Синтезатор частот

1. Синтезатор частот на базі системи ФАПЧ (фазового автоматичного підстроювання частоти), що містить перетворювач "фаза-частота", один із входів якого є входом синтезатора, а вихід - виходом синтезатора, і подільник частоти, вхід якого з'єднаний з виходом перетворювача, а вихід - з іншим входом перетворювача, і характеризується сталою часу: 2 3 12785 4 fвих=fФДN=М(fФД/К), (4) У першому аналогу підвищення розділення де N=ΜIΚ - дробове значення коефіцієнта ді(зменшення величини f2 ) досягається, згідно з лення частоти (М і К - цілі числа, і звичайно М>>К). [5], завдяки К: f2 fФД 2 / K fвх / RK , де За результатом, fФД2=fвх/R. А в другому аналогу (при К=1) те ж саме f2 fФД / K , зменшення f1 досягається за рахунок додатковотобто для синтезатора з дробовим N (К - його знаменник) крок перестроювання f2 буде в К раз меншим, ніж у синтезатора з цілим N f1 , - при тому ж fФД. Однак синтезатор "Fractional-N" має істотний недолік. У синтезаторах частоти, у загальному випадку з цілими і дробовими значеннями N, звичайно використовуються ФД з двополярною характеристикою фазового детектування і ПІ. Це забезпечує роботу системи ФАПЧ в астатичному режимі, з нульовим непогодженням по фазі в усталеному режимі, властивому для синтезаторів частоти. При цьому звичайно вихідна напруга (чи струм) ФД дорівнює нулю, але на вхід КГ надходить постійна керуюча напруга, накопичена в ПІ, завдяки інтегруванню, що контролюється системою ФАПЧ. При реалізації дільників із дробовим N вихідна напруга (струм) ФД, її (його) миттєві значення, не дорівнює нулю, а являє собою послідовність двополярних імпульсів із змінною тривалістю, сума площин яких дорівнює нулю. Пропорційно-інтегруюче коло згладжує частково ці імпульси, але не цілком, тому що воно е не тільки інтегруючим, але й пропорційним. Наявність імпульсів на вході КГ приводить до паразитної модуляції fвих і, відповідно, до фазового шуму на виході синтезатора. Додатковим недоліком першого аналога можна вважати також підвищену складність дільника частоти N. Другим аналогом корисної моделі є синтезатор частот, дільник частоти якого в колі зворотного зв'язку характеризується цілими значеннями коефіцієнта ділення N. Такий синтезатор відомий також як синтезатор типу "Integer-N". Джерела інформації - ті ж самі, а також: [4. Голуб В. Новые синтезаторы частот серии ADF4xxx // Chip News Украина, 2002, №4, с.13-15]. Другий аналог не має недоліку першого: ФД у ньому працює з нульовою вихідною напругою (струмом) в усталеному режимі. Однак другий аналог має свій недолік. Передавальна функція синтезатора (обох аналогів) К р fвих / fвх К 0 / 1 0 / kПІ р , (6) де К0=N/R - коефіцієнт передачі в усталеному режимі, 0 N / Kпер - стала часу, Кпер=КФДКПІККГ коефіцієнт передачі перетворювача "фазачастота", до складу якого належать ФД, ПІ і КГ (КФД, КПІ, ККГ - це їхні коефіцієнти передачі, а коефіцієнт передачі дільника N - це 1/N), kПІ(р) - розглянута вище передавальна функція ПІ (що приведена до одиниці, тому що її постійний множник КПІ введений у 0 ). Відзначимо, що 0 є зворотною величиною коефіцієнта передачі в петлі ФАПЧ: КФАПЧ 1/ 0 Кпер / N . го збільшення R (у К разів): f1 fФД1 fвх / R . При цьому коефіцієнт ділення N також повинний бути в К раз більшим. А це означає, що в К раз більшою буде і стала часу 0 . І, як результат, бу де підвищена інерційність синтезатора і, відповідно, знижена його швидкодія, що в ряді випадків неприпустимо. Прикладом може бути використання синтезатора в приймачу/передавачу, що працює в режимі швидкого переключення частоти. Отже, недолік першого аналога - підвищений фазовий шум, обумовлений імпульсним характером вихідної напруги (струму) ФД, а також підвищена складність дільника N. А недолік другого аналога - знижена швидкодія, обумовлена підвищеною інерційністю через великий N. Відповідно до викладеного, автором поставлено задачу запропонувати такий синтезатор частот, що був би позбавлений розглянутих недоліків обох аналогів (при використанні їхніх позитивних властивостей). Або, якщо сказати інакше: шляхом зміни параметрів схеми забезпечити можливість підвищення як розділення, так і швидкодії синтезатора частот при низькому рівні фазового шуму і відносній простоті синтезатора. Як прототип обрано другий аналог. Відповідно до поставленої задачі пропонуються: 1. Синтезатор частот на базі системи ФАПЧ, що містить перетворювач "фаза-частота", один із входів якого є входом синтезатора, а вихід - виходом синтезатора, і дільник частоти, вхід якого з'єднаний з виходом перетворювача, а вихід - з іншим входом перетворювача, і характеризується сталою часу 0 N / Кпер , де Ν - коефіцієнт ділення дільника частоти, а Кпер - коефіцієнт передачі перетворювача, який відрізняється тим, що Кпер збільшено в N разів. 2. Синтезатор частот за п.1, який відрізняється тим, що в перетворювачі "фаза-частота", що містить послідовно включені фазовий детектор, пропорційно-інтегруюче коло і керований генератор, додатково введений підсилювач, вхід якого з'єднаний з виходом пропорційно-інтегруючого кола, а вихід - із входом керованого генератора. Збільшення Кпер у N разів, передбачене в п.1, може бути реалізоване як шляхом збільшення КФД, KПІ і/або ККГ, так і/або шляхом уведення підсилювача по п.2. Ілюстративний матеріал. На Фіг.1 приведена схема синтезатора, де: - дільники частоти R і N позначені як 1/R і 1/N, причому дільник R позначений пунктиром, тому що може бути відсутнім і у формулі корисної моделі не значиться; - Kпер(р)=КФАПЧ(р)N - передатна функція перетворювача "фаза-частота"; - КФАПЧ(р) - передатна функція в петлі ФАПЧ; 5 12785 6 - N - множник, що дорівнює коефіцієнту діленДжерела інформації: ня частоти Ν; [1] Technical Brief SWRA029: Fractional/lnteger- fвих(р)=N(р)fФД і Ν(р) - частота на виході синN PLL Basics / C. Barrett. - Texas Instruments, тезатора і коефіцієнт множення частоти з урахуAugust 1999. ванням залежності від р. [2] Curtin Μ., O'Brien P. Phase-Locked Loops for Реалізація синтезатора частот не уявляє труHigh-Frequency Receivers and Transmitters. Part 1, днощів, бо забезпечується підвищенням коефіціє2, 3 // Analog Dialogue. - Analog Devices, 1999, нтів передачі складових частин і/або введенням Vol.33, p.9-22. звичайного підсилювача до складу петлі зворотно[3] Голуб В.С. Синтезаторы частот для аппаго зв'язку. Запропонований синтезатор може бути ратуры радиосвязи // Радіоаматор, 2000, №5, с.56реалізований з цілим N не тільки на базі синтеза57. тора типу "Fractional-N", але і типу "Integer-N", а [4] Голуб В. Новые синтезаторы частот серии також з використанням дільника з дробовим N. ADF4xxx // Chip News Украина, 2002, №4, с.13-15. Комп’ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601