Необходимость применения синтезаторов частот.

Существенным недостатком рассмотренной в 1.3.4 схемы РПУ РТ BELL является трудность увеличения числа рабочих каналов в одном аппарате.

Это сопряжено с ростом числа кварцевых резонаторов, как для приемника, так и передатчика каждого блока, и необходимостью их коммутации в ВЧ цепях.

В то же время прием в том канале, на который настроен при изготовлении одноканальный РТ, может оказаться затруднен или вообще невозможен из-за близко расположенного источника помех, гармоник мощной радиостанции, телевидения, аналогичного РТ и т.д.

Несмотря на усложнение схемы РТ, в некоторых ранних моделях вводился второй канал приема/передачи с переключением кварцевых резонаторов.

Двухканальная система применялась в РТ SONY SPP-60/90 и SANYO TH5400 (краткое описание схем см. в 1.4.3).

Рис. 1.14. Интегральные синтезаторы частоты с ФАПЧ. а) структурная схема и цоколевка МС145160, LC7150/51

Выходом из создавшегося положения была разработка интегральных синтезаторов частот с кварцевой стабилизацией и цифровым (кодовым) управлением (рис. 1.14). Кварцевые синтезаторы, создающие сетку частот с любым, заранее заданным шагом, были известны и ранее [31].

Однако, применение таких сложных устройств на дискретных элементах в малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) было сопряжено с рядом трудностей (энергопотребление, массогабаритные показатели, стоимость).

Появление интегральных схем синтезаторов частот с ФАПЧ решило сразу несколько важных проблем — получение сетки рабочих частот одновременно для РПУ и РПДУ при использовании одного кварцевого резонатора, простое переключение каналов приемника и передатчика набором двоичного кода, упрощение схемы высокочастотных трактов РТ.

Принцип действия синтезатора частот.

Синтезатор формирует сетку частот, используя метод деления частоты опорного кварцевого генератора с помощью делителя частоты с программируемым коэффициентом деления. Гетеродины телефонного аппарата представляют собой низкостабильные генераторы, управляемые напряжением (ГУН), управление частотой и стабилизация которых осуществляется с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Система ФАПЧ представляет собой фазовый детектор, на входы которого поступают частоты с выхода ГУН и синтезатора частоты. Детектор сравнивает фазы поступающих сигналов и формирует на выходе “сигнал ошибки” — относительный показатель разности фаз. Полученный сигнал ошибки, после обработки в ФНЧ, поступает на управляющий элемент ГУН — варикап и, таким образом, управляет частотой гетеродина.

Микросхемы в синтезаторах частот.

На рис. 1.14.а приведена структурная схема и цоколевка наиболее распространенного в РТ синтезатора частоты МС145160 (DIP-18, SOG-18) с двумя петлями ФАПЧ, разработанного фирмой MOTOROLA. Аналогичные микросхемы выпускаются и другими фирмами, например, SANYO (LC7150/51) и SIERRA (SC371004). Еще несколько типов синтезаторов MOTOROLA — МС145161/62/66/67/68/69/70 выпускаются в пластмассовых корпусах с 16 выводами, как для печатного, так и для поверхностного монтажа.

Микросхемы содержат два независимых программируемых счетчика-делителя частоты RX и ТХ (один — для приемника, другой — для передатчика), два фазовых детектора (ФД) и общий счетчик-делитель образцовых частот, на который подаются колебания генератора с внешним кварцевым резонатором (обычно — 10,24 МГц).

Для РТ диапазона 30...39 МГц фирмой MOTOROLA разработана МС синтезатора частоты с двойной петлей ФАПЧ — МС145161. Микросхема выпускается в корпусах DIP-16 и SOG-16, рассчитана на низковольтное питание напряжением 2.5...5,5В и обеспечивает работу приемопередающих устройств РТ на 10 каналах. На рис. 1.14.6 показано расположение выводов микросхемы синтезатора МС145161. Ее структурная схема мало отличается от МС145160 за одним исключением — МС145161 программируется 4-битовым последовательным кодом по входу DATE. Каждый перепад логического уровня от 0 к 1 на входе CLK сдвигает кодовое число (слово) на один бит во входном сдвиговом регистре МС.

Оба типа микросхем могут использоваться как в ББ, так и в НБ. В первом случае на вывод 2 (MODE) должен быть подан высокий уровень (1), а во втором — низкий (0). Подача на вывод 3 (SB) низкого уровня уменьшает ток потребления МС при выключенном передатчике трубки в режиме ожидания, когда работает только приемная часть блока.

Наиболее универсальной МС синтезатора является МС145162 (рис. 1.14.г), предназначенная для любых РТ стандарта СТ-1. Программирование МС осуществляется микроконтроллером через последовательный интерфейс. Схема может работать с одним из трех кварцевых резонаторов (10,240, 11,150 и 12,000 МГц). Благодаря переключаемым счетчикам-делителям в канале сравнения, при различных кварцевых резонаторах можно получить несколько значений частот сравнения fсравн. (5,0; 6,25; 12,5 кГц). Это необходимо для обеспечения заданной сетки частот в любом диапазоне, отвечающем требованиям международного стандарта СТ-1 (табл. 1.1).

В устаревших моделях РТ набор кода для переключения каналов производился контактными переключателями путем подключения выводов DATE к высокому или низкому потенциалу. В новых моделях,

где синтезаторы частоты программируются с помощью контроллера, каждое нажатие кнопки СН или PAGE вызывает смену канала. При параллельном кодировании изменяются логические уровни на 4-х вы­водах DATE контроллера, а в случае последовательного кода смена уровней происходит только на одном выводе МК. В этом случае входной сдвиговый регистр СЧ запоминает все разряды кода.

Автоматическое переключение каналов.

Последним словом в технике радиотелефонии является автоматическое переключение каналов — сканирование. Для связи выбирается канал, уровень помех, в котором считается допустимым.

Как уже упоминалось выше, новейшие разработки микросхем радио­приемников РТ, например, AN6185 содержат, кроме других узлов, синтеза­торы частоты с двумя петлями ФАПЧ (см. рис. 1.13.6). Работу микросхемы синтезатора частоты рассмотрим на примере схемы НБ РТ SANYO CLA-1380.

Схема РПУНБ РТ Sanyo CLA-1380.

Схема РПУ (рис. 1.15) представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты сигнала, причем колебания первого гетеродина стабилизируются одной fon из сетки частот, вырабатываемых синтезатором IC451. Частота колебаний второго гетеродина с кварцевым резонатором Х451, неизменна для всех каналов РТ.

Цепи обработки сигналов РЧ собраны на многофункциональной микросхеме SANYO LA8609M (IC351). С выхода первого смесителя IC351 (вывод 3) первая промежуточная частота через ПКФ CF351 подается на вход второго смесителя IC351 (вывод 5). На вход 2 гетеродина той же МС (вывод 38) поступают колебания fгет2= 10,24 МГц с кварцевого генератора, входящего в ИС синтезатора частоты IC451 (выводы 7 и 8). На выходе смесителя (вывод 9 IC351) образуются разностные колебания второй ПЧ (455 кГц), которые через полосовой фильтр XF352 поступают на вход усилителя ограничителя (IC351 вы­вод 11) и, далее, на частотно-фазовый детектор.

Особенностью схемы первого гетеродина является наличие варикапа D151, включенного через конденсатор С156 параллельно колебательному контуру Т152. На варикап через ФНЧ (RI60, С162, R159, R158, С161) подается управляющее напряжение с выхода фазового детектора RX PD (IC451 вывод 10). Под воздействием этого напряжения изменяется электрическая емкость варикапа, а, следовательно, и частота гетеродина fгeт1.

Чтобы поддерживать заданную переключателем кода частоту fгeт1, колебания гетеродина через буферный усилитель Q152 подаются на вход программируемого счетчика-делителя RX (IC451 вывод 9) и сравниваются в ФД RX с опорной частотой fon, близкой к fгет. Если эти частоты отличаются, на выходе ФД (вывод 10) вырабатывается сигнал ошибки, сдвигающий с помощью варикапа Ггет в сторону fоп. При равенстве сравниваемых частот сигнал ошибки становится равным нулю, то есть емкость варикапа в этот момент не меняется. (Более подробно о работе систем ФАПЧ можно прочесть в [26, 28]). Схемы, аналогичные рассмотренной, применяются во многих РПУ РТ.

Рис. 1.15 Принципиальная схема РПУ 65 РТ SANYO CLA-1380RU.