Особенности улучшения характеристик синтезатора частоты

Аннотация: В данной статье рассмотрено понятие синтез частот, выявлены удачные и неудачные попытки улучшения характеристик синтезатора частоты. В качестве примера улучшения характеристик приводится идея частотного синтеза, составленная Александром Ченакиным.
Ключевые слова: синтез частот, улучшение характеристик, идея частотного синтеза.
Abstract: This article discusses the concept of frequency synthesis, identifies successful and unsuccessful attempts to improve the characteristics of a frequency synthesizer. As an example of improving the characteristics, the idea of frequency synthesis, compiled by Alexander Chenakin, is given.
Key words: frequency synthesis, improvement of characteristics, the idea of frequency synthesis.
Синтез частот представляет собой инструмент для генерации периодических сигналов (гармонические колебаний, или электрических сигналов тактовой частоты) с определенными частотами с использованием линейного повторения (умножение, хранение, разность) на основе опорного генератора.
Понятно, что построить синтезатор частот, который одновременно обеспечивает высокие характеристики спектральной чистоты и скорости сигнала, непросто.
Для этого они используют сложную дорогую конструкцию и потребляют много энергии. Но всегда было желание сделать это как можно проще, например, например, в однопетлевой системе ФАПЧ или в прямом цифровом синтезаторе.
Рассмотрим как ранние, неудачные попытки в этом направлении, так и более поздние и более удачные технические решения. В то же время нет смысла останавливать своё внимание на очень простой конструкции с делителем частоты с целочисленным переменным коэффициентом деления, недостатки которой уже известны, а также область возможного применения, которая очень ограничена.
Однако есть несколько интересных идей о том, как получить хорошие результаты с помощью простых контуров ФАПЧ, основанных на ДПКД. Сильный стимул для улучшения характеристик одночастотного синтеза был разработан Лопозером, который предложил использовать делитель частоты на коэффициент дробно-переменного деления в контурах ФАПЧ, после чего последовал ряд работ с последующим анализом осуществимости таких структур.
Это позволяет значительно увеличить сравнение частот в синтезаторе при сохранении высокого разрешения по частоте, увеличить полосу пропускания контура, а именно увеличить скорость переключения частоты. Но в то же время необходимы технические решения, чтобы компенсировать частичные проблемы, создаваемые ДДПКД.
Суть компенсации основана на формировании корректирующих сигналов той же формы и величины, что и фракционная помеха в цепи управления генератора, управляемого напряжением, но противоположной ступени. Наряду с шумом эти сигналы коррекции дают постоянную составляющую, так что фракционный шум устраняется, то есть компенсируется входным сигналом. Однако иногда сложно, а часто просто невозможно поддерживать амплитуду и форму сигнала, смещенного с точностью, необходимой для обеспечения требуемой спектральной чистоты синтезированного сигнала. Следовательно, для достижения приемлемого остаточного уровня дробного шума необходимо перестроить многоконтурную систему [1].
Другой способ сбалансировать фракционный шум - использовать дельта-сигма модуляцию. Важно отметить, что основные характеристики, упомянутые петли синтезатора зависят от того, как устанавливаются фаза опорного и сигнал. Нужно ли брать ту же частоту, и если да, то как это достигается, или есть другой способ определить фазу непосредственно на другой частоте. Поэтому при рассмотрении синтеза на основе ФАПЧ особое внимание будет уделено именно возможности фазовых детекторов (ФД). Заслуживает внимания идея частотного синтеза, предложенная Александром Ченакиным. Здесь мы ограничимся только упрощенным описанием схемы, только чтобы прояснить только идею, без необходимости подробностей. Эта схема показана на рисунке 1.
Рисунок 1- Схема Ченакина
Это система фазовой автоподстройки частоты, которая, как обычно, содержит фазовый детектор - частичный, фильтр нижних частот и генератор, управляемый напряжением. Преимущество синтезатора в том, что он выстраивает петлю обратной связи системы. Эта схема содержит две параллельные линии, которые работают последовательно и образуют два контура ФАПЧ [2].
Когда установлено новое значение синтезированной частоты, кнопка перемещается в соответствующее положение, так что первый цикл (который является делителем частоты и включен коэффициент деления N) будет работать и принимать частоту сигнала до нужного значения с достаточной точностью для фиксации частоты во второй петле. После этого включается вторая петля. Он управляется через многоступенчатый преобразователь частоты в цепи обратной связи, количество ступеней определяется требуемой свободой частотной сетки.
Конвертер разработан как прямое аналоговое соединение и включает в себя делитель частоты, умножитель и смеситель. Для его работы, многоступенчатые опорная частота формирователи используются от одного источника опорной частоты F. Его выпуск также обеспечивает поддержку второго раунда ФАПЧ. Задача преобразователя - передать спектр управляемого генератора на ФД без деления частоты.
Из-за этого выход в этом цикле не уменьшается, потому что он находится в предыдущем цикле, и это обеспечивает высокую эффективность управляемого управления шумом внутреннего генератора.
На практике схемы реализуются в линии синтеза Phase Matrix, такой как QuickSyn, где она указывает на очень высокие характеристики спектральной чистоты. Однако структурное время довольно велико, порядка нескольких миллисекунд [3]. Еще один недостаток - относительно высокая сложность и, соответственно, стоимость. Однако все относительно. Если рассматривать соотношение качества к чуть более высокой цене, то вряд ли это может быть связано с потерями.
Литература:
Варфоломеев Г.Ф. и Козлов В.И. Синтезатор частоты для аппаратуры радиосвязи пятого поколения, Техника радиосвязи, Вып. 2, 1995;
Козлов В.И. и др., Синтезатор частоты с модуляцией дробных коэффициентом деления в петле ФАПЧ, «Электросвязь», №9, 1988;
Никитин Ю. и С.Дмитриев, Частотный метод анализа характеристик синтезаторов частот с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты Analog Devices, Компоненты и технологии, №4, 2003