*P5V_PW: +5V điện áp không đổi.
2.4.8. Sơ đồ khối bộ tổ hợp tần số
Sơ đồ thể hiện ở phụ lục 7.
Bộ tổ hợp tần số cung cấp tín hiệu LO cho bộ trộn của hệ thống cao tần sau đây:
- Tín hiệu F1: Tần số của tín hiệu này được thay đổi với bước tần 100 Hz trong dải tần (110,85÷139,3499) MHz để tần số sau bộ trộn thu lần thứ nhất là 109,35 MHz.
- Tín hiệu F2: Tần số là 100,95 MHz hoạt động ở chế độ LSB và 117,75 MHz hoạt động ở chế độ USB hoặc AM.
a. Điều khiển bộ tổ hợp tần số. Tần số đầu ra F1 được điều khiển bởi
bộ điều khiển nối tiếp. Bộ điều khiển nối tiếp đưa dữ liệu nối tiếp phù hợp với tần số hoạt động. Sự hoạt động bộ điều khiển nối tiếp được điều khiển bởi bộ vi xử lý trong mô đun vi điều khiển (MCU). Bộ điều khiển nối tiếp bao gồm 4 đường dây sau:
* Dữ liệu trên đường dây SER_D_O quyết định hệ số chia của bộ chia biến đổi của vòng lặp F1 và F2.
* CLK_TX, cung cấp tín hiệu đồng bộ cho việc đọc dữ liệu nối tiếp. * CS_SYNT, điều khiển dữ liệu nối tiếp cho vòng lặp F1.
b. Bộ dao động tần số chuẩn đưa ra tần số chuẩn là 21MHz, được tạo ra
bởi bộ dao động thạch anh (VTCXO) trong mô đun vi điều khiển MCU.
2.4.8.1. Bộ tạo tín hiệu F1:
a. Nguyên tắc hoạt động. Bộ tổ hợp là một vòng khóa pha (PLL) có sử dụng phương pháp phân đoạn-N (Thực chất là bộ chia điều khiển (?N+1) kết hợp với bộ chia biến đổi M). Phương pháp này cho phép sử dụng một tần số chuẩn 100 kHz, tạo ra các tần số đầu ra với bước tần 100 Hz, bằng cách sử dụng hệ số chia nguyên lần trong vòng lặp.
Sơ đồ khối chức năng đơn giản của phương pháp phân đoạn N-PLL được thể hiện trong hình 2 – 1.
Hình 2- 1: Sơ đồ khối chức năng đơn giản phương pháp phân đoạn N-PLL. Thực tế, nó không phải là khả thi để xây dựng một bộ chia tần số với hệ số chia cố định (không thay đổi theo thời gian ) mà là một tỉ lệ kết hợp. Do đố, yêu cầu hệ số chia cần đạt được bằng cách tự động thay đổi hệ số chia tạm thời. Kể từ khi bước tần số phù hợp (100 Hz), là chính xác 1/100th của tần số chuẩn (Fref) của PLL (100 kHz), hệ số chia thay đổi với bước tần 0.01th, trong chu kỳ 100.
Phương pháp được sử dụng để có hệ số chia theo yêu cầu sự thay đổi dao động theo chu kỳ của hệ số chia: Trong chu kỳ ra M của mỗi một chu kỳ trong 9 chu kỳ chia, N được thực hiện, trong khi chu kỳ chia được thực hiện bởi N+1. Sử dụng phương pháp này, tần số đầu ra được xác định phù hợp đối với phưpng trình sau:
Fo= Fref
Ví dụ, nếu tần số đầu ra yêu cầu là 120,093 MHz, chọn chu kỳ M = 7; N = 1200 ta có:
Hệ số chia được xác định bởi một bộ chia biến đổi tần số, tỷ lệ với lệnh thay đổi hệ số chia được đưa ra bởi các mạch hiệu chỉnh sao cho phù hợp với số đầu ra cần thiết.
Như thể hiện trong hình 2-2, tín hiệu chuẩn 100 KHz và tín hiệu đâu ra của bộ chia biến đổi (VDO) có tần số trung bình là 100 KHz được đưa tới mạch tách sóng pha (PHASE DETECTOR). Mạch tách sóng so pha thực hiện so sánh hai tín hiệu theo một chu kỳ chuẩn và tạo ra cho mỗi chu kỳ một xung có chiều rộng tỷ lệ thuận với sự chênh lệch pha tức thời giữa hai tín hiệu. Bởi vì hệ số chia không phải là một số cố định, nhưng sự thay đổi một cách tuần hoàn tín hiệu đầu ra các thành phần bộ tách sóng so pha của các xung với sự biến thiên tuần hoàn độ rộng xung.
Các xung này được tích hợp bằng cách tích hợp kết quả dạng sóng (Dưới điều kiện bình thường, đó là một vòng lặp bị khóa) la một bước sóng, gần như là một dạng sóng răng cưa. Tín hiệu điều khiển vòng lặp phải có điện áp tỷ lệ thuận với độ chênh lệch pha trung bình giữa tín hiệu chuẩn và tín hiệu đầu ra của bộ chia tần số, một điện áp điều chỉnh được thêm vào tín hiệu đầu ra của sự tích hợp bằng thiết bị điều hòa. Điện áp điều chỉnh bao gồm các bước bổ sung cho các bước tại đầu ra tích hợp. Bằng cách này, làm nhẵn tín hiệu tương ướng với sự chênh lệch pha trung bình thu được tại đầu ra của bộ điều hòa.
Tín hiệu này được lấy mẫu bởi mạch lấy mẫu và mạch giữ và được đưa tới bộ lọc vòng lặp. Tín hiệu lọc đươc sau đó đưa đến bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO). VCO cung cấp các tần số đâu ra của vòng lặp mà khóa tần số chuẩn.
b.phân tích sơ đồ khối bộ tổ hợp tần số. Hình 2-1 cho thấy sơ đồ khối của bộ tổ hợp tần số. Tần số bộ tổ hợp tần số đầu ra bị khóa lại tới khi tần số chuẩn đạt được 100 KHz băng bộ tạo điện áp tần số 21 MHz và bộ dao động thạch anh (VTCXO) trong mô đun MCU.
Tần số đầu ra của bộ tổng hợp được điều khiể bởi cổng điều khiên nối tiếp nhận được từ mô đun vi điều khiển (MCU). Bất cứ khi nào bộ tổ hợp tần số được thay đổi, dữ liệu điều khiển mới được nạp vào bộ chuyển đổi nối tiếp tới song song bằng một xung CS_SYNT.
∗ Bộ chia tần số chuẩn. Tín hiệu 21 MHz được cung cấp bởi bộ điều khiển nhiệt độ bộ dao động thach anh VTCXO trong đường dây 21 MHz, chia cho 210 để có được tần số chuẩn 100 KHz cho bộ tổ hợp tần số PLL F1.
∗ Chuyển đổi nối tiếp tới song song (SERIAL TO PARLLEL CONVERTER) và bộ giải mã đặc biệt(SPECIAL DECODER). Tần số dữ liệu nhận được trông qua đường dây điều khiển nối tiếp SER_D_O, được tải với tốc độ của tín hiệu CLK_TX vào bộ chuyển đổi nối tiếp – song song và kết quả ở đầu ra của nó sẽ xuất hiện định dạng song song, khi nhân được xung CS_SYNT.
Bộ giải mã đặc biệt nhận được dữ liệu số tần số được cung cấp bởi chuyển đổi nối tiếp –song song nhằm tạo ra các dữ liệu điều khiển cho bộ chia biến đổi(VARIABLE DIVIDER) và các tín hiệu điều khiển rời rạc khác nhau phục vụ cho việc hiểu chỉnh mạch tổ hợp tần số.
Bộ giải mã riêng cũng cung cấp cho đường dây OVC (0-4) sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (F1 DAC) để cung cấp một điện áp thời gian thô, xác định dải hoạt động phj VCO. Bôk chuyển đổi nôits tiếp song song cũng cung cấp tín hiệu USB_LSB điều khiển tần số đầu ra F2 VCO.
∗ Mạch tách sóng so pha/khóa tách sóng. Mạch này thực hiện hai chức năng chính:
− Bộ tách sóng pha (PHASE DETECTOR) thực hiện so sánh mỗi xung với 1 xung chuẩn, tín hiệu xung chuẩn này được cung cấp bởi bộ chia tần số chuẩn với tín hiệu đầu ra hệ số chia biến đổi (VDO). BỘ tách sóng pha tạo ra một xung mức cao (ODP), có chiều rộng phù hợp với sự lệch pha giữa
hai tín hiệu này và cũng tạo ra một xung điều khiển ODISS cho các mạch tích phân (INTEGRATOR).
− Bộ phận khóa tách sóng (LOCK DETECTOR) giám sát trạng thái của bộ tổ hợp tần số PLL và tạo ra một tín hiệu chỉ thị trạng thái OALI.
∗ Bộ tích phân (INTEGRATOR). Tích hợp tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng pha và điện áp hiệu chỉnh cung cấp bởi mạch điều chỉnh (CORRECTION CIRCUIT), để có được một tín hiệu hình răng cưa. Biên độ đỉnh của tín hiệu răng cưa tỷ lệ thuận với độ rộng của các xung xuất hiện tại đầu ra bộ tách sóng pha.
∗ Mạch hiệu chỉnh (CORRECTIN CIRCUIT). Mạch này tạo ra xung điều chỉnh được sử dụng để bù đắp những thay đổi trong điện áp đầu ra bộ tích phân bởi sự chênh lệch pha tức thời gây ra bằng sự thay đổi hệ số chia.
∗ Mạch lấy mẫu và giữ (SAMPLE AND HOLD). Các mạch lấy mẫu này thích hợp về thời tín hiệu đầu ra của bộ tích phân. Kết quả là điện áp được lọc bởi bộ lọc vòng lặp để đưa tín hiệu điều khiển VTUNE cho VCO.
∗ Mạch điều khiển PLL. Việc thực hiện các nhiệm vụ cần thiết cho hoạt động của PLL được điều khiển bởi một số mạch, tạo ra tín hiệu điều khiển như sau:
− Thời gian lấy mẫu (SAMPLE TIMER). Mạch này tạo ra các xung, điều khiển thời điểm lấy mẫu của tín hiệu đầu ra bộ tích phân bằng mạch lấy mẫu và giữ.
Vào cuối mỗi xung lấy mẫu, một tín hiệu điều khiển được gửi đến mạch tách sóng so pha. Sau đó mạch tách sóng so pha tạo ra một tín hiệu giải phóng ODISS cho bộ tích phân. Điều này thiết lập lại xung bộ tích phân và chuẩn bọ cho chu kỳ tiếp theo, bắt đầu ngay từ xung tần số chuẩn tiếp theo.
− Mạchu tổ hợp tần số (SYNCHRONIZER). Mạch này điều khiển và bắt đầu quả trình khóa, đồng thời thay đổi cấu hình của bộ lọc vòng lặp cần thiết để nhanh chóng khóa PLL. Mạch bắt đầu quá trình khóa sau khi phát
hiện tần số thay đổi trong dữ liệu nhận được quả cổng điều khiển nối tiếp hoặc phát hiện mất khóa như được chỉ bằng tín hiệu OALI được tạo ra bởi bộ tách sóng so pha/khóa tách sóng.
Sau khi tiếp nhận của một trong những tín hiệu này, mạch tổ hợp tần số thực hiện các hoạt động sau đây:
+ Gửi một lệnh OINHH2 để bỏ qua bộ lọc vòng lặp, do đố thay đổi cấu hình vòng lặp từ vòng lặp đầu tiên, cho đến khi khóa đạt được.
+ Đặt lại mạch điều chỉnh và tách sóng so pha / khoa tách sóng.
+ Ngăn chặn sự mất khả năng khóa tách sóng từ mất chỉ báo của khoa trên đường dây OALI để thời gian bình thường cần thiết đạt được khóa.
• Bộ lọc vòng (LOOP FILTER). Tín hiệu VTUNE nhận được từ mạch lấy mẫu và giữ được lọc bởi bộ lọc thông thấp PLL. Đặc điểm của bộ lọc là điều khiển các phản ứng vòng lặp năng động . Để giảm thiểu tổng thời gian khóa trong quá trình nhẩy tần và trong thời gian tần số thay đổi, bộ lọc vòng lặp có thể được bỏ qua của một điều khiển chuyển mạch bởi lệnh OINHH2 mạch tổ hợp tần số.
- Khi bộ lọc vòng lặp được bỏ qua , bộ tổ hợp tần số PLL hoạt động như một vòng lặp đầu tiên.
- Sau khi khóa vòng lặp, bộ lọc vòng lặp này được đưa vào đường dẫn tín hiệu mà không làm ảnh hưởng khóa PLL và sự hoạt động của bộ tổ hợp tần số như một vòng thứ hai .
• Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự F1 ( DAC ). Để đạt được hiệu suất tốt hơn trên dải tần số hoạt động , dần tải số VCO được chia thành các dải phụ. Bộ chuyển đổi DAC thực hiện chuyển đổi thông tin dài phụ tần số , được cung cấp bởi bộ giải riêng ( Mục 2 ở trên ) trên bus OVC(0-4) , đưa tới điện áp điều khiển VCORSE . Điện áp VCORSE được lọc bởi một bộ lọc thông thấp và được đưa tới VCO. Để giảm thiếu tổng thời gian khóa trong
quá trình nhẩy tần và trong quá trình thay đổi tần số, bộ lọc thông thấp có thể được bỏ qua bằng một chuyển mạch điều khiển bởi lệch OINHH2:
- Khi bộ lọc vòng lặp được bỏ qua, bộ tổ hợp tần số PLL hoạt động như một vòng lặp đầu tiên.
- Sau khi khóa vòng lặp, bộ lọc vòng lặp này được đưa vào đường dẫn tín hiệu mà không làm ảnh hưởng khóa PLL và sự hoạt động của bộ tổ hợp với tần số như một vòng thứ hai.
• VCO F1, Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) tạo ra các tần số đầu ra của tổng hợp F1. Tần số này được điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển sau đây:
- VTUNE, cung cấp bởi bộ lọc vòng lặp, được sử dụng để điều khiển tần số chính xác.
- VCORSE, cung cấp bởi DAC thông qua bộ lọc thông qua thấp, được sử dụng để cài sẵn gần giữa tần số VCO của dải phụ tần số hoạt động.
Tín hiệu đầu ra của VCO được cung cấp thông qua một bộ đệm tới đường dây F1, gửi đến hệ thống cao tần PF.Một bộ đệm khác được sử dụng để cung cấp tín hiệu đầu ra VCO thông qua dây V_D để đến bộ chia điều khiển N và N+1.
•Bộ chia điều khiển trước bộ chia biến đổi: Việc chia tần số đầu ra VCO có được tín hiệu sử dụng để đóng vòng lặp, thực hiện bởi hai mạch:
- Bộ chia điều khiển ( PRESCALER), mạch này chia tần số đầu ra của VCO cho hệ số chia điều khiển N hoặc N+1, thao tín hiệu điều khiển OPSCO được cung cấp bởi bộ chia biến đổi.
- Bộ chia biến đổi ( VARIABLE DIVIDER), mạch chia tần số đầu ra bộ chia điều khiển N và N+1 để có được tín hiệu với một tần số trung bình là 100 KHz, VDO. Hệ số chia được xác định bởi dữ liệu nhận được từ bộ giải mã đặc biệt ( SPECIAL DECODER)
Ngoài ra, hệ số chia tức thời của bộ chia biến đổi sẽ biến đổi động để có được tần số đầu ra trung bình thích hợp được dưới sự điều khiển của hệ số chia biến đổi mạch điều chỉnh( CORRECTION CIRCUIT)
2.4.8.2.Bộ tạo tín hiệu F2
Tần số F2 phụ thuộc vào chế độ hoạt động : 100,95 MHz cho hoạt động chế độ LSB và 117,75 MHz cho chế độ hoạt động USB và AM
Tín hiệu F2 được tạo ra bởi vòng khóa pha ( PLL ) , bằng cách sử dụng một bộ chia với một trong hai hệ số chia tần số cố định.
a. Bộ chia tần số chuẩn ( REFERENCE FREQUENCY DIVIDER ) . Tín hiệu 21 MHz được cung cấp bởi bộ điều khiển nhiệt độ bộ dao động thạch anh ( VTCXO ) trong đường dây 21MHz được chia cho 140 để có được một tần số chuẩn 150 Khz cho F2 PLL
b. Bộ chuyển đổi nối tiếp / song song. Dữ liệu tần số nhận nối tiếp thông qua đường dây điều khiển SER_D_O, được tải với tốc độ của tín hiệu CLK_TX đưa vào bộ chuyển đổi nối tiếp/ song song, khi nhận được một xung CS_SYNT. Bộ chuyển đổi nối tiếp / song song sử dụng dữ liệu này tần số để tạo ra dữ liệu điều khiển nhị phân ch o bộ chia biến đổi.
c. Bộ tách sóng pha/ Khóa tách sóng. Mạch này thực hiện 2 chức năng chính :
• Bộ phận tách sóng pha ( PHASE DETECTOR ) thực hiện so sánh mỗi xung với 1 xung chuẩn , tín hiệu xung chuẩn này được cung cấp bởi bộ chia tần số chuẩn với tín hiệu đầu ra hệ số chia biến đổi VDD. Bộ tách sóng so pha tạo ra một xung mức cao DP, có chiều rộng phù hợp với sự lệch pha giữa hai tín hiệu.
d. Bộ lọc vòng lặp F2. Tín hiệu PD nhận được từ bộ tách sóng so pha được lọc bằng bộ lọc thông thấp PLL. Đặc điểm bộ lọc là điều khiển và phản ứng năng động của vòng lặp. Tín hiệu lọc được đưa sang F2 VCO.
e. F2 VCO. VCO tạo ra tần số ra F2. Tần số này được điều khiển bởi tín hiệu cung cấp bởi bộ lọc vòng. Tần số đầu ra VCO có thể được chuyển giữa các giá trị phù hợp cho hoạt động USB và AM , phù hợp với hoạt động LSB bằng tín hiệu điều khiển USB_LSB, được cung cấp bởi bộ lọc vòng. Tần số đầu ra VCO có thể chuyển giữa các giá trị phù hợp cho hoạt động USB và AM , phù hợp với hoạt động LSB bằng tín hiệu điều khiển USB_LSB, được cung cấp bởi bộ chuyển đổi nối tiếp tới song song. Tín hiệu này được sử dụng bởi mạch điều khiển tần số F2 nhằm làm thay đổi cấu hình mạch cộng hưởng VCO để có được tần số đầu ra thích hợp.
Tín hiệu đầu ra của VCO được khuếch đại nhờ bộ khuếch đại đệm tới đường dây F2, gửi đến hệ thống cao tần. Một bộ đệm khác được sử dụng để đưa một mẫu của tín hiệu đầu ra VCO, thông qua đường dây V_D tới bộ chia biến đổi.
f. Bộ chia biến đổi. Bộ chia biến đổi thực hiện chia tần số của tín