CB PLL data book/pl/Sekcja I: Podstawowe informacje o PLL
Mieszanie częstotliwości
Niezależnie od tego, czy chodzi o AM, FM czy SSB, mieszanie częstotliwości to jedno z podstawowych pojęć dotyczących radia i należy je pokrótce omówić przed przejściem dalej. Powodem jest to, że mieszanie lub „konwersja” to proces wymagający dwóch lub więcej sygnałów, i jeśli nie używamy kwarców do dostarczania takich sygnałów, musimy je gdzieś znaleźć! A to „gdzieś” znajduje się w obwodzie PLL.
Kiedy dwa sygnały są mieszane elektronicznie, w rezultacie otrzymujemy poza dwoma wejściowymi częstotliwościami kolejne dwie nowe częstotliwości. Te nowe częstotliwości są niczym innym jak sumą i różnicą dwóch oryginalnych, jak widać na rysunku 1. W tym przykładzie, poprzez zmieszanie sygnału 10 MHz i 15 MHz wynikiem będzie 10 MHz, 15 MHz, 5 MHz (15 MHz -10 MHz) i 25 MHz (15 MHz + 10 MHz). Następnie, przepuszczając sygnały przez selektywnie dostrojony obwód, tylko jeden z produktów mieszania pozostanie, a drugi zostanie odrzucony.
Proces mieszania jest ważny w obwodach PLL, ponieważ zapewnia inne sygnały wymagane do działania radia, które nie mają nic wspólnego z rzeczywistym generowaniem kanałów. Oczywiście te inne sygnały mogłyby być generowane przez indywidualne oscylatory kwarcowe lub oscylatory strojoną, ale zwiększa to koszt i złożoność radia.
Pierwsze generacje obwodów PLL wykorzystywały do 6 indywidualnych oscylatorów kwarcowych, ale obecnie ewoluowały do punktu, w którym wystarczy jeden kwarc 10.240 MHz, przynajmniej dla AM lub FM.
Dlaczego proces mieszania jest tak ważny? Powodem jest to, że większość sygnałów potrzebnych w urządzeniu CB 27 MHz jest zbyt trudna do przetworzenia bezpośrednio i ekonomicznie przy jednoczesnym zachowaniu dobrej wydajności. Pasmo CB/10M Ham jest uważane za pasmo o dość wysokiej częstotliwości i znacznie lepiej jest przekształcić sygnał 27 MHz na niższą częstotliwość, gdzie różne obwody odbiorcze/nadawcze nie będą tak wrażliwe. Prawdopodobnie spotkałeś się z terminami „pojedyncza przemiana częstotliwości” lub „podwójna przemiana częstotliwości” stosowanymi w odniesieniu do odbiorników; oznacza to, że sygnał 27 MHz jest „konwertowany”, „mieszany” lub „heterodynowany” raz lub dwa razy do niższej częstotliwości, która jest łatwiejsza do przetworzenia. Typowy sprzęt CB AM lub FM jest zazwyczaj typu „podwójnej przemiany częstotliwości”. W przypadku SSB wystarczy pojedyncza przemiana, ale ponieważ nie ma sprzętu CB obsługującego tylko SSB, większość transceiverów wielomodowych wykorzystuje podwójną konwersję tylko dla AM i FM, a obwody SSB wykorzystują tylko pojedynczą konwersję. Pojedyncza konwersja jest całkiem akceptowalna dla SSB, ponieważ sygnały Tx/Rx są przepuszczane przez filtr kwarcowy o stromych zboczach, zazwyczaj wycinany w pobliżu 7,8 MHz, 10,695 MHz lub 11,275 MHz. Dzięki konwersji sygnałów w górę lub w dół i przepuszczaniu ich przez ostro dostrojone obwody, znacznie łatwiej jest uzyskać dobrą wydajność, zwłaszcza w odbiornikach. Im więcej obwodów strojonych, tym większa selektywność i czułość podczas odbioru oraz większa redukcja niepożądanych sygnałów podczas transmisji.
Częstotliwości pośrednie
W wyniku konwersji sygnału 27 MHz na niższą częstotliwość podczas odbioru powstaje „częstotliwość pośrednia” oznaczana p.cz. lub IF (intermediate frequency). Ten etap jest często jedyną częstotliwością pośrednią, jak pokazano na rysunku 2-A. Jednak w przypadku podwójnej konwersji powstają dwie częstotliwości pośrednie. Nazywane są one „pierwszą” lub „wysoką” IF oraz „drugą” lub „niską” IF, rysunek 2-B. W przypadku CB te dwie częstotliwości IF wynoszą prawie zawsze 10,695 MHz i 455 kHz. Wynika to częściowo z faktu, że na długo przed pojawieniem się radiotelefonów CB istniało już wiele urządzeń elektronicznych wykorzystujących te częstotliwości IF. (Np. odbiorniki radiowe AM i FM, urządzenia przenośne, odbiorniki krótkofalowe, skanery, radia samochodowe itp.). Dzięki temu potrzebne części były już dostępne dla producentów, sprawdzone pod względem niezawodności i tanie. Innym powodem jest bardzo sprytne wykorzystanie obwodu PLL, który prawie zawsze opiera się na oscylatorze głównym 10,240 MHz, do dostarczania tych sygnałów „wtrysku” IF. Gdy sygnał wtrysku jest powyżej sygnału CB, nazywamy to wtryskiem „high-side”, a wtryskiem „low-side” jest sytuacja, gdy jest poniżej sygnału CB 27 MHz. Starsze układy PLL wykorzystywały obie metody, ale najnowsze układy scalone wykorzystują wtrysk low-side z powodów, które zostaną wyjaśnione później.
Kilka popularnych chassis do radiotelefonów CB wykorzystuje tylko jedną częstotliwość pośrednią 7.8 MHz. (Np. Cobra 140/142GTL lub Superstar 360 z MB8719 PLL, Cobra 138/139XLR lub President „Adams” z 858 PLL). W ten sposób obniżono wydajność odbiornika i pogorszyła się selektywność. Fakt, że te konkretne konstrukcje są nadal niezwykle popularne, wynika z tego, że są bardzo łatwe do modyfikacji, a nie z ich doskonałej wydajności odbiornika! Luksusowa wersja podwozia MB8719 (np. Cobra 148/2000GTL, nowy President „Madison” i „Grant”) oferuje nie tylko łatwą modyfikację, ale tutaj producenci zadali sobie trud zastosowania podwójnej konwersji w AM ze standardowym IF 455 KHz. Za tę funkcję naliczali również wyższą opłatę. Dla każdego trybu można zastosować oddzielne filtry w celu zwiększenia selektywności, ponieważ sygnał SSB wymaga tylko około połowy szerokości pasma AM lub FM. Podczas gdy w pierwszym przykładzie zastosowano kompromisową szerokość pasma filtra IF, która jest zasadniczo zbyt szeroka dla SSB i zbyt wąska dla AM/FM, w obudowie „deluxe” uzyskuje się doskonałą selektywność w każdym trybie. Zastosowanie oddzielnych częstotliwości pośrednich SSB i AM/FM można również znaleźć we wszystkich amerykańskich i europejskich wersjach urządzeń wykorzystujących bardzo popularny układ PLL02A PLL. To krótkie wprowadzenie do kompromisów projektowych pomoże Ci zrozumieć obwody mieszające PLL, które zostaną opisane później.
Mieszanie częstotliwości SSB
W trybie SSB występują pewne specyficzne problemy związane z urządzeniami PLL lub kryształowymi. W przypadku urządzeń AM i FM wystarczy wygenerować (lub odebrać) sygnał nośny, a następnie go modulować (lub demodulować). Jednak w przypadku SSB jedyny istniejący sygnał ma częstotliwość radiową, ale zmienia się z częstotliwością audio, powyżej i poniżej tłumionej nośnej. Informacje głosowe są zawarte tylko w górnym (USB) lub dolnym (LSB) „pasmie bocznym”. W przypadku komunikacji głosowej pasma boczne są ograniczone do około 3 kHz powyżej i poniżej głównej częstotliwości nośnej. (Ograniczenie następuje poprzez filtrowanie w wzmacniaczach mikrofonowych i ostrym filtrze kryształowym IF). Na przykład na kanale 1 w USA, 26,965 MHz, sygnał USB rozciągałby się aż do 26,965 MHz + 0,003 MHz = 26,968 MHz. Sygnał LSB rozciągałby się aż do 26,965 MHz — 0,003 MHz = 26,962 MHz. Obwody PLL muszą zatem być w stanie nieznacznie się przesuwać, mieszając się z innymi wymaganymi sygnałami podczas odbioru lub transmisji SSB. Ponadto oscylator nośny, który zapewnia nośną dla wszystkich trybów (AM, FM, SSB), musi być również lekko rozstrojonym lub przesuniętym dla SSB, (+) lub (—), stosownie do potrzeb. W ten sposób proces mieszania zapewni prawidłową częstotliwość dla pracy w kanale. Przesunięcia SSB są bardzo łatwe do wykonania poprzez przełączenie niewielkiej pojemności lub indukcyjności za każdym razem, gdy zmieniasz przełącznik trybu. Ta sama koncepcja detuningu jest stosowana w urządzeniach AM lub FM, które posiadają regulator DELTA TUNE na panelu przednim).
Do SSB potrzebny jest bardzo ostry filtr kryształowy IF, który przepuszcza tylko jedną z dwóch pasm bocznych. Filtr ten jest zazwyczaj dużą prostokątną metalową puszką na głównej płytce drukowanej. Nowsze obudowy Uniden mają filtr wbudowany w małą płytkę drukowaną, która wystaje pionowo z głównej płytki drukowanej. Filtry te są bardzo drogie, ponieważ wykorzystują do 8 kryształów kwarcowych, aby uzyskać ostry selektywny odbiór. Ponieważ potrzebne byłyby dwa takie bardzo drogie filtry, jeden dla USB i jeden dla LSB, znacznie tańsze jest przesunięcie PLL i oscylatorów nośnych poprzez odpowiednie przełączanie, niż użycie dwóch filtrów dla dwóch nieco różnych częstotliwości IF. Innymi słowy, podczas korzystania z SSB utrzymywana jest stała częstotliwość pośrednia (IF). Koszt kilku rezystorów, kondensatorów, tranzystorów, a nawet drugiego oscylatora kwarcowego stanowi jedynie ułamek kosztu tego drugiego filtra IF.
Proces przesunięcia będzie bardzo oczywisty podczas studiowania schematów blokowych SSB w sekcji III i jest również powodem, dla którego w tabelach instrukcji obsługi urządzenia widoczne są nieco różne częstotliwości VCO. Przesunięcie detuningu w SSB nadal nie jest wystarczająco dobre podczas odbioru, dlatego aparaty SSB muszą być również wyposażone w panel przedni zwany „Clarifier”, „Fine-Tune”, „Voice Lock” itp. Bardziej powszechnym terminem CB jest „slider” lub „KC shifter”. Obwód ten jest niczym innym jak dodatkową indukcyjnością lub pojemnością strojenia połączoną równolegle z głównymi mikserami przesunięcia USB/LSB. Należy go traktować jako dodatkową regulację precyzyjnego strojenia w procesie miksowania przesunięcia. Zakres większości suwaków jest fabrycznie ograniczony do około ± 1 kHz od środka kanału i działa tylko w trybie odbioru. Bardzo popularną modyfikacją jest „przełożenie” suwaka, tak aby przesuwał się również w trybie transmisji. Jest to nie tylko bardzo łatwe do wykonania, ale także pozwala zwiększyć zakres przesuwu do około 5 kHz. Później zobaczymy dokładnie, jak mieszacze SSB z przesunięciem i klarowniki są podłączone w obwodzie PLL.
„Dziwne brytyjskie kanały
Wiele osób pytało, jak nietypowe kanały CB w Wielkiej Brytanii wpływają na działanie PLL. Kanały mają częstotliwości od 27,60125 MHz na kanale 1 do 27,99125 MHz na kanale 40, ze standardowymi odstępami między kanałami wynoszącymi 10 kHz. Odpowiedź jest taka, że sam PLL praktycznie nie ma z tym nic wspólnego. Zaskoczeni? Dużo zamieszania wywołało przekonanie, że kiedy CB zostało niedawno zalegalizowane w Wielkiej Brytanii, urządzenia będą wymagały specjalnych układów PLL. Tak się wydaje, że większość urządzeń ma specjalne układy, ale nie z powodu niezwykłego przydziału częstotliwości. Równie łatwo byłoby użyć istniejących układów. Fakt, że kanał 1 w Wielkiej Brytanii ma częstotliwość 27,60125 MHz, a nie ładną okrągłą liczbę, taką jak 27,600 MHz, można łatwo osiągnąć w procesie mieszania przesuniętego, takim jak ten opisany powyżej dla SSB. Proces ten jest zewnętrzny względem samego układu PLL.
PLL służy wyłącznie do syntezy lub generowania odstępów między kanałami. Dodatkowe 1,25 kHz powyżej 27,600 MHz (lub 3,5 kHz poniżej 27,605 MHz, jeśli wolisz) można ustawić poprzez dostrojenie cewek w urządzeniu w fabryce lub samodzielnie za pomocą zewnętrznego suwaka. Nowe układy scalone z Wielkiej Brytanii są identyczne z większością najnowszych układów amerykańskich, mają dosłownie te same funkcje pin po pinie. Jedyna różnica polega na zestawie „kodów N” układu scalonego i przesunięciu detuningu o 1,25 kHz wszystkich stopni nadajnika-odbiornika pokazanych na rysunku 3. (Kody N zostaną szczegółowo wyjaśnione później).
