Divizorul de frecventa

Divizorul de frecventa reprezinta un bloc foarte important in aplicatiile implementate pana in acest moment in domeniul frecventelor radio si a microundelor deoarece constituie parte integrala a unui circuit PLL (Phase-Locked-Loop). Din moment ce bucla cu calare de faza,PLL, este des utilizata in circuitele de radio-frecventa, se poate ajunge la concluzia ca divizorul ar trebui sa fie analizat din perspectiva analogica, insa a fost dovedit ca cea mai utila este analiza digitala a portilor logice din care este constituit. Implementarea acestor porti logice se poate implementa cu logica cuplata in sursa- SCL, deoarece pot realiza o divizare cu un factor N mare (figura 1), specific aplicatiilor care lucreaza la frecvente ridicate, in jurul GHz-tilor, cum ar fi aplicatiile WLAN ce necesita 5GHz, pot lucra la o tensiune de alimentare scazuta, util aplicatiilor portabile si pot reduce semnificativ zgomotul, datorita puritatii spectrale. Din aceste explicatii reiese o caracteristica a familiei SCL, acea ca poate fi folosita in aplicatiile ce lucreaza la frecvente ridicate, in jurul GHz-tilor.

Dezvoltarea telecomunicatiilor in primul rand, dar si a altor domenii ale electronicii, a solicitat realizarea unor surse de oscilatii cu performante ridicate, capabile sa furnizeze foarte multe frecvente , in pasi mici, in game extinse de la frecvente joase . Ca urmare, au aparut si s-au dezvoltat tehnici de sinteza coerenta, in numeroase variante, capabile sa satisfaca cerinte tot mai pretentioase.

Sintetizoarele de frecventa sunt circuite utilizate la divizarea, capabile sa furnizeze un numar mare de frecvente, cu stabilitate ridicata a frecventei de iesire, utilizand una sau cateva surse primare, de referinta; frecventa generata se modifica in trepte. [8]

Principalii parametri ai unui sintetizator sunt cei care il caracterizeaza ca sursa de oscilatii cu frecventa stabila: tipul si nivelul semnalelor, impedanta de iesire, stabilitatea frecventei, puritatea spectrala, continutul in armonice, zgomotele. La acestea se adauga:

gama (sau gamele) frecventelor furnizate;

numarul de canale (frecvente) sau numarul de trepte la reglaj (pasii);

rezolutia sau treapta, adica diferenta minima realizabila intre doua frecvente;

timpii de stabilire a frecventei dupa o comutare cu o treapta si intre frecventele extreme;

modalitatea de prescriere a frecventei;

modalitatea de afisare a frecventei furnizate;

fiabilitatea, consumul de energie, caracteristicile mecanice, costul de fabricatie, etc.

Un sintetizor de frecventa este in general un circuit complex, destul de scump. In prezent, numeroase subansamble din receptoarele radio integrate se realizeaza sub forma de circuite integrate monolitice si hibride, avand ca rezultat scaderea drastica a costurilor, a gabaritului si masei, a consumului de energie, incat numeroase echipamente portabile si de larg consum (receptoare radio si TV) pot fi echipate cu sintetizoare de frecventa la preturi acceptabile. [9]

Vom analiza in continuare, schema bloc a sintetizatorului de frecventa, folosind PLL si evidentiind importanta folosirii circuitelor logice SCL in blocul de divizare de frecventa.

Figura 1. Schema bloc a sintetizatorului de frecventa

Din punct de vedere functional, sintetizatorul de frecventa este un circuit PLL. Structura tipica este aratata in figura 1.

Primul bloc al circuitului, Comparator de faza, este utilizat pentru a compara fazele a doua semnale de intrare, si (se analizeaza latimea pulsului rezultat dupa comparatie), semnalul rezultat fiind apoi filtrat trece-jos (pentru a se extrage valoarea medie) si folosit in blocul Oscilator comandat in tensiune- VCO (Voltage Controlled Oscilator), cu scopul de a regla frecventa si faza oscilatiilor acestuia. Cel mai utilizat filtru este filtru trece-jos de ordinul 2, prezent in figura 2. Acesta are ca sarcina atenuarea zgomotul de frecvente inalte, pentru a transmite oscilatorului un semnal cu cat mai putin zgomot si extragerea valorii medii care sa comande oscilatorul variabil.

Figura 2. FTJ ordin 2

Diferenta de faza se va numi semnal de eroare- , pentru ca arata cu cat se va modifica faza semnalului de feedback, , fata de faza semnalului de referinta . Oscilatorul comandat in tensiune genereaza un semnal a carui frecventa e proportionala cu o tensiune de control, respectiv semnalul . Un exemplu de oscilator este VCO (Colpitts) cu dioda varicap (figura 3). Este o schema utilizata frecvent datorita simplitatii.

Figura 3. Oscilator Colpitts cu dioda varicap

Semnalul care iese din oscilator intra in Divizorul de frecventa, unde se realizeaza divizarea cu factorul , iar apoi se face din nou compararea de faza, urmarindu-se ca prin aceasta bucla cu reactie negativa (feedback), circuitul sa se stabilizeze, diferenta de faza intre cele doua semnale de intrare sa fie cat mai mica. [2]

(1)

Astfel, un circuit PLL combina stabilitatea oferita de quartz cu posibilitatea de a varia frecventa unui circuit. De exemplu, se va putea controla frecventa de iesire, a semnalului , in pasi discreti, stabiliti in functie de aplicatie.

O solutie pentru a se putea realiza divizarea N ar fi utilizarea unui divizor initial (prescaler), o divizare P de frecventa mare; reprezentare in figura 3

Figura 4. Schema bloc a sintetizatorului de frecventa, divizare cu Prescaler

Din figura, reiese ca factor de divizare va fi : N'=NP, unde doar divizorul P va fi de frecventa mare, implementat cu ajutorul familiei SCL, iar divizorul N va fi divizor de frecventa mult mai joasa, fata d eimplementarile clasice CMOS.

Bucla cu calare de faza este combinarea intre electronica analogica si cea digitala folosita pentru controlul frecventei unui oscilator, fiind un sistem automat cu reactie pentru urmarirea fazei. Ca sistem automat, are multiple aplicatii, dar principalul beneficiar ramane domeniul telecomunicatiilor.