Construction of tandem frequency-modulated synthesizers of frequencies with point-to-point modulation on modern element base

О.В. Чёткин,

ФГУ ЦИТО УФСИН России по Воронежской области

ПОСТРОЕНИЕ ТАНДЕМНЫХ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ С ДВУХТОЧЕЧНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ НА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ CONSTRUCTION OF TANDEM FREQUENCY-MODULATED SYNTHESIZERS OF FREQUENCIES WITH POINT-TO-POINT MODULATION ON MODERN ELEMENT BASE

Рассматриваются особенности проектирования тандемных частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот с использованием современных микросхем, а также схема дополнительного кольца авторегулирования фазы.

Features of designing tandem frequency-modulated digital synthesizers of frequencies with the use of modern microcircuits as well as the scheme of an additional ring of auto phase regulation adjustment are considered.

Особенности проектирования тандемных ЧМЦСЧ с использованием современных микросхем ИФАПЧ-синтезаторов можно видеть на примере разработанных синтезаторов с последовательным включением двух колец и с введением частотной модуляции ЧМ12 (рис. 1) и ЧМ12АК (рис. 2).

Первое кольцо ИФАПЧ1 выполнено на микросхеме ADF4001 с целочисленным ДПКД1 и предназначено для формирования колебания с низким уровнем шума, используемого в качестве опорного ЧМ сигнала для второго кольца. Второе кольцо ИФАПЧ2 на микросхеме ADF4252 с ДДПКД2 быстродействующее, работает в заданном диапазоне частот.

Первое кольцо ИФАПЧ1 узкополосное, содержит делитель частоты с фиксиро-

R

ванным коэффициентом деления 1 ДФКД1, цифровой частотно-фазовый детектор

ЧФД1, целочисленный делитель частоты с переменным коэффициентом деления N ДПКД1, 24-битовый входной сдвиговый регистр, на который поступают внешние управляющие сигналы от микроконтроллера МК, а также опорные кварцевый генератор ОГ, петлевой фильтр нижних частот ФНЧ1, генератор, управляемый напряжением УГ1 и регулируемый усилитель РУ. Первые четыре элемента (ДФКД1, ЧФД1, ДПКД1 и 24битовый приёмный регистр) являются составной частью микросхемы ADF4001. Остальные узлы, содержащие частотно-зависимые и габаритные элементы, расположены вне микросхемы. Здесь делитель ДФКД1 называется фиксированным по традиционной терминологии, хотя в микросхеме коэффициент деления R1 может быть переменным.

Предварительный делитель частоты (ПД) имеет коэффициент деления Я. Через регулируемый усилитель РУ проходит модулирующий информационный сигнал на модулирующий вход УГ1 от внешнего источника модулирующего сигнала ИМС.

Управляющий сигнал поступает от микроконтроллера МК на соответствующий управляющий вход РУ и меняет его коэффициент передачи при изменении выходной частоты второго кольца. Тем самым автоматически стабилизируется заданный уровень девиации выходной частоты синтезатора в широком диапазоне перестраиваемых частот при определённом постоянном уровне модулирующего сигнала от ИМС.

Рис. 1. Тандемный ЧМЦСЧ при модуляции методом ЧМ12 на микросхемах ADF4001 и ADF4252

Второе кольцо ИФПАЧ2 выполнено на микросхеме ADF4252 и построено аналогично, за исключением того, что здесь вместо ДПКД применяется дробный ДПКД (ДДПКД2). Управление обоими синтезаторами происходит от одного микроконтроллера по четырём каналам: С — тактовые импульсы, D — информационные импульсы, а также импульсы разрешения ИЗ1 и ИЗ2 поступают по отдельным проводам в соответствующие 24-битовые входные сдвиговые регистры каждого кольца. Тем самым осуществляется независимое управление двумя микросхемами от одного МК. Это управление в эксперименте осуществлялось от микроконтроллера АТ89С52 фирмы Atmel по специально разработанной программе.

Рис. 2. Тандемный ЧМЦСЧ при модуляции методом ЧМ12АК на микросхемах ADF4001 и ADF4252

В состав дополнительного кольца авторегулирования входят [1—3] инвертирующий усилитель и сумматор двух модулирующих сигналов. Эти устройства разработаны на основе микросхемы AD822AR, содержащей два малошумящих операционных усилителя типа «КаП-1»-К.аП» в одном корпусе, характерные свойства которых отмечены ранее. В этой микросхеме один ОУ используется как инвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, а второй — как неинвертирующий сумматор двух модулирующих сигналов.

Инвертирующий усилитель, схема которого приведена на рис. 3, при проведении экспериментальных исследований включается между выходом петлевого ФНЧ1 синтезатора и модулирующим входом ИФМ или между выходом ФНЧ1 и одним из входов сумматора двух модулирующих сигналов.

Особенность его построения состоит в следующем. Обычно при двухточечной ЧМ на вход ИФМ поступает модулирующий сигнал от интегратора ИНТ, который обеспечивает необходимое начальное напряжение И^ на модулирующем входе ИФМ. Поэтому инвертирующий усилитель должен обеспечить такое же начальное напряжение на модулирующем входе ИФМ, как и интегратор, которое, согласно предыдущему расчёту, равно иин = 3В. Это начальное напряжение устанавливается с помощью потенциометра Я4 по неинвертирующему входу ОУ так же, как и в интеграторе. Для получения высокой точности установки этого начального напряжения И^ потенциометр Я4 с небольшим номинальным сопротивлением (1—1,5 кОм) включается в цепь смещения в середину из двух резисторов.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная инвертирующего усилителя

Вторая особенность этого ОУ состоит в том, что для неискажённого прохождения низких частот цифрового модулирующего сигнала постоянная времени цепочки СЯ2 должна быть достаточно большой, а это приводит к необходимости иметь сравнительно большое значение ёмкости С и резистора Я2 . Поскольку при проведении экспериментальных исследований коэффициент усиления схемы кдм ~ Я5/Я2 должен изменяться в достаточно больших пределах, то большой номинал резистора Я2 устанавливать нежелательно (Я2=15—20 кОм). В связи с этим необходимо выбрать конденсатор С сравнительно большого номинала. В то же время обычный электролитический конденсатор включать на входе ОУ нежелательно из-за опасности изменения полярности входного напряжения относительно установленного напряжения на выходе усилителя, так как на выходе ФНЧ напряжение может изменяться значительно (от 2 до 10 В). Поэтому на входе схемы ОУ включены два электролитических конденсатора N и N2 ёмкостью 68 мкФ встречно-последовательно по своим полярным выводам.

Коэффициент передачи инвертирующего усилителя регулируется путём изменения сопротивления переменного резистора Я5.

Неинвертирующий сумматор выполнен на втором ОУ микросхемы AD822AR. Схема неинвертирующего сумматора представлена на рис. 4.

При проведении экспериментальных исследований выход сумматора соединяется с модулирующим входом ИФМ. Один вход сумматора может быть соединён через интегратор с выходом ИМС, а второй вход — с выходом ФНЧ через инвертирующий усилитель. Напряжение питания однополярное И = 10А.

Условием нормальной работы неинвертирующего сумматора является: = Я = Я2, К-1 = Яя /п , где п — число входов (в данном случае два).

Схема ЧМЦСЧ с элементами дополнительного кольца авторегулирования смонтирована на двусторонней печатной плате с использованием безвыводных резисторов типа Я-063-0,1 фирмы Воигш, безвыводных конденсаторов СК-0603 и СТ-В фирмы Spraque, транзисторов и варикапов в корпусе SOT-23 и с применением поверхностного монтажа.

Рис. 4. Схема неинвертирующего сумматора на ОУ D822AR

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент на ПМ № 62310 РФ, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией / С.Л. Анисимов, Е.А. Печенин, П.А. Попов. — № 2006143175; Заявл. 07.12.06; Опубл. 27.03.07. — Бюл. № 9.

2. Курилов И.А., Анисимов С.Л. Автоматическая компенсация частотных искажений в двухкольцевых частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот // Радиотехника. — 2008. — №9. — С. 91—93.

3. Патент на ПМ № 71487 РФ, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18. Цифровой синтезатор частот / О.В. Чёткин, Е.А. Печенин, П.А. Попов, И.П. Усачев. — № 2007139341/22; Заявл. 25.10.07; Опубл. 10.03.08. — Бюл. № 7.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ СТАТЬИ:

Чёткин Олег Викторович. Начальник группы регламентных и монтажных работ отделения технической эксплуатации инженерно-технических средств охраны и надзора.

ФГУ ЦИТО УФСИН России по Воронежской области.

E-mail: olegnetpro@rambler.ru

Россия, 394088, г. Воронеж, ул. Ген.Лизюкова, 2а. Тел. (4732) 463-963.

Chyotkin Oleg Victorovich. The chief of procedural and installation activity group of the branch of technical maintenance of security means and supervision of the Ministry of justice of Russia on Voronezh region.

Work address: Russia, 394088, Voronezh, Gen. Lizukov street, 2a. Tel. (4732) 463-963.

Ключевые слова к статье: тандемные синтезаторы частот; дополнительное кольцо авторегулирования; инвертирующий усилитель.

Keywords: tandem synthesizer of frequency; additional ring of autoregulation; inverting amplifier.

УДК 621.396.42