Схемы ДПКД

Делители с переменным коэффициентом деления ДПКД строят на основе счетчиков импульсов. Однако на современном уровне технологии декадные счетчики, реализующие целочисленный ряд коэффициентов деления, работают на частотах, не превышающих сотни мегагерц, тогда как частоты ГУН лежат в диапазоне 300…6000 МГц. Для этих частот разработаны делители с переключаемым коэффициентом деления , например, 32/33, 64/65 или 127/128. Эти делители иногда называют предварительными (prescaler). Для получения требуемого целочисленного ряда N_ДПКД используют схему делителя рис. 2.33.

Результирующий коэффициент деления

(2.49)

где A и B – коэффициенты деления декадных счетчиков.

Работа ДПКД состоит из двух фаз. В первой фазе делители A и B установлены в первоначальное состояние, а делитель находится в состоянии деления на . Коэффициент деления A лежит в пределах 0…(N − 1), а B > A.

Рис. 2.33. Схема ДПКД с предварительным делителем частоты

После того, как в процессе счета делитель A обнулен, импульс на его выходе сбрасывает триггер управления, что переключает счетчик в состояние деления на N, и следует вторая фаза работы делителя. В конце счета обнуляется делитель B. При этом он генерирует выходной импульс схемы, который также производит начальную установку счетчиков A и B и восстанавливает исходное состояние триггера. Таким образом схема приготовлена к новому циклу деления. Ограничением схемы (рис. 2.33) является то, что целочисленный ряд N_ДПКД начинается с величины N ² – N.

Пример. В схеме синтезатора, рассмотренной в разд. 2.5, N_{ДПКД max} = 9600; N_{ДПКД min} = 9350. Выберем , и в соответствии с (2.49)

,

где Ent – целая часть, – остаток от деления .

Для N_ДПКД = 9350: B = 146, A = 6; N_ДПКД = 9600: B = 150, A = 0.

Начальную установку A и B производит микроконтроллер, управляющий синтезатором.

2.10. Прямой цифровой метод синтеза
(синтез частот с накоплением фазы)

При прямом цифровом синтезе гармоническое колебание (синусоиду) строят по точкам, записанным в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) отсчетов. Например, представим синусоиду в виде последовательности ее 16 отсчетов (n = 0…15) с постоянным периодом выборки (рис. 2.34, а). Отсчеты синусоиды хранят в ПЗУ в виде массива с возрастающей адресацией.

Для синтеза синусоиды используем схему рис. 2.35. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) формирует синхроимпульсы с тактовой частотой f_T (обратная величина – период выборки T_T = 1/f_T). В формирователе адреса на каждом такте происходит увеличение адреса, что соответствует изменению номера отсчета n на инкремент Δ n. Сформированный адрес по шине адреса (ША) подают в ПЗУ отсчетов, откуда считывают число, соответствующее текущему номеру точки. Это число по шине данных (ШД) следует в ЦАП с запоминанием, который формирует ступенчатую функцию (рис. 2.34). Установленный за ЦАП ФНЧ отфильтровывает огибающую ступенчатого напряжения, формируя на выходе синтезатора гладкую синусоиду.

Рис. 2.34. Временные диаграммы
синтеза синусоидального напряжения: а – б –

Поясним описанный процесс на примере. Пусть f_T = 40 МГц, число отсчетов синусоиды 16, инкремент отсчетов Δ n = 1. С частотой f_т (T_т = 25 нс) с ПЗУ отсчетов на ЦАП следуют выборки синусоиды, так что на выходе синтезатор формирует колебания с частотой

Если менять инкремент отсчетов, будет меняться выходная частота синтезатора. Так, взяв Δ n = 2, получим синусоиду на рис. 2.34, б, частота которой При Δ n = 3 – при Δ n = 4 – Здесь важно подчеркнуть, что тактовая частота f_T = const.

Используя нумерацию отсчетов (рис. 2.34), запишем последовательность выборок n при генерации каждой из четырех частот:

f₁ – n = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 0…

f₂ – n = 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 0…

f₃ – n = 0, 3, 6, 9, 12, 15, 2, 5, 8, 11, 14, 1, 4, 7, 10, 13, 0…

f₄ – n = 0, 4, 8, 12, 0…

В рассмотренном примере частота – максимальная выходная частота синтезатора. Для синтеза синусоиды с постоянной амплитудой необходимы, как минимум, 4 отсчета за период, поэтому синтезатор генерирует колебания в диапазоне частот от до , где , а – частота сетки синтезатора. Переключение частот производит блок управления установкой инкремента адреса. В литературе накапливающий сумматор, состоящий из блоков установки инкремента адреса и формирования адреса, называют аккумулятором фазы [9].

Рис. 2.35. Схема прямого цифрового синтеза синусоиды

ФНЧ на выходе схемы неперестраевыемый, поскольку постоянна. Его полоса пропускания чуть больше , так как все генерируемые частоты лежат в диапазоне 0… . ФНЧ фильтрует тактовую частоту , ее гармоники и комбинационные частоты (рис. 2.36). Наиболее подходят для синтезаторов прямого цифрового синтеза чебышевские фильтры.

Рис. 2.36. Фильтрация гармоник тактовой частоты
и комбинационных составляющих на выходе синтезатора

Стабильность выходной частоты обеспечивает ГТИ, который стабилизируют кварцем.

В настоящее время выпускают рассматриваемые синтезаторы в виде больших интегральных схем, включающих и ЦАП. В более качественных вариантах синтезаторов используют ЦАПы с 12…14 разрядами и высокостабильными характеристиками. Соответственно разрядность отсчетов синусоиды также 12…14 и ошибки при синтезе синусоиды составляют 2^–12…2^–14. Реальное отношение сигнал/помеха синтезатора находится на уровне –70 дБ, что, в частности, обусловлено переходными процессами (выбросами) при переключении ЦАП.

Сегодня схемы прямого цифрового синтеза работают до частот 100 МГц ( = 400 МГц). При этом они позволяют получить высокостабильные колебания с мелкой сеткой (единицы герц).

Прямой метод синтеза широко используют при генерации цифровых модулирующих сигналов, так как в ПЗУ отсчетов можно записать сигналы любой формы (см. разд. 4).