diseño VCO

1

ÍNDICE:

3.1. Introducción. 3.2. Generadores de función. 3.3. Sintetizadores de frecuencia. 3.4. Generadores de síntesis muestreada. 3.5. Generadores de función arbitraria. 3.6. Generadores de datos. 3.7. Bibliografía.

OBJETIVO:

Describir el principio de funcionamiento y utilización de los generadores de señal más frecuentes para dar una visión panorámica de sus posibilidades.

LECCIÓN 3

GENERADORES DE SEÑAL.

2

GENERADOR DE SEÑAL: Equipo utilizado para producir señales eléctricas que se usan como estímulos en las pruebas del DBE.

CLASIFICACIÓN GENERAL: Generadores de función. Señales de baja y media frecuencia de formas de onda casi ideales básicas. Sintetizadores de frecuencia. Señales de alta frecuencia, muy estables y precisas. Fuentes digitales de señal. Señales complejas similares a las reales o datos binarios.

REQUISITOS BÁSICOS: Frecuencia de salida ajustable y estable. Amplitud de salida variable. Impedancia de salida conocida.

3.1. INTRODUCCIÓN.

3

RANGO DE FRECUENCIA: Desde 0Hz hasta varios MHz.

REQUISITOS OPCIONALES: Forma de onda seleccionable. Control del ciclo de trabajo. Control del nivel de offset. Control externo de la frecuencia (FM, barridos, ...). Control externo de la amplitud (AM, ráfagas, ...). Impedancia de salida fija o seleccionable. Salidas auxiliares (sincronización, niveles lógicos, …)

3.2. GENERADORES DE FUNCIÓN

4

DIAGRAMA DE BLOQUES:


VCO

Offset

ModulaciónAM

Ciclo útil

ModulaciónFM

Ajuste de frecuencia

Ajuste de amplitud

Selección de forma de onda

5

CIRCUITO OSCILADOR VCO:


DVk

VVCT

f

)( 211

)1(

)( 212 D

Vk

VVCT

f

)(

1

2121 VVC

Vk

TTf f

V1

Vc

Vt

T1 T2

V2

VCCS

Vt

V2

SW

VCCSC

Vc

+-

COMP1

213Vf/D

D

Vf

V1

-Vcc

+Vcc

+-

OAMP

213

+-

COMP2

213

R

S

Vf/(1-D)

6

-Vs1

+Vs1

VeVs

-Vs2

+Vs2

-Vsn

+Vsn

R1B

R1A

R2BR2A

D2B

D2A

R2B

R2A

RnBDnBRnA

DnA

RnB

RnA

+-2

13

R1

R2

R1BR1A

D1B

D1A

RiA=RiB i=1..n

CELDABÁSICA

Vs1

Vs2

Vs3

Vs1

Vs2

Vs1

SINTETIZADOR SINUSOIDAL:


22)( Ski

Sk VAV

VG

7

Se utilizan normalmente en alta frecuencia. Oscilador de referencia de precisión. Circuitos de proceso de la señal de referencia. Frecuencia resulta ser un múltiplo entero o fraccionario de la frecuencia de referencia.

TIPOS DE SINTETIZADOR DE FRECUENCIA De Síntesis Directa. De Síntesis Indirecta.

3.3. SINTETIZADORES DE FRECUENCIA

8

3.4. GENERADORES DE SÍNTESIS MUESTREADA

SÍNTESIS DIRECTA

Utilizan divisores y multiplicadores de frecuencia. Resolución y rango depende del número de circuitos.

Ejemplo:

VENTAJAS: Gran velocidad de

cambio de frecuencia.

INCONVENIENTES: Elevado coste. Discontinuidades en la salida. Aparición de señales espúreas.

9


SÍNTESIS INDIRECTA

F(s) VCODF fr 1/N

1/M

f0

Utilizan divisores de frecuencia y PLL. Frecuencia es un múltiplo fraccionario de la frecuencia del oscilador de referencia. Aumento del rango y de la resolución con economía de circuitos. Respuesta dinámica limitada.

Circuito básico:

N

Mff r0

Frecuencia de salida: N

frResolución:

10


F(s) VCODF fr 1/N

1/M

f01/P

SÍNTESIS INDIRECTA

Para mejorar la resolución se añade un divisor a la salida.

P

M

N

ff r0

Frecuencia de salida: NP

f rResolución:

11


SÍNTESIS INDIRECTA

F1(s) VCODF fr1/N

1/M1

f0

1/P2

F2(s) VCODF

1/M2

1/P1

Incluyendo mezcladores se amplia el rango y se mejora la resolución.

Frecuencia de salida:

21

2

1

10 PP

M

P

M

N

ff r Resolución:

21

1

PPN

f r

12


+

Registro

Acumuladorde fase

Reloj

Constante de frecuencia

Tabla de laforma de onda

D/A FPB

SÍNTESIS DIGITAL DIRECTA: Reconstrucción de una señal a partir de una secuencia uniformemente separada de datos.

Tabla de forma de onda: Contiene la amplitud en función de la fase para una determinada forma de onda.

Acumulador de fase: Permite configurar el incremento del dato fase de entrada a la tabla de forma de onda.

Constate de frecuencia: Número de pasos de fase entre una entrada de a la tabla y la siguiente.

13


Constate de frecuencia igual a 1: Se recuperan todos los datos del periodo de la forma de onda. Resolución máxima, frecuencia mínima a una frecuencia de reloj determinada.

Constate de frecuencia igual a 4: Se extrae de la tabla un valor de cada cuatro. Aumenta la frecuencia y disminuye la resolución manteniéndose el número total de puntos a la entrada del convertidor.

CAMBIO DE LA BASE DE TIEMPOS

14


CONVERSIÓN D/A Y FILTRADO DE SALIDA

VENTAJAS: Gran velocidad de cambio de frecuencia. Elección arbitraria de la referencia de fase. Posible mejora de la resolución y la exactitud. Posible funcionamiento como generador de función.

INCONVENIENTES: Rango limitado de frecuencias (0..10MHz). Desventajas propias de un sistema de muestreo.

15


ESPECIFICACIONES: Velocidad de muestreo. Velocidad máxima de extracción y conversión de los datos de la memoria (100MS/s ÷ 2,6GS/s). Resolución vertical. Número de bits del convertidor D/A. Resolución horizontal. Número de bits del acumulador de fase. Profundidad de memoria. Al aumentar el tamaño de la memoria se mejora de la calidad de la señal y se reduce la distorsión. Rango de frecuencia. Limitado por la frecuencia de muestreo y la profundidad de la memoria. Velocidad de cambio de frecuencia. Tiempo de estabilización del circuito ante cambios de frecuencia (100Hz). Algunos ciclos de reloj en síntesis muestreada. Calidad de la señal. Modulación de fase y señales espúreas.

16

3.5. GENERADORES DE FUNCIÓN ARBITRARÍA

Basados en generadores de síntesis directa:

AFG (Arbitrry Function Generator): Formas de onda básicas. Procesos de adquisición y edición limitados.

AWG (Arbitrary Waveform Generator). Con características mejoradas.

D/AConstante

de frecuencia

Salidasintetizada

+

Registro

Acumuladorde fase

Reloj

Tabla RAM deformas de onda

D/A FPBCarga de formas

de onda

17


MODOS DE FUNCIONAMIENTO: Secuenciación de formas de onda:

Modo normal. Looping. Jumping. Linking.

Filtrado selectivo

18

MODOS DE ADQUISICIÓN: Librería de formas de onda. Array digital Ecuación. Adquisición desde osciloscopio digital. Generación con herramientas gráficas. Adquisición desde digitalizador o scanner.

EDICIÓN DE FORMAS DE ONDA: Edición gráfica. Escalado. Operadores algebraicos.


19

Los DG son herramienta utilizada en ensayo de sistemas digitales. Generan cadenas binarias complejas con características analógicas y digitales parametrizables.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES: Secuenciamiento: Generación de cadenas digitales complejas con uso óptimo de memoria. Múltiples salidas: Para la conexión a buses y sistemas digitales complejos. Compatibilidad con otros equipos digitales de ensayo: Analizadores lógicos, osciloscopios digitales, simuladores, emuladores, etc. Visualización compleja: Cronogramas complejos, cursores, marcadores, herramientas de edición, etc.

3.6. GENERADORES DE DATOS

20


Visualización de un GENERADOR DE DATOS multicanal

21


Diagrama de bloques de un GENERADOR DE DATOS

22


FUNCIONES DEL BLOQUE ANALÓGICO DE SALIDA:

Perturbaciones de amplitud.

Programación de la pendiente de los flancos.

Perturbaciones de la posición temporal de los flancos (jitter).

23

3.7. BIBLIOGRAFÍA

[1] “Electronic Instrumentation Handbook”, Clyde F. Coombs (Mc Graw Hill).

[2] “An Overview of Signal Source Technology and Applications”, Tektronix (nota de aplicación).

[3] “Fractional-N PLLs”, EBV wireless (Nº2 Marzo 1998).

[4] “Integrated LNA and Mixer Basics”, National Semiconductor (nota de aplicación 884).

[5] “Phase-Locked Loop Based Clock Generators”, National Semiconductor (nota de aplicación 1006).

24

+15-15

-15

+15

+15

+15-15

-15

+15-15

+15

-15

Vin Vc

Vsin

Vin

Vt

R18

10KQ1

C548

+ C2100U

+ C3100U

J1

CON5

12345

R11

R12

R13

R14

R15

4K7

+

-

U3

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-U1

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U2

LM741

TL081

3

26

7 14 5

D1

1N4148

D2

1N4148

C1R16 R17

R1 R2

R3

R10

R5 R6

R4 R7

R9

R8

X2

X1

X3

X0

f(kHz)=Vin(V) SALIDA TRIANGULAR

SALIDA CUADRADASALIDA SENOIDAL

DISEÑO DE UN GENERADOR DE FUNCIÓN (PRACTICA 2)

VCO SINTETIZADOR SENOIDAL

25

+15-15

-15

+15

+15

+15-15

-15

+15-15

+15

-15

Vin Vc

Vsin

Vin

Vt

R18

10KQ1

C548

+ C2100U

+ C3100U

J1

CON5

12345

R11

R12

R13

R14

R15

4K7

+

-

U3

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U1

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U2

LM741

TL081

3

26

7 14 5

D1

1N4148

D2

1N4148

C1R16 R17

R1 R2

R3

R10

R5 R6

R4 R7

R9

R8

X2

X1

X3

X0

f(kHz)=Vin(V)

10V

-10V

15V

-15V

Vt

Vc

DISEÑO DEL VCO

26

+15-15

-15

+15

+15

+15-15

-15

+15-15

+15

-15

Vin Vc

Vsin

Vin

Vt

R18

10KQ1

C548

+ C2100U

+ C3100U

J1

CON5

12345

R11

R12

R13

R14

R15

4K7

+

-

U3

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-U1

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U2

LM741

TL081

3

26

7 14 5

D1

1N4148

D2

1N4148

C1R16 R17

R1 R2

R3

R10

R5 R6

R4 R7

R9

R8

X2

X1

X3

X0

f(kHz)=Vin(V)Q1 OFFDISEÑO

R12 = R13 = 10k

R11 = 2R

R = R14+ kR15

k ≈ 0,5

R11·C1=1,25·10-5

C1 = 1 nF

R11 = 12,5k

R = 6,25k

R14 ≈ 4k

2R17 = R16

R17 = 5k

R16 = 10k

11

)(

R

VVin

2

Vin

11

)2/(

R

VinVin 112R

Vin

Q1 ON

R

Vin

2R

1122 R

Vin

R

Vin

112R

Vin

1122 R

Vin

R

Vin

RR 211

Corriente de carga

Corriente de descarga

Igualando las corrientes (D=0,5)

tC

I

1T/4

10V

1041

T

C

I 1041112

fCR

Vin

11180 CR

Vinf

F(kHz)=Vin(V)

tC VR

RV

16

171

VVt 10

VVC 15

DISEÑO DEL VCO

27

DISEÑO

R1 = R10 = 10k

R3║R10 = R2║R10= (R1)/2

R3 = R2 = 10K

R5 = R3 = R4 = R2 = 10k

Vref = 5V (-5V)

R6 = R7 = 2k

R8 = R9 = 1k

+15-15

-15

+15

+15

+15-15

-15

+15-15

+15

-15

Vin Vc

Vsin

Vin

Vt

R18

10KQ1

C548

+ C2100U

+ C3100U

J1

CON5

12345

R11

R12

R13

R14

R15

4K7

+

-

U3

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U1

LM741

TL081

3

26

7 14 5

+

-

U2

LM741

TL081

3

26

7 14 5

D1

1N4148

D2

1N4148

C1R16 R17

R1 R2

R3

R10

R5 R6

R4 R7

R9

R8

X2

X1

X3

X0

f(kHz)=Vin(V) Vt

10V

-10V

Vt Vsin

6V

-6V

DISEÑO DEL SINTETIZADOR SENOIDAL

GANANCIA -1

GANANCIA -0,5

tVR

RV

1sin

535sin RRR

VVV refref

Vref

V0

VVAK 5,0

2

65,0

ref

ref

VV

Documents

diseño VCO