Система ФАПЧ в синтезаторах частоты

Цифровые системы ФАПЧ широко используются в синтезаторах частоты. Применение цифровых делителей частоты внутри петли регулирования позволяет формировать нужную сетку частот.

На рис. 10.3 приведена структурная схема СЧ с диапазоном выходных частот от 40,7 до 90,7 МГц с шагом 2,5 кГц [37]. СЧ выполняют по однокольцевой системе ФАПЧ с делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи.

ФСН – формирователь ступенчатого напряжения, ЦЧД – цифровой частотный детектор, ЦФД – цифровой фазовый детектор, ДФКД – делитель с фиксированным коэффициентом деления, РФ – режекторный фильтр, УПТ – усилитель постоянного тока.

Коэффициент деления ДПКД устанавливается от 16260 до 36279 командой управления в двоичном коде. В СЧ применена система автоматического поиска полосы захвата, включающая ЦЧД и ФСН, который обеспечивает грубую перестройку ГУН [37].

Постоянное напряжение на выходе ЦФД усиливается УПТ и подается на РФ, подавляющий опорный сигнал частотой 2,5 кГц до требуемого уровня. С выхода РФ сигнал поступает на ПИФ, дополнительно подавляющий побочные сигналы. Эти фильтры корректируют АЧХ и ФЧХ кольца ФАПЧ, обеспечивая устойчивую работу СЧ.

Как известно, одна из проблем СЧ – необходимость сильного подавления комбинационных составляющих в выходном смесителе (СМ).

Поэтому наиболее целесообразно применять высоких частот генератор, подстраиваемый по частоте выходного колебания СЧ, и осуществлять перенос частоты в кольце ФАПЧ (рис. 10.4) [37].

ФАПЧ в этой схеме выступает в роли дополнительного фильтра для подавления детерминированных и комбинационных составляющих, имеющих место в СЧ и тракте переноса частоты.

Другое направление построения СЧ основано на применении однокольцевых или многокольцевых систем ФАПЧ.

Рассмотрим особенности построения СЧ с кольцами ФАПЧ. Пусть требуется на выходе СЧ получить сетку из М частот с шагом ∆f и наименьшей частотой f₀. Тогда значение выходной частоты определяется по формуле f_0m = f₀ + m∆f (m = 0, 1,…, M). Все частоты выходного колебания СЧ кратны частоте задающего кварцевого генератора (ЭГ). Этим требованиям удовлетворяет схема, приведенная на рис. 10.5 [37].\

ЦФК – цепь фильтрации и коррекции, ФСЧ – формирования сетки частот, ´n₁ – умножитель частоты в n₁ раз, :n₂ – делитель частоты в n₂ раз.

СЧ представляет цепочку из трех умножительных каскадов с кратностями умножения n₁, n₂ и n₃, на вход которой поступают колебания с частотами f₁ = m ∆f/( n₁n₂n₃) + f_ЭГ , сформированными в блоке.

Особенностью схемы является реализация умножителя с кратностью n₂ на кольце ФАПЧ, что позволяет улучшить фильтрацию помех, поступающих на его вход.

На рис. 10.6 приведена структурная схема СЧ, в котором сетку частот формируют с помощью умножительного кольца ФАПЧ, содержащего ДПКД в цепи ОС (рис. 10.6) [37].

При этом сетка частот связана с опорной частотой ФД соотношением f₀ + m∆f = n₂n₃(n₁₀ + m)f_0n, из которого следует, что f_0n должна удовлетворять двум условиям: n₁₀n₂n₃f_0n = f₀ и n₂n₃f_0n = ∆f, а значит, n₁₀ = f₀/∆f.

Таким образом, схема позволяет сформировать сетку частот, шаг которой в целое число раз меньше ее нижней частоты. Если выбрать f_ЭГ, кратной шагу ∆f (f_ЭГ = N∆f), то между ЭГ и ФД должен быть включен делитель с кратностью Nn₂n₃ .

Недостатком схемы является увеличение вклада собственных шумов ФД за счет делителей частоты с большим коэффициентом деления в цепи обратной связи. Влияние собственных шумов можно ослабить, заменив делитель частоты с постоянным коэффициентом деления смесителем [37].