В. Гавриленко

В настоящее время промышленность выпускает , в которых реализован метод прямого или косвенного синтеза. Сущность прямого синтеза заключается в получении необходимой частоты путем выполнения операций умножения и деления частот гармонических составляющих высокостабильной частоты опорного генератора. При косвенном синтезе , управляемого напряжением (ГУН), уменьшается делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в требуемое количество раз. С выхода делителя частота подается на один из входов частотно-фазового детектора, на другой вход которого поступает сигнал с частотой, равной шагу изменения частоты синтезатора, полученной из частоты опорного генератора. Выходной сигнал частотно-фазового детектора проходит через (ФНЧ) и управляет частотой ГУН. Последняя изменяется до тех пор, пока частота на выходе ДПКД не станет равна шагу изменения частоты синтезатора и не достигает заданного значения, определяемого коэффициентом деления.

Большинство описанных методов хотя и дают возможность получать высокостабильные частоты, но обладают недостатками, практически не позволяющими основной массе радиолюбителей конструировать такие . И прежде всего это сложность реализации подобной конструкции из-за трудоемкости настройки, наличия большого количества фильтров, моточных изделий. Прибор, которого описана ниже, разработан по методу цифрового синтеза и свободен от этих недостатков.

Для пояснения метода цифрового синтеза вспомним, как работает частоты. Для преобразования аналогового сигнала синусоидальной формы в дискретный через определенные интервалы времени берутся выборки этого аналогового сигнала. Другими словами, мгновенное значение сигнала измеряется в момент выборки и преобразуется в цифровой код (число). Затем сигнал последовательности чисел с аналогоцифрового преобразователя (АЦП) подается на цифро-аналоговый (ЦАП), который преобразует числа в соответствующий уровень напряжения. Для «сглаживания» ступенек, образующихся при смене чисел, сигнал с выхода ЦАП подается на (ФНЧ). В процессе цифрового синтеза осуществляется по сути дела операция, обратная той, которая происходит в АЦП. В результате формируется последовательность импульсов напряжения, величины которых равны мгновенному значению синтезируемого сигнала, соответствующего данному значению текущей фазы. Эти импульсы подаются на ФНЧ, формирующий синусоидальную форму синтезируемого сигнала. Для упрощения фильтра количество импульсов на период частоты синтезируемого сигнала выбирается не менее пяти.

Накопитель фазы D1 представляет собой многоразрядный накапливающий двоичный , на вход которого подается число К, определяющее синтезируемую частоту. Содержимое накопителя увеличивается на величину К через интервалы времени, равные периоду частоты генератора опорной частоты. Двоичные числа на выходе накапливающего сумматора изменяются циклически от нуля до N - емкости накапливающего сумматора и соответствуют изменению текущей фазы от нуля до 360°. За время цикла формируется один период синтезируемой частоты. Чем больше число К, тем короче время цикла и, следовательно, короче период синтезируемой частоты. Изменяя это число, можно менять и синтезируемую частоту.

Двоичные числа, определяющие момент выборок на периоде синусоидального колебания, подаются с накопителя фазы на вычислитель мгновенных значений D2, в качестве которого используется постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), где записаны заранее вычисленные значения выборок. Числа с выхода ПЗУ для преобразования в аналоговую форму подают на ЦАП. Оттуда сигнал поступает на ФНЧ U1, на выходе которого образуется выходной сигнал синтезатора.

Синтезируемую частоту определяют как / = КА/, где Af=fo/N - шаг изменения частоты синтезатора. При этом период частоты на выходе синтезатора формируе?ся по N/К выборкам. Емкость накапливающего сумматора N = 2 n , где п - количество его двоичных разрядов. Задаваясь максимальной синтезируемой частотой и шагом изменения частоты, можно по приведенным выше формулам рассчитать частоту опорного генератора и количество разрядов в накапливающем сумматоре.

Содержимое ПЗУ вычисляется по формуле

где entier(x)-целая часть числа X; т - адрес ПЗУ, который изменяется от нуля до 511.

Вычисленные величины мгновенных значений отсчетов на четверти периода синусоидального колебания приведены для компактности в шестнадцатиричной системе счисления в таблице. При пользовании таблицей следует помнить, что в этой системе счисления символам А, В, С, D, Е, F соответствуют числа 10, 11, 12, 13, 14, 15. Два старших разряда адреса ПЗУ приведены в левом вертикальном столб-

Содержимое ПЗУ микросхемы КР556РТ5 (1/4 SIN)

це, младший разряд в первой строке таблицы. Для примера определим содержимое ячейки ПЗУ с адресом 254. Этот адрес в шестнадцатиричной системе счисления записывается как FE. На пересечении строки F и столбца Е записано ВЗ, что соответствует числу 179 в десятичной системе счисления. Следовательно, по адресу 254 ПЗУ записано число 179.

Как уже упоминалось, синтезируемая частота задается восемнадцатиразрядным двоичным числом К. Так при К= 1 частота на выходе синтезатора равна 0,1 Гц, а при 7(=200 000 - 20 кГц. На рис. 3 показана задания частоты. Для удобства пользования синтезатором и упрощения индикации частоту в синтезаторе устанавливают с помощью шести переключателей ПП10-хВ. Каждый переключатель имеет десять положений (от нуля до девяти), и в его окне видна только одна цифра, соответствующая данному положению. Сигнал на выходах каждого переключателя (выводы А, В, О, Е) представляет собой четырехразрядное двоичное число, а на выходах всех переключателей - значение частоты в двоично-десятичном коде. Для управления частотой синтезатора двоично-десятичный код, набранный с помощью переключателей, необходимо преобразовать в двоичный. Это делают , выполненный DD1, DD2, DD7, DD8, DD13, DD14, двоичный счетчик DD4, DD10, DDI5, а также регистры DD5, DD6, DDI1, DD12 и DD16. На микросхеме DD3 выполнен тактовых сигналов. Для того чтобы процесс преобразования двоично-десятичного кода в двоичный на самой высокой частоте не превышал одной секунды, выбрана равной 400…500 кГц.

31-й и 32-й выставок творчества радиолюбителей /Сост. В. М. Бондаренко.- М.: ДОСААФ, 1989,- 112 с., ил.

Алексей ТЕМЕРЕВ (UR5VUL), г. Светловодск, Украина
Предлагаемый синтезатор предназначен для совместной работы с приемными и передающими трактами диапазонов 160, 80 и 40 метров с промежуточной частотой 500 кГц.
Синтезатор частоты собран на базе микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) AD9835 .

В ней имеются аккумулятор фазы, ПЗУ, хранящее функцию косинус и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Аккумулятор фазы представляет собой накопительный регистр, содержимое которого с каждым поступающим от внешнего тактового генератора импульсом увеличивается на определенное число, называемое кодом частоты. Длина аккумулятора в микросхеме AD9835 - 32 двоичных разряда. Его переполнения игнорируются, счет после них продолжается. Число, накопленное в аккумуляторе, служит аргументом функции косинус, отсчеты которой хранятся в специальном ПЗУ. На выходе ЦАП, подключенного к выходу ПЗУ, получаем синусоидальное напряжение заданной частоты fвих. Ее можно определить по формуле

где fтакт - тактовая частота; N - число разрядов аккумулятора фазы; М - код частоты, занесенный в микросхему по последовательному интерфейсу.
Технические характеристики
Шаг перестройки, Гц.....10, 50, 1000
Напряжение сигнала на нагрузке 50 Ом, В, не менее.....0,5
Напряжение питания, В...........12
Ток потребления, мА, не
более.......................200
Схема синтезатора приведена на рис. 1.


Микроконтроллер DD1 обрабатывает нажатия кнопок управления SB1-SB4, импульсы валкодера, поступающие на разъем ХР2, и выдает код частоты на входы SCLK и SDATA микросхемы DDS (DA3). Загрузка каждого кода сопровождается импульсом, подаваемым на вход FSYNC. В микроконтроллере включен внутренний тактовый генератор. Источником тактовых импульсов частотой 50 МГц для DDS служит интегральный кварцевый генератор G1. Сигнал с выхода DDS проходит через двухзвенный ФНЧ с частотой среза около 8 МГц (C16L3C17L4C18) и буферный усилитель на транзисторе VT1.
Для отображения информации применен подключаемый к разъему ХРЗ двухстрочный ЖКИ по 20 символов в строке с встроенным контроллером HD44780. В скобках у выводов разъема указаны номера выводов использованного ЖКИ MDLS-20265. При его замене аналогичным другого типа следует учитывать, что нумерация выводов может быть иной. При загрузке в микроконтроллер DD1 соответствующей версии программы можно применить и ЖКИ с двумя строками по 16 символов.
Схема узла оптического валкодера, подключаемого к разъему ХР2, изображена на рис. 2.

Позиционные обозначения элементов здесь в основном соответствуют имеющимся в , где этот узел описан подробно. Между излучающим диодом VD7 и сдвоенным фотодиодом VD8 находится непрозрачный для ИК лучей диск с прорезями. При вращении диска фотодиоды поочередно затеняются и освещаются, в результате чего закрываются и открываются транзисторы VT5 и VT6. По знаку фазового сдвига между импульсами на их коллекторах микроконтроллер определяет направление вращения диска, а по числу импульсов - угол его поворота.
При подаче питания синтезатор начинает работать в диапазоне 160 метров на частоте, записанной ранее в память микроконтроллера в качестве стартовой. Нажатиями на кнопку SB4 диапазоны переключаются по кругу. О включенном диапазоне сигнализирует высокий уровень на соответствующем контакте разъема ХР1. Эти сигналы можно использовать для управления внешними устройствами.
По умолчанию шаг перестройки синтезатора - 50 Гц. Но если вращать вал кодер при нажатой кнопке SB2, перестройка будет происходить с шагом 1 кГц, а при нажатой кнопке SB3 - с шагом 10 Гц. Одновременным нажатием на кнопки SB2 и SB4 текущее значение частоты записывают в энергонезависимую память микроконтроллера для использования в качестве стартового.
При нажатии на кнопку SB1 установленная частота запоминается в памяти микроконтроллера. На эту частоту синтезатор будет автоматически переходить в режиме передачи (при низком уровне напряжения, поданного на контакт 1 разъема ХР1). Причем в режиме приема сохраняется возможность настроиться на любую частоту диапазона. После повторного нажатия на кнопку SB1 синтезатор возвращается к обычному режиму работы без разноса частот передачи и приема.

О режиме работы - приеме или передаче - сигнализируют надписи, выводимые в левой части верхней строки ЖКИ (рис. 3).


В этой же строке выводится значение установленной рабочей частоты, а нижняя строка отведена для отображения уровня напряжения, поступающего на контакт 6 разъема ХР1. Подразумевается, что это напряжение с выхода S-метра приемника. Шкала отображения-линейная. Масштаб регулируют подстроечным резистором R6. Оптимальной контрастности изображения на табло ЖКИ добиваются подстроечным резистором R12.
Синтезатор собран на печатной плате размерами 117x48 мм из фольгирован-ного с двух сторон стеклотекстолита, причем верхний слой фольги служит экраном (рис. 4).


Чертеж платы и размещение деталей на ней показаны на рис. 5.


ЖКИ закреплен над платой на стойках со стороны печатных проводников. С этой же стороны установлены кнопки SB1-SB4 и припаян непосредственно к печатным проводникам резистор R13.
Дроссели L1, L2, L5 - малогабаритные импортные. Катушки L3 и L4 содержат по 20 витков провода диаметром 0,25 мм на кольцах К7х4х2 из феррита 20ВЧ. Можно применить и готовые катушки указанной на схеме индуктивности. Трансформатор Т1 имеет три обмотки по 15 витков провода диаметром 0,25 мм на кольце К7х4х2 из феррита 600НН или 1000НН. Генератор G1 - КХО-200 на 50МГц.
К статье прилагаются четыре варианта программы для микроконтроллера DD1, имена файлов которых указаны в таблице.


Они различаются тем, что частота fBblx, генерируемая синтезатором, может быть на 500 кГц (значение ПЧ, заложенное в программу) больше или меньше частоты приема-передачи f0, выводимой на ЖКИ. Сам ЖКИ в зависимости от версии программы должен отображать 20 или 16 символов в каждой из двух строк.
В микроконтроллере должны быть запрограммированы (отмечены "галочками" в окне Configuration and Secirity Bits программы Ponyprog) следующие разряды: BODLEVEL, BODEN, SUTO, SKSELO, SKSEL1, SKSEL3. Автор пользовался для программирования микроконтроллера описанным в простым адаптером, подключаемым к СОМ-порту компьютера. Программы микроконтроллера синтезатора скачать
Перед первым включением синтезатора необходимо тщательно проверить печатную плату на отсутствие замыканий между проводниками, особенно в районе выводов микросхемы DA3. При правильно собранной цифровой части после подачи питания на индикаторе синтезатора будет отображена частота 1900 кГц.
ЛИТЕРАТУРА
1. 50 MHz CMOS Complete DDS AD9835. - imported-files/data_sheets/AD9835. pdf>.
2. Темерев А. Однодиапазонный синтезатор частоты. - Радио, 2004, № 12, с. 57-60.
3. Темерев А. Синтезатор частоты KB трансивера. - Радио, 2009, № 9, с. 55-57.
От редакции. Программы микроконтроллера синтезатора имеются на нашем FTP-сервере по адресу .
Радио №9 2010

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Универсальный синтезатор частоты.

После публикации в схемы простого синтезатора частоты для УКВ радиостанции автор получал много просьб об изготовлении синтезатора на частоты 30-50 МГц. В данной статье описан синтезатор, который может быть с успехом применён в СВ - станциях, станциях типа "Лён" и др.Синтезатор предназначен для применения в радиопередающих устройствах в диапазоне 20000-65535 кГц с частотой ПЧ от 400 до 22000 кГц. Шаг сетки частот составляет 5 кГц.Есть возможность сканирования частот во всём рабочем диапазоне в режиме приёма.Напряжение питания синтезатора составляет 8…15В, ток потребления не более 50 мА.

Уровень высокочастотного сигнала на выходе синтезатора на нагрузке 50 Ом составляет не менее 0.1 В. Имеется три ячейки памяти. Частота синтезатора в режиме приёма выше, чем частота передачи на значение установленной промежуточной частоты.Управление микросхемой синтезатора осуществляется с помощью микроконтроллера AT90S1200. Индикация частоты производится с помощью ЖКИ индикатора, применяемого в импортных телефонах и АОНах.

При подаче напряжения питания синтезатор сразу начинает работу на частоте, записанной в 1-й ячейке памяти. На индикаторе отображается частота, на которой синтезатор будет работать в режиме передачи. Каждое нажатие на кнопку UP или DN приводит к смещению рабочей частоты на 5 кГц вверх или вниз. При нажатии на кнопку SCAN включается режим сканирования. Сканирование производится во всём диапазоне рабочих частот.Сигналом остановки сканирования служит уровень логического нуля, поданный на вывод "SCAN " микроконтроллера. Оптимальным образом для этой цели послужит ключ с открытым коллектором, поскольку выводы микроконтроллера, настроенные на ввод, притянуты к положительному источнику питания с помощью внутренних резисторов.При появлении в канале несущей сканирование приостанавливается и возобновляется через несколько секунд после её пропадания. Для выхода из режима сканирования достаточно нажать на одну из кнопок UP, DN, SCAN.Для перехода на частоту, записанную в одной из ячеек памяти, необходимо нажать на соответствующую кнопку 1….3. Для записи частоты в ячейку памяти необходимо набрать на индикаторе значение частоты, нажать кнопку с номером ячейки и, не отпуская, кнопку SAVE. При выключении питания информация, записанная в ячейках памяти, сохраняется.

Электрическая принципиальная схема синтезатора приведена на рис.1.

Путём перепрограммирования синтезатора с клавиатуры можно изменить его границы перестройки. Для корректировки нижней границы перестройки нужно нажать на кнопку «1» и подать напряжение питания. На индикаторе отобразится записанное ранее значение и цифра «1» в левой части индикатора. Кнопками «UP» или « DN» выставляют новое значение. Для записи в память необходимо нажать «1» , и, не отпуская её, «SAVE». После этого синтезатор необходимо отключить.

Для установки новой верхней границы включают синтезатор при нажатой кнопке «2».Новое значение граничной частоты набирают так же, как и нижнюю. Запись в память – нажатие «2», и не отпуская, «SAVE». Установка частоты ПЧ производится аналогично, при нажатии кнопки «3».

Границы диапазона синтезатора нужно устанавливать внимательно. При некорректном вводе(например, нижняя граница выше, чем верхняя) синтезатор будет работать неправильно. Кроме того, сумма верхней границы частоты синтезатора и частоты ПЧ не должна превышать 81915 Кгц. После новых значений нужно включить синтезатор и с помощью кнопок UP, DN или SCAN добиться того, чтобы частота установилась в рабочих пределах и занести в первую ячейку памяти значение, которое будет устанавливаться при включении синтезатора. Также нужно занести корректные значения во вторую и третью ячейки.

Простой, универсальный синтезатор на Si5351 до 160 МГц.

Si5351A — это генератор с тремя независимыми выходами, которые могут генерировать каждый отдельный сигнал от 8 кГц до 160 МГц. Чип SiLabs Si5351А является двоюродный братом известного и популярного Si570 , но гораздо меньше, и на много дешевле. В отличие от Si570 , Si5351A не имеет кварцевого кристалла внутри. Опорная частота может быть 25МГц или 27МГц. Может быть использован как кварцевый генератор или кварцевый резонатор. Si5351A, которая использует интерфейс I2C легко использовать с микроконтроллером Arduino. Все эти особенности, вместе с библиотекой программного обеспечения позволяют легко и быстро настроить Si5351A для использования в вашем следующем проекте в соответствии с вашими потребностями. Три независимых выхода идеально подходят для использования в качестве ГПД (VFO) в супергетеродине или трансивере. Маленький шаг настройки 1 Гц и большой диапазон частот делают его отличным выбором для таких проектов как приемники, трансиверы, техника прямого преобразование или SDR-техника, антенный анализатор, генератор сигналов или тактовый генератор. Дополнительный TCXO делает Si5351A особенно полезным в тех случаях, когда требуется высокая стабильность, необходимых, например, в передатчике WSPR или QRSS.

Предлагаемый синтезатор предназначен для использования в простых самодельных приемниках, трансиверах с кварцевым фильтром, в технике прямого преобразования, SDR — технике, где условием для их работы является удвоение или учетверение (Х2, Х4) частоты на выходе синтезатора. Причем для премо — передающих устройствах с одной ПЧ в районе 9МГц (может быть любая), нужные частоты «опоры» «снимаются» с дополнительного выхода Si5351. Что дает возможность отказаться от классических кварцевых опорных гетеродинов с подстраивающими частото — сдвигающими контурами, конденсаторами для выбора нужной боковой полосы. И при минимальных (никаких) знаниях пользователь сам может поменять, подстраивать их значения.

Так же не составит особого труда выбрать нужный для пользователя режим работы синтезатора.

1. Классический вариант с одним ПЧ и с опорой на борту.
2. Прямой выход. Синтезатор используется как генератор до 160 МГц.
3. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на четыре . Для техники ПП, SDR.
4. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на два . Для техники ПП, SDR.

В синтезаторе предусмотрено включение/выключение PRE/ATT (УВЧ, АТТ) по кругу с помощью одной кнопки. Так же планируется дешифратор для коммутации полосовых фильтров. Пока диапазоны уточняются. Схема и некоторые фото ниже.