Sagedussüntesaator

Sagedussüntesaator (inglise keeles 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 signaalide sagedusstabiilse sagedusvõrgu loomiseks.

Sagedussüntesaatoreid iseloomustavad parameetrid

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

Sagedussüntesaatorite tüübid

Analoog- ja digitaalsüntesaator

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 sämplite reana. .

Otsene ja kaudne sagedussüntesaator

Otsestel sagedussüntesaatoritel on väljundsagedus määratud vahetult ostsillaatoriga. .

Kaudne sagedussüntesaator on levinum kui otsene sagedussüntesaator. Kaudse meetodi korral rakendatakse faasiluku süsteemi abil moodustatud sagedussüntesaatorit.

 Pikemalt artiklis Faasilukk

Kaudsed sagedussüntesaatorid on kõrgsageduslikumad kui otsese sünteesi abil saadavad süntesaatorid. Kaudsete sagedussüntesaatorite väljundsignaal saadakse pingega tüüritavast ostsillaatorist VCO (Voltage-controlled oscillator). Kasutusel on nii ühekordse kui ka kahekordse faashaardesüsteemiga süntesaatorid.

Faasilukuga sagedussüntesaator

Sagedussüntesaatori tüüpiline plokkskeem.

Tavapärane faasilukuga (PLL) sagedussüntesaator koosneb stabiilsest võrdlussageduse allikast sagedusega f_v 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, mille väljundsignaal on võrdeline sagedusjagatud signaali ja tugisignaali faaside erinevusega;
4. madalpääsfilter (low-pass filter – LPF), mis silub faasidetektori väljundsignaali, määrates samas ka süsteemi stabiilsuse ja toimekiiruse.

Kui vaadeldav lülitus töötab oma ettenähtud haardeulatuses 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 tugisignaali allikast. Võrdsustuvad ka sisend- ja väljundfaasid. Enamikul 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.

Sagedussüntesaatori funktsionaalsed sõlmed

Sagedusjagur jagab VCO väljundsignaali sagedust etteantud jagamisteguri võrra. Võimaldamaks erinevate väljundsageduste saamist, on jaguri jagamistegur suurtes piirides muudetav , tagades sellega laia väljundsageduste vahemiku.

Sageduskordisti puhul on väljundsagedus kõrgem sisendsagedusest N korda ja sagedusjagur on vastupidine ‒ jaguri väljundsagedus on N korda väiksem sisendsagedusest. VCO stabiilsus ei pea väga kõrge olema, sest see on tagasisidestatud süsteemis.

Faasidetektori väljundpingest madalpääsfiltriga väljaeraldatud väljundsignaali alaliskomponendiga juhitakse pingega tüüritavat ostsillaatorit (VCO) nii, et tema väljundsagedus on N korda suurem võrdlussagedusest.

Filter määrab suures osas faasiluku siirdekarakteristikud, osaliselt ka haardeulatuse ning avaldab mõju müraomadustele. Näiteks kaudse sagedussüntesaatori faaside võrdlus peab toimuma võimalikult kiirelt, et VCO faasimüra – väikesed, kuid järsud faasimuutused ‒ oleks korrigeeritud.

Sagedussüntesaatori rakendamine raadiosignaalide vastuvõtjas

Sagedussüntesaator hoiab raadiovastuvõtja ostsillaatori häälestuse võimalikult täpse ja täiesti püsiva, sest see formeeritakse stabiilsetest tugisagedustest. Häälestussagedus on sõltumatu vastuvõetava saatja signaali tasemest ning selle amplituudi ja faasi muutustest

Tööpõhimõttelt on lihtsam otsese sagedussünteesi meetod, mille puhul vajalik ostsillaatorisagedus saadakse tugisageduste harmooniliste kombinatsioonidena. Kuid kuna ringhäälinguvastuvõtjas on vaja katta lai sagedusala, kujuneks otsese sagedussünteesi meetodi rakendamine väga keerukaks. Seetõttu on kohasem kaudsünteesimeetod, mille puhul võrdleb automaatreguleerimissüsteem pidevalt ostsillaatori sagedust stabiilse tugisagedusega ja sageduse kõrvalekalde korral häälestab ostsillaatori võnkeringi 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.