Введение

Введение

В приемопередающей радиостанции, построенной по транссиверной схеме, применяется возбудитель, который при работе на передачу выполняет функцию задающего генератора передатчика, а при работе на прием выполняет функцию первого или второго гетеродина приемника, в зависимости от того, по какой структурной схеме приемник построен.

Для повышения стабильности частот, вырабатываемых возбудителем, необходимо применение кварцевой стабилизации. Если радиостанция работает на одной частоте, то в возбудителе могут быть применены два кварцевых стабилизатора.

Если радиостанция работает в диапазоне частот, то необходимо применить диапазонно-кварцевую стабилизацию. Рассмотрим два способа диапазонно-кварцевой стабилизации.

Один из этих способов – интерполяционный. При этом возбудитель содержит два генератора: один – кварцевый, второй – перестраиваемый. Требуемая частота получается как сумма частот обоих генераторов в любой точке диапазона. Сигнал от кварцевого генератора и от плавного генератора поступают на кольцевой балансный смеситель. Требуемый диапазон частот выделяется фильтром, подключенным к фильтру балансного смесителя, как верхняя боковая полоса частот его спектра.

Частота плавного генератора обязательно должна быть выше частоты кварцевого генератора в N раз. Тогда и стабильность частоты на выходе устройства будет в N раз больше стабильности плавного генератора. Коэффициент кратности N обычно не более 10. Если относительная нестабильность частоты плавного генератора ∆f/f­0=10-3 , то нестабильность частоты интерполяционного генератора будет на порядок меньше, то есть

∆f/f­0=10-4. Такое значение относительной нестабильности частоты не всегда бывает приемлемым.

В идеальном случае относительная нестабильность частоты диапазонного возбудителя в любой точке диапазона должна быть равна относительной нестабильности частоты кварцевого генератора. Для нетермостатированного кварца ∆f/f­0=10-5; для термостатированного кварца ∆f/f­0=10-6 и менее.

Такой результат можно получить в том случае, если в диапазонном возбудителе используется синтезатор частот.

Имеются способы прямого синтеза частот и косвенного синтеза частот.

При прямом способе синтеза частот синтезатор генерирует дискретную сетку. В каждой точке сетки частота формируется путем деления, сложения или вычитания с последующей фильтрацией побочных составляющих, частоты одного кварцевого резонатора. Следует отметить, что в некоторых случаях для формирования частоты в одной точке дискретной сетки приходится использовать несколько ступеней преобразования опорных частот.

Опорные частоты формируются путем последовательного деления на 10 частоты кварцевого резонатора.

Диапазонные возбудители, построенные с использованием синтезатора частот, работающего по принципу прямого синтеза, содержат большое количество радиодеталей и настраиваемых колебательных систем. Они очень сложны схематически и конструктивно. Так же сложна их настройка. Стоимость таких изделий так же высокая, а объем аппаратной части может превышать объем аппаратной части радиостанции.

Таким образом, использование в диапазонном возбудителе методики прямого синтеза частот не выгодно во всех отношениях.

Методика косвенного синтеза частот предполагает наличия в синтезаторе перестраиваемого управляемого автогенератора, частота которого в каждой точке сетки синхронизируется от опорного кварцевого генератора. Имеются аналоговые и цифровые способы синхронизации частоты. Если использовать цифровой способ синхронизации перестраиваемого генератора от опорного кварцевого генератора, то перестройка осуществляется цифровым способом.

Синтезаторы, в которых использована методика косвенного синтеза частот, характеризуется минимальным количеством настроенных колебательных контуров, схемотехнической простотой.

Данный дипломный проект посвящен разработке диапазонного возбудителя для приемопередатчика, в котором применен цифровой синтезатор с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты. Это один из вариантов методики косвенного синтеза частот.

В этом синтезаторе применена специализированная микросхема от синтезатора частот гетеродина телевизионного тюнера. Эта же микросхема используется для формирования несущих частот передатчика.

1.  Разработка структурной схемы диапазонного возбудителя.

Основные структурные блоки диапазонного возбудителя – синтезатор частот и блок управления синтезатора частот.

Синтезатор частот содержит: генератор управляемого напряжения, который вырабатывает две дискретные сетки частот с шагом δf= 10 кГц; f н=26,8..27,8МГц при работе на передачу (несущие частоты передатчика); fг =16,1..17,1МГц (частоты первого гетеродина приемника).

В синтезаторе частот применена интегральная схема КР1015ХК3А, которая содержит все структурные блоки системы ИФАПЧ:

1)  Опорный кварцевый генератор;

2)  Опорный делитель;

3)  Логика управления опорным делителем;

4)  Приемный регистр;

5)  Буквенный регистр;

6)  Поглащающий счетчик;

7)  Логика управления счетчиками;

8)  Буферный усилитель;

9)  Частотно-фазовый дискриминатор;

10) Интегрирующий усилитель.

Согласно Руководящему Техническому Материалу (РТМ) на интегральную схему КР1015ХК3А, она не может работать на частотах fmax­>10МГц. Поэтому в состав синтезатора частот входит СВЧ делитель частоты с переменным коэффициентом деления, на вход которого поступает частота, вырабатываемая управляемым автогенератором.

Сигнал с выхода СВЧ делителя частоты через буферный усилитель поступает на счетные входы поглощающего счетчика и программируемого счетчика (ДПКД). Логика управления счетчика формирует временные диаграммы их работы. Сигнал с выхода поглощающего счетчика управляет СВЧ делителем частоты, переключая его коэффициент деления.

Сигнал с выхода программируемого счетчика поступает на один из входов частотно-фазового дискриминатора. На второй вход частотно-фазового дискриминатора поступает сигнал с выхода опорного делителя.

Частотно-фазовый дискриминатор вырабатывает динамическую ошибку рассогласования фаз и импульсов, вырабатываемых программируемым счетчиком и опорным делителем. Выход частотно-фазового дискриминатора соединен с входом интегрирующего усилителя, который выделяет постоянную составляющую сложного сигнала динамической ошибки. Эта постоянная составляющая, называемая статической ошибкой рассогласования фаз, поступает на один из входов суммирующего усилителя. На второй вход суммирующего усилителя поступает модулирующий сигнал Ωн. Выход суммирующего усилителя соединен с варикапом матрицей генератора управляющего напряжения.

Постоянная времени петли ИФАПЧ значительно больше периода низшей модулирующей частоты. Поэтому петля ИФАПЧ на модулирующий сигнал не реагирует, она поддерживает среднюю частоту установленного канала при отсутствии частотной модуляции.

Интегральная схема КР1015ХК3А удобна для применения в синтезаторе частоты в отношении выбора большого числа значений промежуточной частоты сравнения. Отметим, что значение промежуточной частоты сравнения равно шагу дискретной сетки частот, вырабатываемой управляемым генератором. В нашем случае значение этой частоты fпч=10кГц.

Логика управления опорным делителем позволяет программировать опорный делитель, получая, таким образом, несколько значений промежуточной частоты сравнения fпч от одного опорного кварцевого генератора.

Для работы на каждом из ста каналов поглощающий счетчик и программируемый счетчик необходимо записывать свои, заранее рассчитанные коды предустановки. Эти коды предустановки образуют управляющее слово генератора частот, которые имеют длину 3 байта. Управляющее слово в последовательном коде из блока управления синтезатора частот записывается в приемный регистр, откуда в параллельном коде переписывается в буферный регистр и далее записывается в поглощающий и программируемые счетчики.

Блок управления синтезатора частот содержит:

1)  Устройство формирования адреса каналов и запускающих импульсов;

2)  Устройство формирования ввода синтезатора;

Устройство формирования ввода синтезатора содержит: устройство запуска и привязки; логика формирования синхроимпульсов записи; устройство управления ПЗУ; ПЗУ; мультиплексор.

Управляющие слова хранятся в ПЗУ блоками по 3 байта. При записи синтезатор каждый байт информации из ПЗУ в параллельном коде поступает на информационные входы мультиплексора. На адресные входы мультиплексора поступает трехразрядный параллельный код с шины счетчика разрядов слово управления синтезатором, который запускается синхросерией, вырабатываемой генератором 100кГц. Следующие старшие два разряда счетчика поступают на входы младших разрядов ПЗУ, переключая, таким образом, адреса байтов информации, так как ПЗУ представляет собой энергоемкую интегральную схему, которая используется во время записи управляющего слова синтезатора частот, то устройство управление ПЗУ подключает её к источнику питания только на это время. Все остальное время микросхема ПЗУ от источника питания отключена. Внешний логический сигнал прием\передача поступающий от одноименного переключателя разрешает возможность подключения к микросхеме ПЗУ электропитания. Подключение электропитания происходит во время действия импульсов одного из выходов устройства запуска и привязки.

Устройство запуска и привязки, логика формирования синхроимпульсов записи формируют требуемые временные диаграммы записи управляющего слова синтезатора частот.

Второй выход устройства запуска и привязки и выход логики формирования синхроимпульсов записи соединены соответствующими кодами интегральной схемы КР1015ХК3А. По сигналам с выхода логики формирования синхроимпульсов записи происходит поразрядная запись байтов управляющего слова в приемный регистр. По импульсам с выхода устройства запуска и привязки информация из приемного регистра переписывается в буферный регистр.

Устройство формирования адреса каналов и запускающих импульсов содержит следующие структурные блоки: «внешнее управление»; генератор 1Гц; переключатели установки фиксированного адреса канала; логика управления; реверсивный счетчик адреса каналов; мультиплексор адреса каналов; логика формирования запускающих импульсов.

Возможно два режима установки адреса каналов:

1)  Изменяемый адрес;

2)  Фиксированный адрес.

Адрес канала определяется адресами блоков по 3 байта информации, на которые поделен весь информационный объем ПЗУ. Параллельный код, определяющий адрес канала, поступает на старшие разряды адресных входов ПЗУ с выхода мультиплексора адреса канала. Мультиплексор адреса канала переключает коды адреса, поступающие или от переключателя установки фиксированного адреса канала при работе на фиксированном канале, или реверсивного счетчика адреса канала при работе с изменяемым адресом.

Реверсивный счетчик адреса канала запускается от генератора 1 Гц. Логика управления разрешает работу генератора 1Гц, разрешает работу реверсивного счетчика адреса канала, обнуляет его и переключает мультиплексор адреса канала. Логика управления так же формирует входные импульсы для логики формирования запускающих импульсов.

Структурный блок «внешнее управление» содержит две микрокнопки. При нажатии на одну из кнопок реверсивный счетчик адреса канала считает на сложение, а при нажатии на другую – на вычетание. Логический сигнал, определяющий направление счета, вырабатывает логику управления.

Блок «внешнее управление» так же содержит микротумблер, переключающий режим работы с переменным адресом и фиксированным. При работе с фиксированным адресом генератор 1Гц блокируется, мультиплексор адреса канала переключается таким образом, что на его выходы поступает параллельный адресный код с переключателей установки фиксированного адреса канала.

Цифровой частотомер показывает или номер канала, или несущую частоту передатчика, соответствующую этому каналу.

Диапазонный возбудитель содержит так же второй кварцевый гетеродин, вырабатывающий частоту 11,165МГц.

2.1 Выбор элементной базы.

Элементная база выбирается исходя из двух условий:

1)  Требуемое быстродействие;

2)  Максимальная экономичность активных элементов.

Второе условие следует из технического задания, согласно которому схема должна потреблять минимальный ток от источника питания и быть пригодной для изготовления в виде гибридной интегральной микросборки.

Этим условиям удовлетворяют экономичные операционные усилители и цифровые быстродействующие КМОП-микросхемы. Для уменьшения потребляемой мощности так же могут быть применены особые схемы включения СВЧ-транзисторов в резонансных структурных блоках.

Для построения схемы синтезаторов частот выбираем специализированную микросхему КР1015ХК3А. Эта микросхема при напряжении питания Uпит=5В потребляет ток Iпит=10мА. Делитель частоты КР1507ИЕ1 специально предназначен для совместной работы с микросхемой КР1015ХК3А.

Для построения цифровых структурных блоков диапазонного возбудителя могут быть применены экономичные КМОП-микросхемы серии КР1554, а так же экономичные ТТЛШ-микросхемы серии КР1533. Микросхемы серии КР1554 выполнены в корпусах DIP, могут работать на частотах до 100МГц и имеют выходной ток Iвых=24мА. Такой же выходной ток имеют микросхемы серии КР1533, но они могут работать на частотах до 70МГц. Эти микросхемы так же выполнены в корпусах DIP.

Потребляемая микросхемами КМОП мощность от источника питания зависит от частоты. В динамическом режиме ток потребления состоит из трех составляющих: тока потребления в статическом режиме, тока перезарядки внутренней емкости и сквозных токов. Составляющие тока, вызванная процессом переключения и перезарядки внутренних емкостей трудно разделить, поэтому они рассматриваются совместно и определяются параметром Свн (внутренняя емкость). Динамическая мощность потребления Рд (мкВт) определяется по формуле:

Рд=Свн∙Uпит∙Fвх+N∙(Cм∙ Uпит ∙ Fвых),

где:

Fвх – входная частота (МГц);

Fвых – выходная частота (МГц);

N – количество переключающихся выходов;

Сн – емкость нагрузки (пФ);

Uпит – напряжение питания.

Рисунок 2.1.1

Микросхема КР1507ИЕ1

Таблица истинности микросхемы КР1507ИЕ1:

входы	Коэффициент деления
EZ, вывод 03	W3, вывод 07	W2, вывод 08	W1, вывод 06
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	40 44 20 22 20 22 10 11

Рисунок 2.1.2

Микросхема КР1015ХК3А

Назначение выводов: 01 – выход индикации захвата (OI); 02 – общий (OV, - Uпит); 03 – сток транзистора VT1 (выход интегрирующего фильтра OFI); 04 – затвор транзистора VT1 (выход интегрирующего фильтра IIF); 05 – информационный вход (D), 06 – вход синхросигнала (SYN); 07 – вход тактового импульса перезаписи (Т); 08 – вход поглощающего счетчика и делителя с переменным коэффициентом деления (ID); 09 – напряжение питания (+Uпит); 10 – выход на переключение внешнего делителя типа Р/Р+1; 11 – выход кварцевого резонатора (IDSC); 13 – переключатель коэффициентов деления опорного делителя (шага сетки частот CNF); 14 – выход опорного делителя (ORF); 15 – выход делителя с переменным коэффициентом деления (OFF); 16 – выход частотно-фазового дискриминатора (OF).

2.2 Принципиальная схема синтезатора частот.

Рассмотрим устройство и функционирование синтезатора частот по принципиальной схеме.

Генератор, управляемый питанием, собран на транзисторе VT2 КТ399АМ по схеме с общей базой.

Питание генератора двухполярным напряжением +12В, -12В позволило заземлить базу транзистора, что упростило схему за счет исключения резисторов базового делителя и конденсатора, заземляющего по высокой частоте базу.

Колебательную систему генератора образует катушка индуктивности L8, емкости варикапов VD2,.., VD4 КВ109В и емкость конденсатора С33. Режим работы транзистора VT2 по постоянному току устанавливается переменным резистором R11. При правильно установленном режиме амплитуда высокочастотных колебаний, вырабатываемых генератором, будет максимальной. Резистор R12 – ограничивающий. Если бы его не было, то когда движок переменного резистора R11 находится в верхнем по схеме положении эмиттер транзистора VT2 был бы соединен непосредственно с источником питания -12В и высокочастотные колебания были бы сорваны.