Capítulo IV. Sintetizadores de frecuencia

Transcripción

1 Capítulo IV 4.1) Introducción Sintetizadores de frecuencia Se trata de un método muy utilizado, en virtud de su sencillez y eficiencia; las aplicaciones más comunes son dos: a) Estabilización de osciladores de alta frecuencia. Mediante la utilización del PLL y divisores de frecuencia, se pueden enganchar un oscilador de frecuencia fija a otro mucho más estable y en general de frecuencia más baja. Se llama PLO (Oscilador de fase enclavada). b) Síntesis propiamente dicho de frecuencias. La idea es generar varias frecuencias distintas, a partir de un oscilador muy estable (habitualmente a cristal). 4.2) Sintetizador básico: La idea es muy sencilla en el lazo de realimentación se pone un contador trabajando como divisor de frecuencias, por lo tanto, como el lazo queda enganchado cuando la frecuencia que se retroalimenta y llega al detector de fase, coincide con la frecuencia de referencia. Cuando esto ocurre, entonces la salida del VCO es N*fr, actuando el conjunto como un multiplicador de frecuencia. Se pueden lograr factores de multiplicación elevados, con sólo agregar contadores en cascada. Son comunes los factores de multiplicación de 1000 o más. Recordando la transferencia del PLL,, pero teniendo en cuenta el divisor de frecuencias, resulta 4.3) Sintetizador con divisor programable. El valor de módulo de división, puede modificarse mediante una palabra en las patas de entrada del contador programable. La frecuencia de salida es fo = N P f r, donde N P es el módulo programado mediante las líneas de control.

2 4.4) Sintetizador con módulos fijo y programable. La salida será: f o = f r N f N P Tiene la desventaja que puede tornarse muy lento, en algunos casos. El contador de módulo fijo, recibe el nombre de preescaler o preescalar. Existen divisores fijos que pueden trabajar hasta varios G Hz. Si Np, puede variar de 1 en 1, entonces la posibilidad para el escalón de frecuencias es el valor de N f, es decir f = f r N f. 4.5) Ejemplo: Se desea diseñar un sintetizador con divisor fijo y de 100kHz de frecuencia de paso y frecuencias sintetizadas entre 530 y 532 MHz. Se dispone de divisores que pueden trabajar hasta 30 MHz. Determine Np, Nf y fr.

3 Para garantizar que el divisor (módulo fijo o preescalar)trabajé a frecuencia menor que 30MHz, el módulo deberá ser: Como sólo se admiten valores que sean enteros, deberíamos usar como mínimo Nf = 18. Sin embargo si pretendemos que el preescalar sea un contador binario, deberíamos adoptar el valor que sea potencia de dos más cercano por exceso, para este caso es Nf = 32, entonces, si Np = 1, entonces, Los valores máximo y mínimo del módulo programable estarán definidos por las frecuencias mínima y máxima y el salto mínimo, es decir: á í Es decir, el módulo contador programable, deberá dividir entre 5300 y Como ejemplo, supongamos que se pretende sintonizar una frecuencia de 530.5MHz, entonces cómo funcionará el sistema? El PLL estará enganchado cuando la frecuencia de referencia sea igual a la que llega al detector de fase a través de la retroalimentación. En esas circunstancias, el detector de fase, enviará una tensión al VCO, adecuada para que su frecuencia de salida sea N P N f f r. Para los valores dados, en la entrada del módulo programable, tendremos Por otra parte, el módulo programable, deberá dividir por / ) Efectos no deseados en el sintetizador: Como todo oscilador tendrá ruido de fase. el que producirá jitter o agitación, es decir cierta modulación en frecuencia, en la salida. También habrá señales espurias, que son las frecuencias discretas que no están relacionadas armónicamente con la señal deseada, Como sincroniza con un oscilador y la salida no es consecuencia de la combinación de otras señales, entonces su comportamiento es casi ideal- No obstante las señales espurias obedecen a las siguientes razones: Frecuencia de referencia y armónicos: Pueden llegar a la salida, por un mal aislamiento en el circuito, pero fácilmente pueden eliminarse mediante filtrado. Modulación del VCO, por la frecuencia de referencia y sus armónicos. En general, en la salida, los detectan de fase, tienen componentes relacionadas con la frecuencia de referencia (ver detector de fase tipo mezclador). Entonces Estas componentes modulan en frecuencia al VCO, que se traducirán en componentes discretos en el espectro. Si la frecuencia, de referencia es baja, pueden estar sus armónicos cerca de la señal deseada. Por lo tanto, por regla general, se trata que la frecuencia de referencia, sea lo más elevada posible para poder ser fácilmente filtrada por el filtro de lazo, antes de llegar al VCO. También suelen usarse varios filtros en cascada.

4 la frecuencia de corte, debe mantenerse por encima de 5 veces la frecuencia nominal pues si los valores son menores, ponen en riesgo la estabilidad del lazo. Mencionamos también que hay varios sintetizadores integrados, como el LMX2315/ ) Síntesis digital directa (DDS) Es el método más moderno, en la actualidad para generar señales. Sólo daremos una idea conceptual del funcionamiento a través del diagrama de bloques indicado. Un reloj (clock), es el que sincroniza al acumulador de fase. Al ingresar una señal, para cada pulso de reloj, que representa un ángulo, entonces define la fase en cada instante. Luego el conversor en onda senoidal, permite aproximarse a la forma de onda senoidal, como se aprecia en la figura inferior. Luego el conversor D/A, convierte la aproximación digital a una analógica. 4.8) Ejemplo de aplicación sintetizador de prescalar y módulo fijo. Se pretende diseñar la etapa de un oscilador local para un receptor de FM para la norma usada en Argentina. Es decir: Rango de frecuencias de sintonía: 88 á 108MHz. Frecuencia intermedia: 10.7MHz

5 Cantidad de canales: 200 Separación entre canales: 100kHz Se pretende que cuando el módulo programable cambie en una unidad, la sintonía cambie en un canal. El diagrama de bloques es el dibujado a continuación: El oscilador local, debería poder variar entre una frecuencia mínima f OL(mín) =88MHz+10.7MHz =98.7MHz Y una frecuencia máxima f OL (máx) = 108MHz+10.7MHz=118.7MHz N 2 es el módulo programable, k es el módulo preescalar. N 1 es el factor por el que se divide la frecuencia del oscilador que genera la señal de referencia. f s es la señal de referencia, la cual, para que el lazo esté enganchado, deberá ser la misma que ingresa en el otro terminal del detector de fase, por lo cual deberá cumplirse en todo instante en el que el lazo está en régimen permanente que: Además, también esta frecuencia se mantendrá cuando cambiamos de canal al incrementar en uno el módulo programable: / 1 Sin embargo, de la primera ecuación resulta y, reemplazando en la anteúltima expresión y operando resulta: 10 En general puede demostrarse del mismo modo que si se desea que el canal cambie cada n unidades del módulo programable, entonces la frecuencia de referencia es Podemos elegir el valor de k, según alguna limitación en la frecuencia de trabajo del módulo programable. Por ejemplo, podríamos elegir el valor de k=10, de manera que la frecuencia de trabajo, sea suficientemente reducida para que no haya problemas. Entonces, , para el caso de frecuencia máxima, que es el peor caso. Si el oscilador a cristal es de 100kHz, entonces

6 Por los valores máximo y mínimo del módulo programable estará en Finalmente, supongamos que deseamos sintonizar Radio Nacional Clásica (la radio pública de música clásica) que transmite en 96.7MHz, entonces el esquema de bloques con los valores correspondientes será: f OL = 96.7MHzMHz+10.7MHz = 107,4MHz Por lo tanto, a través del teclado del receptor, deberemos poner el módulo programable en Finalmente el diagrama de bloques con los valores finales resulta: