Виталий Козлов - Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза

Таблица 3

Недостаток – сравнительно высокая сложность и, соответственно, – стоимость. Вместе с тем всё относительно. Если при этом учесть довольно высокое отношение качества к сложности и цене, то вряд ли это можно отнести к недостаткам. Более того, полученные характеристики спектральной чистоты и быстродействия – это не архитектурные ограничения в принципе, а конкретная и весьма упрощенная реализация. Эти характеристики могут быть значительно улучшены при более полном задействовании потенциальных возможностей данного метода синтеза.

Конечно, не всем заказчикам нужны ультранизкие шумы и спуры, а также и экстра высокое быстродействие, что в сумме достигается, как правило, за счёт увеличения энергопотребления, габаритов и стоимости. Поэтому существует задача разработки такого прибора, в котором характеристики в первой названной группе требований могут быть несколько ослабленными, зато во второй – значительно ужесточены. Один из вариантов решения этой задачи представлен в работах [31÷33].

Предложенная схема синтезатора поясняется рисунком 9, который иллюстрирует пример получения из опорной частоты Fr=100МГц, умноженной в 20 раз, сигнала с частотой Fc в диапазоне от 25 до 6000 МГц.

Рис.9. Схема синтезатора на серийных микросхемах

Синтезатор состоит из двух последовательно включённых блоков – опорного и основного синтезаторов. Первый и из них обеспечивает частоту с малым шагом перестройки в сравнительно небольшом диапазоне, а второй – использует эту частоту в качестве опорной, расширяя диапазон перестройки синтезатора в целом до нескольких октав. Частотные преобразования, как и обозначения элементов на схеме, пояснений не требуют.

Собственно, это известный принцип построения синтезатора, который, в частности, использован и в QuickSyn (см. предыдущий раздел). Новизна состоит в удачном подборе микросхем для названных блоков.

Например, вместо DDS для получения мелкой сетки в опорном синтезаторе, как это имеет место в том же QuickSyn, здесь используется дробный делитель частоты с дельта-сигма модулятором. Для этого подходит, например, микросхема ADF4159 от Analog Devices. Это существенно экономит энергопотребление и габариты, так как делитель частоты находится в составе микросхемы (ФАПЧ-1), где содержатся и другие необходимые узлы: частотно-фазовый детектор, токовый ключ и др. Фактически, система потребляет столько, сколько она потребляла бы без прямого цифрового синтезатора (экономия порядка 0,5÷1 Вт). Уровень остальных характеристик не сильно уступает решению с DDS.

Так же и в блоке основного синтезатора могут быть использованы экономичные недорогие серийные микросхемы: HMC704 от Hittite (ФАПЧ-2) и MAX2870 от Maxim Integrated (ГУН-2 и ДЧ-2).

По описанной структуре в ЗАО НПФ «Микран» разработан портативный USB синтезатор PLG06 [34] со следующими основными характеристиками: диапазон выходных частот 25—6000 МГц с шагом 1 Гц; уровень фазовых шумов -122 дБн/Гц при отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц; уровень негармонических составляющих в спектре -70 дБн; уровень гармоник -30 дБн; время перестройки частоты 100 мкс.

Имеется режим аналоговой модуляции: АМ, ФМ, ЧМ, ИМ (внешний/внутренний источник) и режим сканирования.

Прибор, обладая функциональными возможностями классических лабораторных генераторов, потребляет всего 2,5 Вт, питается и управляется через один провод USB 2.0. Габариты прибора всего лишь 125х65х25 мм.

Идею использования DDS в петле ФАПЧ для формирования сетки частот рассмотрим на примере генератора SG8-HP01M фирмы ООО Адвантех, Москва [36]. Схема генератора показана на рисунке 10.

Рис.10. Пример синтезатора с DDS в петле ФАПЧ

DDS в этой схеме выполняет роль делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Он тактируется поделённой в 8 раз частотой в октавном диапазоне 4÷8 ГГц, поступающей от ГУН. Коэффициент деления DDS, как делителя частоты, также перестраивается в октавном диапазоне в соответствии с октавным частотным диапазоном 0,5÷1 ГГц на его входе. Таким образом, частота на выходе DDS остаётся постоянной и равной опорной частоте Fr (при наличии синхронизма в петле).