Цифровые фазовращатели в SDR технике

В SDR технике часто применяется квадратурное представление сигналов. Ниже представлены варианты цифровых фазовращателей, для формирования квадратурного сигнала гетеродина приемника или передатчика.

Самая распостраненная схема в SDR технике - счетчик Джонсона. Вход - LOin, на выходах CLK0 и CLK1 сдвинутые на 90 град друг относительно друга меандры. При этом на входе скважность сигнала может быть любая.

Johnson Counter SDR

Из недостатков можно отнести то, что выходная частота в четыре раза меньше входной. Из - за этого максимальная выходная частота такого формирователя равна примерно ~ 40 .. 55 МГц, если применять 74LVC74.

Вторая схема делит входную частоту на 2, но имеет еще более худшую точность, чем первая схема. Логические элементы "Исключающее ИЛИ" формируют прямой и инверсный сигналы, которые подаются на два независимых триггера, которые и делят частоту на два (180 град / 2 = 90 град). Недостаток схемы - неопределенность I и Q выхода при подаче питания. Теоретически можно устранить, заменив элементы "исключающее или" на один инвертор (не проверял, поэтому не могу утверждать), но тогда ухудшится точность получения фазового сдвига, которая к тому же теперь будет зависеть от входной частоты.

Цифровой фазовращатель

Ну и последний вариант на RC - цепочке. Входная частота равна выходной, из - за этого ограничен диапазон частот работы фазовращателя.

RC-фазовращатель для SDR приемника

На одной RC цепочке невозможно получить фазовый сдвиг в 90 град., потому что в таком случае выходное напряжение фазовращателя будет равно нулю. Нужно минимум две RC - цепочки, каждая из которых дает вклад в 45 град, а между ними стоит усилитель, который нормирует сигнал к логическому уровню. В качестве усилителя применен инвертор. Такая схема оптимальна для простых SDR приемников, если в качестве гетеродина применен LC - генератор. Неточность фазового сдвига компенсируется алгоритмами автоматической компенсации дисбаланса при цифровой обработке сигнала. Сдвиг в 90 град не является обьязательным условием, он может быть и 110 или 20 град ... Так что по большому счету, неточность фазового сдвига в таком случае ни на что не влияет. Это даже можно использовать как полезное свойство! Зависимость фазового сдвига от частоты линейна, а значит по измеренной фазовой ошибке можно ориентироваочно узнать, на какой частоте работает приемник, без использования частотомера! Я подумывал реализовать такую функциональность в UnoSDR, но пока отложил в ящик.

Параметры RC цепочки расчитываются так, что бы в верхней рабочей частоте фазовый сдвиг был не более 45 град, так как с повышением частоты падает уровень выходного сигнала, т.е. активное сопротивление должно быть равно реактивному - 1/(6.28CF).