2015-04-30
2779
Основным недостатком синтезаторов пассивного типа является невозможность фильтрации нежелательных комбинационных составляющих ниже уровня – (60—70) дБ. Это определяется возможностями пассивных фильтров.
8.3.1 Простейшим активным фильтром, обеспечивающим фильтрацию более высокого уровня, является система ФАПЧ. На фазовый детектор (рис. 8.4) поступают напряжения от выходного генератора G 2 и импульсной последовательности от опорного генератора G 1. Если частоты напряжений на входах ФД равны, его выходное напряжение пропорционально разности их фаз. Это напряжение через управитель частоты поддерживает частоту генератора G 2 равной частоте генератора G 1. Условие синхронизма может выполняться, если частота генератора G 2 будет кратна частоте генератора G 1. Управителем частоты чаще всего является варикап, включенный в контур генератора G 2. Так как варикап изменяет свою емкость при изменении постоянного управляющего напряжения, проложенного к его обкладкам, то генератор G 2 часто называют генератором управляемым напряжением (ГУН).
Рис.8.4
В схеме простейшего цифрового синтезатора с ФАПЧ (рис. 8.5) для перестройки частоты ГУНа между ним и ФД включают делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД).
Рис. 8.5
Условие синхронизма в этом случае запишется следующим образом:
(8.1)
Следовательно, изменяя коэффициент деления ДПКД на единицу можно переключить (перестроить) частоту ГУН на величину равную f 1 /m. Эта величина называется шагом D f синтезатора.
8.3.2 Фазовые шумы синтезатора с ФАПЧ
Из структурной схемы (рис. 8.5) следует, что на входах ФД суммируются фазовые шумы ОГ и ГУНа, продукты детектируются, фильтруются, усиливаются и управляют частотой ГУНа, то есть определяют его спектр. Этому соответствует структурная схема по фазовым шумам (рис. 8.6).
Рис. 8.6
Здесь: К1 — коэффициент передачи ФД;
К2 — коэффициент передачи ФНЧ;
К3 — коэффициент передачи управителя ГУН;
UШ0 — шумы на выходе ГУНа;
UШ0Г — шумы опорного генератора.
Для шумов, спектр которых лежит в полосе ФНЧ, можно записать:
(8.2)
знак «–» означает, что обратная связь в кольце ФАПЧ отрицательная. Из (8.2) следует:
(8.3)
Если К 1 =К 2 =К 3, что возможно при отсутствии ФНЧ
(8.4)
Это уравнение ФНЧ первого порядка или интегратора.
Выводы:
1 Фазовые шумы синтезатора в полосе пропускания петли ФАПЧ определяются фазовыми шумами опорного генератора.
2 Если частота ГУНа в n -раз выше частоты ОГ (или частоты сравнения), то фазовые шумы синтезатора на 20lg n выше фазовых шумов ОГ. То есть медленные изменения частоты РГ полностью отрабатываются кольцом ФАПЧ, увеличиваясь на выходе в n -раз.
Для шумов, лежащих выше полосы фильтра, в частности для шумов ГУНа, запишем:
(8.5)
То есть за полосой пропускания петли ФАПЧ шумы определяются только собственными шумами ГУНа.
8.3.3 Выбор частоты сравнения
Поскольку шаг сетки частот определяется частотой сравнения (8.1), малый шаг требует малой частоты сравнения. При этом ухудшаются две характеристики синтезатора:
- время перехода с частоты на частоту не может быть меньше постоянной времени ФНЧ (последняя определяется условием необходимой фильтрации продуктов частоты сравнения);
- большой коэффициент умножения частоты в петле ФАПЧ означает большое увеличение (на 20 lg n) шумов опорного генератора на выходе синтезатора.
Поэтому однопетлевые синтезаторы применяют только в простейших случаях.
8.3.4 Пример синтезатора приемника CR-300 (Швеция)
Схема была разработана в конце 70-х годов и элементная база того времени наложила ограничение на принятые решения. В частности ДПКД работали на частотах не более 50 МГц, поэтому пришлось сдвигать с помощью смесителей (СМ) сигналы в область их устойчивой работы. Для получения шага сетки
100 Гц и необходимого быстродействия в третьем кольце ФАПЧ выбрана частота сравнения 1 кГц, а после ГУНа поставлен делитель f/ 10, позволивший уменьшить шаг до 100 Гц. В этом приемнике использована первая ПЧ с частотой f = 139,3МГц. При указанных на рис. выходных частотах синтезатора (140,8—169,3)МГц, это обеспечивает работу приемника в диапазоне
(1,5—30) МГц и малый уровень комбинационных составляющих на выходе смесителя.
Рис. 8.7
