Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

В неё входят частотный различитель (ЧР), реверсивный счётчик (РС) и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Частотный различитель вырабатывает знак рассогласования между опорной Fr и сигнальной (подстраиваемой) Fc частотами, и этот знак в виде логического уровня 0 или 1 передаётся на реверсивный счётчик, задавая ему направление счёта. Счётчик тактируется импульсами опорной частоты Fr. Цифровой код с выхода счётчика преобразовывается в ЦАП в его аналоговый эквивалент – напряжение, суммируемое с напряжением фазового детектора (ФД), и суммарный сигнал через фильтр нижних частот (ФНЧ) и усилитель постоянного тока (УПТ) поступает к генератору, управляемому напряжением (ГУН). В качестве частотного различителя ЧР может использоваться цифровая часть ЧФД (без схемы накачки заряда). Пояснения к блокам РС и ЦАП не требуются, их устройства хорошо известны.

Данную схему поиска можно считать «умной», поскольку при отсутствии синхронизма в петле ФАПЧ она продвигает частоту ГУН в правильном направлении, приближая её к области захвата. После установления синхронизма напряжение поиска не исчезает, и его уровень фиксируется. Благодаря этому, когда после захвата частоты функция управления частотой переходит к фазовому детектору, он работает в середине его характеристики, где её линейность наиболее высока. Чем больше отношение полосы удержания к полосе захвата, тем ближе к центру рабочая точка на характеристике ФД. Также, благодаря фиксации уровня поиска, полосу удержания частоты в фазовом канале (суть коэффициент усиления ФД), можно выбирать независимо (в сторону уменьшения) от диапазона перестройки ГУН. Полоса удержания может быть значительно меньшей этого диапазона, что позволяет оптимизировать параметры системы ФАПЧ. Легко управлять скоростью поиска путём выбора коэффициента деления входных частот, опорной и сигнальной, а также изменением разрядности реверсивного счётчика (РС). С примером практического использования такой схемы можно ознакомиться, из статьи [13].

На рисунке 4.11 показан возможный вариант реализации такой схемы.

Рис.4.11. Детальная схема поиска

На входах схемы присутствуют делители частоты c одинаковыми коэффициентами деления L, величина которых устанавливается по шине if от интерфейса и задаёт скорость поиска. В данном примере L=4. От переднего фронта импульсов Fr срабатывает D-триггер FF1, от заднего фронта – D-триггер FF2. Далее следуют формирователи коротких импульсов на RS-триггерах FF3 и FF4 для работы RS-триггера FF5. Элементами И и ИЛИ формируются счётные импульсы для работы реверсивного счётчика РС. Знак направления счёта формируется с помощью последовательно включённых элемента И, RS-триггера FF6 и мультиплексора МХ. В зависимости от полярности управляющей характеристики ГУН (напряжение-частота) «Знак» может быть инвертирован командой if от интерфейса, подаваемой на управляющий вход мультиплексора.