Цифровые синтезаторы частоты. ЦСЧ по методу косвенного (когерентного) синтеза

3.2. ЦСЧ по методу косвенного (когерентного) синтеза

В цифровых синтезаторах, построенных по методу косвенного синтеза, в тракте анализа частоты на основе кольца АПЧ применяют делители с переменным коэффициентом деления частоты (ДПКД). Роль ДПКД выполняют триггерные счетчики, выполненные на цифровых интегральных схемах общего применения. Простейшая схема такого синтезатора показана на рис.

Сигнал с выхода ДПКД поступает на фазовый детектор, на который одновременно поступает сигнал от НЧ кварцевого АГ с частотой F. Выходное напряжение фазового детектора, как и в обычной системе ФАПЧ, через ФНЧ воздействует на управляющий элемент, который изменяет частоту перестраиваемого АГ. В синхронном состоянии частоты сигналов, сравниваемых на фазовом детекторе, оказываются равными

где N - коэффициент деления ДПКД.

Частота F низкочастотного кварцевого АГ определяет шаг сетки частот синтезатора, соответственно, коэффициент N деления ДПКД. Например, если выходная частота синтезатора fвых = fПАГ должна изменяться в пределах от 10 до 20 МГц с шагом 100 кГц коэффициент деления ДПКД должен быть в пределах N = 100...200.

Установка требуемой частоты fПАГ на выходе такого синтезатора достигается грубой предварительной установкой частоты перестраиваемого АГ (сопряжено с переключением N), а точная подстройка производится после этого системой ФАПЧ.

Возникновение побочных колебаний здесь возможно в результате паразитной фазовой модуляции при наличии переменной составляющей на выходе ИФД в стационарном режиме. Данные переменные составляющие могут быть подавлены до определенного уровня ФНЧ.

Простейшим вариантом ИФД является сумматор по модулю два и триггер с раздельным запуском (RS-триггер) с ФНЧ или схема типа «выборка – запоминание». Принцип действия ИФД на основе триггера поясним с помощью рис.

Импульсы, сформированные из напряжения опорного колебания, подаются на один из входов триггера и опрокидывают его. Импульсы, сформированные из колебаний ГУН, подаются на второй вход триггера и возвращают его в исходное состояние. В результате триггер вырабатывает импульсы Uвых, длительность которых пропорциональна сдвигу фаз колебаний UОГ и UГУН. При совпадении частот этих колебаний разность фаз между ними постоянна. Следовательно, длительность выходного импульса также постоянна. При наличии разности частот выходные импульсы оказываются модулированными по длительности. Постоянная составляющая выходной импульсной последовательности пропорциональна разности фаз. Выделение постоянной составляющей осуществляется с помощью ФНЧ. ФНЧ делается узкополосным, что резко сужает полосу пропускания ИФАПЧ и, таким образом, делает систему весьма инерционной.

Значительно лучшими характеристиками обладает ИФД типа «выборки – запоминание».

На один из входов ИФД подается пилообразное напряжение, сформированное из импульсов опорной последовательности в генераторе линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). На второй вход ИФД подается последовательность импульсов UПАГ. Эти импульсы управляют работой ключа так, что запоминается уровень пилообразного напряжения, соответствующий моменту прихода импульса. Следовательно, выходные импульсы оказываются модулированными по амплитуде. Пиковый детектор запоминает выходное напряжение до прихода очередного импульса. Это напряжение и используется для подстройки ГУН. В выходном напряжении ИФД практически отсутствуют побочные составляющие.

ДПКД является одним из основных элементов ЦССЧ. Любой цифровой ДЧ содержит счетчик импульсов, объем которого должен изменяться с изменением коэффициента деления N. Счетчики импульсов содержат счетные декады, коэффициент пересчета которых изменяется от 1 до 10. Количество таких декад равно разрядности ДПКД. Рассмотрим двоичный счетчик на 10 реализованный на асинхронных RS- триггерах (рис.7.18).

Импульсы счета поступают на информационные инверсные входы Т. На установочные входы R подается сигнал с логического элемента И, объединяющего выходы 2 и 4 триггеров. При счете импульсов от одного до девяти схема работает как обычный двоичный счетчик. С приходом 10-го импульса в счетчике записывается состояние 0101. В этом случае на выходе ТТ2 и ТТ4 имеется сигнал, соответствующий логической 1. Схема И срабатывает и выдает один импульс на выход. Этот сигнал поступает на установочные входы всех триггеров. Счетчик устанавливается в нулевое состояние и счет начинается сначала. Таким образом, все состояния счетчика, соответствующие числам больше 10, исключаются. Используя переключаемый логический элемент, коммутирующий провода Q0, Q1, Q2, Q3, можно устанавливать необходимый коэффициент пересчета в декаде.

Важнейшей характеристикой ДПКД является его быстродействие. Из принципа работы ДПКД следует, что за отрезок времени между двумя входными импульсами в нем необходимо опознать требуемое состояние счетчика и сбросить его в исходное состояние. ДПКД устойчиво работают на частотах до 100 МГц и выше.

Основными характеристиками цифровых ССЧ являются диапазон рабочих частот, шаг сетки частот, время перестройки, уровень побочных колебаний на выходе. Разрешение противоречий между ними в современных системах радиосвязи приводит к усложнению структуры ЦССЧ и использованию нескольких колец ФАПЧ, применению делителей частоты с дробно-переменным коэффициентом деления (ДДПКД).