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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sintetizador de laboratório de microondas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O problema da estabilidade de frequência em transceptores sempre existiu. Em frequências relativamente baixas (até 100-150 MHz), foi resolvido usando ressonadores de quartzo, em frequências mais altas (400 MHz) - usando ressonadores de onda acústica de superfície (ressonadores SAW), enquanto ressonadores dielétricos de alto Q são frequentemente usados para estabilizar frequências ultra-altas, cerâmica ou outros ressonadores de alta qualidade [1]. Os métodos descritos de estabilização com a ajuda de componentes passivos têm suas vantagens - simplicidade e custo de implementação relativamente baixo, mas sua principal desvantagem é a impossibilidade de qualquer ajuste de frequência significativo sem alterar o elemento de configuração de frequência - o ressonador. A impossibilidade de sintonização eletrônica rápida da frequência operacional, mantendo sua estabilidade, limita drasticamente o uso de dispositivos de rádio, não permitindo, por exemplo, implementar multicanal.
Os sintetizadores de frequência integrados de várias empresas estrangeiras, que agora são amplamente utilizados, possibilitam a sintonização eletrônica rápida da frequência de trabalho, incluindo ultra-alta, mantendo sua alta estabilidade. Tais sintetizadores de frequência são do tipo direto e indireto [2]. As vantagens da síntese direta incluem alta velocidade com um pequeno passo de grade de frequência, mas devido à necessidade de filtrar um grande número de componentes espectrais causados por inúmeras transformações de sinal não lineares, dispositivos de síntese direta raramente são usados em circuitos de micro-ondas [3]. Para a síntese de frequências de micro-ondas, normalmente são usados sintetizadores do tipo indireto, ou sintetizadores com loop de bloqueio de fase (PLL). Existem dois tipos principais de sintetizadores PLL integrados - programáveis, nos quais os valores de frequência são definidos por um microcontrolador externo por meio de um barramento de três fios, e não programáveis, onde os coeficientes de divisão dos divisores de frequência internos são fixos e a frequência de referência é definida por um ressonador de quartzo externo. Em circuitos de micro-ondas simples, geralmente são utilizados sintetizadores integrados não programáveis, por exemplo, MC12179 da Motorola [4], cujas desvantagens incluem a necessidade de uma escolha precisa de um ressonador de quartzo, o que nem sempre é possível. Os sintetizadores de frequência programáveis, como o UMA1020M da Philips, não têm essa desvantagem e, como os sistemas de comunicação modernos sempre possuem um microcontrolador de controle, é tecnicamente fácil programar esse sintetizador. Os auto-osciladores da faixa de micro-ondas são usados na forma de módulos funcionalmente completos feitos com tecnologia híbrida [5].
Um exemplo de aplicação das soluções descritas é um sintetizador de micro-ondas de laboratório simples, que permite gerar e estabilizar a frequência na faixa de 1900 - 2275 MHz com alta precisão, proposto neste artigo. O diagrama de blocos do sintetizador projetado mostra-se no figo. 1., aparência - na Fig.2. Como você pode ver em seus diagramas, o sintetizador consiste em um oscilador controlado por tensão (VCO ou VCO) JTOS-2200 da Mini-Circuits JTOS-2200, um sintetizador de frequência integrado UMA-1020M e um microcontrolador Z86E0208PSC da Zilog.
O sinal de micro-ondas gerado pelo VCO é alimentado na saída do sintetizador de laboratório e na entrada do divisor de frequência programável principal incluído no circuito UMA-1020M.
O sinal de referência gerado pelo oscilador de cristal JCO-8 é alimentado a um divisor de frequência programável auxiliar, que também está incluído no circuito UMA-1020M. O diagrama estrutural do UMA-1020M é mostrado na fig. 3, a documentação técnica detalhada do UMA-1020M pode ser encontrada no site do fabricante philips.de/. Os coeficientes de ambos os divisores - principal e auxiliar - são definidos pelo microcontrolador Z86E0208PSC em um barramento de três fios (dados DADOS, relógio CLK e habilitação / HABILITAÇÃO de gravação). O diagrama de blocos do microcontrolador Z86E0208PSC é mostrado na fig. 4. A ROM interna do microcontrolador é suficiente para programar sete frequências diferentes e um modo de teste. Valores de frequência específicos (ou modo de teste) são definidos por jumpers na placa de circuito impresso do sintetizador de laboratório. Antes de carregar o próximo valor de frequência no sintetizador integrado, o microcontrolador pesquisa a porta conectada aos jumpers e, de acordo com os dados recebidos, seleciona um ou outro firmware. O novo valor de frequência é definido automaticamente quando a placa sintetizadora é ligada. O algoritmo de programação do sintetizador para o microcontrolador Z86E0208PSC é mostrado na fig. 5, a listagem do programa é fornecida em Institute-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html.
Mais detalhes sobre a programação de microcontroladores da Zilog podem ser encontrados em [6, 7], a documentação técnica completa está disponível em zilog.com. Uma característica do VCO JTOS-2200 usado é a faixa de tensão de sintonia: de 0.5 a 5 Volts. Ou seja, se o valor da tensão de sintonia for inferior a 0.5 Volts, o fabricante não garante a geração de oscilação estável. Os experimentos realizados mostraram a veracidade desta afirmação. O princípio de funcionamento do PLL, bem como a metodologia de cálculo do filtro de realimentação (filtro Loop), são amplamente e repetidamente considerados na literatura técnica [8], portanto, este artigo não é considerado. Existem vários programas gratuitos disponíveis para calcular filtros de feedback, que podem ser encontrados online em analog.com ou national.com. Para controlar o funcionamento correto do circuito do sintetizador, um LED é instalado na placa, cujo brilho indica um erro na síntese de frequência. Quando o sintetizador está funcionando corretamente, o LED não deve acender, mas esta função pode ser desabilitada por software. O preço de custo do sintetizador de laboratório montado não excede $ 30. Existem duas maneiras de reduzir o custo do dispositivo proposto: primeiro, você pode combinar a fonte de quartzo das oscilações de referência do sintetizador e do microcontrolador, lembrando que a frequência máxima de clock do Z86E0208PSC é de 8 MHz, enquanto que para o UMA- 1020M pode estar dentro de 5-40 MHz. Em segundo lugar, VCOs podem ser desenvolvidos independentemente em transistores ou circuitos integrados amplificadores usando a técnica dada em [9, 10].
Literatura
Autores: N.A. Shturkin, I.V. Malygin; Publicação: cxem.net
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