Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

В Таблице 11 показан также случай, когда код R2 на входе блока LSBs не равен 0. В этом примере R2=1, и, как было сказано выше, количество разрядов блока LSBs равно 3. Тогда имеется процесс R2 (i) в этом блоке, и в определенных тактах импульс переполнения этого блока передается в блок MSBs. Вследствие этого количество импульсов на выходе фазорасщепителя в этих тактах возрастает на единицу (см. такты с номерами i = 4 и 12).

Таблица 11

Здесь для простоты изложения мы ограничились небольшими разрядностями блоков MSBs и LSBs, полагая, что далее без труда можно представить процессы в реальном многоразрядном МЧФД. Из рассмотрения работы такого варианта фазорасщепителя также видно, что результат его действия точно такой же, как и двух других вариантов, приведенных ранее.

В заключение можно сказать, что выбор конкретного варианта фазорасщепителя, из здесь рассмотренных, зависит не только от сравнительной сложности, то есть от количества схемных элементов, но также и от структурной особенности каждого из них, а именно, насколько регулярной окажется структура при воплощении её по твёрдотельной технологии. Так что вопрос выбора приемлемого варианта остаётся за разработчиками интегральной микросхемы МЧФД.

5.4. Некоторые особенности МЧФД с дельта-сигма модуляцией

5.4.1 Взгляд на историю метода

Как было показано выше, для компенсации помех дробности в МЧФД можно использовать метод дельта-сигма модуляции (Delta-Sigma Modulation – DSM), предложенный Уэлсом [73, 74] из фирмы Marconi Instruments (ныне IFR) применительно к синтезаторам типа Fractional-N PLL. Метод не требует аналоговых компонентов для компенсации помех дробности, которые были необходимыми в рассмотренных выше схемах с дробным делением частоты.

Сам метод, как таковой, был известен намного раньше, ещё в 1960-х годах, и использовался для построения одноразрядных ЦАП и АЦП [75—78] В частности, фирма Matsushita разработала и применяла такой ЦАП для чтения компакт-дисков в плеерах. Кроме того, Nigel King из фирмы Racal Electronics добавил второй аккумулятор в синтезаторе RA1792, осуществив, таким образом, много раньше Уэлса, MASH второго порядка [79]. Brian Miller из Hewlett Packard тоже предложил свою версию MASH [80]. Хотя это было позже патента Уэлса, версия никаких улучшений не давала, а отличие было, образно выражаясь, как между A+B и B+A.

Перечисленные выше факторы привели к длительным судебным процессам между Marconi Instruments, Racal Electronics, Hewlett Packard и другими для установления заслуг каждой из фирм в развитии метода. Однако же результатов эти процессы не дали, и фирмы решили их прекратить, просто перейдя со своей продукцией к конкуренции на рынке.

Однако же заслуга Уэлса, несомненно, является наиболее значительной, поскольку именно он первый предложил использование метода с включением всех его возможностей, то есть при MASH любого порядка. И недаром в одной из статей от фирмы Marconi Instruments, для которой он и сделал это изобретение, его назвали «чародеем профильной лаборатории».

Естественно, что первой компанией, которая начала интенсивно использовать изобретение Уэлса, была именно Marconi Instruments, в частности, в своих генераторах 2030 и 2031. В апреле 1995 года она была удостоена высокой награды Queens Award за технологические достижения в работах над Fractional-N системами. И после вхождения в IFR она продолжала работы в этом направлении, одновременно продавая лицензии на данную технологию многим другим компаниям.

Однако путь к настоящему широкому воплощению идеи оказался довольно-таки долгим. Прошло не менее 20 лет с момента опубликования патента Уэлса, когда практически каждая фирма, имеющая выход на интегральную технологию, производит чипы Fractional-N PLL синтезаторов своей собственной разработки. Это, к примеру, Analog Devices Inc. (ADI), Hittite (входит теперь в ADI), Texas Instruments, Synergy Microwave Corp., Maxim Integrated, Linear Technology Corp. и другие. В этих разработках идея Уэлса не претерпела каких-либо существенных изменений и усовершенствований, масса чипов на рынке как близнецы-братья, и трудно представить, как каждая из фирм выдерживает жёсткую рыночную конкуренцию.

Российские фирмы тоже не исключение. Это, например, Элвис и Миландр. Однако их успехи довольно скромные, синтезаторные микросхемы их разработки пока не находят широкого применения даже в отечественной аппаратуре.

5.4.2. Вариант введения модуляции в МЧФД с DSM

В отличие от варианта, описанного в разделе 5.2, где дельта-сигма модуляция осуществляется по частоте, она также возможна и по фазе, а именно после блока MSBs аккумулятора, то есть в самом фазорасщепителе, как показано на рисунке 46. В качестве примера аккумулятор содержит 4 двоичных разряда: 2 в блоке MSBs и 2 в блоке LSBs.

Рис. 46. Дельта-сигма модуляция в фазовой области