Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

Схема МЧФД для варианта PDS-DSM синтезатора показана на рисунке 39. Она отличается наличием блоков R-DSM и C-DSM, служащих для компенсации помех дробности путём дельта-сигма модуляции содержимого фазорасщепителей R-MSBs и C-MSBs. В каждом тракте содержится блок аккумуляторов R-DSM или C-DSM для формирования последовательностей треугольника Паскаля [71, 72], являющихся командами для добавления соответствующих чисел к текущим состояниям фазорасщепителей R-MSBs и C-MSBs через соответствующие сумматоры R-Adder и C-Adder. В блоках аккумуляторов R-DSM и C-DSM необходимое количество разрядов может быть меньшим, чем в блоках R-LSBs и C-LSBs. Оно, как и в случае PDS синтезатора, ограничено достижимой точностью ЦАП (KR-матрицы) и так же может составлять порядка 12—14 разрядов.

Рис.39. Схема МЧФД для синтезатора PDS-DSM

Каждый из описанных вариантов МЧФД обеспечивает частоту Fc синтезатора, равную

F_С=F_rRQ_c/ (CQ_r),

где Q_r и Q_с – полные ёмкости опорного и сигнального трактов, включающие ёмкости блоков MSBs и LSBs, а R и C – числовые значения соответствующих кодов, представленных целыми числами относительно указанных ёмкостей.

Шаг dF сетки частот равен

dF=F_rQ_c/ (CQ_r).

Как следует из формулы для Fc, можно управлять частотой синтезатора как путём изменения значения кода R так и кода C. Однако, чтобы обеспечить требуемый, достаточно малый шаг сетки частот, можно ограничиться большой ёмкостью только в одном, например в опорном тракте, а в сигнальном тракте она может быть значительно меньшей, вплоть до исключения блока LSBs. Тогда всё ещё остаётся возможность получать практически одну и ту же частоту сигнала при различных комбинациях значений кодов R и C. Это позволяет выбирать наиболее предпочтительные комбинации этих кодов с точки зрения минимума помех дробности на выходе синтезатора, в частности, избавляться от помех типа Integer Boundary Spurs (IBS).

5.3. Схемы фазорасщепителей

Возможны несколько вариантов схем фазорасщепителей для МЧФД. Далее рассматриваются три из них. Это варианты на основе аккумуляторов, цифровых сумматоров и элементов логики.

5.3.1. МЧФД с фазорасщепителем на аккумуляторах

На рисунке 40 показана схема МЧФД, в которой функции расщепителя фазы выполняет набор из K=4 (как пример) аккумуляторов. В то же время аккумуляторы в своей сумме составляют блок более старших разрядов (More Significant Bits – MSBs) полного аккумулятора, в который, кроме того, входит блок менее значащих разрядов (Less Significant Bits – LSBs), также являющийся аккумулятором.

Рис.40. Схема МЧФД с фазорасщепителем на аккумуляторах

Блок LSBs связан с блоком MSBs цепью переноса, так что импульс его переполнения в виде логической единицы поступает на вход приёма переноса каждого аккумулятора. Оба блока тактируются опорной частотой Fr.

Аккумуляторы блока MSBs отличаются лишь начальными условиями их работы. Если процесс накопления в первом из них начинается с «0», то второй стартует с состояния «1», третий – с состояния «2» и четвёртый – с состояния «3». Импульсы переполнения аккумуляторов поступают на входы парциальных детекторов; каждому аккумулятору соответствует свой детектор. На другие входы детекторов приходят импульсы с сигнального фазорасщепителя, в качестве которого в данной схеме используется, кольцевой счётчик, тактируемый импульсами сигнала с частотой Fc. Так выбрано для упрощения пояснений о работе МЧФД и соответствует случаю, когда емкость фазорасщепителя в сигнальном тракте равна Q=4, а числовое значение кода на его входе равно C=1, и тогда он превращается в эквивалент кольцевого счётчика.

С той же целью упрощения, разрядность аккумуляторов выбрана небольшой, всего по 2 двоичных разряда в каждом аккумуляторе. Значение кода на входе полного аккумулятора равно R=5: по единице в MSBs и LSBs блоках. Если же считать относительно ёмкости Q=4 фазорасщепителя, то значение кода R равно R=1+1/4. В данном случае предполагается, как пример, что в качестве парциальных детекторов использованы RS-триггеры.

Выходы детекторов составляют K равновесных старших разрядов ЦАП. Младшие разряды ЦАП, построенные по системе R2R, работают от импульсов с выхода блока LSBs, что, как будет показано ниже, служит для компенсации помех дробности. На выходе ЦАП формируется напряжение для управления частотой ГУН.

На рисунке 41 показаны текущие состояния аккумуляторов и импульсы на выходе фазорасщепителя. Значения текущего содержимого каждого аккумулятора в моменты переполнений на рисунке подчёркнуты. Когда аккумулятор LSBs переполняется, он переходит в состояние «0», и в этом случае, за счёт переноса из блока LSBs в блок MSBs, к текущему содержимому последнего добавляется единица, в результате чего на соседних выходах фазорасщепителя одновременно появляются 2 импульса вместо одного. При этом получается, что выходы фазорасщепителя как бы замкнуты в кольцо.