Метод уменьшения уровня побочных спектральных составляющих в синтезаторах частот с ФАПЧ, имеющих дробный делитель частоты Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

4. Kuzmin E. V. Comparative analysis of phase-lock control system algorithms for spread-spectrum signal receiver // J. of Siberian federal university. Engineering & technologies. 2011. Vol. 4, № 1. С. 35-39.

5. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.

6. Бондаренко В. Н. Кузьмин Е. В. Цифровой фазовый дискриминатор шумоподобного сигнала с минимальной частотной манипуляцией // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / ИПЦ КГТУ. Красноярск, 2005. С. 83-86.

E. V. Kuzmin

Siberian federal university

Noise-immunity of quasioptimal spread spectrum MSK-signal receiver analysis

Analytical expressions for losses in noise-immunity of quasioptimal spread spectrum MSK-signal receiver are given. Results of comparative analysis of noise-immunity in case of different types of quadrature components approximation are presented.

Spread spectrum MSK-signal, quasioptimal procedure of correlation processing, losses in noise-immunity

Статья поступила в редакцию 14 июля 2011 г.

УДК 621.396

И. В. Скоторенко

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

I Метод уменьшения уровня побочных спектральных составляющих в синтезаторах частот с ФАПЧ, имеющих дробный делитель частоты

Предложен метод уменьшения уровня побочных спектральных составляющих в синтезаторах частот с фазовой автоподстройкой частоты, имеющих дробный делитель частоты. Приведена структурная схема синтезатора с уменьшенным уровнем побочных спектральных составляющих, описан алгоритм его работы.

Фазовая автоподстройка частоты, синтезатор частот с ФАПЧ и дробным делителем частоты, электронный двухпозиционный переключатель, частотно-фазовый детектор, побочные спектральные составляющие

Синтезатор частот (СЧ) является ключевым элементом практически любой системы связи, измерения и контроля [1]-[6]. Косвенный синтез частоты с фазовой автоподстройкой (ФАПЧ) позволяет получить требуемые характеристики выходного колебания с использованием одного высокостабильного опорного кварцевого генератора.

На рис. 1 изображена блок-схема СЧ с ФАПЧ. Здесь ГОЧ - генератор опорной частоты; : R и : N - делители частоты с модулями R и N соответственно; ЧФД - частотно-фазовый детектор; ФНЧ - фильтр нижних частот; ГУН - генератор, управляемый напряжением.

При использовании СЧ с дробным делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДДЧПКД) шаг сетки синтезируемых частот всегда меньше частоты сравнения.

Это удобно, а зачастую и необходимо, в случае мелкого шага сетки при высокой выходной частоте, т. е. при больших значениях коэффициента деления ДДЧПКД.

Рис. 1

-60

-90

1

2.9395 2.94 /, ГГц

- JJ

© Скоторенко И. В., 20р2 с- 2

S дБм Один из недостатков СЧ с ФАПЧ, 0______кЦт:-—_ имеющего ДДЧПКД, - помехи, генерируемые синтезатором, так как в нем имеется па--301— разитная связь между синтезируемым сигналом и входом ЧФД со стороны ГОЧ. Из-за того, что синтезируемые частоты не кратны частоте сигнала на входе ЧФД (т. е. не кратны частоте сравнения), в выходном сигнале появляются побочные (паразитные) спектральные составляющие (ПСС). Наихудший случай наблюдается тогда, когда разница между синтезируемыми частотами и ближайшей частотой, кратной частоте сравнения, настолько мала, что фильтр нижних частот не обеспечивает требуемого подавления ПСС. На рис. 2 изображен спектр мощности синтезируемого сигнала СЧ с ФАПЧ и ДДПКД вблизи выходной частоты, кратной частоте сравнения в ЧФД, полученный экспериментально с использованием интегральной схемы HMC700LP4E фирмы "Hittite".

Наибольший уровень ПСС в синтезируемом сигнале находится вблизи частот:

П/чфд + (dlm) /чфд , d < m; m < 4, (1)

где n, d и m - целые числа; /чфд - частота сравнения, используемая в ЧФД, причем

большему значению m соответствует меньший уровень ПСС*.

На рис. 3 изображены ПСС в СЧ с ФАПЧ и ДДЧПКД, образующиеся из-за паразитной связи между синтезируемым сигналом и входом ЧФД со стороны ГОЧ.

Уровень ПСС в синтезируемом сигнале вблизи частот, определяемых выражением (1), уменьшается при выполнении условия

п/ЧФД + (dlm)/ЧФД -1А/ФНч/m ^ /вых ^ п/чфд + (dlm)/чфд +1 4/фнч/m,

Побочные спектральные составляющие 1 -го порядка

d = 0 m = 1

А

d = 0 m = 1

t—k^

п/чфд ./Гун

( n +12) /чфд

Побочные спектральные составляющие 2-го порядка

2А 2А

«А »t

( n +1) /

чфд

d = 1 m = 2

п/чфд

/гун ( n + v2) мфд

Рис. 3

( n +1) /

чфд

Шина управления

Напряжение питания „

2

ГОЧ1 1

3 1

ГОЧ2

8 ЧФД 1 9 ФНЧ 10 ГУН

5 I .1

Выход

Рис. 4

где / - коэффициент, зависящий от параметров характеристики ФНЧ и требуемого подавления ПСС (большему значению / соответствует большее подавление); Д/фнч - полоса пропускания ФНЧ; /вых - синтезируемая частота.

Предлагаемый метод позволяет уменьшить уровень ПСС синтезируемого сигнала.

На рис. 4 приведена структурная схема СЧ с уменьшенным уровнем ПСС, на которой обозначены: 1, 4 - первый и второй электронные двухпозиционные переключатели соответственно; 2, 3 - первый и второй ГОЧ соответственно; 5 - интегральная схема цифрового синтезатора частот; 6 - делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления; 7 - ДДЧПКД; 8 - ЧФД; 9 - ФНЧ; 10 - ГУН.

Частоты /1 для ГОЧ1 2 и / для ГОЧ2 3 выбираются таким образом, чтобы выполнялись следующие условия:

"1 - (Л/R - 7/А/фнч )/(12/выхтах )]/1 < /2 < (1 - 2/Л/фпч//выхт1П )/1,

где R - коэффициент деления делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 6; /вых и /вых - минимальная и максимальная синтезируемые частоты соответственно.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При включении СЧ на заданную частоту сигналы в двоичном коде поступают по управляющей шине на четыре управляющих входа: на вход ДДЧПКД 7, устанавливая в нем дробный коэффициент деления N1; на вход делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 6, устанавливая в нем коэффициент деления R; на вход первого электронного двухпозиционного переключателя 1, подавая питание на ГОЧ1 2; на вход второго электронного двухпозиционного переключателя 4, подавая сигнал с ГОЧ1 на делитель с фиксированным коэффициентом деления 6. Сигнал со второго выхода генератора 10 через ДДЧПКД 7 и сигнал с выхода делителя частоты 6 подаются на второй и на первый входы ЧФД 8 соответственно. Сигнал с выхода ЧФД 8 через ФНЧ 9 подается на вход ГУН 10, что через определенный промежуток времени обеспечивает вхождение в синхронизм частоты ГУН 10 с частотой ГОЧ 2 в кольце фазовой автоподстройки частоты, выполненном на основе ГУН 10. На первом выходе ГУН 10 формируется синтезируемая частота /вых = /N1/Я. В режиме работы синтезатора при выполнении условия

' ЫМС704ЬР4Е 8 ОШ й-асйопаШ РЬЬ // иКЬ: Шр: . сот/соП^пШоситеП^/data_sheet/hmc704lp4. pdf

( A/R ) ( п + d/m ) -1 Д/фнч/m < /вых < ( fi/R ) ( n + d/m ) + I/y^/m по управляющей шине поступают сигналы в двоичном коде на управляющие входы: на вход ДДЧПКД 7, устанавливая в нем дробный коэффициент деления N2, соответствующий частотам / и /вых; на вход делителя частоты 6, устанавливая в нем коэффициент

деления R; на вход первого переключателя 1, подавая питание на ГОЧ2 3; на вход второго переключателя 4, подавая сигнал с ГОЧ2 на делитель с фиксированным коэффициентом деления 6. Через определенный промежуток времени обеспечивается вхождение в синхронизм в кольце фазовой автоподстройки частоты, выполненном на основе ГУН 10. На первом выходе генератора 10 формируется частота /вых = /N2/R. При этом частотные

участки п/чфд + (d/m) /чфд ± 14/Фнч/т, в которых имеется высокий уровень побочных

спектральных составляющих, исключаются.

Цифровая часть синтезатора частот (ДДЧПКД 7, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления 6 и ЧФД 8) может быть выполнена на одной из микросхем цифрового синтезатора частот с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты, например на изготавливаемой фирмой "Hittite" микросхеме HMC 700/701/702/704. Первый переключатель 1 может быть выполнен на микросхеме IRF7317 фирмы "National Rectifier", а второй переключатель 4 - на микросхеме HMC349 фирмы "Hittite".

Основное достоинство предложенного метода состоит в том, что с помощью введенных новых узлов, объединенных новыми связями с остальными узлами схемы, возможно уменьшение уровня ПСС в выходном сигнале, что очень важно при использовании СЧ с дробным делителем частоты, в том числе при малых габаритах устройства и малой потребляемой мощностью. Это позволяет использовать предлагаемый синтезатор в перспективных системах.

Список литературы

1. Browne J. Frequency synthesizers tune communications systems. Microwaves&RF, 2006.

2. Kroupa V. F. Frequency synthesis: theory, design and applications. London: CH. Griffin, 1973.

3. Manassewitsch V. Frequency synthesizers theory and design. 3-d ed. New York: JohnWiley&Sons, 1987.

4. Rohde U. Microwave and wireless synthesizers: theory and design. New York: John Wiley& Sons, 1997.

5. Klapper J., Frankle J. Phased-locked and frequency feedback systems. New York: Wiley, 1972.

6. Синтезаторы частот / Б. И. Шахтарин, Г. Н. Прохладин, А. А. Иванов и др. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 128 с.

I. V. Skotorenko

Tomsk state university of control systems and radioelectronics Fractional-N PLL synthesizer spur reduction technique

Fractional-N PLL synthesizer spur reduction technique is offered. The synthesizer's block diagram with the reduced level of spurs is resulted and the algorithm of its operation is described.

Phase-locked loop, Fractional-N PLL synthesizer, the electronic two-position switch, frequency-phase detector, spurs

Статья поступила в редакцию 13 октября 2012 г.