Формирование частоти сигналов

Содержание
История НИО-33
Готовые решения
Отечественные микросхемы для синтеза сигналов и частот
Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ

История НИО-33

Отраслевая научно-исследовательская лаборатория НИЛ-33 "Синтезаторы сложных и прецизионных сигналов" (ССПС) была создана в 1982 году тремя предприятиями: МНИИП, РТИ, НИИРП. До 1992 г. подразделение работало в основном по заказам Минрадиопрома.
Основными направлениями деятельности лаборатории являлись: цифровые вычислительные синтезаторы частот и сигналов; синтезаторы частот и сигналов с линейной модуляцией на основе колец ФАПЧ (в том числе с дробным ДПКД); линии задержки с высоким разрешением и цифровым управлением; программное обеспечение управления синтезаторами; оценка параметров и фазовые измерения сигналов; акустоэлектронные анализаторы спектра на дисперсионных линиях задержки.
Сотрудниками лаборатории было получено более 50 свидетельств на изобретения, опубликованы 2 монографии и большое число статей по вопросам исследования и разработки устройств формирования прецизионных высокочастотных сигналов для систем радиолокации, связи, навигации, ионосферного зондирования и измерительных комплексов.
В 2010 году лаборатория преобразована в отдел НИО-33 «Формирование и обработка сигналов для радиолокационных и связных применений»

Характеристики разработанных синтезаторов ЧМ сигналов
(на отечественной элементной базе)
ЛЧМ — линейная ЧМ; НЧМ — нелинейная ЧМ; ПЧМ — полиномальная ЧМ; ЦВС — цифровой вычислительный синтезатор; КВС комбинированный вычислительный синтезатор; ЦВС с КО — ЦВС с коммутацией отсчетов; ЦВС с КМ — ЦВС с квадратурным модулятором; ДЦВС — двухуровневый ЦВС.

ЛЧМ — линейная ЧМ;
ЦВС — цифровой вычислительный синтезатор;
ЦВС с КП — ЦВС с квадратурным переносом.
Характеристики разработанных синтезаторов ЧМ сигналов
(на импортной элементной базе)

Готовые решения для
синтеза частот и
формирования сигналов

Универсальный двухканальный генератор
Г4-РК2/150
Два независимых канала на основе
цифровых вычислительных синтезаторов;
Диапазон частот: 0,1—150 МГц;
Модуляция аналоговая: АМ, ЧМ, ФМ;
Модуляция цифровая: BPSK, BFSK, QPSK, QFSK;
Режим формирования ЛЧМ сигнала;
Малые габариты и энергопотребление;
Питание по шине USB.

Универсальный двухканальный генератор
Г4-РК2/150
Основные характеристики:
Внутренняя модуляция и модуляция с внешних входов
Два типа внутренней модуляции:
Из ОЗУ микроконтроллера:
максимум 4096 точек на период;
время на перезапись одного отсчета >1,5 мкс.
Из ОЗУ ЦВС:
максимум 1024 точки на период;
время на перезапись одного отсчета 10 нс — 650 мкс.

Универсальный двухканальный генератор
Г4-РК2/150
Установка всех параметров
сигнала с помощью ПО для ПЭВМ
Дополнительные опции:
Высокостабильный опорный
генератор с возможностью
синхронизации от внешнего
источника 5 или 10 МГц;
Работа от внешнего источника
опорной частоты;
Измерение АЧХ и ФЧХ.

Универсальный двухканальный генератор
Г4-РК2/150-АФ
АЧХ кварцевого резонатора на 10 МГц

Синтезатор частот на основе кольца ФАПЧ
с целочисленными коэффициентами
диапазон частот: 10 МГц-6 ГГц (по диапазонам);
уровень выходного сигнала: не менее +10 dBm;
внешний источник опорной частоты: 1-150 МГц;
напряжение питания: +12 В;
потребляемый ток: 150 мА;
рабочий диапазон температур: –40…+80 °C;
габаритные размеры: 64×50×27 мм.
Основные параметры синтезатора на основе
кольца ФАПЧ с целочисленными коэффициентами:
диапазон частот: не более октавы;
шаг по частоте: 50 кГц … 10 МГц;
время переключения: 20 мкс … 2 мс;
уровень паразитных составляющих: –70 дБ;
фазовый шум: –80… –105 дБн/Гц@10 кГц на 1 ГГц.

Синтезатор частот на основе кольца ФАПЧ
с дробными коэффициентами
Достижим герцовый и субгерцовый шаг,
однако при частотах синтеза близких к
кратным ½ частоты сравнения увеличивается
уровень паразитных составляющих в спектре
сигнала.
Основные параметры синтезатора на основе
кольца ФАПЧ с дробными коэффициентами:
диапазон частот: не более октавы;
шаг по частоте: <единиц Гц;
время переключения: десятки мкс;
уровень паразитных составляющих: -60..-50 дБ;
фазовый шум:-90…-100 дБн/Гц@10 кГц на 1 ГГц.
Для уменьшения уровня паразитных составляющих в
дробном синтезаторе возможно применять двухпетлевую схему
и обходить «опасные» частоты программно

Синтезатор частот на основе цифрового
вычислительного синтезатора
• Диапазон частот: 0.5-300 МГц;
• Максимальная выходная мощность: +15 дБм;
• Шаг перестройки по частоте: 2,6*10-6 Гц;
• Время переключения выходной частоты:
не более 30 мкс (после получения команды);
• Уровень паразитных гармонических составляющих в
спектре выходного сигнала:
в узкой полосе (±1 МГц), не более - 70 дБн;
в широкой полосе, не более - 45 дБн;
• Вход внешней опорной частоты 5-100 МГц,
минимальный уровень 0,2 Вэфф;
Отдельный потенциальный вход «ON / OFF» включения/выключения выходного сигнала;
Выход сигнала контроля функционирования «READY» со светодиодной индикацией;
Интерфейс управления: двунаправленный SPI в полнодуплексном режиме работы;
Напряжения питания: +(5 ± 0,5) В, ток потребления не более 0,35 А,
+(12 ± 1,2) В, ток потребления не более 0,15 А;
Габаритные размеры: 112 x 57 x 21 мм, герметичное исполнение;
Масса: 230±10 г.
Разработано программное обеспечение для управления
синтезаторами от ПЭВМ через порт LPT

Синтезатор частот с высоким разрешением
по частоте на основе кольца ФАПЧ
• Диапазон частот: 100-4000 МГц* (по диапазонам);
• Уровень выходной мощности: не менее +13 дБм;
• Шаг перестройки по частоте: 1 Гц и более*;
• Время установления частоты: не более 3 мс*;
• Уровень паразитных гармонических составляющих в
спектре выходного сигнала: не более - 70 дБн;
• Вход внешней опорной частоты 5-250 МГц,
минимальный уровень 0,2 Вэфф;
Параметры, обозначенные символом *
определяются при заказе.
Отдельный потенциальный вход «ON / OFF» включения/выключения выходного сигнала;
Выход сигнала контроля функционирования «READY» со светодиодной индикацией;
Интерфейс управления: двунаправленный SPI в полнодуплексном режиме работы;
Напряжения питания: +(5 ± 0,5) В, ток потребления не более 0,1 А,
+(12 ± 1,2) В, ток потребления не более 0,25 А;
Габаритные размеры: 112 x 57 x 21 мм, герметичное исполнение;
Масса: 230±10 г.
Разработано программное обеспечение для управления
синтезаторами от ПЭВМ через порт LPT

Аттенюатор СВЧ сигналов
Управление ручное или по шине USB;
Цифровая индикация затухания;
Встроенный аккумулятор;
Малые габариты и энергопотребление.

Синтезатор сверхширокополосных ЛЧМ сигналов
• Диапазон частот (по диапазонам): 400-6000 МГц
• Разрешение по частоте: ~3*10-6 Гц;
Девиация ЛЧМ: до 500 МГц;
• Скорость перестройки ЛЧМ: до 50000 ГГц/с;
• Разрешение по скорости перестройки ЛЧМ: 600 Гц/с;
Длительность импульса ЛЧМ: 10 мкс…106 с;
• Точность установки длительности импульса: 10 нс;
• Максимальная частота повторения импульсов: 50 кГц;
• Амплитудная неравномерность в полосе: <±2 дБ
(опционально <±1 дБ, <±0.5 дБ);
• Среднеквадратичная фазовая ошибка: ±10о
(опционально ±2.5о, ±0.5о).

Отечественные микросхемы для синтеза сигналов и частот

Цифровой вычислительный синтезатор 1508ПЛ8Т
Основные характеристики:
два полностью независимых канала цифрового синтеза;
возможность совместного использования каналов для синтеза
квадратурных сигналов;
скорость модуляции до 13 млн. символов/сек. в каждом канале;
интерфейсы управления: последовательный SPI,
16 разрядный параллельный порт, линк-порт;
Каждый канал содержит:
встроенный 10 бит ЦАП с частотой дискретизации до 1000 МГц;
64 профиля модуляции сигнала;
48-разрядные аккумуляторы частоты и фазы;
встроенный 48-разрядный таймер;
16-разрядный регистр управления смещением фазы;
12-разрядный амплитудный модулятор;
12-разрядный регистр управления постоянным
смещением выходного сигнала;
возможность гауссовой фильтрации параметров модуляции;
Напряжение питания 3,3 В ±5% и 1,8 ±5%; корпус LQFP-100.
Потребляемая мощность <700 мВт.
Превосходит по
параметрам
ЦВС фирмы
Analog Devices
Приемка «5»

Отладочная плата для цифрового вычислительного синтезатора 1508ПЛ8Т
подключение к ПЭВМ по интерфейсу USB;
формирование немодулированных сигналов,
сигналов с амплитудной, частотной, фазовой,
амплитудно-фазовой, линейной частотной
модуляцией;
простое подключение устройства пользователя
для управления микросхемой
цифрового вычислительного синтезатора;
программное обеспечение с возможностью
доступа к значениям регистров;
опционально: высокостабильный
тактовый генератор.

ФАПЧ с целочисленным и дробным коэффициентами деления 1508ПЛ9Т
Основные характеристики:
целочисленный и дробный коэффициенты деления
устройство рандомизации помех дробности;
коэффициенты деления предделителя 4/5, 8/9, 16/17, 32/33;
последовательный (SPI) интерфейс управления;
возможность управления коэффициентами
деления по параллельной шине;
входная частота до 3 ГГц;
опорная частота до 250 МГц;
частота работы фазового детектора до 100 МГц;
Напряжение питания 3,3 В ±5% и 1,8 ±5%; корпус LQFP-48
Приемка «5»

Отладочная плата для микросхемы ФАПЧ 1508ПЛ9Т
подключение к ПЭВМ по интерфейсу USB; модульная конструкция, обеспечивающая
использование любых генераторов,
управляемых напряжением и фильтров;
простое подключение устройства пользователя
для управления микросхемой 1508ПЛ9Т;
опционально: встроенный источник
опорной частоты.

Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ

Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ
Современные тенденции
Увеличение полосы ЛЧМ
Микросхема 1508ПЛ8Т позволяет формировать ЛЧМ сигнал с полосой
до 400 МГц, а при использовании квадратурного переноса — до 800 МГц

Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ
Современные тенденции
Использование профилей для коррекции амплитуды, фазы и
постоянного смещения в процессе формирования ЛЧМ
для снижения уровня паразитных составляющих

Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ
Современные тенденции
Цифровые активные фазированные антенные решетки
В последнее время в зарубежной печати все чаще появляются сообщения о разработке следующего поколения фазированных антенных решеток – цифровых активных фазированных антенных решеток (ЦАФАР). Основное их отличие заключается в наличии цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразователя непосредственно в ячейке АФАР. Такая конструкция позволяет значительно уменьшить габариты и энергопотребление передающего модуля, увеличить точность и дальность обнаружения за счет формирования более узкой диаграммы направленности.
Разработанная НПЦ «Элвис» микросхема цифрового вычислительного синтезатора 1508ПЛ8Т, содержащая в своем составе высокоскоростной цифроаналоговый преобразователь (10 бит, частота преобразования 800 МГц) совместно с квадратурным модулятором идеально подходит для реализации передающей ячейки ЦАФАР. В такой ячейке автоматически обеспечивается калибровка квадратурного модулятора, при которой подавление паразитных составляющих достигает -55…-60 дБн, а также становится возможной коррекция искажений, вносимых усилителем мощности. Достигнутый уровень среднеквадратичных фазовых ошибок не превосходит 0.2 градуса в ЛЧМ сигнале с девиацией до 100 МГц. Без проблем решается вопрос и со снижением амплитудных ошибок до ±0.5 дБ и менее. Помимо ЛЧМ сигналов ячейка позволяет формировать любые другие сигналы в полосе до 500 МГц. Фазу выходного сигнала можно устанавливать в диапазоне 0-360 градусов с точностью ~0.02 градуса.

Разработка устройств синтеза частот и сигналов на заказ
Современные тенденции
Цифровые активные фазированные антенные решетки
Спектры сигнала на выходе квадратурного модулятора
до калибровки (левый) и после калибровки (правый)