Однокристальные БИС для построения супергетеродинных ЧМС-тюнеров с однократным и двукратным преобразованием частоты компании Motorola

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По проведению практического занятия №11

Тема занятия:

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ (ЗАКАЗНЫЕ И ПОЛУЗАКАЗНЫЕ) АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ БИС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИПОЛЯРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Однокристальные БИС для построения супергетеродинных ЧМС-тюнеров с однократным и двукратным преобразованием частоты компании Motorola

Следует отметить, что компания Motorola является крупнейшим производителем однокристальных ИМС для современных связных систем, предназначенных для приёма и обработки как речевых аналоговых, так и цифровых сигналов (данных) с частотной модуляцией (или манипуляцией).

Среди множества таких ИМС, выпускаемых этой компанией, различают три группы, которые используются для реализации следующих типов ЧМ приёмников:

1) узкополосные приёмники с однократным преобразованием частоты (девиация частоты не более 15 кГц);

2) широкополосные приёмники с однократным преобразованием частоты (девиация частоты составляет 100...150 кГц при сквозной полосе пропускания приёмника порядка 500 кГц и более);

3) узкополосные и широкополосные приёмники с двукратным преобразованием частоты.

Как правило, демодулятор ЧМС в большинстве этих БИС представляет собой квадратурный ЧМ детектор. При этом преобразователь ЧМ-ФМ реализуется:

· либо в узкополосном варианте; тогда в качестве преобразователя используют одиночный фазосдвигающий LC-контур или пьезокерамический резонатор, которые позволяют обеспечить значение максимальной рабочей частоты не более 20...25 МГц;

· либо в широкополосном варианте; тогда в качестве преобразователя ЧМ-ФМ используют широкополосные фильтры или линии задержки на ПАВ. В этом случае значение максимальной рабочей частоты составляет от 250 до 1500 МГц.

Заметим также, что для обработки сигналов с цифровой модуляцией (например, с частотной манипуляцией FSK-2 или ЧМ-2) во многих ИМС предусмотрен быстродействующий компаратор, который при необходимости подключается к выходу частотного демодулятора с целью существенно улучшить передний и задний фронты выходного импульсного сигнала.

На текущем занятии мы рассмотрим однокристальную БИС типа МС13135 для построения супергетеродинного приёмника ЧМС с двукратным преобразованием частоты в комбинации с внешним цифровым синтезатором частоты на основе БИС типа МС145166.

После нашего занятия вам нужно самостоятельно познакомиться с однокристальной ИМС типа МС3359 (отечественный аналог 174ХА26), предназначенной для построения супергетеродинного приёмника ЧМС с однократным преобразованием частоты (рис. 11.1).

Рис. 11.1

Структурная и типовая схема включения БИС типа МС13135 представлена на рис. 11.2. Дадим краткое описание её функционирования совместно с ИМС синтезатора частоты типа МС145166.

Структура самой БИС типа МС13135 выделена прямоугольником с обозначением внешних выводов. Вне этого прямоугольника находятся внешние компоненты, так называемая внешняя обвязка, и ИМС цифрового синтезатора частоты типа МС145166.

Входная цепь является внешней и представляет собой параллельный колебательный LC-контур, который подключается к ВЧ-входу.

Первый смеситель СМ1 выполнен на основе активного аналогового перемножителя с базовой ячейкой Б. Джильберта. Через вывод 22 этой ИМС высокочастотный сигнал поступает на СМ1. К выводу 1 подключается резонансная система первого гетеродина. Параллельно этой системе подключен варикап, который размещён внутри БИС между выводами 23 и 24, и используется для управления частотой гетеродина напряжением, поступающим с вывода PD1 синтезатора частоты.

Рис. 11.2

Первый гетеродин реализован по схеме Колпитца на биполярном транзисторе, который размещён внутри БИС типа МС13135: база – вывод 1, эмиттер – вывод 2.

Через вывод 20 сигнал на частоте f пр₁ = 10, 7 МГц поступает в нагрузку СМ1 – внешний пьезокерамический фильтр (ФСС).

Колебания первого гетеродина направляются, как уже было сказано, на вход СМ1 и через внутренний буферный усилитель возвращаются через вывод 3 во внешний аналого-цифровой синтезатор частоты (СЧ) на ИМС МС145166, где первый гетеродин используется как генератор, управляемый напряжением (ГУН).

Напомним принципы построения аналого-цифрового СЧ на основе системы ФАПЧ (рис. 11.3).

Рис. 11.3

На этом рисунке схема ГУН и второй гетеродин Г2 относятся к МС13135, делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД размещён в МС145166. Фильтр нижних частот ФНЧ выполняется на внешних компонентах, которые расположены между выводами PD1 и 24: резисторы с номиналами сопротивлений 27, 47 и 100 кОм и конденсатор с номиналом ёмкости 1, 0 мкФ.

Второй гетеродин Г2 – кварцованный автогенератор на частоту f _Г2 = 10, 245 МГц используется также в качестве опорного генератора в том же синтезаторе частоты, в который колебания второго гетеродина подаются через вывод In. Указанный автогенератор выполнен на биполярном транзисторе, который находится внутри БИС МС13135: эмиттер – вывод 5, база – вывод 6.

Второй смеситель СМ2 также реализован на основе АП с базовой ячейкой Б. Джильберта. На его входы поступают напряжение от УПЧ1 (через вывод 18 с выхода пьезокерамического фильтра ПКФ) и напряжение от второго гетеродина через вывод 6.

На нагрузке СМ2 выделяются колебания с частотой f _пр2 = f _пр1 – f _Г2 = 455 кГц, причём нагрузка СМ2 – это УПЧ2 с внешним пьезокерамическим фильтром (вывод 7).

Далее сигнал с частотой f _пр2 через вывод 9 поступает на усилитель-ограничитель (Limiter) и ЧМ демодулятор. Усилитель-ограничитель – это n -каскадный усилитель, выполненный на ДК с токозадающим транзистором или с токовым зеркалом. ЧМ демодулятор представляет собой квадратурный ЧМ детектор с внешним фазосдвигающим LC-контуром. Заметим, что в более поздней модификации БИС этого класса МС13136 в качестве фазосдвигающей цепи использован керамический резонатор.

Здесь имеется также вспомогательный ОУ, который подключен к выводу 17 и может быть использован по выбору разработчика, например, как компаратор при обработке цифровых сигналов – данных с частотной манипуляцией.

Для измерения уровня несущей в системах передачи данных используют другой ОУ, который подключен к выводам 14, 15, 16 по схеме неинвертирующего повторителя как буферный каскад.

Развёрнутая принципиальная схема однокристальной БИС типа МС13135 показана на рис. 11.4. Она позволяет идентифицировать основные функциональные узлы и особенности выполнения их схемотехнических решений, которые были обсуждены нами ранее. Общее количество внутренних компонентов с учётом токовых зеркал составляет более 350, что позволяет на основании существующей классификации отнести такую ИМС к БИС. Ее отличительная черта – широкое использование гальванических связей.

Рис. 11.4

В итоге на рассмотренной паре ИМС можно реализовать приёмник ЧМ сигналов в диапазоне частот до 80 МГц с кварцевой стабилизацией частоты настройки и возможностью выбора рабочей частоты при помощи кнопочного переключателя и ИМС типа МС145166.

На более высоких рабочих частотах (до 200 МГц) рекомендуется использовать внешний гетеродин и дополнительный усилитель высокой частоты (УВЧ), который позволит скомпенсировать ухудшение характеристик первого смесителя. При этом достигаются следующие основные показатели:

· максимальная рабочая частота

при внешнем первом гетеродине, МГц............................................. 200

· максимальная рабочая частота

при внутреннем первом гетеродине, МГц.......................................... 80

· чувствительность, мкВ................................................... не хуже 1

· напряжение питания, В...................................................... 3, 0÷ 5, 0

· потребляемый ток, мА............................................................ 4÷ 6.