Dao động chuẩn
: M So pha : N Lọc
VCO
Lọc thấp và khuếch đại
Hiển thị
DDS Lọc
OnChip 2
OnChip 1
EEPR
OM Giao diện điều khiển
Điều khiển chuyển
mạch
D/A
Ổn áp
5V
Modun Điều Khiển Modun Trung Tâm
12.6V
Qua phân tích nguyên lý hoạt động, ưu khuyết điểm của các phương pháp tổ hợp tần số ở chương 2 , đồng thời so sánh với các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra ta chọn phương án xây dựng bộ tổ hợp tần số theo phương pháp DDS điều khiển PLL. Phương pháp này cho ta một số ưu điểm nổi bật hơn so với các phương pháp trước đây vẫn còn tồn tại.
-Tạo ra dải tần rộng, độ ổn định tần số rất cao bước dịch tần nhỏ có khi đến hàng mmHz.
-Thiết kế chế tạo đơn giản , trọng lượng , kích thước nhỏ, thuận tiện cho việc lăp đặt thay thế.
-Công suất tiêu thụ nhỏ.
Trên cơ sở lý thuyết kết hợp với những yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật đã được xây dựng ở trên chúng tôi xây dựng sơ đồ khối như hình 3.3
25
Hình 3.3: Sơ đồ khối modun tổng hợp tần số
•Khối so pha:
Đầu vào khối so pha là 2 dao động (
M
f ch) và (
N
f ns ) , còn đầu ra là các xung phản ánh sự sai khác pha giữa hai dao động. cực tính của xung phản ánh sự hơn kém pha tương ứng của hai dao động, độ rộng xung phản ánh độ lệch
pha , độ lệch pha càng lớn thì độ rộng xung càng lớn. khi hai dao động cùng pha thì độ rộng xung bằng 0.
•Bộ khuyếch đại và lọc thông thấp
Khối này có chức năng nhận tín hiệu sau so pha và biến đổi thành tín hiệu điện áp thăng giáng tùy thuộc vào sự sai khác pha giữa hai dao động đầu vào so pha. Để tương thích với đặc điểm của VCO về tín hiệu điện áp thì giá trị hệ số khuyếch đại phải được tính toán cho phù hợp để đạt yều cầu tìm kiếm dao động. Khi hai dao động(
M
f ch) và (
N
f ns ) cùng pha thì đầu ra bộ lọc là điện áp 1 chiều.
•Khối D/A
Do dải điều hưởng của bộ lọc dải và dải điều hưởng của dao động ngoại sai có khoảng điện áp biến đổi tương đối tương đồng . Do vậy chỉ cần thiết kế một bộ D/A cho cả 3 đối tượng điều chỉnh với độ chính xác ưu tiên cho hai bộ lọc dải (30 ÷ 49,99) MHz và ( 50 ÷ 71) MHz
Khối D/A được nuôi bằng nguồn 26V một chiều, có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điều khiển từ hệ vi xử lý thành điện áp tương ứng. Đầu ra của khối D/A được đưa đến phần tử kháng trong VCO để đặt trước tần số. đồng thời điện áp này được đưa tới điều khiển điện áp đặt lên VARICAP của bộ lọc dải và điều hưởng bộ lọc cao tần.
•Giao diện điều khiển:
Khối giao diện điều khiển gồm các phím có nhiệm vụ tiếp nhận các thao tác của người sử dụng: thiết lập tần số, thao tác đặt tần số, nhớ tần số, thao tác đặt chế độ thu quét, biến thành dữ liệu dạng số tương ứng đến hệ vi xử lý.
•Khối hiển thị:
27
Dùng loại màn hình tinh thể lỏng loại LCD16x4 có khả năng hiển thị text để hiển thị tần số, hiển thị các chế độ làm việc tương ứng của điện đài.
Có đặc điểm tương thích tốt với OnChip, tiết kiệm năng lượng , phù hợp với điều kiện quân sự.
•Bộ nhớ EEPROM AT24c64
Đây là loại chip nhớ có thể ghi xóa bằng điện , giao tiếp nối tiếp với OnChip và có dung lượng nhớ 8Kbyte. Với dung lượng này cho phép ta lưu trữ rất nhiều tần số.
•Khối ổn áp:
Bằng thực nghiệm cho thấy việc sử dụng modun mới với số lượng linh kiện ít, tiêu tốn năng lượng ít cho phép mạch tổng hợp tần số làm việc với nguồn 9V.
Khối ổn áp thực hiện chức năng biến đổi điện áp từ nguồn acqui thành điện áp ổn định cho bộ biến đổi D/A.
•Khối tổ hợp tần số trực tiếp.
Khối tổ hợp tần số trực tiếp DDS là khối điều khiển số có chức năng tạo ra một dải tần số tương tự từ một tần số chuẩn đầu vào. Khối này tạo ra cho ta các tần số có độ chính xác cao, độ ổn định cao về nhiệt độ và thời gian, điều chỉnh băng rộng, điều chỉnh tần số liên tục theo pha. Khối này có nhiệm vụ tạo ra một lưới tần số có độ dịch tần nhỏ. Tốc độ của đồng hồ là 125MHz và cú khả năng thiết lập 23 triệu tần số trong một giõy và độ chớnh xỏc đạt ẳ tỉ. Sự điều khiển khối tổng hợp số trực tiếp được thực hiện bởi việc nạp dữ liệu vào thanh ghi thông qua các cổng nối tiếp hoặc song song.
•Hệ vi xử lý:
Hệ vi xử lý của modun tổ hợp tần số gồm 2 OnChip AT89c52 có nhiệm vụ tiếp nhận dữ liệu từ người dùng , tính toán các hệ số chia M, N và đưa ra các bộ chia, đưa dữ liệu ra hiển thị, tính toán đưa ra dữ liệu tới bộ biến đổi
D/A, đặt tần số cho bộ tổ hợp số trực tiếp. Ngoài ra hệ vi xử lý còn có chức năng nhận dữ liệu điều khiển nhớ tần số, thu quét tần số.
•Hoạt động tạo tần số:
Khối VCO là bộ dao động có tần số ổn định phụ thuộc vào thiên áp ngoài.
Tín hiệu ra của VCO là tín hiệu tần số cần tạo ra và là đối tượng cần điều khiển. Tần số ra khi thiên áp vào VCO bằng 0V là tần số tự nhiên f 0còn khi thiên áp thay đổi gây nên sự lệch tần ∆f .
Do đó ta có f ra= f 0+ ∆f
Dao động f VCO của VCO được trộn với tần số fdds được tạo ra từ khối tổng hợp số trực tiếp. Tần số đầu ra sau trộn là f tr = f ra – fdds được đưa qua bộ
chia biến đổi N cho ra tần số (
N
f
fVCO− dds), dao động chuẩn sau khi qua bộ
chia biến đổi M tạo ra tần số (
M
f ch). Hệ vi xử lý sau khi nhận dữ liệu vào ngoài việc tạo ra tần số sau DDS thì nó cần phải tính toán đưa ra các hệ số chia M, N sao cho
M
f ch=
N
f
f VCO− dds. Ban đầu thì (
N
f fVCO− dds≠
M
f ch ) và
nguyên nhân của sự sai khác là do f racủa VCO chưa thể đạt ngay đến giá trị
( fVCO=
M
f chN+ f
dds ). Để lôi kéo được f VCO về đúng giá trị(
M
f chN + f
dds ) thì 2
dao động (
M
f ch) và (
N
f
fVCO− dds) đưa vào so pha, sự khác pha sẽ tạo trên đầu ra so pha một chuỗi xung, sự hơn kém nhau về pha sẽ quyết định độ rộng của xung. Như vậy đầu ra so pha là một chuỗi xung, qua khuyếch đại biên độ các
29
xung được tăng lên. Qua lọc thấp thích hợp, thực chất là bộ tích phân nếu tín hiệu ra sẽ có dạng thăng giáng tùy theo cực tính xung. Nếu các xung trong chuỗi xung đều có độ rộng bằng 0 , tức là đạt được đẳng thức(
M
f ch=
N
f
f VCO− dds) thì đầu ra bộ lọc sẽ là điện áp một chiều.
Điện áp đầu ra bộ lọc thấp được đưa đến điều chỉnh phần tử kháng trên VCO để lôi kéo f ra về giá trị (
M
f chN + f
dds ) . Nhưng vì dải biến thiên của điện áp thăng giáng sau bộ lọc thấp có giới hạn nên khả năng lôi kéo này cũng chỉ có trong một phạm vi nhất định , vậy nên với mỗi tần số cần đặt trước một điện áp tương ứng lên VCO để đưa f ra về gần giá trị (
M
f chN+ f
dds) vào dải bắt của vòng so pha. Hệ vi xử lý sẽ phải tính toán để đưa dữ liệu điều khiển đến bộ biến đổi D/A đầu ra D/A sẽ đưa 1 tín hiệu đặt trước lên VCO.
Ví dụ: Ta cần tạo ra tần số ra có f ra = 60MHz và sử dụng tần số f ch= 125MHz và ta đặt tần số fdds = 15MHz như vậy để tạo ra tần số f ra = 60MHz có bước dịch tần 5KHz thì hệ vi xử lý phải tính toán hệ số chia N = 9000 và M=25000. Như vậy tần số ra khi đó là f ra=
M
f chN + f
dds = 9000
25000
125 + 15 = 60MHz.
Như vậy tần số được tạo ra qua hai bước :thô chọn tần số và tìm kiếm , lôi kéo, giữ tần số fra về tần số(
M
f chN + f
dds ) nhờ vòng khóa pha.
+ 5 V
+ 5 V _ V C D
+ 5 V
+ 5 V - V C A
1 n C 2 1 n
0 . 1 u 0 . 1 u
1 n 1 0 u H
1 0 0 u H
1 0 u H
2 0 0 2 2 0
2 2 0
1 0 0
3 . 9 k
+ 2 2 p F
P 3 _ 5 P 3 _ 6 P 3 _ 7
M I X E R
D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6
D 7 F Q _ U D W C L K
C L K I N V I N P Q O U T D A C B L
R E S E T D V D D D V D D A V D D A V D D D G N D D G N D
A G N D A G N D Q U O T B
R S E T V I N N
8 0 M H z
I O U T
I O U T B
A D 9 8 5 0
TA