Структурная схема декады с петлей аналоговой ФАПЧ Синтез частоты методом цифровой ФАПЧ

Основная структурная схема петли цифровой ФАПЧ представлена на рисунке 2. Как видно из схемы, главным отличием цифровой от аналоговой ФАПЧ является наличие ДПКД. Частота ГУН делится и сравнивается о стабильной опорной частотой. Напряжение ошибки, вырабатываемое ФД, используется для стабилизации частоты ГУН. Выходная частота устанавливается с УУ, которое изменяет коэффициент деления ДПКД. Захват частоты происходит при выполнении (2)

где  – выходная частота, Гц;

– коэффициент деления ДПКД;

– частота сравнения в ФД, Гц.

Структурная схема синтеза с помощью петли цифровой ФАПЧ

Из приведенного уравнения следует, что наименьшее приращение частоты, которое способна выдать петля ФАПЧ, равно  В петлях цифровой ФАПЧ используется небольшое число фильтров, что позволяет широко применять интегральные схемы, а значит существенно уменьшаются габаритные размеры аппаратуры. На низких частотах, где применимы малоскоростные интегральные схемы, потребление мощности столь мало, что позволяет питать цифровые СЧ от батарей. Как и в случае петли аналоговой ФАПЧ, шумы на частотах, близких к несущей, определяются шумами колебания опорной частоты и шумами образующих петлю цепей. Остальные шумы являются шумами ГУН.

Однако редко встречаются СЧ столь простой конструкции. Верхняя граничная частота ДПКД не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Серийно выпускаемые ДПКД не в состоянии работать на частотах выше нескольких десятков МГц, а ДПКД, предназначенные для работы в системах высокоскоростной логики, работают на частотах до 1 ГГц. Малые приращения частоты требуют работы ФД на низкой частоте, которая, в свою очередь, определяет скорость, с которой может подстраиваться частота ГУН. Так, например, низкоскоростная петля ФАПЧ не сможет компенсировать изменения частоты ГУН на частотах выше этой, заданной из соображений малых приращений частоты. При этом изменения частоты ГУН, вызванные вибрациями и проявляющиеся в виде ЧМ шумов, на более высоких частотах не будут компенсированы петлей. Одним из важнейших процессов, происходящих в петлях цифровой ФАПЧ, является преобразование фазовой ошибки в управляющее напряжение постоянного тока. Это напряжение подается на ГУН и управляет его частотой, поэтому вариации напряжения приведут к модуляции колебаний ГУН по фазе. Отсюда ясно, сколь важно при проектировании выбрать достаточно высокое значение частоты  с тем, чтобы обеспечить возможность фильтрации управляющего напряжения до требуемой степени чистоты. Время захвата частоты является функцией ширины полосы пропускания петли, а поскольку эта полоса всегда меньше  то уменьшение времени захвата связано с увеличением значения 

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Способ повышения верхней граничной частоты ДПКД до значений, обеспечивающих возможность работы ГУН в диапазоне СВЧ, изображен на рисунке 3. Чтобы уложиться в полосу частот ДПКД при узком диапазоне выходных частот, может оказаться достаточным транспонирование частоты ГУН в область более низких частот с помощью смесителя с выделением разностной частоты. При относительной ширине полосы выходных частот 8-20 % для этого необходим дополнительный ДЧ с коэффициентом деления  ДЧ с коэффициентом деления    показан на схеме для того, чтобы подчеркнуть, что опорная частота  берется выше частоты фазового дискриминатора из соображений более устойчивой работы источника колебаний опорной частоты.

Структурная схема основной петли цифровой ФАПЧ

Для осуществления захвата необходимо, чтобы

где

Наименьшее приращение частоты теперь составляет    вместо  Отсюда следует нежелательность высоких значений коэффициента деления 

Проблема низких скоростей выборки часто решается путем использования двух петель ФАПЧ. Пример такой схемы приведен на рисунке 4. В данной системе функции синтеза частот разделены между основной и вспомогательной петлями ФАПЧ. В основной петле частота сравнения    выбрана высокой. Вспомогательная петля по сравнению с основной работает на существенно более низкой частоте  Для осуществления захвата необходимо выполнение (4).

где    и 

В данных условиях наименьшее приращение частоты будет составлять 

Структурная схема двухпетлевой системы цифровой ФАПЧ. Импульсная ФАПЧ

В настоящее время основным техническим решением для косвенного способа синтеза стал вариант СЧ с ФАПЧ на основе ИФД и СПЗ [3]. СПЗ чередует этапы заряда и разряда интегрирующего конденсатора. В режиме захвата частоты напряжение ИФД при заряде и разряде одинаково. Если частота генератора повысится, то величина разряда конденсатора превысит величину заряда, и напряжение на входе ГУН снижается, начиная процесс автоматического понижения частоты. Он продолжается до возвращения в зону подстройки расхождения фаз, а затем – до достижения устойчивого захвата частоты. Аналогичные процессы происходят при понижении частоты или изменении значений коэффициентов деления в ДПКД.

Для частичного разрешения противоречия между длительностью переходных процессов и шагом по частоте делитель входной частоты заменяют на цифровой узел с ДДПКД [4]. ДДПКД содержит счетчик объемом    и схему управления двухмодульным делителем частоты  В течение    периодов частоты сравнения происходит деление частоты на  а в течение оставшихся    периодов он составляет  В результате выходная частота выражается соотношением (5).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5