Frequentie opwekking
Er is in de afgelopen jaren zeer veel veranderd aan de frequentie opwekking in onze amateur apparatuur. Alleen de ouderen onder ons weten nog hoe er vroeger werd gewerkt met (zelfgeslepen) kristallen. Kant en klare apparatuur bestond nog niet en op 2 meter werd in het algemeen gewerkt met omgebouwde mobilofoonapparatuur of met een transverter vanuit de HF banden (AM). In het begin van de jaren 70 kwam Kenwood (toen nog TRIO geheten) uit met de TR2200 en de TR7200, kristalgestuurd natuurlijk. Een groot nadeel was, dat er slechts een beperkt aantal kanalen in de apparaten kon worden ondergebracht (in de TR2200 zaten 6 kanalen). Later kwamen er meer fabrikanten en werden ook de VFO's ingezet (ook voor de FM apparatuur). In die tijd werd er nog over de band gedraaid van laag naar hoog voor mogelijke aanroepen!
Op een gegeven moment kwam de eerste PLL op de markt. Veel amateurs hebben de eerste synthesizers met TTL IC's uit Funkschau nagebouwd, met wisselend succes. Toch was dit de eerste stap op weg naar de moderne HF techniek van nu. In figuur 1 is te zien, hoe een synthesizer was opgebouwd. Het VCO (Voltage Controlled Oscillator) stond op dezelfde frequentie als de kristallen in de voorgaande ontwerpen. De instelbare delers waren opgebouwd uit TTL IC's, waarbij de maximale frequentie niet hoger mocht zijn dan zo'n 15 MHz. De fraaie delers van nu bestonden nog niet en de toen gebruikte delers waren van het type 7490 of 7493. De oscillator zorgde voor de referentie-frequentie. Als de VCO-frequentie met 12 moest worden vermenigvuldigd, moest de referentie-frequentie dus 25/12 = 2,083.. kHz zijn. Uiteraard was de vermenigvuldigingsfactor voor de zender en de ontvanger niet gelijk, zodat hier een probleem ontstond.
Fig. 1.
Sommigen konden een 4046 PLL IC op de kop tikken. Deze IC's bevatten de fasevergelijker. Het was ook mogelijk om met een paar poorten zelf een fasevergelijker te fabriceren. Het laagdoorlaatfilter moest de referentie-frequentie van de regelspanning verwijderen, omdat anders elke 2,083.. kHz een ongewenst produkt aanwezig was. Zoals reeds gezegd, werd het ontvanger VCO met een andere waarde vermenigvuldigd dan het zender VCO. Er werd een oplossing gevonden voor dit probleem.
Figuur 2 last zien hoe de volgende generatie in elkaar zat. Het VCO stond op de eindfrequentie, dus bij een transceiver voor 2 meter stond het VCO voor wat betreft de zender op 144 en voor wat betreft de ontvanger op 133 MHz (bij een middenfrequent-frequentie van 10,7 MHz). Met een kristaltrein wordt een frequentie gemaakt in de buurt van de VCO-frequentie; het VCO wordt gemengd en er ontstaat weer een gage' frequentie waarmee de TTL delers uit de voeten kunnen.
Fig. 2.
De rest van de schakeling is identiek aan de in figuur 1 beschreven schakeling. Een groot nadeel van de schakeling van figuur 2 is de oscillatortrein met een frequentie in de buurt van de VCO frequentie. Het was dan ook vrijwel ondoenlijk om de door het kristal opgewekte frequentie uit het VCO te houden. Behalve de produkten afkomstig van de referentie-oscillator hadden we ook nog te ma-ken met dit ongewenste produkt. Gelukkig zaten de ontwikkelaars van geavanceerde IC's niet stil. Er werden complete synthesizer IC's gemaakt, waar de referentie-oscillator, de instelbare delers en ook de fasevergelijker waren geIntegreerd. Ook werden er snelle delers ontwikkeld. De huidige generatie delers gaat tot ruim boven 1 GHz.
De huidige ontwikkelingen in het gebied van bijvoorbeeld de nieuwe autotelefoons en koordloze telefoons laten zien, dat ook voor de nieuw te gebruiken frequentieband (1,8 tot 2 GHz) nieuwe produkten worden ontwikkeld, waarvan de amateurs kunnen profiteren. Er wordt tegenwoordig altijd gebruik gemaakt van een opzet volgens figuur 3. Het VCO staat weer op de eindfrequentie en er wordt gebruik gemaakt van een snelle voordeler. De voordeler, de instelbare deler en de fasevergelijker met referentie-oscillator zijn ondergebracht in een 16 pens IC behuizing. De voordeler is een 2 modulus deler, waarbij tussen twee deeltallen kan worden omgeschakeld.
Fig. 3.
De werking wordt verklaard aan de hand van figuur 4. We nemen aan, dat de snelle voordeler staat in de stand N + 1. Door het VCO wordt de VCO-frequentie (van voldoende HF niveau) aangeboden aan de snelle voordeler. De beide tellers A en B staan geschakeld als 'downcounter', dat wil zeggen, dat ze geladen worden met een bepaalde waarde en vervolgens bij elke neergaande flank van het ingangssignaal een aftrekken van de ingestelde waarde, net zolang tot de uiteindelijke waarde nul is. De beide tellers A en B tellen gelijktijdig naar beneden totdat de A teller op nul is aangekomen. Op dat moment wordt de snelle voordeler omgeschakeld van de stand N + 1 naar de stand N. Omdat de B teller nog niet op nul staat, wordt er doorgeteld totdat de B teller ook op nul is aangekomen en de beide tellers weer worden geladen met de gewenste waarde en de cyclus begint opnieuw. De reset puls wordt gebruikt als signaal voor de fasevergelijker. Het totale deeltal is nu: A maal (N + 1) plus (B - A) maal N, immers, we hebben afgesproken, dat B groter is dan A en in het begin tellen de beide tellers gelijktijdig terug en als A op nul is aangekomen telt alleen de B teller nog. Als we de formule vereenvoudigen komen we op:
A×(N + 1) + (B - A)×N ofwel
A×N + A + B×N - A×N en dat is dus
A + B×N.
Fig. 4.
Hieruit volgt, dat elk gewenst deeltal mogelijk is. Een getallenvoorbeeld:
De voordeler deelt door 40 en 41. Hij staat in de hoogste stand dus delen door 41. De A teller wordt geladen met 6 en de B teller wordt geladen met 291. Het totale deeltal wordt dan: 6 + 291×40 = 11646. Bij een rasterfrequentie van de PLL van 12,5 kHz moet het VCO dus op een frequentie staan van 11646×12,5 = 145575 kHz ofwel 145,575 MHz.
De huidige generatie snelle voordelers gaat tot een frequentie van circa 2 GHz, echter de prijs van deze delers loopt kwadratisch op met de frequentie. Een grote leverancier van snelle delers is Plessey (Heynen - Gennep) en Fujitsu (P&T - Capelle a/d IJssel).
Het laagdoorlaatfilter is een compromis tussen snelle 'locktijd' en frequentie-karakteristiek. Het zal duidelijk zijn, dat, hoe lager de afsnijfrequentie van het filter (en hoe groter dus de condensatoren), hoe lager de condensatoren op de uiteindelijk gewenste spanning komen en hoe langer het dus duurt, voordat de PLL in 'lock' is. Vooral bij het omschakelen van ontvangen naar zenden en omgekeerd is het noodzakelijk de 'locktijd' zo klein mogelijk te maken. In de meeste moderne PLL IC's is een uitgang aanwezig, welke het 'in lock' zijn van de PLL bewaakt. Met deze uitgang kunnen we ervoor zorgen, dat er niet wordt gezonden indien de VCO-frequentie niet stabiel is. Bij de huidige generatie apparatuur is het laagdoorlaatfilter (ook wel loopfilter of lusfilter genoemd) een complexe zaak. Vaak bestaat het filter uit meerdere secties, waarbij er snel wordt 'gelocked' maar de afsnijfrequentie niet laag genoeg is en om de ongewenste produkten van de referentie-oscillator uit te filteren wordt dan omgeschakeld naar een tweede filter, dat veel langzamer is, maar ook een veel schoner signaal aflevert. Omdat er VCO al in bij het snelle filter is 'gelocked' kan er meteen worden gezonden. In een paar milliseconden wordt dan door het tweede filter alle ongerechtigheid uitgefilterd.