/>Содержание
Введение
1. Частотно-фазовыедетекторы
2. Цифровые элементысистем регулирования амплитуды колебаний
Заключение
Список литературы
Введение
Радиопередающиеустройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного ирадиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитиемикроэлектроники, аналоговой и цифровой микросхемотехники, микропроцессорной икомпьютерной техники оказывает существенное влияние на развитие радиопередающейтехники как с точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, таки с точки зрения улучшения ее эксплуатационных показателей. Это достигается засчет использования новых принципов построения структурных схем передатчиков исхемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые способыформирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, имеющихразличные частоты и уровни мощности.
Основным направлениемразвития систем связи является обеспечение множественного доступа, при которомчастотный ресурс совместно и одновременно используется несколькими абонентами.К технологиям множественного доступа относятся TDMA, FDMA, CDMA и их комбинации. При этом повышаюттребования и к качеству связи, т.е. помехоустойчивости, объему передаваемойинформации, защищенности информации и идентификации пользователя и пр. Этоприводит к необходимости использования сложных видов модуляции, кодированияинформации, непрерывной и быстрой перестройки рабочей частоты, синхронизациициклов работы передатчика, приемника и базовой станции, а также обеспечениювысокой стабильности частоты и высокой точности амплитудной и фазовой модуляциипри рабочих частотах, измеряемых гигагерцами. Что касается систем вещания,здесь основным требованием является повышение качества сигнала на сторонеабонента, что опять же приводит к повышению объема передаваемой информации всвязи с переходом на цифровые стандарты вещания. Крайне важна также стабильностьво времени параметров таких радиопередатчиков — частоты, модуляции. Очевидно,что аналоговая схемотехника с такими задачами справиться не в состоянии, иформирование сигналов передатчиков необходимо осуществлять цифровыми методами.
1 Частотно-фазовые детекторы
Одним из главныхэлементов цифровых синтезаторов с косвенным синтезом частоты можно назватьфазовый дискриминатор. Аналогичные устройства применяют в любых цифровыхсистемах фазовой автоподстройки частоты, используемых как для синтеза колебанийс постоянной частотой, так и для частотной или фазовой модуляции и демодуляцииВЧ сигналов. Параметры фазового дискриминатора определяют наивысшую рабочуючастоту петли ФАПЧ, а также такие важнейшие показатели, как ширина полосызахвата и полосы удержания петли ФАПЧ.
В цифровых системах ФАПЧ,в основном, используют следующие виды фазовых дискриминаторов:
· фазовый детектор на логическомэлементе «Исключающее ИЛИ»;
· фазовый детектор на JK-триггере;
· цифровой частотно-фазовый детектор(ЧФД).
Первые два типадетекторов характеризуются тем, что на их выходе присутствует постоянноенапряжение, пропорциональное сдвигу фаз при равенстве частот входного иопорного сигналов, и биения, частота которых зависит от разности частот этихсигналов, если эти частоты не равны. При этом биения могут иметь в некоторомдиапазоне расстроек постоянную составляющую, приводящую петлю ФАПЧ в концеконцов к захвату частоты входного сигнала, но при достаточно большой частотнойрасстройке биения становятся практически гармоническими и захват частотыявляется уже невозможным. Ясно, что при этом полоса захвата системы уже полосыудержания. В отличие от них, у цифрового частотно-фазового детектора при любыхчастотных расстройках на выходе нет биений, но присутствует постоянноенапряжение, подстраивающее регулируемый генератор так, чтобы уменьшить этурасстройку. Таким образом, выходное напряжение ЧФД является функцией какразности фаз, так и разности частот поступающих на него колебаний. Благодаряэтому в системе ФАПЧ, содержащей цифровой частотно-фазовый детектор, полосазахвата равна полосе удержания.
/>
Рис.1
На рис.1 показанаструктура простейшего цифрового ЧФД, построенного на двух D-триггерах. Состояния их выходовопределяют работу транзисторных ключей VT1, VT2следующим образом.
Q1=1, Q2=1 — элемент «логическое И» DD3 выставляет на своем выходе 1, которая через устройствозадержки подается на входы CLRтриггеров, сбрасывая их выходы в 0.
Q1=0, Q2=0 — оба ключа разомкнуты, выход ЧФД — в третьем состоянии.
Q1=1, Q2=0 — ключ VT1замкнут, VT2 разомкнут, на выходе ЧФД 1.
Q1=0, Q2=1 — ключ VT1разомкнут, VT2 замкнут, на выходе ЧФД 0.
Рассмотрим поведениесхемы в случае, когда частота сигнала на Входе 1 выше частоты на Входе 2,рис.2.5.1.2а. Из рисунка видно, что при этом единица на выходе ЧФД будетпоявляться чаще, чем 0 (триггеры срабатывают по положительному фронту насинхровходе), и частота ГУН будет подтягиваться выше, к частоте опорногогенератора (предполагается, что ГУН выполнен с использованием варикапа). Этобудет продолжаться до тех пор, пока частоты не станут равными, что приведет кзахвату частоты ГУН. В случае, когда в исходном состоянии частота ГУНзначительно выше частоты опорного генератора, на выходе ЧФД будет преобладать0, понижая частоту ГУН вплоть до ее захвата петлей ФАПЧ.
/>
Рис. 2.
Поведение ЧФД в режимесинхронизации (захвата) показано на рис. 2б. Оно является типичным для цифровыхфазовых детекторов, обычно вырабатывающих импульсы, длительность которыхпропорциональна сдвигу фаз между входными импульсами. Элемент задержки в этомрежиме играет важную роль, не давая выходным импульсам сократить своюдлительность до 0, что привело бы к переходу ключей в третье состояние наотносительно долгое время, большее нескольких периодов входных сигналов. Притакой ситуации ЧФД перестает управлять работой ГУН на некоторое время, ичастота последнего дрейфует в неопределенном направлении, пока разность фаз недостигнет такой величины, при которой петля ФАПЧ снова сможет захватить частотуГУН. После этого описанный цикл повторится снова, т.е. будут присутствоватьнизкочастотные паразитные флуктуации фазы ГУН, которые существенно испортятчистоту спектра его колебания. Как было сказано, элемент задержки в составе ЧФДпозволяет избежать этого неприятного явления.
Современные ЧФДвыпускаются в виде ИМС, и могут работать на частотах до 200 МГц, чтопозволяет их использовать в ПЧ трактах радиопередающих устройств современныхстандартов связи. Они имеют средства для устранения зоны нечувствительности пофазе, расположенной в центре фазовой характеристики (о ней речь шла выше).Примером такой микросхемы может послужить AD9901, структура которой представлена на рис. 3. Принципиальноона отличается от рассмотренной выше наличием делителей частоты входныхсигналов на D-триггерах, Они обеспечивают фазовомудискриминатору, выполненному на элементе «Исключающее ИЛИ», прямоугольныеколебания для улучшения его работы, а также сдвигают зону нечувствительности изцентра фазовой характеристики на ее края, т. е. в точки -2pi, 0.
/>
Рис. 3.
/>
Рис. 4
Вид характеристики такогоЧФД показан на рис. 4., где видны зоны нечувствительности и нелинейности взависимости от рабочей частоты детектора.
2. Цифровые элементысистем регулирования амплитуды колебаний
/>
К таким элементамотносятся детекторы амплитуды колебаний (detector-controller) и усилителиВЧ/СВЧ с программно регулируемым коэффициентом усиления. Кратко ознакомимчитателя с их работой.
Линейный амплитудныйдетектор AD8314 (рис.5) и логарифмический амплитудный детектор AD8313 имеют схожие структурные схемы,состоящие из каскада усилительных ячеек, на выходе каждой из которых включендиодный детектор амплитуды. Отличаются эти устройства тем, что в первом из нихскладываются напряжения детекторных ячеек, а во втором – их токи, чтообеспечивает, соответственно, линейный и логарифмический режимы их измерений. Впервом случае динамический диапазон составляет 45 дБ, а во втором70 дБ при рабочих частотах 0.1...2.5 ГГц. AD8314 вырабатывает два постоянных напряжения, одно из которыхвозрастает, а другое уменьшается от некоторого заданного уровня при увеличенииамплитуды сигнала. Такие устройства, в отличие от диодных детекторов, имеют нетолько большой динамический диапазон, но и превосходную температурную стабильность,что делает их незаменимыми для применения в цепях контроля параметровпередатчиков.
Отметим, что существуюттакже аналогичные детекторы для измерения среднеквадратического значениямощности сигнала (ИМС AD8361).
/>
Рис.5.
В качестве примераусилителя ВЧ/СВЧ с программно управляемым коэффициентом усиления можно привестиИМС AD8370, структурная схема которой представлена на рис.6. Она способнаработать в диапазоне частот от сотен кГц до 700 МГц с низким уровнемнелинейных искажений и низким коэффициентом шума. Аттенюатор управляется вдиапазоне регулировки 28 дБ с шагом 1-2 дБ 7-битным словом,последовательно загружаемым в приемный регистр. При необходимости можно программноувеличить коэффициент передачи предварительного усилителя на 17 дБ. Такойусилитель может работать как предварительный УВЧ передатчиков базовых станциймобильной связи, обеспечивать согласование с ПАВ-фильтрами и т.д.
/>
Рис.6.
Заключение
Основным направлениемразвития систем связи является обеспечение множественного доступа, при которомчастотный ресурс совместно и одновременно используется несколькими абонентами.К технологиям множественного доступа относятся TDMA, FDMA, CDMA и их комбинации. При этом повышаюттребования и к качеству связи, т.е. помехоустойчивости, объему передаваемойинформации, защищенности информации и идентификации пользователя и пр. Это приводитк необходимости использования сложных видов модуляции, кодирования информации,непрерывной и быстрой перестройки рабочей частоты, синхронизации циклов работыпередатчика, приемника и базовой станции, а также обеспечению высокойстабильности частоты и высокой точности амплитудной и фазовой модуляции прирабочих частотах, измеряемых гигагерцами. Что касается систем вещания, здесьосновным требованием является повышение качества сигнала на стороне абонента,что опять же приводит к повышению объема передаваемой информации в связи спереходом на цифровые стандарты вещания. Крайне важна также стабильность вовремени параметров таких радиопередатчиков — частоты, модуляции. Очевидно, чтоаналоговая схемотехника с такими задачами справиться не в состоянии, и формированиесигналов передатчиков необходимо осуществлять цифровыми методами
Список литературы
1. Кириллов С.Н., Бодров О.А.,Макаров Д.А. Стандарты и сигналы средств подвижной радиосвязи. Рязань: РГРТА.1999.
2. Гольцова М. Широкополосные ЦАП:борьба на рынке коммуникационных систем усиливается. // Электроника. 2001. №2.
3. Bluetooth: устройства всех стран,соединяйтесь!… без проводов. // Электроника. 2000. №5.
4. Уолт Кестер, Джеймс Брайэнт.Аналого-цифровые преобразователи для задач цифровой обработки сигналов. www.analog.com.ru/public/3.pdf
5. Проектирование радиопередатчиков:Учеб. пособие для вузов. / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь. 2000.654 с.