где и , - девиация частоты генератора 1 и коэффициенты деления делителей частоты 10, 11 соответственно.
Для исключения влияния ЧМ на работу систем регулирования частоты среза ФНЧ в ЦЧФД и ФНЧ должны быть существенно ниже частоты ().
Линейность ЧМ в рассматриваемом модуляторе определяется линейностью характеристики ПЧН, входящего в состав системы линеаризации характеристики управления генератора, действующей по принципу, изложенному в подразд. 2.1, т.е. при определенном коэффициенте передачи сравнивающего устройства достигается привязка характеристики управляемого по частоте генератора к характеристике ПЧН 7. В соответствии с этим и ЧМ в модуляторе (рис.11), реализуемая под влиянием напряжения внешнего модулирующего сигнала, происходит по линейному закону.
Синхронизация несущей частоты (63) управляемого генератора с частотой внешнего генератора производится посредством системы ФАПЧ, принцип действия которой достаточно полно изложен в работе [1].
При несовпадении частот, действующих на входах ЦЧФД, на выходе последнего образуется разность напряжений соответствующей полярности, которая после усиления в ДУ, сумматоре и сравнивающем устройстве воздействует на управляемый генератор так, что его частота совпадает с частотой сигнала внешнего генератора. Более того, из-за достаточно большого коэффициента передачи в цепи регулирования системы ФАПЧ разность фаз между сигналами, действующих на входах ЦЧФД, устанавливается близкой к нулю и всякое изменение частоты внешнего генератора сопровождается подстройкой частоты управляемого генератора так, что эта разность фаз приобретает определенное значение. Таким образом, частоты внешнего генератора и управляемого генератора совпадает с точностью до фазы независимо от состояния первого генератора.
Зная характеристику управления генератора с учетом коэффициента передачи сумматора, который может быть реализован на основе инвертирующей ОС, можно определить требуемый уровень модулирующего напряжения для достижения необходимой девиации частоты выходного сигнала и минимальную модулирующую частоту при соответствующем индексе модуляции, например, .
Характерной особенностью частотного модулятора является то, что при линейной характеристике управляемого генератора и постоянном уровне модулирующего напряжения девиация частоты остается неизменной при перестройке частоты внешнего генератора и, следовательно, частоты генератора.
Практическая реализация всех функциональных блоков, входящих в линейный модулятор (см. рис.11), за исключением ЦЧФД и делителей частоты 10 и 11, которые в простейшем варианте могут быть осуществлены на основе последовательного соединения Т - триггеров, изложена выше. ЦЧФД является наиболее ответственным функциональным блоком, и его принципы построения необходимо рассмотреть отдельно.
5. Цифровой частотно-фазовый демодулятор
Аналоговый фазовый демодулятор (ФД), используемый в системе ФАПЧ [1], обладает существенным недостатком - ограниченной полосой захвата, т.е. система ФАПЧ не работает при первоначальном частотном сдвиге определенной величины, так как данный ФД не формирует управляющего напряжения в правильном направлении. В отличие от аналогового ЦЧФД, представленный на рис.12, при любом фазовом сдвиге вырабатывает сигнал с правильным знаком расстройки сравниваемых частот.
Принцип действия ЦЧФД, содержащего два -триггера D1, D2 и элемент И-НЕ D3, осуществляющий задержку распространения информации, основан на преобразовании сдвига фаз входных импульсных сигналов и (рис.13, а, б) в длительность импульсов на инверсных выходах -триггеров и (рис. 13, в, г).
В исходном состоянии триггеры D1 и D2 формируют единичные сигналы и на их инверсных выходах присутствуют низкие потенциалы (см. рис.13,в,г). С приходом первого импульса из последовательности импульсов (см.рис.13,а) на синхронизирующий вход первый триггер D1 устанавливается в нулевое состояние (см. рис. 13, в), так как его D-вход соединен с общей шиной. При поступлении первого импульса из последовательности импульсов (см. рис. 13, б) на синхронизирующий вход второй триггер D2 также переходит в нулевое состояние (см. рис. 13, г).
Высокие потенциалы с инверсных выходов D-триггеров инвертируются в элементе И-НЕ D3 и нулевой потенциал с его выхода устанавливает D-триггеры в исходное состояние.
Длительность импульсов на инверсном выходе первого D-триггера D1 (см. рис. 13, в) зависит от сдвига фаз между сигналами и , а длительность импульсов на инверсном выходе второго D-триггера D2 определяется задержкой сигнала в используемых ИС и составляет сотые доли микросекунды (короткие импульсы на рис. 13, г).
Такое соотношение между длительностями импульсов на выходах D-триггеров наблюдается при частотах входных сигналов . В случае все происходит наоборот (см. рис. 13, в, г).
При длительность импульсов на инверсных выходах -триггеров D1 и D2 постоянна и зависит от сдвига фаз входных сигналов, причем если
0, то импульсы, пропорциональные сдвигу фаз, присутствуют на выходе первого D-триггера, а если - то на выходе второго D-триггера.
и , выделяя постоянную составляющую импульсов, действующих на выходах -триггеров, формируют фазовую характеристику ЦЧФД (рис. 14)
, (64)
где и - амплитуда и период анализируемых сигналов.
Временной сдвиг (64) пропорционален фазе в пределах , и это определяет линейную область изменения фазы . Выходное напряжение ЦЧФД за пределами данной области в точках а и б скачкообразно уменьшается от до 0 (рис. 13, е, ж), а затем изменяется с сохранением первоначального направления. В связи с этим фазовая характеристика ЦЧФД (см. рис. 14) приобретает пилообразный вид.
Данная характеристика принципиально отличается от характеристики аналогового ФД тем, что выходное напряжение (64) при 0 всегда положительно, а при 0 - всегда отрицательно. Этим и объясняется частотная чувствительность ЦЧФД (рис. 15).
Если, например, частота одного сигнала больше частоты второго сигнала , то фазовый сдвиг возрастает пропорционально времени всегда в положительном направлении. При этом пилообразное напряжение приобретает среднее значение (0). При обратном соотношении частот 0 (см. рис. 15). По данной причине система ФАПЧ с ЦЧФД имеет полосу захвата теоретически бесконечно большую, а на практике ограничивается диапазоном перестройки по частоте используемого управляемого генератора.
Таким образом, рассмотренный ЦЧФД (см. рис. 12) выполняет роль частотного демодулятора (компаратора) при частотах (см. рис. 15) и роль ФД при совпадении анализируемых частот (см. рис. 14).
Номиналы выходных ФНЧ ЦЧФД (см. рис. 12) рассчитывают, исходя из частот среза , которые должны быть намного меньше частоты модуляции :
.
Частотный диапазон работы ЦЧФД определяется предельной частотой функционирования используемых D-триггеров и элемента И-НЕ. При реализации ЦЧФД на основе стандартных ИС 1554-й серии, в состав которой входят двойной D-триггер (1554ТМ2) и 4 элемента И-НЕ (1554ЛА3), рабочий диапазон частот может быть получен до 100 МГц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За последнее время существенно повысился технический уровень электронной техники. Интегральная микросхемотехника в своем развитии достигла высокого уровня. Быстрое развитие требует создания все более точного и сложного автоматизированного технологического оборудования. Однако, вместе с этим мы получаем возможность создания более сложных и совершенных устройств с лучшими характеристиками и параметрами, уменьшение их габаритов.
В процессе выполнения данной курсовой работы мы ознакомились с общими принципами построения таких узлов радиоприемных устройств как различные виды модуляторов, изучили основные методы их проектирования с использованием микросхемотехники. Получили практические навыки проектирования, расчета и моделирования узлов радиоприемника с использованием ПЭВМ.
Исследованию подлежали: линейный частотный модулятор, цифровой частотно-фазовый демодулятор и прецизионный амплитудный модулятор. Разработанные схемы устройств работают в широком диапазоне частот 100-250 МГц с диапазоном управляющих напряжений 0-10 В.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. С в и р и д В.Л. Микросхемотехника аналоговых электронных устройств: Учеб. Пособие для радиотехн. спец. вузов. – Дизайн ПРО, 1998. – 256с.
2. С в и р и д В.Л. Проектирование микроэлектронных устройств: Учеб. Пособие по курсу “Микросхемотехника”: В 4 ч. Ч.2: Методология, основы метрологии, проектирование и расчет электронно-управляемых образцовых проводимостей. – Мн.: БГУИР, 1994. – 76 с.
3. А.с. 1132258 СССР, МКИ3 G 01 R 27/26. Устройство для автоматического измерения параметров нелинейных элементов / В.Л. Свирид. – Заявл. 02.08.83; Опубл. 30.12.84, Бюл. N 48. – 17 с.
4. С в и р и д В.Л. Экспериментальная микросхемотехника: Лаб. Практикум по курсу “Микросхемотехника ”: В 3 ч. Ч. 1: Исследование дифференциальных и операционных усилителей. – Мн.: БГУИР, 1995. – 61 с.
5. С в и р и д В.Л. Электронно-управляемые фазовращатели // Новые информационные технологии в науке и производстве: Материалы международ. науч.-техн. конф. – Мн.: БГУИР, 1998. – С. 189-192.
6. С в и р и д В.Л. Прецизионные источники опорного напряжения на основе полевых транзисторов // Радиотехника и электроника. – Мн.: ЗАО “Юникап”, 1999. – Вып. 24. – С.150-156.
7. С в и р и д В.Л. Метод линеаризации и термостабилизации характеристик нелинейных элементов // Радиотехника – М.: ВНТОРЭиС им. А.С. Попова, 1991. – N11. – С. 56 – 58.
8. С в и р и д В.Л. Измерение полных проводимостей при неблагоприятных соотношениях составляющих // Радиотехника и электроника. – Мн.: Выш. шк., 1975. – Вып. 4. – С. 98 – 104.
9. Пат. 2020616 РФ, МКИ5 G 01 С 27/00. Аналоговое запоминающее устройство / В.Л. Свирид. – Заявл. 25.02.91; Опубл. 30.09.94, Бюл. N 18. - 7 с.
