Рассмотрим строение обычного ФАПЧ синтезатора:
Контроллер--->ДПКД---->ЧФД<---ОКГ
^
|
|---ГУН<--+
В большинстве случаев ДПКД построен
на простых счетчиках с параллельной загрузкой. Загрузкой управляет микроконтроллер.
Для коротковолновой аппаратуры требуется малый шаг перестройки частоты,
поэтому необходимо выбирать низкую частоту сравнения и большой коэффициент
деления ДПКД. Большая разрядность счетчика требует применения большого
числа микросхем в этом узле. В данной экспериментальной конструкции было
решено реализовать ДПКД на микроконтроллере.
Для экспериментов был выбран широко
распространенный контроллер Atmega8. Согласно документации на него таймер/счетчик
№1 имеет разрядность 16 бит и может работать в нескольких режимах. Подходящими
для ДПКД режимами являются CTC и Fast PWM. В режиме CTC формируется выходной
сигнал с частотой Foc=Fclk/2N(1+OCRnA) . Двойка в знаменателе является
нежелательной, т.к. при этом формируемая сетка частот будет кратна двум.
В режиме Fast PWM выходная частота определяется по формуле: Foc=Fclk/N(1+TOP)
где N=1, а TOP- значение регистра сравнения OCR1A(ШИМ с переменной разрядностью),
наиболее предпочтительным является именно этот режим работы, он же и используется.
За основу была взята конструкция синтезатора,
описанная в журнале "РАДИО" №4, 2003г стр.31("Простой синтезатор частот").
Переделанная мной схема синтезатора показана на следующем рисунке.
В этой схеме был заменен ДПКД и улучшена
фильтрация по цепям питания.
Тактовая частота с ГУН подается на
вход системной синхронизации XTAL1 D4(контроллер работает в режиме с внешним
тактированием). В нем с помощью 16-разрядного счетчика происходит деление
этой частоты до частоты сравнения 1КГц, которая снимается с вывода OC1B
и далее поступает на вход ЧФД. Кнопками S1 и S2 изменяется модуль счета
ДПКД и выходная частота синтезатора с шагом в 1КГц. Последовательно включенные
микросхемы D2 и D3 образуют делитель частоты на 45 для образцового кварцевого
генератора. Рабочая частота синтезатора отображается на символьном ЖК дисплее.
Макет синтезатора был спаян на двухсторонней плате. Из макетной платы были вырезаны "островки" для микросхем на которых смонтированы все детали. Детали располагаются с двух сторон. Фольга служит в роли земли и к ней припаиваются все заземляемые выводы.
Плата. ГУН + ДПКД на контроллере.
Плата. ОКГ с делителем + ЧФД.
Рекомендации по замене деталей и настройке
синтезатора те же, что и в вышеупомянутой статье.
Катушка L1 на каркасе из блока УПЧИ
старого телевизора. Была намотана "на глазок", точное число витков подбирается
экспериментально. Кварц ОКГ на 45КГц из какого-то древнего измерительного
оборудования. Можно применить и на другую частоту, соответственно изменив
коэффициент делителя. 16-символьный 2-строчный ЖК дисплей DMC16207 фирмы
OPTREX или аналогичный(используется только первая строка). Дроссели ДР1-ДР3
намотаны на ферритовых кольцах К7х4х2 и содержат 7-10 витков изолированного
провода. Блокировочные конденсаторы по цепи питания паяются в непосредственной
близости к выводам цифровых микросхем. Вообще что касается этих блокировочных
конденсаторов, то следует исходить из правила: "чем их больше - тем лучше".
Резистором R8 подстраивается требуемая контрастность изображения ЖКИ. Можно
исключить этот резистор из схемы, а 3-й вывод ЖКИ заземлить(максимальная
контрастность).
Данный синтезатор испытывался на диапазонах
2МГц и 7МГц(с разными контурами L1). На частоте 2МГц прием велся на вещательный
КВ АМ-приемник. Стабильность частоты хорошая, еле заметная паразитная модуляция
1КГц несущей - последствия очень простого интегрирующего фильтра петли
ФАПЧ. Затем синтезатор был переделан на любительский диапазон 40 метров(7МГц).
В этом диапазоне сначала прием велся на тот же вещательный приемник. Была
заметна очень сильная паразитная модуляция частоты ГУН. Для ее уменьшения
в схему был введен дополнительный подчистной фильтр R16 C18 (применение
таких фильтров без расчетов может сильно изменить фазовую характеристику
и привести к возбуждению). Это увеличило время установления частоты до
1 секунды(против полсекунды без доп. фильтра), но зато позволило полностью
избавится от паразитной модуляции. Испытания с приемом синтезируемого сигнала
на самодельный приемник прямого преобразования с высокодинамичным балансным
ключевым смесителем на полевых транзисторах на этом дипазоне показали хорошие
результаты: чистый тон, отсутствие гармоник ГУН при перестройке по всему
40-метровому диапазону и отсутствие цифровых шумов схемы даже несмотря
на то, что синтезатор не был заэкранирован, лежал на столе в нескольких
сантиметрах от приемной антенны и вместе с приемником питался от одного
источника питания.
Микроконтроллер Atmega8-16PU/PI позволяет работать ГУН на частоте до 16МГц(без оверклокинга). При некоторой переделке управляющей программы можно применить контроллеры Atmega48-20PU/PI, работающие на тактовых частотах до 20МГц и перекрывающие высокочастотные КВ любительские диапазоны(за исключением 10-метрового диапазона). Но у Atmega48 есть еще одна "фишка" - это входной предделитель тактовой частоты, позволяющий работать процессору с входными частотами до 100МГц. Однако, при включении этого предделителя шаг синтезируемой частоты будет равен коэффециенту предделителя.
Разумеется, что шаг в 1КГц - это довольно много для КВ диапазонов. Применив более сложные фильтры и снизив частоту сравнения, можно значительно уменьшить шаг синтезатора. Есть правда еще один способ уменьшения шага синтезатора. Допустим, нам надо чтобы синтезатор перекрывал участок 1,8-2МГц. Мы делаем синтезатор на 18-20МГц, а на его выходе ставим дополнительный делитель на 10. Таким образом мы получим шаг 100Гц.
Исходник Си и прошивки на 7МГц для
микроконтроллера Atmega8 скачать здесь.
