Synthétiseur de laboratoire micro-ondes. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure

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Le problème de la stabilité de fréquence dans les émetteurs-récepteurs a toujours existé. À des fréquences relativement basses (jusqu'à 100-150 MHz), il a été résolu à l'aide de résonateurs à quartz, à des fréquences plus élevées (400 MHz) - à l'aide de résonateurs à ondes acoustiques de surface (résonateurs SAW), tandis que des résonateurs diélectriques à Q élevé sont souvent utilisés pour stabiliser ultra-hautes fréquences, céramiques ou autres résonateurs de haute qualité [1].

Les méthodes décrites de stabilisation à l'aide de composants passifs ont leurs avantages - simplicité et coût de mise en œuvre relativement faible, mais leur principal inconvénient est l'impossibilité de tout réglage de fréquence significatif sans changer l'élément de réglage de fréquence - le résonateur. L'impossibilité d'un réglage électronique rapide de la fréquence de fonctionnement tout en maintenant sa stabilité limite fortement l'utilisation d'appareils radio, ne permettant pas, par exemple, de mettre en œuvre le multicanal.

Les synthétiseurs de fréquence intégrés de diverses sociétés étrangères, qui sont désormais largement utilisés, permettent d'effectuer un réglage électronique rapide de la fréquence de travail, y compris l'ultra-haute fréquence, tout en conservant sa grande stabilité. De tels synthétiseurs de fréquence sont de type direct et indirect [2]. Les avantages de la synthèse directe incluent une vitesse élevée avec un petit pas de grille de fréquence, mais en raison de la nécessité de filtrer un grand nombre de composantes spectrales causées par de nombreuses transformations de signal non linéaires, les dispositifs de synthèse directe sont rarement utilisés dans les circuits hyperfréquences [3]. Pour la synthèse des fréquences hyperfréquences, on utilise habituellement des synthétiseurs de type indirect, ou synthétiseurs à boucle à verrouillage de phase (PLL).

Il existe deux principaux types de synthétiseurs PLL intégrés - programmables, dans lesquels les valeurs de fréquence sont définies par un microcontrôleur externe via un bus à trois fils, et non programmables, où les coefficients de division des diviseurs de fréquence internes sont fixes, et la fréquence de référence est fixée par un résonateur à quartz externe. Dans les circuits micro-ondes simples, des synthétiseurs intégrés non programmables sont généralement utilisés, par exemple le MC12179 de Motorola [4], dont les inconvénients incluent la nécessité d'un choix précis d'un résonateur à quartz, ce qui n'est pas toujours possible. Les synthétiseurs de fréquence programmables, comme l'UMA1020M de Philips, ne présentent pas cet inconvénient, et comme les systèmes de communication modernes disposent toujours d'un microcontrôleur de contrôle, il est techniquement simple de programmer un tel synthétiseur. Les auto-oscillateurs de la gamme hyperfréquences sont utilisés sous la forme de modules fonctionnellement complets réalisés selon la technologie hybride [5].

Un exemple d'application des solutions décrites est un simple synthétiseur micro-ondes de laboratoire, qui permet de générer et de stabiliser la fréquence dans la plage de 1900 2275 à XNUMX XNUMX MHz avec une grande précision, proposé dans cet article.

Le schéma fonctionnel du synthétiseur conçu est présenté sur la fig. 1., apparence - sur la Fig.2. Comme vous pouvez le voir sur leurs schémas, le synthétiseur se compose d'un oscillateur contrôlé en tension (VCO ou VCO) JTOS-2200 de Mini-Circuits JTOS-2200, d'un synthétiseur de fréquence intégré UMA-1020M et d'un microcontrôleur Z86E0208PSC de Zilog.

Le signal hyperfréquence généré par le VCO est envoyé à la sortie du synthétiseur de laboratoire et à l'entrée du diviseur de fréquence programmable principal inclus dans le circuit UMA-1020M.

Le signal de référence généré par l'oscillateur à cristal JCO-8 est envoyé à un diviseur de fréquence auxiliaire programmable, qui est également inclus dans le circuit UMA-1020M. Le schéma structurel de l'UMA-1020M est illustré à la fig. 3, la documentation technique détaillée de l'UMA-1020M est disponible sur le site Web du fabricant philips.de/. Les coefficients des deux diviseurs - principal et auxiliaire - sont définis par le microcontrôleur Z86E0208PSC sur un bus à trois fils (données DATA, horloge CLK et autorisation d'écriture/ENABLE). Le schéma fonctionnel du microcontrôleur Z86E0208PSC est illustré à la fig. 4. La ROM interne du microcontrôleur est suffisante pour programmer sept fréquences différentes et un mode de test. Des valeurs de fréquence spécifiques (ou mode de test) sont définies par des cavaliers sur le circuit imprimé du synthétiseur de laboratoire.

Avant de charger la valeur de fréquence suivante dans le synthétiseur intégré, le microcontrôleur interroge le port connecté aux cavaliers et, en fonction des données reçues, sélectionne l'un ou l'autre firmware. La nouvelle valeur de fréquence est définie automatiquement à la mise sous tension de la carte synthétiseur. L'algorithme de programmation du synthétiseur pour le microcontrôleur Z86E0208PSC est illustré à la fig. 5, la liste du programme est donnée sur institute-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html.

Plus de détails sur la programmation des microcontrôleurs de Zilog peuvent être trouvés dans [6, 7], une documentation technique complète est disponible sur zilog.com.

Une caractéristique du JTOS-2200 VCO utilisé est la plage de tension d'accord : de 0.5 à 5 Volts. Autrement dit, si la valeur de la tension d'accord est inférieure à 0.5 volt, le fabricant ne garantit pas la génération d'oscillations stables. Les expériences menées ont montré la véracité de cette affirmation.

Le principe de fonctionnement de la PLL, ainsi que la méthodologie de calcul du filtre de rétroaction (filtre de boucle), sont assez largement et à plusieurs reprises considérés dans la littérature technique [8], par conséquent, cet article n'est pas pris en compte. Il existe plusieurs programmes gratuits disponibles pour calculer les filtres de rétroaction, qui peuvent être trouvés sur Internet à analog.com ou à national.com.

Pour contrôler le bon fonctionnement du circuit du synthétiseur, une LED est installée sur la carte, dont la lueur indique une erreur de synthèse de fréquence. Lorsque le synthétiseur fonctionne correctement, la LED ne doit pas s'allumer, mais cette fonction peut être désactivée par logiciel.

Le prix de revient du synthétiseur de laboratoire assemblé ne dépasse pas 30 $. En guise de réduction du coût du dispositif proposé, deux voies peuvent être proposées : premièrement, vous pouvez combiner la source à quartz des oscillations de référence du synthétiseur et du microcontrôleur, tout en rappelant que la fréquence d'horloge maximale du Z86E0208PSC est de 8 MHz, tandis que pour l'UMA-1020M, il peut être compris entre 5 et 40 MHz. Deuxièmement, les VCO peuvent être développés indépendamment sur des transistors ou des circuits intégrés amplificateurs en utilisant la technique donnée dans [9, 10].

littérature

1. Résonateurs diélectriques / M.E. Ilchenko, V.F. Vziatyshev, L.G. Gassanov et autres ; Éd. MOI. Ilchenko. - M. : Radio et communication, 1989. - 328 p. : ill. - ISBN5-256-00217-1.
2. Pestryakov A.V. Circuits intégrés pour dispositifs de synthèse et de stabilisation de fréquence// Chip News. - 1996. - N°2.
3. Lobov V., Steshenko V., Shakhtarin B. Synthétiseurs numériques de synthèse de fréquence directe// Chip News. - 1997. - N°1.
4. Solutions de semi-conducteurs sans fil. Motorola. Données de l'appareil - Vol.1. DL 110/D, Rev 9.
5. Manuel du concepteur VCO 2001. VCO/HB-01. Mini-circuits.
6. Gladshtein MA Microcontrôleurs de la famille Z86 de Zilog. Guide du programmeur. - M. : DODEKA, 1999, 96 p.
7. Le manuel des notes d'application Z8. Zilog. DB97Z8X0101.
8. Starikov O. Méthode PLL et principes de synthèse des signaux haute fréquence//Chip News. - 2001. - N° 6.
9. Conception d'oscillateur à micro-ondes. Note d'application A008// Hewlett-Packard Co. - numéro de publication 5968-3628F (6/99)
10. Shveshkeyev P. Une conception VCO pour les applications WLAN dans la bande ISM de 2.4 à 2.5 GHz // Micro-ondes et sans fil appliqués. - 2000. - N° 6. - P.100-115.

Auteurs : N.A. Shturkin, I.V. Malygin ; Publication : cxem.net

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