Was ist ein Frequenzsynthesizer?
Ein Frequenzsynthesizer ist ein Gerät, das eine Wellenform mit einer Frequenz erzeugt, die von analogen oder digitalen Schaltkreisen bestimmt wird. Der gebräuchlichste Frequenzsynthesizer verwendet einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der von einem Phasenregelkreis (PLL) unter Verwendung einer stabilen Frequenzreferenz gesteuert wird. Frequenzsynthesizer werden in den meisten Telekommunikationsgeräten verwendet, die zum Senden oder Empfangen auf einem bestimmten Frequenzbereich in einem Teilband ausgelegt sind.
Der Betrieb wird ermöglicht, indem die Frequenz eines VCO direkt oder indirekt auf die Frequenzreferenz eingestellt wird. Die Steuerung des VCO erfolgt durch eine variable Gleichspannung, mit der die VCO-Frequenz stufenlos eingestellt werden kann. Wenn der VCO-Frequenzausgang zu niedrig ist, kann bei Bedarf eine Frequenzvervielfachung durchgeführt werden. In ähnlichen Anwendungen ist der digital gesteuerte Oszillator ein verbesserter VCO mit zusätzlichen Funktionen für einen größeren Frequenzbereich und speziellen Funktionen wie einer schnelleren Frequenzsperre.
Die digitale Frequenzteilung ist der Prozess der Verwendung von digitalen Auf-Ab-Zählern, um einen Bitstrom zu erzeugen, dessen Frequenz um eine ganzzahlige Zahl niedriger ist als die Eingangsrate. Der Dualmodul-Prescaler verwendet zwei Teilerstufen, um die im Frequenzschritt erforderliche Auflösung im Ausgang zu erzielen. Durch Einstellen der rechten Teilerzahl kann die Frequenz des VCO-Ausgangs verkleinert und mit der Referenz verglichen werden, um die PLL-Sperre wiederherzustellen.
Ein einfacher Frequenzsynthesizer verfügt über einen VCO, eine Frequenzreferenz, eine PLL, einen Prescaler, einen Teiler und zugehörige Schaltungen. Um beispielsweise eine sinusförmige 10-Megahertz-Ausgabe (MHz) zu erzeugen, befindet sich die Steuerleitung auf einem Gleichstrompegel, so dass die VCO-Ausgabe 10 MHz beträgt. Das VCO-Ausgangssignal wird auch bei digitalen Pegeln zur Frequenzteilung durch 10.000 in Rechteckwellen umgewandelt, um einen Abtastwert von 1 Kilohertz (kHz) zu erhalten, und dieser wird zusammen mit einem Referenzsignal von 1 kHz einem Phasenkomparator zugeführt. Die resultierende Gleichstromfehlerspannung steuert die VCO-Steuerleitung, und der PLL ist in diesem Zustand gesperrt. Bei jeder Änderung der Frequenz oder Phase des VCO-Ausgangs wird der Vorgang wiederholt und an der VCO-Steuerleitung korrigiert, bis der Ausgang wieder bei 10 MHz liegt und der PLL gesperrt ist.
Frequenzsynthesizer werden üblicherweise in Funksender- und -empfängerschaltungen verwendet. In Sendern erzeugt der Frequenzsynthesizer die Trägerfrequenz, die genau genug sein muss, um die gesetzlichen Emissionsanforderungen zu erfüllen. Für Empfänger verwendet der Überlagerungsempfänger eine Frequenzmischung des Lokaloszillators (LO) und des ankommenden Hochfrequenzsignals (RF), um die Zwischenfrequenz (IF) zu erhalten. Im Empfänger ist der VCO-Ausgang das Lokaloszillatorsignal. Es ist zu beachten, dass der Überlagerungsempfänger eine LO-Frequenz benötigt, die das Empfängersignal plus oder minus der gewünschten ZF sein kann.