варикапе с очень высокой точностью на относительно длительное время и исключение переходных процессов в момент переключения. Запоминание управляющего напряжения на время до нескольких секунд может быть реализовано только в цифровом виде на основе структуры ЦАП/АЦП. Аналоговый выходной сигнал фазового детектора непрерывно преобразуется с помощью АЦП в цифровой код, который затем поступает на ЦАП и ГУН. Замыкание/размыкание петли ФАПЧ заключается в разрешении/запрещении ЦАП изменять свое состояние в соответствии с поступающим кодом.

5.5. Преобразование частоты в петле ФАПЧ

Функциональная схема преобразователя частоты на основе ФАПЧ, предназначенного для переноса спектра

Рис.5.7. Преобразование частоты в петле ФАПЧ

модулированного колебания с промежуточной на высокую частоту, показана на рис.5.7.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Отличие этой схемы от схемы синтезатора частоты на рис.5.2 заключается в том, что сигналом опорного генератора в данном случае является модулированный на промежуточной частоте внешний сигнал UREF (t) = cos[wIFt + q(t)], а вместо делителя в цепи обратной связи ГУН используются перемножитель и полосовой фильтр. Эти два элемента (перемножитель и фильтр) совместно обеспечивают постоянный частотный сдвиг выходного колебания UVCO (t)

управляемого генератора. Величина частотного сдвига wRF

равна частоте немодулированного колебания, которое поступает на перемножитель от внешнего синтезатора частоты. Полосовой фильтр на выходе перемножителя выделяет сигнал с частотой, равной разности частоты ГУН и частоты постоянного сдвига wRF .

Уравнение, описывающее работу схемы на рис.5.7 относительно частот опорного и управляемого генераторов в области изображений, следует из основного уравнения синтезатора (5.8) при отсутствии внешнего модулирующего сигнала на ГУН и очевидном равенстве единице коэффициентов деления M и N :

где p0 = jwRF - постоянный частотный сдвиг между опорным

и управляемым генераторами.

Сигнал ошибки на выходе фазового детектора определяется разностью фаз частот, которые присутствуют на его входах. Как отмечалось ранее при анализе частотной модуляции в синтезаторе частоты, при угловой модуляции ГУН этот сигнал ошибки практически совпадает с модулирующим сигналом. Будем полагать, что полоса пропускания ФНЧ много больше, чем полоса частот модулирующего сигнала,

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

а сам модулирующий сигнал сосредоточен в узкой области вблизи нулевой частоты. При условии KLPF ( p) »1 и p → 0 уравнение (5.33) может быть записано в частотной области следующим образом:

В уравнении (5.34) учтено, что для схемы на рис.5.7 опорным колебанием wREF ( p) является модулированное

колебание UREF (t) = cos[wIF ×t + q(t)] с центральной частотой wIF . Из уравнения (5.34) также следует, что частота ГУН полностью повторяет частоту опорного сигнала с точностью до постоянного частотного сдвига wRF :

В целом принцип работы схемы переноса частоты очень похож на частотную модуляцию в синтезаторе с использованием дополнительной модуляции опорного генератора. Внешний модулирующий сигнал в схеме на рис.5.7 и есть сигнал от модулированного опорного генератора в схеме синтезатора на рис.5.6. В обоих случаях сигнал ошибки на выходе фазового детектора фактически является модулирующим сигналом. При достаточно широкополосном ФНЧ этот сигнал без искажений поступает на управляющий вход ГУН, обеспечивая частотную модуляцию высокочастотного колебания. Установка выходного ВЧ колебания ГУН на требуемую частоту рабочего канала (5.35) обеспечивается изменением выходной частоты wRF синтезатора, генерирующего сетку

частот в требуемом диапазоне.

Характерной особенностью схемы переноса частоты в петле ФАПЧ является очень чистый выходной сигнал ГУН, практически без комбинационных составляющих. Это объясняется тем, что вся основная фильтрация после

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

нелинейного преобразования в перемножителе осуществляется в baseband диапазоне фильтром низкой частоты.

Из схемы на рис.5.7 также следует, что перенос в петле ФАПЧ может быть совмещен с ограничением или модификацией спектра модулированного сигнала. В частности, в этой схеме можно получить модулированный GMSK сигнал из исходного MSK сигнала. Для этого MSK сигнал на промежуточной частоте поступает в качестве опорного на фазовый детектор, а интегрирующий или пропорционально интегрирующий ФНЧ заменяется фильтром с характеристикой Гаусса. Поскольку сигнал ошибки на выходе фазового детектора является модулирующим сигналом в baseband диапазоне, то установка петлевого фильтра с характеристикой Гаусса позволит сформировать спектр модулирующего сигнала с нужными характеристиками.

5.6.Угловая модуляция и преобразование частоты

вквадратурном смесителе

Угловая модуляция и преобразование несущей частоты модулированного колебания могут выполняться не только в петле ФАПЧ, но и с помощью квадратурного (векторного) смесителя. Причем этот метод становится все более распространенным, так как современная технология позволяет реализовать квадратурный смеситель в единой микросхеме, не требующей регулировки и настройки.

Квадратурный смеситель (векторный преобразователь), функциональная схема которого показана на рис.5.8, может работать как модулятор (частотный или фазовый) или как смеситель (преобразователь) частоты.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

В режиме модуляции на вход LO поступает опорный сигнал cos(ωIFt) на фиксированной промежуточной частоте, на I/Q

UOUT (t) = Q(t)cosωIF t + I(t)cosωIFt = cos[ωIF t + θ(t)]. (5.36а)

сигнал с угловой модуляцией на частоте, равной сумме промежуточной частоты и высокой частоты на входе LO. Работа идеального смесителя на рис.5.8 при произвольной величине промежуточной частоты ωIF описывается

следующим очевидным уравнением:

UOUT (t) = Q(t)cosωct + I(t)cosωIFt =cos[(ωLO + ωIF )t + θ(t)].

(5.36б)

Квадратурный смеситель, как и любой преобразователь частоты, является принципиально нелинейным устройством, выходной сигнал которого описывается бесконечным степенным рядом относительно входного воздействия. Поэтому сигнал на выходе реального смесителя в общем случае имеет следующий вид:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

n=1

где Uin (t) - входной сигнал; U out (t) - выходной сигнал.

Если на входы смесителя поступают два гармонических сигнала различной частоты, то выходной сигнал представляет собой бесконечную сумму гармонических колебаний с частотами, определяемыми классической формулой:

где m, n - целые числа, положительные или отрицательные.

Наличие комбинационных частот на выходе смесителя приводит к необходимости использования полосового фильтра, который выделяет полезную составляющую из выходного спектра, прочие комбинационные составляющие подавляются. Квадратурный смеситель на рис.5.8 вследствие внутренней симметрии подавляет некоторые комбинационные составляющие в выходном спектре, что существенно облегчает последующую фильтрацию. Так, например, комбинационные составляющие второго порядка на выходах каждого перемножителя, в соответствии с

(5.37), равны

UC2 (t) = A2[U1 cos(ω1t) +U2 cos(ω2t)]2 =

−U1U2 cos[(ω1 − ω2 )]t +U1U2 cos[(ω1 + ω2 )t]}.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Очевидно, что комбинационная составляющая с разностной частотой ω1 − ω2 на выходе сумматора будет отсутствовать.

Полосовой фильтр после смесителя удаляет из спектра выходного сигнала комбинационные составляющие с удвоенными частотами 2ω1 и 2ω2 , так что при

квадратичной характеристике перемножителей результирующий сигнал будет близок к выходному сигналу

амплитудной модуляции.

Зависимость величины паразитной амплитудной модуляции (в процентах) от несимметрии амплитудных A и фазовых Δφ характеристик каналов квадратурного смесителя показана на рис.5.9.

При значительном фазовом небалансе Δφ˚ квадратурных каналов (более 5°) разница в их амплитудных характеристиках A мало влияет на величину паразитной АМ. И наоборот, при фазовых ошибках, близких к 1º, амплитудная несимметрия каналов становится основным

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

источником паразитной АМ в фазомодулированном сигнале. Величина паразитной АМ имеет существенное значение в том случае, когда в приемнике сигналов с угловой модуляцией используется усилитель-ограничитель. Переход амплитудной модуляции в фазовую при ограничении амплитуды сигнала приводит к дополнительной межсимвольной интерференции.

Величина подавления комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала квадратурного смесителя в зависимости от несимметрии каналов определяется по следующей формуле:

нейшей характеристикой, часто имеющей определяющее значение. Дело в том, что требования по допустимому

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com