Исследование цифровых синтезаторов частот (ЦСЧ), страница 2

Для того чтобы результатами исследования могли воспользоваться разработчики различных синтезаторов частоты и формирователей радиосигналов, определение оптимального порядка ФНЧ осуществлено для подавления пульсаций выходного напряжения ИФД на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 и 80 дБ.

Поскольку полосы удержания в ЦСЧ, построенных на основе ФАПЧ, могут быть большими, то другим источником модуляции частоты управляемого генератора являются пульсации напряжения питания. Следовательно, актуальным является применение пассивных RC-ФНЧ лестничного типа с экранировкой звеньев, что способствует, наряду с надлежащей фильтрацией пульсаций управляющего напряжения ИФД, и ослаблению побочных составляющих синтеза, вызванных фоном переменного тока. Учитывая это, в настоящей работе рассматриваются многозвенные ФНЧ биномиального типа.

Применение активных ФНЧ, реализующих характеристики Баттерворта и Чебышева, обеспечивает незначительный выигрыш в полосе пропускания, составляющий приблизительно 5%. Реализация же таких фильтров при использовании компонентов, имеющих разброс параметров 5-10%, затруднительна. Кроме того, при каскадной реализации фильтров высокого порядка, пульсации питающего напряжения последнего каскада активного фильтра практически без ослабления проходят на его выход, вызывая частотную модуляцию синтезируемого сигнала.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Объект исследования

Объектом исследования дипломной работы является ЦСЧ, построенный на основе системы косвенного когерентного синтеза частот. При косвенном синтезе приращения частоты получают, используя принцип обратной связи. Анализ систем косвенного синтеза основывается на рассмотрении устойчивости и области захвата частоты петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Такие системы обладают множеством преимуществ перед системами прямого синтеза, в том числе такими, как малые габаритные размеры и масса, потребление малой мощности постоянного тока. Структурная схема ЦСЧ представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Основная структурная схема рассматриваемого ЦСЧ

Система состоит из опорного генератора (ОГ), делителя тракта образцовой частоты (ДОЧ), генератора, управляемого напряжением (ГУН), делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), импульсно-фазового дискриминатора (ИФД), устройства управления (УУ) и фильтра нижних частот (ФНЧ).

Частота ГУН делится и сравнивается со стабильной частотой, которая также получается путём деления частоты опорного генератора. Напряжение ошибки, вырабатываемое фазовым дискриминатором, используется для стабилизации частоты ГУН. Установка выходной частоты производится изменением коэффициента деления ДПКД.

В данной работе рассматривается синтезатор с ИФД, выходной ток которого зависит от разности фаз входных колебаний с частотой сравнения. Причём, если фаза колебания ОГ опережает фазу колебания ГУНа (частота ОГ больше частоты ГУНа), то ток на выходе ИФД положителен, то есть выход ИФД является источником тока. В противном случае ток на выходе ИФД отрицателен (выход ИФД является приёмником тока). Подобная схема построения называется схемой с запоминанием знака (ошибки по частоте). По этой же причине подобные ИФД иногда называются частотно-фазовыми детекторами (ЧФД) [1]. Статическая дискриминационная характеристика ИФД с запоминанием знака в рабочей области линейна в пределах  и имеет периодичность  в области набега фаз (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Дискриминационная характеристика ИФД

ИФД выполнен на двух D-триггерах, дополненных логикой сброса и выравнивания задержек (рисунок 1.3). Дополняется цифровая часть ИФД парой комплементарных полевых транзисторов с малыми токами управления и утечки (управляемых источников тока) – схемой поддержания заряда (Charge Pump). К выходу фазового дискриминатора подключается изодромное звено, благодаря чему в петле ФАПЧ появляются корректированный интегратор (цепочка R2C2) и дополнительный петлевой ФНЧ, благодаря конденсатору C1. Теперь петля ФАПЧ ЦСЧ содержит два интегратора и является системой автоматического регулирования с астатизмом второго порядка (А2) (с астатизмом по фазе) [1].