Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

Понятно, что качество спектра синтезатора с таким детектором зависит, в определённой мере, от точности ЦАП. Но в данной схеме это не является основным фактором его качества. Главный недостаток схемы состоит в том, что в моменты времени, когда положения импульсов Fr и Fc совпадают, невозможно однозначно определить результат на выходе вычитателя. На рисунке это отмечено как «область глитча». В такие моменты времени при поступлении нового текущего значения суммарного кода от аккумулятора С и реверсивного счётчика из него тут же надо вычесть текущее значение кода от аккумулятора R, что практически без ошибки сделать невозможно. Из-за этого возникает сбой в работе вычитателя, приводящий к весьма существенному ухудшению спектральной чистоты синтезируемого сигнала. Поэтому такая структура не получила практического применения.

4.2. Доработка схемы Босселаерса в развитие его идеи

Схема, предложенная Босселаерсом, может быть усовершенствована с устранением отмеченного недостатка, как это сделано в работах [54, 55].

В схеме на рисунке 30 используются два идентичных аккумулятора: опорный – Аккумулятор R и сигнальный – Аккумулятор С. В одном из них, например, в аккумуляторе R, на выход поступает инверсное значение кода, как это показано на рисунке. Особенность схемы состоит в том, что последующие операции с текущими значениями кодов, снимаемых с выходов аккумуляторов, производятся не в цифровом, как это есть в исходном варианте, в схеме Босселаерса, а в аналоговом виде. Для этого служит ЦАП суммирующего типа. Он имеет, соответственно, 2 входа, так что в каждом его разряде происходит суммирование, с соответствующим весом, логических уровней соответствующих разрядов аккумуляторов.

Рис.30. Улучшенный вариант схемы с ЦАП суммирующего типа

Здесь и далее схема ЦАП изображается, для простоты и наглядности, в виде резистивной матрицы, чтобы показать главное – весовые значения разрядов.

Самый старший разряд ЦАП работает от RS-триггера, который срабатывает от импульсов переполнения аккумуляторов. Импульс переполнения аккумулятора С устанавливает триггер в состояние «1», а импульс переполнения аккумулятора R возвращает его в состояние «0». Триггер, таким образом, как бы выполняет роль реверсивного счётчика в схеме Босселаерса. Постоянная составляющая импульсного процесса в ЦАП выделяется фильтром нижних частот и поступает на выход.

Представленная на рисунке схема соответствует определённой полярности статической характеристики фазового детектора. Полярность можно изменить на обратную, если поменять местами входы для импульсов Fr и Fc и, соответственно, для кодов R и C.

Если положить, что каждый из аккумуляторов 4-разрядный, а значения кодов, как и в примере со схемой Босселаерса, равны R=5 и C=4, то на выходе ЦАП получим процесс, с точностью до масштабного множителя совпадающий с представленным на рисунке 29. Но сбои в данной схеме, из-за временного совпадения импульсов Fr и Fc, исключены, что делает схему вполне пригодной для практического использования. Качество спектра здесь зависит от точности ЦАП.

4.3. Вариант с аккумулятором и RS-триггером

Схема, представленная на рисунке 30, может быть упрощена [56, 57], как это показано на рисунке 31.

Рис.31. Вариант с аккумулятором и RS-триггером

Особенность схемы, по сравнению с предыдущим вариантом, состоит в том, что здесь используется один, опорный, аккумулятор. Второй, сигнальный, аккумулятор исключён благодаря тому, что на его входе как бы действует код C, значение которого выбрано равным ёмкости аккумулятора С, и тогда функция аккумулятора сводится к простой пересылке сигнальных импульсов на вход RS-триггера, то есть надобность в нём отпадает.

На рисунке 32 приведены временные диаграммы для случая, когда ёмкость аккумулятора R равна Q=8, а числовое значение кода на его входе равно R=3.

Рис.32. Диаграммы, поясняющие работу схемы на рисунке 31

В аккумуляторе, под действием импульсов опорной частоты Fr, формируется ступенчатая функция, передаваемая на ЦАП. Импульсы переполнения аккумулятора поступают на один из входов RS-триггера, устанавливая его в состояние «1». На другой вход триггера приходят импульсы от ГУН с частотой Fc, которые возвращают триггер в состояние «0». Импульсы с выхода триггера поступают на самый старший разряд ЦАП, в то время как на остальные разряды ЦАП приходят импульсы упомянутой ступенчатой функции с выхода аккумулятора. Результирующий процесс в ЦАП содержит постоянную составляющую E_С и две высокочастотные пилообразные компоненты с частотами Fr и Fc, которые устраняются, как и в предыдущих вариантах, фильтром ФНЧ.