Generatori di segnale - Corsi a Distanza

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Misure Elettroniche II
Generatori di segnale sintetizzati
Generatori di segnale
Generatore sinusoidale BF
Generatori di funzione
Generatori sinusoidali a RF
Generatori a battimenti
Oscillatori a quarzo
Generatori per sintesi indiretta
2
© 2006 Politecnico di Torino
1
Obiettivi della lezione 1/2
Metodologici
concetto di generare una frequenza combinando
opportunamente varie frequenze generate da un
unico oscillatore di elevata qualità
come generare una frequenza agganciandola in
fase ad un oscillatore di elevata qualità
esigenze di avere un oscillatore con il
comportamento di un “quarzo a frequenza
variabile”
4
2
Obiettivi della lezione 2/2
Progettuali
analisi di sistemi circuitali di complessità medio
alta
applicazione di un circuito ad aggancio di fase
stima delle prestazioni
5
Prerequisiti per la lezione
Sistemi elettronici:
mescolatori di frequenza
amplificatori selettivi
distorsione e generazione di armoniche
6
3
Bibliografia per la lezione
“Frequency synthesizers: theory and design”
V. Manassewitch
Wiley, N.Y., 1980
“Misure elettroniche”
S. Leschiutta
Pitagora Editrice, Bologna, 1996,
cap.10, pag. 163
7
Contenuti della lezione
Generatore di segnali sintetizzati:
Generalità
La sintesi di frequenza
Moduli di base per la sintesi
Esempio di generatore sintetizzato
8
4
Generatore di segnali sintetizzati
Caratteristiche dei sintetizzatori 1/2
Detti anche sintetizzatori di frequenza
Generano sinusoidi dalle frequenze acustiche fino
alle microonde
Accuratezza di frequenza:
frequenza generata con accuratezza paragonabile
a quella di un quarzo (1x10-8÷1x10-9)
ma, rispetto al quarzo, hanno l’enorme vantaggio
di generare frequenze variabili
10
5
Caratteristiche dei sintetizzatori 2/2
Risoluzione di frequenza
risoluzione di frequenza molto elevata (1x10-8)
(esempio di frequenza impostata: 8.435.328,7 Hz
con risoluzione assoluta di 0,1 Hz)
La presenza di un campione interno a frequenza
fissa garantisce tale risoluzione e l’accuratezza
11
Utilizzo dei sintetizzatori 1/2
Generatori di stimolo per misure di f.d.t. di
dispositivi ad alta selettività
fluttuazioni di frequenza δfs infatti producono
maggiori fluttuazioni δVu della tensione misurata
Vu
δVu
f
δfs
12
6
Utilizzo dei sintetizzatori 2/2
Sorgenti molto accurate e stabili che però devono
poter essere variate si utilizzano in:
sistemi di navigazione
sistemi di comunicazione radiomobili
sistemi radar doppler a frequenza variabile
sistemi a scansione automatica di frequenza con
elevate caratteristiche di ripetibilità degli step di
frequenza
Campioni secondari con frequenza variabile
(prestazioni simili ad un oscillatore al quarzo)
13
7
Metodi di sintesi di frequenza
Si costruisce il valore della frequenza del segnale
combinando con particolari circuiti frequenze di
riferimento note e costanti
La frequenza del segnale può essere ottenuta
sostanzialmente con due metodi detti di
sintesi diretta
sintesi indiretta
15
La sintesi diretta
La frequenza in uscita è ottenuta:
partendo da una sorgente di riferimento a
frequenza fissa (quarzo)
generando molteplici frequenze per
moltiplicazione per fattori numerici noti N e
divisione per fattori numerici noti M
combinando le varie frequenze mediante
operazioni di somma e differenza di frequenza
16
8
La sintesi indiretta
Si utilizzano tecniche PLL (Phase Lock Loop)
anelli ad aggancio di fase
Si imposta il valore di frequenza mediante divisori
numerici di frequenza per fattori noti
17
9
Generare frequenza Nf0 multipla
Partendo da f0 si può generare una frequenza Nf0
f0
f0
Circuito
Fortemente
distorcente
xN
∞
∑nf
0
Nf0
Filtro passa
Banda
Nf0
Nf0
n=1
f
f
f0 2f0 3f0 4f0
f0
f
Nf0
Nf0
19
Generare serie di frequenze multiple
Con la stessa tecnica si può generare una serie di
10 frequenze (N+i)f0 con i=0,..,9
Il cosiddetto pettine di frequenze tutte correlate
con f0
Nf0
(N+1)f0
f0
Circuito
Fortemente
distorcente
(N+2)f0
(N+9)f0
20
10
Generare una frequenza sottomultipla
Divisione di frequenza per un fattore N
f0
f0
÷N
f0/N
Divisore
numerico
fattore N
Circuito
squadratore
f0/N
21
Generare varie frequenze sottomultiple
Frequenze sottomultiple si possono generare
anche con circuiti che utilizzano una reazione
positiva selettiva con moltiplicazione di frequenza
Amplificatore
Selettivo
a 10 kHz
Esempio
100 kHz
10 kHz
MIXER
MOLT. x3
MOLT. x3
30 kHz
90 kHz
22
11
Somma di due frequenze
La frequenza somma di due frequenze è
ottenibile con circuiti di mescolazione e filtraggio
f1+f2
f1
MIXER
f2
Amplificatore
Selettivo a
f1+f2
23
Differenza di due frequenze
Analogamente si ottiene la differenza fra due
frequenze
f1-f2
f1
MIXER
f2
Amplificatore
Selettivo a
f1-f2
24
12
Combinatore di frequenze armoniche
Con frequenza del filtro selettivo opportuna si
possono ottenere le combinazioni armoniche
|mf1±nf2|
|mf1±nf2|
f1
MIXER
f2
Amplificatore
Selettivo a
|mf1±nf2|
25
13
Principio della sintesi diretta 1/2
Quarzo
1MHz
Moltiplicatori x30,..x39
Si parte da un unico oscillatore a quarzo di buona
qualità
Si genera un pettine di frequenze che contiene
come ultima cifra i valori 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
:10
:10
:10
:10
:10
:10
:10
:10
:10
:10
3.0 MHz
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
27
Principio della sintesi diretta 2/2
Si combinano le varie frequenze prodotte da
circuiti visti e utilizzando numerosi moduli del tipo
(decadi di Boella)
f1+f2
f1
+
+
f2
:10
f3
Si creano successivamente le varie cifre di peso
meno significativo che compongono la frequenza
di uscita
28
14
Esempio di sintesi diretta di una freq. 1/2
Esempio: generazione di una freq. fu=16,530 kHz
Schema di collegamento:
30
Quarzo
1MHz
Moltiplicatori x30,..x39
31
32
:10
:10
:10
3
3 :10
34
:10
35
:10
36
:10
37
:10
38
:10
3
9 :10
x24
3.0 MHz
3.1
3.2
3.3
3.4
-
3.5
3.6
30.3MHz
3.7
+
3.8
3.9
24 MHz
+
27 MHz
30.53MHz
:10
3.03
MHz
+
+
:10
3.053
MHz
27.03
MHz
+
30.653MHz
+
:10
3.0653
MHz
27.053
MHz
+
3.01653
MHz
+ 30.1653:10
MHz
27.0653
MHz
29
Esempio di sintesi diretta di una freq. 2/2
Per cambiare la frequenza di uscita si scelgono
diverse combinazioni tra le frequenze
La struttura rimane la stessa
30
15
Impostazione della frequenza
Il pannello di un sintetizzatore ha una serie di
manopole ciascuna per una cifra da impostare
con peso decadico
9
0
1
9
0
1
9
0
1
9
0
1
9
0
1
9
0
1
9
0
1
8
2
8
2
8
2
8
2
8
2
8
2
8
2
7
3
7
3
7
3
7
3
7
3
7
3
7
3
6
5
4
6
5
4
100kHz 10kHz
6
5
4
1kHz
6
5
4
6
5
4
100Hz 10Hz
6
5
4
1Hz
6
5
4
0.1Hz
Le commutazioni di frequenza possono essere
fatte con commutatori elettronici
31
Caratteristiche del segnale sintetizzato
Pregi:
notevole risoluzione
accuratezza della frequenza vicina al quarzo
interno
commutazione rapida delle frequenze (con
controllo elettronico)
Difetti:
complessità elevata (costi elevati)
elevato ingombro e peso
32
16
Approfondimenti
I seguenti concetti devono essere meditati e
risultare chiari dallo studio della lezione:
tecniche di manipolazione di una frequenza
propagazione delle incertezze per combinazione di
frequenze fortemente correlate
impostazione di un valore di frequenza con
impostazione delle varie cifre
commutazione rapida della frequenza con passi di
discretizzazione molto piccoli
34
17
Sommario della lezione
Generatore di segnali sintetizzati:
Generalità
La sintesi di frequenza
Moduli di base per la sintesi
Esempio di generatore sintetizzato
Domande di riepilogo
35
18

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