سینتی سایزر

[آریوبرزن 13988]

سینتی سایزر (Synthesizer)

سینتی سایزر به سیستم الکترونیکی گفته می شود که نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس انتخابی را به صورت دقیق تولید می کند. سینتی سایزر برای تولید نوسان دلخواه از یک نوسانساز (اسیلاتور) دقیق (معمولاً کریستالی) و یا یک سیگنال زمانبندی مرجع به عنوان ورودی استفاده می کند و در یک بازه فرکانسی می تواند نوسانهایی با فرکانس مطلوب را بر اساس سیگنال مرجع به صورت دقیق و قفل شده تولید کند.

سینتی سایزرها برای تولید نوسانات تک فرکانس قابل تنظیم (در سیستم های رادیویی) یا مجموعه ای از نوسانات ترکیب شده (سینتی سایزهای چندکاناله در سیستم های صوتی) به کار می روند. این مدارات امروزه در وسایل الکترونیکی زیادی از قبیل انواع گیرنده‌ها و فرستنده های رادیویی، سیستم های رادیویی ماهواره ای و جی پی اس، لوازم موسیقی الکترونیکی و تجهیزات صوتی دیجیتال مانند کارت های صوتی کامپیوترها استفاده می‌شوند.

اصول سینتی سایزرهای PLL

 

یک حلقه فاز قفل شده کاری را برای فرکانس می‌کند که کنترل گین خودکار (AGC) برای ولتاژ انجام می‌دهد ، حلقه فاز قفل شده فرکانس دو سیگنال را مقایسه می‌کند و یک سیگنال خطا متناسب با تفاضل فرکانس دو ورودی ، می‌سازد. سیگنال خطا برای راه اندازی یک ولتاژ کنترل اسیلاتور (VCO) که یک خروجی فرکانس دارد استفاده می‌شود . خروجی فرکانس VCO از تقسیم کننده فرکانس عبور داده شده و به ورودی سیستم باز می‌گردد که یک حلقه فیدبک منفی می‌سازد . اگر خروجی VCO از فرکانس خود خارج شد سیگنال خطا افزایش خواهد یافت در نتیجه PLL فرکانس را در معکوس آن فرکانس تغییر می‌دهد تا سیگنا خطا را کاهش دهد ، بنابراین خروجی در فرکانس ورودی دیگر قفل می‌شود . این ورودی را مرجع (Reference) می‌نامند و توسط اسیلاتور بسیار باثبات کریستالی تامین می‌گردد . در بلوک دیاگرام شکل زیر عناصر اساسی و آرایش سینتی سایزر PLL نشان داده شده‌است .

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

مسئله اساسی و کلیدی به جهت تولید فرکانس‌های مختلف در سینتی سایزر تقسیم کننده بین ورودی و خروجی فیدبک است ، این تقسیم کننده معمولاً کانترهای دیجیتالی می‌باشد که خروجی سیگنال سینتی سایزر نقش کلاک را برای کانتر ایفا می‌کند .کانتر با قرار دادن مقدار اولیه و کلاک ورودی ، به سمت پایین می‌شمارد ، وقتی کانتر به صفر رسید ، خروجی کانتر تغییر وضعیت داده و مقدار کانتر دوباره بار گذاری می‌شود . این مدار واضح است که توسط فلیپ فلاپ‌ها اجرا می‌شود ، زیرا طبیعت این مدار دیجیتالی است و ارتباط دهی آن با دیگر قطعات دیجیتالی و میکروپروسسورها ، آسان می‌باشد . توسط سینتی سایزر ، فرکانس خروجی ، توسط سیستم دیجیتالی ، کنترل می‌شود .

مثال

 

برای سیگنال مرجع ۱۰۰KHz و تقسیم کننده بتواند هر مقداری بین ۱ تا ۱۰۰ قرار داده شود . سیگنال خطا توسط مقایسه کننده تولید می‌شود و وقتی خروجی تقسیم کننده ۱۰۰KHz باشد سیگنال خطا صفر خواهد شد . به این منظور VCO باید در فرکانس «۱۰۰KHz× مقدار کانتر» کار کند . بنابراین VCO خروجی ۱۰KHz را برای تقسیم ۱ ، ۲۰۰KHz برای تقسیم ۲ ، ۱ MHz برای تقسیم ۱۰ و به همین ترتیب ، توجه فرمائید که نمام مضرب‌های فرکانس مرجع به دست می‌آید.

در کاربرد این نوع از سینتی سایزر نمی‌توان در پهنای رنج بالایی از فرکانس‌ها کار کرد زیرا مقایسه کننده یک پهنای باند محدودی خواهد داشت که ممکن است به وضعیت قفل اشتباه یا یک ناتوانی قفل در تمامی موارد منجر شود . بعلاوه ساخت VCO با رنج وسیع در فرکانس بالا کار دشواری است ، این دشواری از چندین فاکتور ناشی می‌شود اما ابتدایی ترین مشکل محدودیت رنج خازنی در دیود واراکتور می‌باشد . به هر حال در بیشتر سیستم‌های تحت سینتی سایزر ما نمی‌توانیم رنج وسیعی داشته باشیم اما حدود معینی را در محدوده رنج تعریف شده همانند کانال‌های رادیویی در یک باند مخصوص ، را می‌توانیم داشته باشیم .

پرسی کالر مدول دوبل (Dual – Modulus Prescaler)

 

در بسیاری از کاربردهای رادیویی به فرکانسی نیاز است که بیشتر از فرکانسی که می‌تواند به ورودی کانتر داده شود ، باشد . برای مغلوب شدن بر این فرکانس ، تمام کانتر ممکن است از عناصر منطقی پر سرعت (ECL) یا عناصر معمول برای پایه ریزی استفاده شود . استفاده از یک مرحله تقسیم با سرعت بالا ، را پرسی کالر (Prescaler) می‌نامند . که سطح فرکانس قابل کنترل را کاهش می‌دهد،بدین معنی که به ازاء هر پله میزان تغییرات کمتری در خروجی ایجاد می‌شود. زمانی که پرسی کالر بخشی از خارج قسمت کلی باشد ، یک پرسی کالر ثابت می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی در طراحی یک سیستم با کانال‌هایی در اختلاف فرکانسی کم ، بوجود آید ، مخصوصاً در مواجهه با کاربردهای رادیویی این امر به وضوح مشکل ساز است ، این مشکل توسط یک پرسی کالر مدول دوبل (Dual – Modulus Prescaler) ، رفع می‌گردد . جهات بیشتر عملی ، نگرانی‌های دیگری همچون ، زمان سوییچ سیستم ار کانالی به کانال دیگر ، زمان قفل شدن ، زمانی که اولین سوییچ انجام شده باشد ، چه مقدار نویز در خروجی موجود می‌باشد ، را به ما اعلام می‌دارد . تمام این مسائل از عملکرد ف ی ل تر حلقه سیستم ، نشات می‌گیرد ، که از ف ی ل ترپایین گذر قرار داده شده بین خروجی مقایسه کننده فرکانس و ورودی VCO ناشی می‌گردد . معمولاً خروجی مقایسه کننده فرکانس در فرم پالس خطاهای کوتاه است ، اما ورودی VCO باید یک ورودی صاف DC بدون نویز باشد .(هر نویزی دراین سیگنال باعث مدولاسیون فرکانس در VCO می‌شود) . ف ی ل ترینگ سنگین سرعت پاسخ دهی VCO در تغییرات را کاهش خواهد داد ، باعث انحراف فرکانسی و کاهش سرعت پاسخ دهی می‌شود ، اما ف ی ل ترینگ سبک ، نویز و دیگر مسایل با هارمونیک‌ها را ایجاد خواهد کرد . بنابراین طراحی ف ی ل تر در کارایی سیستم نقش مهم و اساسی دارد ، در واقع قسمت اصلی که طراح در هنگام ساخت یک سینتی سایزر فرکانس مواجه می‌شود ، همین ف ی ل تر است .