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1 Generatori di segnale Generatore sinusoidale BF Generatori di funzione Generatori sinusoidali a RF Generatori a battimenti Oscillatori a quarzo Generatori per sintesi indiretta Politecnico di Torino 1

2 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 Politecnico di Torino 2

3 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 Politecnico di Torino

4 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 Contenuti della lezione Generatore di segnali sintetizzati: Generalità La sintesi di frequenza Moduli di base per la sintesi Esempio di generatore sintetizzato Politecnico di Torino 4

5 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 Politecnico di Torino 5

6 Caratteristiche dei sintetizzatori 2/2 Risoluzione di frequenza risoluzione di frequenza molto elevata (1x10-8 ) (esempio di frequenza impostata: ,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 δf s infatti producono maggiori fluttuazioni δv u della tensione misurata V u δv u δf s f Politecnico di Torino 6

7 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) 1 Generatore di segnali sintetizzati 2006 Politecnico di Torino 7

8 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 Politecnico di Torino 8

9 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 Generatore di segnali sintetizzati 2006 Politecnico di Torino 9

10 Generare frequenza Nf 0 multipla Partendo da f 0 si può generare una frequenza Nf 0 f 0 Nf 0 xn Circuito Filtro passa Fortemente Banda f 0 distorcente nf Nf 0 0 Nf 0 n=1 f f f f 0 f 0 2f 0 f 0 4f 0 Nf 0 Nf 0 19 Generare serie di frequenze multiple Con la stessa tecnica si può generare una serie di 10 frequenze (N+i)f 0 con i=0,..,9 Il cosiddetto pettine di frequenze tutte correlate con f 0 Nf 0 f 0 Circuito Fortemente distorcente (N+1)f 0 (N+2)f 0 (N+9)f Politecnico di Torino 10

11 Generare una frequenza sottomultipla Divisione di frequenza per un fattore N f 0 f 0 /N N f Divisore f 0 Circuito 0 /N numerico squadratore fattore N 21 Generare varie frequenze sottomultiple Frequenze sottomultiple si possono generare anche con circuiti che utilizzano una reazione positiva selettiva con moltiplicazione di frequenza Esempio 100 khz MIXER Amplificatore Selettivo a 10 khz 10 khz MOLT. x MOLT. x 0 khz 90 khz Politecnico di Torino 11

12 Somma di due frequenze La frequenza somma di due frequenze è ottenibile con circuiti di mescolazione e filtraggio f 1 MIXER f 1 +f 2 f 2 Amplificatore Selettivo a f 1 +f 2 2 Differenza di due frequenze Analogamente si ottiene la differenza fra due frequenze f 1 MIXER f 1 -f 2 f 2 Amplificatore Selettivo a f 1 -f Politecnico di Torino 12

13 Combinatore di frequenze armoniche Con frequenza del filtro selettivo opportuna si possono ottenere le combinazioni armoniche mf 1 ±nf 2 f 1 MIXER mf 1 ±nf 2 f 2 Amplificatore Selettivo a mf 1 ±nf 2 25 Generatore di segnali sintetizzati 2006 Politecnico di Torino 1

14 Principio della sintesi diretta 1/2 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,,4,5,6,7,8,9 Quarzo 1MHz Moltiplicatori x0,..x MHz Principio della sintesi diretta 2/2 Si combinano le varie frequenze prodotte da circuiti visti e utilizzando numerosi moduli del tipo (decadi di Boella) f 1 f 1 +f f 2 f Si creano successivamente le varie cifre di peso meno significativo che compongono la frequenza di uscita Politecnico di Torino 14

15 Esempio di sintesi diretta di una freq. 1/2 Esempio: generazione di una freq. f u =16,50 khz Schema di collegamento: Quarzo 1MHz Moltiplicatori x0,..x9 x MHz.0 MHz MHz 27 MHz +.0 MHz MHz 0.5MHz.05 MHz MHz 0.65MHz.0165 MHz MHz MHz 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 Politecnico di Torino 15

16 Impostazione della frequenza Il pannello di un sintetizzatore ha una serie di manopole ciascuna per una cifra da impostare con peso decadico kHz 10kHz 1kHz 100Hz 10Hz 1Hz 0.1Hz Le commutazioni di frequenza possono essere fatte con commutatori elettronici 1 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 Politecnico di Torino 16

17 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 Politecnico di Torino 17

18 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 Politecnico di Torino 18

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