РАЗРАБОТКА БЛОКА ОПОРНЫХ ЧАСТОТ С ВЫСОКОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ И ТОЧНОСТЬЮ ОПОРНОЙ ЧАСТОТЫ

Блок опорных частот (БОЧ) является одним из ключевых компонентов радиотехнических систем, обеспечивающих генерацию опорных частот с минимальными искажениями и синхронизацию устройств и систем. На сегодняшний день на рынке представлены готовые комплексные решения, а также возможность заказа индивидуальных вариантов БОЧ, разработанных в соответствии с конкретными требованиями заказчика. В данном случае требуется разработать проект БОЧ, способного работать от внешнего источника синхронизации на частоте 10 МГц или служить источником такой синхронизации. Кроме того, данный БОЧ должен обеспечивать стабильную и точную опорную частоту 100 МГц с минимальными фазовыми искажениями. В рамках данной разработки предполагается выполнение следующих этапов: проектирование структурной схемы, подбор компонентной базы и разработка топологии печатной платы. Необходимость собственной разработки обусловлена требованиями к габаритам БОЧ, который будет интегрирован в частотный конвертер, а также экономической эффективностью по сравнению с приобретением готового решения для заданных параметров.

Первым этапом разработки является проектирование структурной схемы, отображающей функциональные связи между элементами БОЧ. Структурная схема для разрабатываемого блока представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема БОЧ

Представленная схема отражает следующую логику работы проектируемого устройства. При наличии внешнего сигнала синхронизации частотой 10 МГц, устройство будет работать с использованием внешней опоры. При ее отсутствии БОЧ будет являться источником синхронизирующей частоты. Режим работы БОЧ определяется наличием внешней опоры и переключается ключом. Внешний сигнал синхронизации от БОЧ получается путем деления частоты термостатированного генератора на 10 через связку логических триггеров. Также с генератора подается сигнал частотой 100 МГц для дальнейшего синтеза более высоких частот.

Основным элементом предложенной системы является термостатированный генератор MOXO-100 с высокой фазовой стабильностью выходного сигнала [3, c. 1]. Выбор этого генератора обусловлен малыми отклонениями частоты в диапазоне рабочих температур от опоры, по сравнению с аналогами. Сравнительный анализ представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительная таблица параметров

Другим значимым элементом схемы является фазовый детектор, для которого был выбран чип ADF4002. Особенностью данной микросхемы являются минимальные вносимые фазовые искажения [1, c. 1].

Для питания БОЧ предлагается использовать линейный регулятор напряжения ADP7104ACPZ. Его возможность работать с выходным напряжением в диапазоне от 3.3 В до 20 В [2, c. 1], позволит построить схему питания всех элементов схемы.

С учетом спецификации и структурной схемы можно приступить к разработке топологии платы БОЧ. Для этого требуется принципиальная электрическая схема устройства, которая отражает взаимодействие его компонентов, а также схема питания элементов устройства. В данной статье принципиальная электрическая схема не может быть представлена из-за ограничений, связанных с коммерческой тайной.

После получения принципиальной электрической схемы устройства, следующим шагом является разработка топологии платы БОЧ. Этот процесс заключается в преобразовании принципиальной электрической схемы в структуру платы путём размещения компонентов, проведения соединений и определения трассировки на печатной плате. После завершения разработки топологии платы БОЧ получается модель, которая может быть использована для производства печатной платы. Полученная топология представлена на рисунках ниже:

Рисунок 2. Топология платы БОЧ, верхний слой

Рисунок 3. Топология платы БОЧ, второй слой

Рисунок 4. Топология платы БОЧ, третий слой

Рисунок 5. Топология платы БОЧ, нижний слой

В ходе разработки топологии платы БОЧ было принято выполнять трассировку на четырех слоях. Верхний слой используется для основных сигнальных трасс, третий слой для основной группы линий питания элементов схемы и на втором слое расположены трассы, которые будут пересекаться с большим количеством дорожек питания или иметь избыточное удлинение, при расположении их на третьем слое платы.

С использованием построенной топологии была создана 3D модель разрабатываемого устройства, которая представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. 3D модель платы БОЧ

В данной работе рассмотрен вариант реализации БОЧ на основе термостатированного кварцевого генератора МОХО-100, который способен функционировать как с внешним синхросигналом, так и в качестве его источника. Кроме того, он генерирует сигнал частотой 100 МГц, который может быть использован для последующего синтеза высокочастотного информационного сигнала.