Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

Рис.41. К пояснению работы фазорасщепителя

Характерно, что после каждого интервала между импульсами в 4 такта на рисунке 41 далее следуют 4 интервала длительностью в 3 такта. Для большей наглядности этой закономерности интервал в 4 такта заштрихован. Это свидетельствует о том, что импульсные процессы на выходах фазорасщепителя полностью идентичны и сдвинуты по времени относительно друг друга на Q/K=16/4=4 такта, где Q – ёмкость полного аккумулятора (включая блок младших разрядов).

Важно заметить, что эта закономерность сохраняется независимо от разрядностей MSBs и LSBs блоков. Таким образом, здесь решена проблема, которая возникала при попытке применения идеи расщепления фаз в варианте Fractional-N PLL синтезатора. Нет необходимости использовать сдвиговые регистры ёмкостью во много миллионов бит (см. предыдущий раздел).

На рисунке 42 приведены. временные диаграммы, поясняющие работу примера МЧФД на рисунке 40.

Рис.42. Временные диаграммы, поясняющие работу МЧФД на рисунке 40

Диаграммы на рисунке 42 выполнены для случая установившегося в системе ФАПЧ отношения частот Fr/Fc=4/5. Выход ЦАП содержит только постоянную составляющую E_С, используемую для управления частотой ГУН, и две пилообразные компоненты с частотами Fr и Fc, устраняемые фильтром нижних частот.

Важной особенностью рассмотренной структуры, как и предыдущих вариантов МЧФД, является отсутствие делителей частоты для приведения частот опоры и сигнала к равенству. Фазовое сравнение происходит непосредственно на исходных частотах. Поэтому в системе ФАПЧ нет умножения помех, приведенных ко входу ФД, как это имеет место в синтезаторах типа Fractional-N PLL.

Другая особенность состоит в наличии множества парциальных детекторов и,

соответственно, множества равновесных разрядов в старшей секции ЦАП, что позволяет значительно повысить его точность, которая в итоге определяет спектральную чистоту сигнала.

5.3.2. МЧФД с фазорасщепителем на сумматорах

Возможен и другой вариант построения фазорасщепителя. Он может быть выполнен с использованием цифровых сумматоров, как показано на рисунке 43.

Рис.43. Вариант фазорасщепителя на сумматорах

Здесь, так же, как и в случае фазорасщепителя на аккумуляторах, выбран простой пример, когда аккумулятор содержит всего лишь по два двоичных разряда в блоках MSBs и LSBs, то есть полная его ёмкость равна Q=16. Числовое значение кода на входе аккумулятора равно R=5.

Одна из расщеплённых фаз получается непосредственно в виде импульсов переполнения аккумялятора, а 3 другие формируются как переполнения сумматоров. Для этого разрядные входы A сумматоров подключаются к соответствующим разрядным выходам блока MSBs аккумулятора, а входы В – к источникам кодов с постоянными числовыми значениями 1; 2 и 3, то есть в соответствии с порядковыми номерами сумматоров.

В случае, когда число на входе B сумматора меньше или равно числу на входе MSBs блока аккумулятора, то в некоторые моменты времени сумматор может не переполниться. Поэтому в старший разряд сумматора включается схема для фиксации момента квази-переполнения. Это момент, когда старший разряд переходит из состояния «1» в состояние «0». Такая схема показана на том же рисунке 43. Выход суммы собственно разряда подключен ко входу инвертера и к D-входу D-триггера, тактируемого импульсами Fr. Выходы этих элементов соединены со входами схемы «И». В момент времени, когда состояние старшего разряда меняется с «1» на «0», на входе схемы «И» появляются две логические единицы, и, следовательно, возникает импульс на её выходе. Это и есть импульс квази-переполнения. Эту же схему целесообразно включить и в старший разряд аккумулятора так же для получения импульса квази-переполнения, чтобы его временное положение было согласовано с квази-переполнениями сумматоров.

Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на рисунке 44.

Рис.44. Диаграммы, поясняющие работу фазорасщепителя на рисунке 43

На рисунке 44 обозначено и показано: Fr – тактовая частота; LSBs – текущее содержимое LSBs блока; MSBs – текущее содержимое MSBs блока и его импульсы переполнения; MSBs+1, MSBs+2, MSBs+3 – текущие состояния сумматоров и их импульсы переполнения, в том числе и при квази-переполнениях. Значения сумм при квази-переполнениях подчёркнуты.

Как видно из рисунка, расположение импульсов расщеплённых фаз точно такое же, как и в случае фазорасщепителя на аккумуляторах. Импульсные последовательности в фазах сдвинуты относительно друг друга на Q/K=4 такта, где K – количество расщеплённых фаз. Рассмотренный вариант выглядит более простым по сравнению с предыдущим.

5.3.3. Фазорасщепитель на схемах логики

Вариант фазорасщепителя с использованием логических схем [65, 66] показан на рисунке 45.

Рис.45. Фазорасщепитель на логических элементах