. Vzyatyshev, L.G. Gassanov et al.; Ed. ME. Ilchenko. - M.: Radio e Comunicazioni, 1989. - 328 p.: ill. - ISBN 5-256-00217-1.
2. Pestrjakov A.V. Circuiti integrati per dispositivi di sintesi e stabilizzazione di frequenza // Chip News. - 1996. - N. 2.
3. Lobov V., Steshenko V., Shakhtarin B. Sintetizzatori digitali per la sintesi diretta della frequenza // Chip News. - 1997. - N. 1.
4. Soluzioni per semiconduttori wireless. Motorola. Dati dispositivo - Vol.1. DL 110/D, Rev 9.
5. Manuale del progettista VCO 2001. VCO/HB-01. Mini circuiti.
6. Gladshtein MA Microcontrollori della famiglia Z86 di Zilog. Guida del programmatore. - M.: DODEKA, 1999, 96 pag.
7. Manuale della nota applicativa Z8. Zilog. DB97Z8X0101.
8. Metodo di Starikov O. PLL e principi di sintesi di segnali ad alta frequenza//Chip News. - 2001. - N. 6.
9. Progettazione dell'oscillatore a microonde. Nota applicativa A008// Hewlett-Packard Co. - pubblicazione numero 5968-3628E (6/99)
10. Shveshkeyev P. Un progetto VCO per applicazioni WLAN nella banda ISM da 2.4 a 2.5 GHz//Microonde applicate e wireless. - 2000. - N. 6. - P.100-115.

Autori: N.A. Shturkin, I.V. Malygin; Pubblicazione: cxem.net

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