Синтезаторы частоты. 
Общая теория связи

При разработке синтезаторов частоты используют дискретное перекрытие частотного диапазона, при котором допускается генерирование сигналов на любой из множества частот, следующих друг за другом с фиксированным интервалом, называемым шагом дискретной сетки.

Обобщенная структурная схема синтезатора частоты содержит кварцевый генератор частоты/₀, устройство формирования опорных частот/, …,/", устройство переключения, подключающее сигнал нужной частоты, цифровое отсчетное и выходное устройства (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Обобщенная структурная схема синтезатора частот

Аналоговые синтезаторы. На рис. 7.8 показана структурная схема аналогового синтезатора частоты с цифровым управлением. Синтезатор содержит опорный кварцевый генератор (ОКГ), управляемый делитель частоты (УДЧ), управляемый генератор (УГ), фазовый детектор (ФД) с системой фазовой автоматической подстройки частоты и программируемое цифровое устройство (ПЦУ). На фазовый детектор подается два колебания: первое со стабильной частотой /_оп — от опорного кварцевого генератора; второе с частотой f/N ~ /_оп через управляемый делитель частоты с коэффициентом деления N — от управляемого генератора. Напряжение с выхода фазового детектора через фильтр нижних частот (ФНЧ) воздействует на управляемый генератор и подстраивает его до обеспечения равенства частот f/N и /_оп. Изменяя с помощью ПЦУ коэффициент деления N, можно получить требуемую сетку частот с шагом, равным /_оп. Поскольку выходная частота синтезатора связана с частотой опорного кварцевого генератора как / = Д/_оп, то относительные нестабильности этих частот равны. Если требуется сформировать очень низкую частоту, то между опорным кварцевым генератором и фазовым детектором необходимо ввести делитель частоты (ДЧ).

Рис. 7.8. Структурная схема аналогового синтезатора частоты

Представленный вариант построения синтезатора частоты имеет недостатки. Первый из них связан с конечностью ширины полосы синхронизации управляемого генератора, которая зависит от управляющих элементов генератора и коэффициентов передачи ФД и ФНЧ. Поэтому для получения широкой сетки частот приходится изменять собственную частоту /управляемого генератора. Второй недостаток обусловлен узкими возможностями УДЧ, построенного, как правило, на основе счетчика импульсов.

Цифровые синтезаторы. Достоинствами цифровых методов синтеза являются малое время установления частоты колебаний при перестройке, а также отсутствие разрыва фазы при смене частот. В синтезаторах частоты часто требуется использовать дробные значения коэффициента деления частоты. Метод дробного преобразования частоты используется в новейших разработках цифровых синтезаторов, реализуемых по базовой схеме (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Структурная схема цифрового синтезатора частоты

В синтезаторе частоты коэффициент деления программно-управляемого делителя частоты (ПУДЧ) изменяется во времени, образуя последовательность временных циклов определенной длительности. Полученный цикл делится еще на несколько подциклов, в течение каждого из которых коэффициент деления остается постоянным. Изменение коэффициента деления производят в момент перехода от одного подцикла к другому так, чтобы средний за цикл коэффициент деления был равен заданному. В схеме цифрового синтезатора частоты используются цифровой фазовый детектор (ЦФД), ЦАП и микропроцессор (МП).

Подстройку выходной частоты производят в конце каждого цикла. Для этого используют управляемый генератор, напряжение подстройки частоты на который подается с ЦАП. Сигнал управления вырабатывается цифровым фазовым детектором, и его уровень соответствует значению средней за время цикла разности фаз колебаний, получаемых от опорного кварцевого генератора и управляемого генератора. Затем сигнал управления с фазового детектора подается на микропроцессор, который через ЦАП по заданному коду требуемой частоты осуществляет программное управление схемой ПУДЧ.