Пример. Пусть синтезатор состоит из пяти декад k = 5. Последняя декада, как и на рис. 15.2, неполная. Пусть также все переключатели находятся в последнем десятом положении: n5 = n4 = n3 = n2 = n1 = 9. Частота f = 1МГц,

f = 10 кГц.

fВЫХ = (10+ 0,1n5 + 0,01n4 + 0,001n3 + 0,0001n2 + 0,00001n1)МГц = 10,99999МГц

Если все переключатели установлены в нулевое положение, fВЫХ = 10МГц .

Нижняя частота синтезатора равна fН = 10f. Верхняя частота равна fВ ≈ 10f+10 f. Коэффициент перекрытия по частоте можно определить из соотношения (9f + 9 f)/10f. Шаг сетки – 1 Гц.

Недостатком синтезаторов, построенных по методу идентичных декад, является необходимость применения большого числа преобразователей частоты и фильтров, что усложняет фильтрацию побочных колебаний. Подавление их в таких синтезаторах не более 60 – 80 дБ.

Синтезаторы с использованием косвенного метода синтеза сетки дискретных частот

Лучшими характеристиками в сравнении с синтезаторами, в которых используется «прямой метод» синтеза, обладают синтезаторы, где используется цифровая техника совместно с системами фазовой подстройки частоты («косвенный» метод синтеза сетки дискретных частот). Эти синтезаторы на выходе обеспечивают подавление побочных колебаний до уровня 100 - 120 дБ, просты в управлении, менее энергоемки.

Структурная схема одного из вариантов этого типа синтезатора приведена на рис. 15.3.

Рис. 15.3 Основные элементы этой схемы:

–генератор, управляемый напряжением G2 (ГУН) – автогенератор с параметрической стабилизацией частоты. С помощью варикапа он перестраивается

врабочем диапазоне частот fМИН – fМАКС,

–делитель с переменным коэффициентом деления частоты (ДПКД) – цифровой делитель частоты, коэффициент деления которого можно изменять через

единицу в диапазоне NМИН – NМАКС,

–опорный генератор G1 (ОГ) – эталонный генератор с кварцевой стабилизацией частоты f1, определяющий стабильность частоты на выходе синтезатора,

–делитель частоты с постоянным коэффициентом деления m,

–фазовый детектор (ФД),

100

–фильтр нижних частот,

–управитель частоты ГУНа (варикап).

Частота колебаний генератора, управляемого напряжением, делится в N раз с помощью ДПКД и импульсная последовательность с частотой fВЫХ/N поступает на один из входов импульсно-фазового детектора (ФД). На второй вход ФД подается импульсная последовательность с частотой эталонного генератора, предварительно деленной в m раз – f1/m. На выходе фазового детектора напряжение пропорционально разности фаз этих импульсных сигналов. Через фильтр нижних частот, который подавляет помехи в системе ФАПЧ, напряжение ошибки подается на варикап, который изменяет частоту ГУНа так, чтобы свести к минимуму разность фаз импульсных последовательностей.

В синхронном состоянии частоты сигналов, которые сравниваются на фазовом детекторе, равны:

f1	=	fВЫХ	; или fВЫХ =	N f1	;
m
		N		m

Меняя коэффициент деления N, можно изменять частоту на выходе синтезатора fВЫХ. Шаг сетки дискретных частот в этом устройстве равен f1/m.

Синтезаторы этого типа просты в реализации, так как ГУН, ДПКД и элементы ФАПЧ объединены в одной микросхеме. Достаточно только подключить к ней колебательную систему, определяющую диапазон рабочих частот синтезатора, и устройство, управляющее коэффициентом деления ДПКД.

Фазовые шумы синтезатора с ФАПЧ

Из структурной схемы (рис. 15.3) 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. 15.4).

Рис. 15.4

Здесь К1 – коэффициент передачи ФД; К2 – коэффициент передачи ФНЧ;

К3 – коэффициент передачи управителя ГУН; UШ0 – шумы на выходе ГУНа;

UШОГ – шумы опорного генератора.

Для шумов, спектр которых лежит в полосе ФНЧ, можно записать UШ 0 = (UШ ОГ − UШ 0 )К1 К 2( р) Кр3.

101

Знак «–» означает, что обратная связь в кольце ФАПЧ отрицательная. Из соотношения следует

	UШ 0	=		К1 К 2( р) К3 p		.
	UШ ОГ		1+ К1 К 2( р)К		3 р

Если К1 = К2 = К3, что возможно при отсутствии ФНЧ, то

	UШ0	=	1		.
	UШОГ			1+ р

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 20lgn выше фазовых шумов ОГ. То есть медленные изменения частоты ОГ полностью отрабатываются кольцом ФАПЧ, увеличиваясь на выходе в n раз.

Для шумов, лежащих выше полосы фильтра, в частности для шумов ГУНа, запишем

UШ 0 = UШ ГУН

− UШ 0 К1 К 2( р)

К3

.

р

UШ ГУН

UШ0

UШ 0

=

;

=

р

.

1+ 1/ р

UШ ГУН

1

+ р

Следовательно, за полосой пропускания петли ФАПЧ шумы определяются только собственными шумами ГУНа.

Контрольные вопросы

1.Почему интерполяционное число выбирают не более 10?

2.Какой из переключателей в синтезаторе, построенном по методу «идентичных декад», позволяет резко изменять выходную частоту?

3.Каким будет шаг сетки дискретных частот в синтезаторе рис. 15.2, если

число декад – 3, f = 200 КГц, f = 5 кГц?

4.Каковы недостатки синтезаторов, выполненных на базе метода «прямого синтеза»?

5.Нарисуйте структурную схему синтезатора с ДПКД.

6.Какую роль в цифровых синтезаторах играет фильтр нижних частот?

7.В каких пределах должен изменяться коэффициент деления ДПКД, если диапазон рабочих частот синтезатора 15 ÷ 20 МГц, а шаг сетки – 5 кГц?

102