マイクロ波研究所用シンセサイザー。スキーム、説明

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マイクロ波実験用シンセサイザー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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トランシーバーの周波数安定性の問題は常に存在します。比較的低い周波数 (最大 100 ～ 150 MHz) では水晶共振器を使用して問題を解決し、より高い周波数 (400 MHz) では表面弾性波共振器 (SAW 共振器) を使用して解決しましたが、超高周波は多くの場合、高 Q セラミックで作られた誘電体共振器またはその他の高 Q 共振器によって安定化されます [1]。

受動部品の助けを借りて説明した安定化方法には、実装が簡単で比較的低コストであるという利点がありますが、主な欠点は、周波数設定要素である共振器を変更せずに大幅な周波数調整が不可能であることです。安定性を維持しながら動作周波数を高速に電子的に調整することは不可能であるため、無線デバイスの使用が大幅に制限され、たとえばマルチチャネルの実装ができなくなります。

マイクロ波実験用シンセサイザー、シンセサイザーのブロック図

現在広く使用されているさまざまな外国企業の統合周波数シンセサイザーにより、高い安定性を維持しながら、超高周波を含む動作周波数の高速電子チューニングを実行できます。このような周波数シンセサイザーには、直接型と間接型があります [2]。直接合成の利点には、小さな周波数グリッドステップによる高速性が含まれますが、多数の非線形信号変換によって生じる多数のスペクトル成分をフィルタリングする必要があるため、直接合成デバイスがマイクロ波回路で使用されることはめったにありません [3]。マイクロ波周波数の合成には、通常、間接型のシンセサイザー、またはフェーズロックループ (PLL) を備えたシンセサイザーが使用されます。

統合型 PLL シンセサイザーには主に 12179 つのタイプがあります。4 つはプログラマブルで、1020 線バスを介して外部マイクロコントローラーによって周波数値が設定されます。もう 5 つは非プログラマブルで、内部分周器の分周係数は固定されており、基準周波数は外部水晶共振器によって設定されます。単純なマイクロ波回路では、通常、プログラム不可能な統合シンセサイザー、たとえば Motorola の MCXNUMX [XNUMX] が使用されますが、その欠点には、常に可能であるとは限らない水晶共振器の正確な選択が必要であることが含まれます。フィリップスの UMAXNUMXM などのプログラマブル周波数シンセサイザーにはこの欠点がなく、最新の通信システムには常に制御マイクロコントローラーがあるため、このようなシンセサイザーをプログラムするのは技術的に簡単です。マイクロ波範囲の自己発振器は、ハイブリッド技術を使用して作成された機能的に完全なモジュールの形で使用されます [XNUMX]。

マイクロウェーブラボシンセサイザー、シンセサイザーの登場

説明されているソリューションの応用例としては、この記事で提案されている、1900 ～ 2275 MHz の範囲の周波数を高精度で生成および安定化できる簡単な実験室用マイクロ波シンセサイザーがあります。

設計されたシンセサイザーのブロック図を図に示します。 1.、外観 - 図2。図からわかるように、シンセサイザーは、Mini-Circuits JTOS-2200 の電圧制御発振器 (VCO または VCO) JTOS-2200、統合周波数シンセサイザー UMA-1020M、および Zilog の Z86E0208PSC マイクロコントローラーで構成されています。

マイクロ波ラボシンセサイザー UMA-1020M ブロック図

VCO によって生成されたマイクロ波信号は、ラボ用シンセサイザーの出力と、UMA-1020M 回路に含まれるメインのプログラマブル分周器の入力に供給されます。

マイクロウェーブラボシンセサイザーのブロック図 Z86E02

JCO-8 水晶発振器によって生成された基準信号は、UMA-1020M 回路にも含まれる補助プログラマブル分周器に供給されます。 UMA-1020Mの構造図を図に示します。 3、UMA-1020M の詳細な技術文書は、メーカーの Web サイト philips.de/ でご覧いただけます。メインと補助の両方の分周器の係数は、86 線式 (DATA データ、CLK クロック、および書き込みイネーブル /ENABLE) バス上の Z0208E86PSC マイクロコントローラーによって設定されます。 Z0208E4PSC マイクロコントローラーのブロック図を図に示します。 XNUMX. マイクロコントローラーの内部 ROM は、XNUMX つの異なる周波数と XNUMX つのテストモードをプログラムするのに十分です。特定の周波数値（またはテストモード）は、実験室用シンセサイザーのプリント基板上のジャンパによって設定されます。

次の周波数値を統合シンセサイザーにロードする前に、マイクロコントローラーはジャンパーに接続されているポートをポーリングし、受信したデータに従って 86 つまたは別のファームウェアを選択します。新しい周波数値は、シンセサイザーボードの電源がオンになると自動的に設定されます。 Z0208E5PSC マイクロコントローラーのシンセサイザープログラミングアルゴリズムを図に示します。 XNUMX、プログラムのリストは、institute-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html にあります。

マイクロ波ラボシンセサイザー、アルゴリズム

Zilog のマイクロコントローラーのプログラミングに関する詳細は、[6、7] に記載されています。完全な技術文書は、zilog.com で入手できます。

使用されている VCO JTOS-2200 の特徴は、0.5 から 5 ボルトまでのチューニング電圧範囲です。つまり、チューニング電圧値が 0.5 ボルト未満の場合、メーカーは安定した発振生成を保証しません。実施された実験は、この声明の真実性を示しています。

PLL の動作原理、およびフィードバックフィルター (ループフィルター) の計算方法は、技術文献 [8] で非常に広く繰り返し検討されているため、この記事は考慮されていません。フィードバックフィルターを計算するための無料プログラムがいくつかあります。

シンセサイザー回路の正しい動作を制御するために、ボードにLEDが取り付けられており、その輝きは周波数合成のエラーを示します。シンセサイザーが正常に動作している場合、LED は点灯しないはずですが、この機能はソフトウェアで無効にすることができます。

組み立てられたラボ用シンセサイザーの原価は 30 ドルを超えません。提案されたデバイスのコストを削減するには 86 つの方法があります。まず、Z0208E8PSC の最大クロック周波数が 1020 MHz であることを思い出しながら、シンセサイザーとマイクロコントローラーの基準発振のクォーツソースを組み合わせることができます。 -5M は 40 ～ 9 MHz の範囲内です。第 10 に、VCO は [XNUMX, XNUMX] で与えられた手法を使用して、トランジスタまたは増幅集積回路上で独立して開発できます。

マイクロ波研究所用シンセサイザー

文学

誘電体共振器 / M.E. イルチェンコ、V.F. ヴジャティシェフ、LG. ガサノフら。エド。自分。イルチェンコ。 - M.: ラジオと通信、1989年。 - 328 ページ: 病気。 - ISBN 5-256-00217-1。
ペストリヤコフ A.V. 周波数合成および安定化デバイス用の集積回路// チップニュース。 - 1996年。 - 第2位。
Lobov V.、Steshenko V.、Shakhtarin B. 直接周波数合成のデジタルシンセサイザー// チップニュース。 - 1997年。 - 第1位。
ワイヤレス半導体ソリューション。モトローラ。デバイスデータ - Vol.1。 DL 110/D、Rev 9。
VCO デザイナーズハンドブック 2001。VCO/HB-01。ミニサーキット。
グラッドシュタイン MA Zilog の Z86 ファミリのマイクロコントローラ。プログラマーズガイド。 - M.: DODEKA, 1999, 96 p.
Z8 アプリケーションノートハンドブック。ザイログ。 DB97Z8X0101.
Starikov O. PLL の方法と高周波信号の合成原理//チップニュース。 - 2001年。 - 第6号。
マイクロ波発振器の設計。アプリケーションノート A008// Hewlett-Packard Co. - 発行番号 5968-3628E (6/99)
Shveshkeyev P. 2.4 ～ 2.5 GHz ISM 帯域の WLAN アプリケーション向け VCO 設計//応用マイクロ波とワイヤレス。 - 2000年。 - 第6位。 - P.100〜115。

著者：N.A.シュターキン、I.V.マリギン、出版物: cxem.net

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