Как на порядок и более повысить спектральную чистоту и быстродействие синтезаторов частоты Frac-N-DSM типа
Идея основана на следующем. Представим, что в некотором цифровом процессе имеется помеха, показанная на Фиг.1 (как пример) в виде «выщербленного» импульса (имитация помехи дробности), а период процесса T делится на целое число M отрезков (4 в приведенном примере). Тогда, сдвинув M копий этого процесса по времени на T/M относительно друг друга и сложив эти копии с весом 1/M, получим M-кратное уменьшение величины помехи, а её частота увеличится в те же M раз.
Для реализации идеи используется структура, показанная на Фиг.2. Здесь использованы 8 аккумуляторов старших разрядов (More Significant Bits – MSBs) и аккумулятор младших разрядов (Less Significant Bits – LSBs), который является общим для всех 8 блоков MSBs. Каждый из аккумуляторов в целом можно считать делителем частоты с переменным дробным коэффициентом деления. Он содержит по 3 двоичных разряда в каждом из блоков MSBs и в блоке LSBs, т. е. полная ёмкость каждого полного аккумулятора равна 64. На входе, общем для всех аккумуляторов, присутствует число 17 (2 единицы для старших разрядах и 1 единица для младших). Следовательно, дробный коэффициент деления равен 64/17 = 3+13/17. Результат деления содержится в импульсах переполнения аккумуляторов.
Для компенсации помех дробности используется принцип дельта-сигма модуляции, для чего служит блок DSM, действующий точно так же, как и в синтезаторе Frac-N-DSM типа.
В рассматриваемом примере пришлось ограничиться небольшой ёмкостью аккумуляторов и их количеством (8 штук), а также использованием только одного каскада в блоке DSM. Это связано со сложностью последующего вычисления гармоник помехи дробности.
Чтобы получить упомянутые выше равные временные отрезки процесса переполнения, имеющего период T, надо задать начальные условия работы блоков MSBs. Если первый из них стартует из состояния 0, то последующие должны начинать работу из состояний, соответственно, 1; 2;..7. Тогда процессы переполнения аккумуляторов, являясь точной копией друг друга, оказываются сдвинутыми по временя относительно друг друга на величину T/8.
На Фиг.3 показано деление на упомянутые временные интервалы, сдвиг процессов и их сложение с весом 1/8 для каждого из них.
На Фиг.4 показан процесс, аналогичный тому, который был бы на выходе ФД обычного синтезатора Frac-N-DSM при таком же коэффициенте деления.
В итоге, на Фиг.5 показаны спектры этих двух вариантов. Выигрыш по ослаблению помех дробности равен числу M использованных блоков MSBs.
Также в M раз повышается быстродействие синтезатора, так как полоса пропускания петли ФАПЧ может быть расширена в это число раз при таком же подавлении помех дробности, которое достигалось в обычном Frac-N-DSM синтезаторе за счёт сужения полосы пропускания.
Важно отметить слабое влияние погрешности при суммировании процессов в ЦАП (он упрощённо представлен на Фиг.2 в виде резистивной матрицы KR-типа). Из-за неточности разрядов, появляется помеха, по форме представляющая собой то, что имеем в обычном варианте Frac-N-DSM, т. е. которая уже значительно подавлена. Если, к примеру, погрешность одного разряда равна 1%, то это вызовет появление упомянутой помехи величиной всего лишь 1/8 x 1/100 = 1/800 относительно раствора характеристики ФД, чем можно пренебречь.
Можно также добавить, что сдвиг процессов во времени, необходимый для функционирования предлагаемого варианта синтезатора, может быть достигнут и другими, более простыми способами, как, например, это показано на Фиг.6. Здесь вместо 7 аккумуляторов используются 7 сумматоров, структура которых значительно проще.
30.01.2012
*****@***ru
