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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sintetizador de laboratorio de microondas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El problema de la estabilidad de frecuencia en los transceptores siempre ha existido. A frecuencias relativamente bajas (hasta 100-150 MHz), se resolvió usando resonadores de cuarzo, a frecuencias más altas (400 MHz), usando resonadores de ondas acústicas de superficie (resonadores SAW), mientras que los resonadores dieléctricos de alto Q se usan a menudo para estabilizar frecuencias ultraaltas, cerámica u otros resonadores de alta calidad [1]. Los métodos descritos de estabilización con la ayuda de componentes pasivos tienen sus ventajas: simplicidad y costo de implementación relativamente bajo, pero su principal inconveniente es la imposibilidad de un ajuste de frecuencia significativo sin cambiar el elemento de ajuste de frecuencia: el resonador. La imposibilidad de sintonización electrónica rápida de la frecuencia operativa manteniendo su estabilidad limita drásticamente el uso de dispositivos de radio, no permitiendo, por ejemplo, implementar multicanal.
Los sintetizadores de frecuencia integrados de varias compañías extranjeras, que ahora se usan ampliamente, permiten realizar una sintonización electrónica rápida de la frecuencia de trabajo, incluida la frecuencia ultra alta, manteniendo su alta estabilidad. Dichos sintetizadores de frecuencia son de tipo directo e indirecto [2]. Las ventajas de la síntesis directa incluyen alta velocidad con un pequeño paso de rejilla de frecuencia, pero debido a la necesidad de filtrar una gran cantidad de componentes espectrales causados por numerosas transformaciones de señal no lineales, los dispositivos de síntesis directa rara vez se utilizan en circuitos de microondas [3]. Para la síntesis de frecuencias de microondas se suelen utilizar sintetizadores de tipo indirecto, o sintetizadores con bucle de bloqueo de fase (PLL). Hay dos tipos principales de sintetizadores PLL integrados: programables, en los que los valores de frecuencia los establece un microcontrolador externo a través de un bus de tres hilos, y no programables, donde los coeficientes de división de los divisores de frecuencia internos son fijos, y la frecuencia de referencia se establece mediante un resonador de cuarzo externo. En los circuitos de microondas simples, se suelen utilizar sintetizadores integrados no programables, por ejemplo, MC12179 de Motorola [4], cuyas desventajas incluyen la necesidad de una elección precisa de un resonador de cuarzo, lo que no siempre es posible. Los sintetizadores de frecuencia programables, como el UMA1020M de Philips, no tienen este inconveniente y, dado que los sistemas de comunicación modernos siempre tienen un microcontrolador de control, es técnicamente fácil programar un sintetizador de este tipo. Los autoosciladores del rango de microondas se utilizan en forma de módulos funcionalmente completos fabricados con tecnología híbrida [5].
Un ejemplo de la aplicación de las soluciones descritas es un sencillo sintetizador de microondas de laboratorio, que permite generar y estabilizar la frecuencia en el rango de 1900 - 2275 MHz con alta precisión, propuesto en este artículo. El diagrama de bloques del sintetizador diseñado se muestra en la fig. 1., apariencia - en la Fig.2. Como puede ver en sus diagramas, el sintetizador consta de un oscilador controlado por voltaje (VCO o VCO) JTOS-2200 de Mini-Circuits JTOS-2200, un sintetizador de frecuencia integrado UMA-1020M y un microcontrolador Z86E0208PSC de Zilog.
La señal de microondas generada por el VCO se alimenta a la salida del sintetizador de laboratorio ya la entrada del divisor de frecuencia programable principal incluido en el circuito UMA-1020M.
La señal de referencia generada por el oscilador de cristal JCO-8 se alimenta a un divisor de frecuencia programable auxiliar, que también se incluye en el circuito UMA-1020M. El diagrama estructural de UMA-1020M se muestra en la fig. 3, la documentación técnica detallada del UMA-1020M se puede encontrar en el sitio web del fabricante philips.de/. Los coeficientes de ambos divisores, principal y auxiliar, los establece el microcontrolador Z86E0208PSC en un bus de tres hilos (datos de DATOS, reloj CLK y habilitar / ENABLE de escritura). El diagrama de bloques del microcontrolador Z86E0208PSC se muestra en la fig. 4. La ROM interna del microcontrolador es suficiente para programar siete frecuencias diferentes y un modo de prueba. Los valores de frecuencia específicos (o modo de prueba) se establecen mediante puentes en la placa de circuito impreso del sintetizador de laboratorio. Antes de cargar el siguiente valor de frecuencia en el sintetizador integrado, el microcontrolador sondea el puerto conectado a los puentes y, de acuerdo con los datos recibidos, selecciona uno u otro firmware. El nuevo valor de frecuencia se establece automáticamente cuando se enciende la placa del sintetizador. El algoritmo de programación del sintetizador para el microcontrolador Z86E0208PSC se muestra en la fig. 5, la lista del programa se encuentra en instituto-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html.
Se pueden encontrar más detalles sobre la programación de microcontroladores de Zilog en [6, 7]. La documentación técnica completa está disponible en zilog.com. Una característica del VCO JTOS-2200 usado es el rango de voltaje de sintonización: de 0.5 a 5 voltios. Es decir, si el valor del voltaje de sintonización es inferior a 0.5 voltios, el fabricante no garantiza una generación estable de oscilaciones. Los experimentos realizados han demostrado la veracidad de esta afirmación. El principio de funcionamiento del PLL, así como el método para calcular el filtro de retroalimentación (filtro de bucle), se consideran de manera bastante amplia y repetida en la literatura técnica [8], por lo tanto, este artículo no se considera. Hay varios programas gratuitos disponibles para calcular filtros de retroalimentación, que se pueden encontrar en línea en analog.com o national.com. Para controlar el correcto funcionamiento del circuito del sintetizador, se instala un LED en la placa, cuyo brillo indica un error en la síntesis de frecuencia. Cuando el sintetizador funciona correctamente, el LED no debe encenderse, pero esta función puede desactivarse mediante software. El precio de costo del sintetizador de laboratorio ensamblado no excede los $30. Hay dos formas de reducir el costo del dispositivo propuesto: en primer lugar, puede combinar la fuente de cuarzo de las oscilaciones de referencia del sintetizador y el microcontrolador, recordando que la frecuencia de reloj máxima del Z86E0208PSC es de 8 MHz, mientras que para el UMA -1020M puede estar dentro de 5-40 MHz. En segundo lugar, los VCO se pueden desarrollar de forma independiente en transistores o circuitos integrados amplificadores utilizando la técnica dada en [9, 10].
Literatura
Autores: N. A. Shturkin, I. V. Malygin; Publicación: cxem.net
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