Магістрант Ганзенко В.А., д.т.н., проф. Коцержинський Б.О.

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут», Україна

Квадратурна  модуляція як спосіб перенесення спектру сигналу інтегрованих синтезаторів прямого цифрового синтезу на більш високі частоти

 

Серед інтегрованих синтезаторів прямого цифрового синтезу (ІСПЦС), які виробляє провідна фірма Analog Devices, є так звані  квадратурні закінчені   синтезатори прямого цифрового синтезу,наприклад, ІСПЦС AD9854 (CMOS 300 MSPS Quadrature  Complete DDS AD9854). Вони мають аналогові виходи з двох ЦАП (рис.1). На  виходах  AD9854 такі сигнали:  OUT1- однополярний  струмовий  косинусний вихід компоненти І,  IOUT1- комплементарний однополярний  струмовий  косинусний вихід компоненти І, IOUT2 - однополярний  струмовий  синусний вихід компоненти Q, IOUT2 - комплементарний однополярний  струмовий  синусний вихід компоненти Q.

 

                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Аналогові виходи AD9854           Рис.2.  Пряме квадратурне перетворення

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Односмугове перетворення уверх.

 

Перемикання вихідних квадратурних сигналів ІСПЦС дає можливість вибрати потрібну бокову смугу, придушення непотрібної бокової смуги  корегується амплітудами квадратурних сигналів ІСПЦС(рис.3).  При використанні квадратурного модулятора AD8346 сигнали треба пропустити  через фільтри низьких частот.

Запропоноване перетворення було реалізовано лабораторією фірми шляхом використання налагоджувальних плат ІСПЦС і модулятора з деякими переробками [1].

Тестування підтвердило  очікувані результати, коли сигнали з ІСПЦС були  узгоджені для компенсації розбалансу  фаз  та амплітуд (рис.8).  Розбаланс фаз виникає у пристроях між ІСПЦС та  модулятором. Його можна скорегувати  зміною довжини кабелю. Амплітуди сигналів  регулюються  підсилювачами ЦАП. НА рис.8 центральна частота 1.05 ГГц, бокові смуги на відстані 25 МГц. Верхня смуга  придушена на 40 дБ у порівнянні з  нижньою, що відповідаю розбалансу фаз у 1 градус. Амплітуда складової центральної частоти перевищує рівень верхньої бокової ( придушення 36 дБ). Її рівень можна зменшити збільшенням амплітуд вхідних сигналів AD8346.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Спектр сигналу на виході AD8346

 

У роботі [1] визначається, що квадратурна модуляція  є добре  зроблений та економічний метод для перенесення спектру ІСПЦС у діапазони УКХ та  НВЧ без втрат переваг технології прямого цифрового синтезу (ПЦС) та якості сигналу. Інтегрований  квадратурний модулятор   AD8346 спрощує процес, добре узгоджується з AD9854. Та головне:  квадратурна модуляція  не заважає застосовувати різні методи модуляції  сигналів ІСПЦС.

Квадратурну модуляцію можна  здійснити не тільки за допомогою спеціальних ІСПЦС, таких як   AD9854, AD9857 , але також використовуючи пару взаємно синхронізованих ІСПЦС  (AD9954   (тактова частота  ),  AD9834 (), 

AD9910 (), AD9911 (),  AD9912 (), AD9915 ()  [2].

 

            Проаналізуємо різні варіанті реалізації квадратурної модуляції.

Нехай  два сигнали   (гетеродин)   та  надходять на вхід нелінійного елементу із квадратичною вольт-амперною характеристикою

Тоді 

 

Нехай  два сигнали  та  надходять на вхід нелінійного елементу із квадратичною вольт-амперною характеристикою

Тоді 

 

Якщо сигнали  скласти у квадратурному модуляторі

 

 

то зникає складова із сумою частот (верхня бокова смуга), трохи послаблена складова із частотою    (несуча ). 

    

Якщо взяти сигнали   та   , тоді

Якщо сигнали   та  скласти у квадратурному модуляторі, тоді  зникає складова із різницею  частот (нижня  бокова смуга), трохи послаблена складова із частотою  (несуча), залишається верхня бокова смуга

                 

 

       Нехай тепер на вхід змішувачів модулятора надходять такі пари сигналів

 та  ,    та .

Для першої пари   

 

Для другої пари

 

На виході квадратурного модулятора зникає тільки друга гармоніка частоти  , залишаються обидві бокові смуги  та .

Нехай тепер на вхід змішувачів модулятора надходять такі пари сигналів

 та  ,    та .

Для другої пари 

 

 

На виході квадратурного модулятора (сигнали і6 та і8) зникають бокові смуги та   друга гармоніка частоти ω1

 

 

Висновки

Отримати  потрібний вихідний сигнал модулятора  можна правильним вибором комбінацій фаз вхідних гармонічних сигналів. Модуляція складних частотно-модульованих коливань потребує подальшого аналізу.

 

Література

1.Cushing R. Single-Sideband Upconversion of Quadrature DDS to the 800-to-2500-MHz Band/ Analog Dialogue 34-3(2000).

2. Brandon D. Synchronizing Multiple AD9850/AD9851 DDS-Based Synthesizers/AN-587, Analog Devices, www.analog.com