Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

Генераторы, выходной (ГУН) и крупной сетки (ГУН-2) имеют практически одинаковый частотный диапазон перестройки, поскольку FС>> F_МС, то есть диапазоны отличаются лишь на небольшую величину F_МС. Поэтому необходимо тщательно их сопрягать по управляющим напряжениям, чтобы избежать «зеркальной» настройки выходного генератора.

В синтезаторах по такой структуре выходной уровень шума определяется в полосе суммирующего кольца генератором ГУН-2, а за полосой – выходным генератором ГУН.

В качестве примера положим, что требуется получить диапазон частот от 700 МГц до 1 ГГц с шагом dF=10 кГц. Тогда можно выбрать следующие параметры петель ФАПЧ: F₀₁=F₀₂=1 МГц; изменение коэффициента N₁ – от 900 до 1000 через единицу; диапазон перестройки ГУН-1 от 900 МГц до 1 ГГц и M=100, то есть диапазон частот F_МС на входе суммирующей петли равен F_МС=9÷10 МГц с шагом 10 кГц; изменение коэффициента N₂ второй петли – от 691 до 990 через единицу; диапазон перестройки генератора ГУН-2 – от 691 до 990 МГц с шагом 1 МГц.

Выбор такой довольно высокой частоты сравнения в фазовых детекторах, как 1 МГц, позволяет обеспечить в трёхпетлевом синтезаторе время переключения частоты порядка долей миллисекунд при высокой спектральной чистоте выходного сигнала.

Недостаток – очевидная сложность системы, необходимость тщательной проработки конструкции с экранированием отдельных узлов, чтобы избежать в спектре сигнала помех комбинационного характера.

1.7. Схема Сровера

Разновидностью трёхпетлевого синтезатора является вариант, предложенный Сровером [26]. Он показан на рисунке 7. В нём используются два синхронно управляемых делителя с одинаковыми коэффициентами деления при последовательном соединении петель ФАПЧ. В некоторых периодических изданиях эта схема получила название «близнецы».

Рис.7. Схема Сровера

В первой петле представленной схемы формируется исходный шаг сетки частот, в третьей – крупная сетка с шагом Fr/M, вторая петля выполняет функцию суммирования, но в отличие от суммирующей петли предыдущей схемы здесь требования к петле значительно слабее, поскольку она выполняет сложение практически на одной частоте Fr. Наличие делителя с коэффициентом деления M и малая перестройка ГУН-2 снижают требования по шумам к генераторам первой и второй петель. Выходной уровень шума в этой схеме определяется, в первую очередь, генератором ГУН-3.

Согласно со структурой схемы выходная частота Fc синтезатора определяется выражением

F_C= (N₁F₀₁+N₂F_r) /M.

Аналогично предыдущей схеме данная структура позволяет выбирать повышенные частоты сравнения в петлях, что позволяет реализовать синтезатор с улучшенными характеристиками спектральной чистоты и быстродействия.

Недостатки трехпетлевых вариантов построения синтезаторов вполне очевидны:

– значительное увеличение габаритов, потребления электроэнергии и стоимости в сравнении с однопетлевым синтезатором;

– наличие трех высокочастотных генераторов является, как правило, причиной образования паразитных дискретных составляющих в спектре сигнала синтезатора, для устранения которых требуются дополнительные усилия схемно-конструктивного плана.

2. Комбинированные схемы

2.1. Схема QuickSyn

Идея частотного синтеза, предложенная Александром Ченакиным. раскрыта в его американском патенте [27] и описана в ряде публикаций, например [28÷30]. Здесь мы ограничимся лишь описанием упрощённой схемы, только чтобы пояснить саму идею, особо не углубляясь в подробности.

Схема показана на рисунке 8. Она представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты, содержащую в своей основе, как обычно, фазовый детектор ФД, фильтр нижних частот ФНЧ и генератор, управляемый напряжением ГУН. Особенность синтезатора заключается в построении цепи обратной связи системы.

Рис.8. Схема QuickSyn

Эта цепь содержит два параллельных тракта, работающих последовательно во времени и образующих две петли ФАПЧ. При задании нового значения синтезируемой частоты, ключ переходит в соответствующее положение, чтобы сработала первая петля (та, в которой включён делитель частоты с переменным коэффициентом деления N) и привела частоту сигнала к заданному значению с точностью, достаточной для захвата частоты второй петлёй.