Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

82. Романов С. К. и др., О влиянии рассогласования токов накачки импульсного частотно-фазового детектора на спектр помех в системе ИФАПЧ с дробным делителем частоты, Теория и техника радиосвязи: Науч.-техн. сб. / ОАО Концерн «Cозвездие», Вып.1, Воронеж, 2008.

83. Yoo Hwan KIM et al, Fractional-N Frequency Synthesizer and Method thereof, US Patent 2010/0321120 A1, Assignee – Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd., Filed – 21 Sep., 2009, Pub – Dec. 23, 2010.

84. Jen-Chung Chang et al, Phase locked loop and method thereof, US Patent 2008/0224789, Assignee – United Microelectronics Corp., Filed – 14 Mar. 2007; Pub. – 18 Sept. 2008.

85. Jen-Chung Chang et al, Phase locked loop with phase shifted input,

US Patent 7636018, Assignee – United Microelectronics Corp., Filed – 14 Mar. 2007; Pub – 22 Dec. 2009.

86. Woogeun Rhee et al, Frequency divider, frequency synthesizer and application circuit, US Patent 2010/0225361, Assignee – Samsung Electronics Co., Ltd.,

Filed – 9 July 2009; Pub. – 9 Sept. 2010.

87. Ko Sang Soo, Frequency synthesizer and polar transmitter having the same,

US Patent 2010/0329388, Assignee – Ko Sang Soo, Filed – 16 Apr. 2010; Pub. – 30 Dec. 2010.

88. Ki-Jin Kim et al, Phase-locked loop based Frequency Synthesizer and Method of operating the same, US Patent 8,373,469 B2, Assignee – Korea Electronics Technology Institute, Filed – 30 Dec. 1910, Pub. – 12 Feb. 2013.

89. Gregory Alyn Unruch, Apparatus and Method for combining multiple charge pumps in phase locked loops, US Patent 9,520,889 B2, Assignee – Avago Technologies International Sale, Filed – 19 Feb. 2015, Pub. – 13 Dec. 2016.

90. Armin Tajalli, High performance phase locked loop, US Patent 10,057,049 B2, Assignee – Kandou Labs, S.A., Filed – 21 Apr. 2017, Pub. 21 Aug. 2018.

91. Bob Clarke and Jan Collins, Replacing YIG-Tuned Oscillators with Silicon by Using an Ultrawideband PLL/VCO with Precise Phase Control, доступ в Интернете возможен по названию статьи.

Приложение 1

Фазовые детекторы

Фазовый детектор (ФД) предназначен для преобразования разности фаз двух колебаний, опорного и сигнального, в напряжение для управления частотой ГУН в системе ФАПЧ, используемой для частотного синтеза. Он является важным элементом системы ФАПЧ, в значительной мере определяющим характеристики синтезатора частоты, такие, например, как полоса захвата частоты и уровень негармонических помех и шума в спектре сигнала.

Схемные решения ФД можно разделить на аналоговые и цифровые. К аналоговым можно отнести однотактный (однократный) и двухтактный (балансный) ФД, мостовые схемы, а также ФД типа «выборка-хранение». Цифровые ФД – это простейшие устройства на базе схемы исключающего ИЛИ, RS-триггера и более сложные, в частности, выполняющие не только функцию фазового, но и частотного детектирования, и называемые поэтому как ЧФД – частотно-фазовые детекторы.

1.1. Однотактный диодный ФД

Однотактный диодный фазовый детектор является простейшим вариантом аналогового детектора. Здесь важно отметить, что функцию аналогового фазового детектирования может выполнять любой смеситель частоты. Смеситель может суммировать или вычитать частоты, но в «нулевом» режиме, когда частоты на его входах равны, он превращается в фазовый детектор.

На рисунке 1.1 представлен простейший смеситель частоты (он же и фазовый детектор), составленный из резистора R и диода Д [1]. На входе смесителя действует сумма V₁ двух синусоидальных колебаний, в общем случае неравных частот. Под аргументами φ₁ (t) и φ₂ (t) на рисунке подразумеваются полные соответствующие фазы ω₁t+ψ₁ и ω₂t+ψ₂, где ω₁ и ω₂ – частоты и ψ₁ и ψ₂ – начальные фазы колебаний.

Рис. 1.1. Схема однотактного фазового детектора

Важной особенностью диода является нелинейность его вольтамперной характеристики, и нелинейность цепи, показанной на рисунке 1.1, можно выразить в общем виде рядом Маклорена

U₀=a+bU+cU²+dU³+… (1.1)

где a – постоянная составляющая и b, c, d… – некоторые коэффициенты, характеризующие вид нелинейности.

Наибольший интерес представляет квадратурная компонента ряда 1.1, поскольку в неё входит результат перемножения сигналов. Тогда напряжение V₂ на выходе схемы можно записать как

V₂=c [Acosφ₁ (t) +B cosφ₂ (t)] ²=

=c [A²/2 (1+cos2φ₁ (t) +2ABcosφ₁ (t) cosφ₂ (t)

+B² (1+ cos2φ₂ (t)].                                                                    (1.2)

После исключения вторых гармоник, которые в реальной схеме легко отфильтровываются, формула 1.2 принимает вид:

V₂=c [(A²+B²) /2+2ABcosφ₁ (t) cosφ₂ (t)] (1.3)

Заменив вторую компоненту формулы 1.3 её тригонометрическим эквивалентом, получим

V₂=c {(A²+B²) /2+ABcos [φ₁ (t) +φ₂ (t)] +cos [φ₁ (t) -φ₂ (t)]}. (1.4)