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

в узкополосной петле ФАПЧ. А поскольку частота его сигнала является опорной для широкополосной петли, работающей на выход, то достигается и улучшение спектра сигнала на выходе синтезатора. Достоинство предложенной схемы состоит также в возможности быстрого переключения частоты крупными шагами. Проблема инерционности системы при переключении частоты мелкими шагами остаётся нерешённой.

      1.5. Синтезатор на базе каскадного включения систем ФАПЧ

      Принцип такого частотного синтеза можно пояснить с помощью схемы, представленной на рисунке 5

      .

      Рис.5. Последовательное включение двух петель ФАПЧ с ДПКД

      На нём показаны две петли ФАПЧ, включенные последовательно. Обе петли идентичны друг другу, и каждая из них содержит генератор, управляемый напряжением (ГУН), делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), фазовый детектор (ФД) и фильтр нижних частот (ФНЧ). Каждый из названных элементов имеет номер на схеме в соответствии с номером петли. Системы ФАПЧ-1 и ФАПЧ-2 связаны друг с другом через ДПКД-3. Первая из них, с участием ДПКД-3, формирует переменную опорную частоту для второй, которая завершает структуру синтезатора. Для пояснения работы такой структуры, на рисунке показан числовой пример.

      Приведём ниже ряд вычислений для частоты Fc на выходе синтезатора при опорной частоте Fr=50МГц:

      N1=60 F1=3000 N3=59 N2=30 Fc=1 525,424 МГц

      N1=59 F1=2950 N3=58 N2=30 Fc=1 525,862 МГц

      N1=58 F1=2900 N3=57 N2=30 Fc=1 526,316 МГц

      и

      N1=59 F1=2950 N3=58 N2=58 Fc=2 950,000 МГц

      N1=58 F1=2900 N3=57 N2=58 Fc=2 950,877 МГц

      N1=57 F1=2850 N3=56 N2=58 Fc=2 951,786 МГц

      Как видно из приведенных расчётов, получаемая дискретность сетки частот оказывается значительно меньшей исходной опорной частоты Fr. В нижней части синтезируемого диапазона частот она составляет порядка 450 кГц, а в верхней – порядка 900 кГц.

      Коэффициенты деления N1 и N3 желательно выбирать со значениями, близкими друг к другу (в рассмотренном примере они отличаются на единицу). Тогда формируемая опорная частота F2 для второй петли мало отличается от исходной опорной частоты Fr, то есть также оказывается довольно высокой. Благодаря этому, полоса пропускания второй петли может быть выбрана столь же широкой, как и первой петли.

      Можно также заметить, что диапазон частот, формируемый первой петлёй, не обязательно должен быть равным диапазону второй петли и может быть значительно меньшим (в приведенных вычислениях он равен всего лишь 150 МГц), из-за чего собственные шумы генератора ГУН-1 могут быть значительно снижены. Эти два фактора способствуют улучшению характеристик спектральной чистоты и быстродействия.

      Однако же для получения меньшего шага сетки частот, требуется увеличивать коэффициенты деления всех трёх ДПКД и уменьшать значение опорной частоты Fr, что, естественно, приводит к ухудшению спектральной чистоты сигнала и к снижению быстродействия. Можно, конечно, решить эту задачу путём увеличения каскадов в данной структуре, то есть добавлением