П2.2.3. Система ФАПЧ, встроенная в ПЛИС 5578ТС024

Встроенная в ПЛИС 5578ТС024 (ОАО КТЦ «Электроника», г. Воронеж) система ФАПЧ является типовой однопетлевой цифроаналоговой структурой (рис. П2.2), где для обеспечения работоспособности на высоких частотах и стабильности характеристик выходного сигнала были использованы оригинальные решения для ГПЗ, ПДЧ и ГУН, а для решения специфических задач – модули динамической реконфигурации делителей частоты, ФНЧ и фазы выходного сигнала.

Для выполнения требований, предъявляемых к источникам I ₁, I ₂ ГПЗ (рис. П2.4), была предложена схема, состоящая из опорного источника и нескольких ветвей с токовыми зеркалами [21], обеспечивающими идентичность токов заряда и разряда, причем для снижения паразитных выбросов при переключениях в выходные каскады источников были вставлены дополнительные («холостые») транзисторы, не влияющие на функциональность или величину силы тока, но уменьшающие время релаксации при отключениях источника.

Поскольку минимальная частота работы ПДЧ, соответствующая минимальной частоте ГУН, составляла сотни МГц, он был построен на динамических D–триггерах, отличающихся наибольшей простотой конструкции. Для реализации свойства программируемости на вход каждого D–триггера был помещен мультиплексор, а для формирования сигналов типа «меандр» при делении на нечетные числа выходной каскад ПДЧ был выполнен на двух триггерах, работающих по переднему и заднему фронтам, и образующих выходной сигнал с помощью логического умножения. Моделирование работы делителя в наихудших для КМОП логики условиях (t = 125°C, E_П = 1,62 В) при частоте входного сигнала 1 ГГц, модуле деления М = 3 и скважности 1:1 показало, что длительность фронта выходного сигнала не превышает 150 пс.

Кольцевой ГУН был реализован на четырех дифференциальных инверторах с трехканальным управлением (рис. П2.5, П2.6), обеспечивающих на максимальной частоте 2 ГГц минимальный программируемый сдвиг фазы 45° (~ 62,5 пс), что весьма удобно при работе с высокоскоростными интерфейсами обработки информации. Анализ основных характеристик системы ФАПЧ в составе ПЛИС 5578ТС024 проводился на опытных образцах ИС в количестве 92 шт. Результаты измерений совместно с показателями лучших встроенных систем ФАПЧ фирм TEXAS Instruments и ALTERA приведены в табл. П2.2. Сравнение результатов показывает, что представленная система ФАПЧ практически не уступает зарубежным аналогам, а по времени установления рабочего режима даже превосходит их.

Таблица П2.2

П2.3. Контрольные вопросы

П2.3.1. Приведите основную структурную схему ФАПЧ и поясните принцип ее работы.

П2.3.2. Как формируется сигнал управления ГУН в системе ФАПЧ?

П2.3.3. Как влияет постоянная времени ФНЧ на основные характеристики системы ФАПЧ?

П2.3.4. Приведите типовую структурную схему однопетлевой цифроаналоговой системы ФАПЧ и поясните назначение ее основных блоков.

П2.3.5. Каковы основные требования, предъявляемые к ГУН для обеспечения максимальных функциональных возможностей системы ФАПЧ?

П2.3.6. Какие преимущества позволяет получить трехканальная структура управления кольцевым КМОП ГУН?

П2.3.7. В каких областях техники целесообразно использование систем ФАПЧ?

П2.3.8. В чем состоит особенность построения синтезатора сетки стабильных частот на основе одного опорного генератора?

П2.3.9. Как проявляется основной принцип системы ФАПЧ при работе синхронно–фазового детектора?

П2.3.10. Опишите особенности построения встроенной системы ФАПЧ для ПЛИС 5578ТС024.

П2.3.11. Что показал сравнительный анализ выходных характеристик встроенной в ПЛИС 5578ТС024 системы ФАПЧ с лучшими зарубежными аналогами?

П2.3.12. Можно ли на основе системы ФАПЧ с кольцевым ГУН реализовать многоотводную линию задержки? Если «да», то как это сделать?