Sagedussüntesaator

Allikas: Vikipeedia

Sagedussüntesaator (ingl. k. Frequency synthesiser ) on stabiilse sageduse allikas või signaaligeneraator, mille väljundsagedus on võrdne sisemise stabiilse võrdlussageduse ja täisarvu korrutisega.

Sagedussüntesaator on keeruline seade, mis võimaldab saada kõrge stabiilsusega, kuid muudetavat sagedust. Sageduse muutusi viiakse läbi mingi kindla sammuga. Sagedussüntesaatorid on ette nähtud sagedusstabiilse kohaliku signaalide sagedusvõrgu loomiseks. [1]

Sagedussüntesaatoreid iseloomustavad parameetrid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Sageduse piirkond. Tavaliselt valitakse 1, 10, 100, ...Hz;
  • Siirdeaeg (ingl. k. lock up time ) on aeg, mis kulub üleminekuks ühelt sageduselt teisele. Näiteks saatja-vastuvõturežiimidele vastav tugisageduste ümberlülitamistel on oluline ümberlülitamise kiirus;
  • Signaali puhtus. Tähtsaks mürakomponendiks on faasimoonutustest tekkinud faasimüra. Näiteks on kvartsostsillaatoril väikene faasimüra aga tavalisel ostsillaatoril suur faasimüra.
  • Sageduse täpsus;
  • Sageduse stabiilsus;
  • Võimalike erinevate sageduste hulk. [2]

Sagedussüntesaatorite tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Analoog-ja digitaalsüntesaator[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tööpõhimõtte järgi jagunevad sagedussüntesaatorid analoog- ja digitaalsüntesaatoriteks. Analoog-sagedussüntesaatori juhtostsillaatoriks on kvartsostsillaator, mille väljundsignaali kordistamise ja/või segustamise abil saadakse vajalik sagedusvõrk. Digitaalsetes süntesaatorites sünteesitakse siinussignaal digitaalselt, diskreetsete väljavõtete reana. [2].

Otsene-ja kaudne sagedussüntesaator[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kaudne sagedussüntesaator on levinum kui otsene sagedussüntesaator. Kaudne süntees on faasiluku ehk faashaardesüsteemi abil moodustunud sagedussüntesaator. Kaudsed sagedussüntesaatorid on kõrgsageduslikumad kui otsese sünteesi abil saadavad süntesaatorid. Kaudsete sagedussüntesaatorite väljundsignaal saadakse pingega tüüritavast ostsillaatorist (Voltage-controlled oscillator - VCO), mille sagedust stabiliseeritakse faashaarde süsteemiga. Kasutusel on nii ühekordse kui ka kahekordse faashaardesüsteemidega süntesaatorid. Otsestel sagedussüntesaatoritel on väljundsagedus määratud vahetult ostsillaatoriga. [2].

Faasilukuga sagedussüntesaator[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sagedussüntesaatorit iseloomustav plokkskeem.

Tavapärane faasisünkrosüsteemiga Phase-locked loop (PLL) ehk faasilukuga sagedussüntesaator koosneb stabiilsest võrdlussageduse allikast sagedusega fv ja järgmistest funktsionaalsetest sõlmedest:

  1. pingega tüüritav generaator (VCO), mille väljundsignaali sagedus on ühtlasi süntesaatori väljundsageduseks;
  2. sagedusjagur (frequency divider), mille ülesandeks on VCO väljundsignaali sageduse jagamine tugisageduse väärtuseni;
  3. faasidetektor (phase detector - PD), mille väljundsignaal on võrdeline jagatud ja tugisignaali faaside erinevusel;
  4. madalpääsfilter (low-pass filter - LPF), mis silub faasidetektori väljundsignaali, määrates samas ka süsteemi stabiilsuse ja toimekiiruse. [3]


Sagedussüntesaatori põhikomponent on faasilukk - Phase-locked loop (PLL).

Kolme komponendiga faasiluku plokkskeem.

Faasilukk on seadeldis, mis koosneb kolmest komponendist:

  • faasidetektorist (PD);
  • madalpääsfiltrist, mis omakorda koosneb näiteks kahest takistist ja ühest kondensaatorist;
  • pingega tüüritavast ostsillaatorist (VCO) ehk diapasoon ostsillaatorist, mille sagedust saab muuta pinge abil.


Kui faasilukk töötab oma ettenähtud tööpiirkonnas ja sisendisse anda mingisugune signaal, muutub tema väljundsagedus sisendsignaali sagedusega võrdseks, mis tähendab, et faasilukul on omadus tüürida oma väljundsagedus selliseks, et see oleks võrdne sagedusega tugisignaaliallikast. Võrdsustuvad ka sisend-ja väljundfaasid.

Faasilukul on olemas haardevahemik fmin ja fmax. Kui signaali muutus toimub miinimumi ja maksimumi sagedusvahemikus, suudab faasilukk seda jälgida - faasilukk sünkroniseerub sisendsignaali sagedusega. Kui signaali sagedus muutub fmin -st väiksemaks või fmax -st suuremaks, siis faasilukustus katkeb. Enamikel faasilukkudel on indikaatordiood, mis põledes näitab, et faas on lukustatud sisendsignaaliga ja kui indikaator on kustunud, siis tähendab see seda, et faasilukk on oma haarde kaotanud. [4]

Sagedussüntesaatori funktsionaalsed sõlmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sagedusjagur jagab VCO väljundsignaali sagedust etteantud jagamisteguri võrra. Võimaldamaks erinevate väljundsageduste saamist, on jaguri jagamistegur suurtes piirides muudetav. Sageduskordisti puhul on väljundsagedus kõrgem sisendsagedusest N korda ja sagedusjagur on vastupidine - väljudsignaali sagedus on N korda väiksem sisendsignaali sagedusest. Seega, faasidetektori väljundpinge on võrdeline võrdlussageduse fv väljundsageduse erinevusega. Sisendsignaaliks on mingi stabiilne sagedusallikas. VCO stabiilsus ei pea väga kõrge olema, kuna see on tagasisidestatud süsteemis.

Faasidetektori väljundpinge madalpääsfiltriga filtreeritud väljundsignaali alaliskomponendiga tüüritakse pingega tüüritava ostsillaatori selliselt, et tema väljundsagedus on N korda suurem võrdlussagedusest. Jagamisteguri N väärtus võib olla paika seatud, kuid tavaliselt on see suurtes piirides muudetav, tagades sellega laia väljundsageduste vahemiku.

Filter määrab suures osas faasiluku siirdekarakteristikud, osaliselt ka haardeulatuse ning avaldab mõju müraomadustele. Võttes näiteks kaudse sagedussüntesaatori tööpõhimõtte, peab faaside võrdlus toimuma kiirelt. Nii, et väikesed, kuid järsud faasimuutused nagu VCO faasimüra – oleks korrigeeritud. [1] [2]

Sagedussüntesaatori rakendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Võimalikult täpse ja täiesti püsiva ostsillaatori häälestuse jaoks tuleks generaatori sagedused formeerida stabiilsetest tugisagedustest erilülituse – sagedussüntesaatori abil. Võimalikuks saab häälestussageduse täpne kindlaksmääramine, sõltumata vastuvõetava saatja signaali tasemest ning selle amplituudi ja faasi muutustest. Hoides saatjate kandesagedust väga püsivana, osutub ka sagedussüntesaatoriga vastuvõtja häälestus stabiilseks.

Tööpõhimõttelt on lihtsam otsese sagedussünteesi meetod, mille puhul vajalik ostsillaatorisagedus saadakse tugisageduste harmooniliste kombinatsioonidena. Kuid kuna ringhäälikuvastuvõtjas on vaja katta lai sagedusala, kujuneks otsese sagedussünteesi meetodi kasutus väga keerukaks. Seetõttu on kohasem kaudsünteesimeetod, mispuhul võrdleb automaatreguleerimissüsteem pidevalt ostsillaatori sagedust stabiilse tugisagedusena ja sageduse kõrvalekalde korral häälestab ostsillaatorivõnkeringi vajalikus suunas järele.

Tegelikult valitakse tugisagedus madal: näiteks FM-lainealal 10 kHz ja AM-lainealadel 1 kHz. Seepärast peab süntesaator sisaldama muudetava jagamisteguriga sagedusjagureid ostsillaatorisageduse jagamiseks. Sagedussüntesaatorit on otstarbekas kasutada laiaribalise eelsektsiooniga vastuvõtjas, kus puudub sisend-ja ostsillaatorivõnkeringide kokkujooksu probleem. Sagedussüntesaatoriga vastuvõtja võimaldab täpselt häälestada teadaoleva sagedusega saatjale, andes süntesaatori sagedusjagurile sõrmistiku abil vajalik kood. [5]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 Sagedussüntesaatori praktikumitöö aines IRO0050 Infoedastusseadmed. Raadio- ja sidetehnika instituut. Tallinna Tehnikaülikool. Kasutatud 09.12.2013. (eesti keeles)
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Ostsillaatorid 2004. Raadio- ja sidetehnika instituut. Tallinna Tehnikaülikool. Kasutatud 09.12.2013. (eesti keeles)
  3. Sabolotny,R. , Männama,V. "Täiustatud integraalne sagedussüntesaator : aruanne : ETF grant 1451". süsteemitehnika ja infotehnoloogia. Tallinna Tehnikaülikool,1996. elektroonikainstituut
  4. Faasilukk aines IRO0070 Kõrgsageduslik signaalitöötlus. Raadio- ja sidetehnika instituut. Tallinna Tehnikaülikool. Kasutatud 09.12.2013. (eesti keeles)
  5. Abo,L. "Raadiolülitused". Tallinn, Valgus, 1990.