Синтезатори з фазовим автопідстроюванням частоти

(непрямий метод)

Виділити потрібну гармонійну складову за допомогою резонансних систем простими способами не вдається, тому для виділення частотної складової в широкому діапазоні частот застосовують системи фазового автоматичного підстроювання частоти (ФАПЧ).

Структура кільця ФАПЧ показана на мал. 7.3, де позначено: ДПКД - дільник із змінним коефіцієнтом ділення, ФД - фазовий детектор, УЕ – управляючий елемент (варікап генератора), ПГ - перебудовуваний генератор.

Мал. 7.3

Вихідна напруга фазового детектора визначається різницею фаз напруги, що діє на його входах. Вихідна напруга ФД через ФНЧ впливає на УЕ, який змінює частоту ПГ таким чином, що в сталому режимі частота його коливань рівна N ƒ _зг, де ƒ _зг - частота задаючого генератора, N - коефіцієнт ділення ДПКД. Як приклад на малюнку 7.4 приведена схема синтезатора, де використовується два дільники - з коефіцієнтами ділення R і N.

У схемі на мал. 7.4 відношення частоти вихідного сигналу до частоти кварцевого автогенератора рівне N/R. При цьому можна вважати, що в схемі забезпечується дробовий коефіцієнт множення частоти, якщо N і R - взаємно прості пари чисел. Таку схему синтезатора називають «інтерполяційною» [14].

Мал. 7.4

Широко поширені синтезатори з дробовими N-дільниками в ланцюзі зворотного зв’язку (наприклад - в передавачах ADF7010, ADF7012, синтезаторах ADF4153, ADF4154, SAA8028). Діленням частоти за допомогою лічильників неможливо забезпечити дробовий коефіцієнт ділення, тому використовують наступний прийом [15]. Хай потрібно отримати коефіцієнт ділення N+q/M, де N, q і М - цілі числа, причому М > q, N - ціла частина коефіцієнта ділення, q/M - його дробова частина. Протягом перших q циклів ділення коефіцієнт ділення ДКПД встановлюється рівним N+1, а в подальших М - q циклах - рівним N. Тоді середній за М циклів коефіцієнт ділення

N_cp = {(N+l)q+N(M - q)}/M = N+q/M.

При цьому сигнал на виході синтезатора матиме потрібну частоту, але з деяким коливанням фази, що змінюється по періодичному закону. Отже, спектр його міститиме побічні складові, причому рівень цих складових не перевищуватиме 201g(ΔT/Т_ср)=201g(ΔT·f_cp), де ДТ - різниця між максимальним і мінімальним значеннями періоду коливань, що генеруються, Т_ср і f_cp=l/T_cp - середні значення періоду і частоти відповідно.

Один з прикладів структури синтезатора з дробовим дільником [14] приведений на мал. 7.5. До складу дробового дільника входять цифровий накопичувальний суматор з об’ємом М, лічильник з об’ємом q і цифровий дільник частоти N/(N+1). Коефіцієнт ділення N або N+1 залежить від сигналу, що управляє, на виході лічильника СЧ.

Мал. 7.5

Дільник з дробовим коефіцієнтом ділення працює таким чином. Хай в деякий момент часу в накопичувальному суматорі НС і в лічильнику СЧ записані нулі. Імпульси з виходу ГУН поступають на дільника N/N+1, а з його виходу - на лічильник СЧ і на ФЧД. До тих пір, поки число в лічильнику не перевищує значення q, коефіцієнт ділення дільника рівний N+1. При переповнюванні лічильника СЧ після проходження q імпульсів на його виході в крапці 4 з’являється сигнал, під дією якого коефіцієнт ділення дільника змінюється і стає рівним N. Для подальших М - q імпульсів коефіцієнт ділення дільника залишається рівним N. Коли заповниться ємкість накопичувального суматора НС, його вихідний імпульс переповнювання (у крапці 2) скидає лічильник в початковий стан і процес починається знов.

Таким чином, за М періодів проходження імпульсів опорного генератора в крапці 5 проходить q періодів сигналу з частотою f/(N+l) і М - q періодів з частотою f/N. Це логічна умова виражається наступною рівністю:

M/f₀ = q(N+l) /f + (М - q)N/f.

Виразив звідси вихідну частоту через вхідну, отримаємо

f_вих = (N+q/M)f₀

Приклад. М = 10⁵, N = 123, q = 45678, f₀= 10⁵ Гц, Δf= 1 Гц. Переваги синтезаторів з дробовим коефіцієнтом ділення:

- значне зменшення фазового шуму;

- значне зменшення часу встановлення (перехідного процесу); наприклад, дробовий дільник ІС ADF4252 дозволяє отримати час перехідного процесу < 20 мкс, при цілому коефіцієнті ділення N час встановлення порядка 250 мкс;

- малий крок сітки частот.

Недоліком PLL-синтезаторов з дробовими дільниками є підвищений вміст паразитних складових, оскільки хоча і середній коефіцієнт ділення коректний, миттєве ділення - некоректно. Приклад - на мал. 7.10.

Приклади інтегральних схем PLL розглянуті в додатку п. 7.6.

Дата добавления: 2015-09-06