CC BY
285Компоненты и технологии, № 9'2002
Одиночные радиочастотные синтезаторы
с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты серии ADF4000
Этой публикацией мы открываем серию статей о синтезаторах частот производства Analog Devices Inc., являющихся базовыми элементами любых систем связи, навигации, кабельного и спутникового телевидения. В серии будут рассмотрены синтезаторы с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты (PLL).
Сергей Дмитриев
Юрий Никитин, к. т. н.
Фирма Analog Devices Inc. (ADI) предлагает широкий спектр микросхем одиночных цифровых синтезаторов частот на основе систем квазиастатической импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАП) серии ADF4000, имеющих конкурентоспособные цены на рынке компонентов для радиосвязи.
Серия включает в себя синтезаторы с целочисленным (integer-N) коэффициентом деления. Синтезаторы изготавливаются по современной технологии BiCMOS 0,35 мкм, могут работать в интервале питающих напряжений 2,7-3,3 В (ADF 4106) и 2,7-5,5 В (все остальные) и в диапазоне рабочих температур от -40 до +85 °С.
PLL-синтезаторы являются базовыми элементами гетеродинов, модуляторов и демодуляторов любой беспроводной системы связи, включая навигационные системы GPS/GLONASS, мобильные телефоны всех стандартов, персональные информационные устройства (PDA), базовые станции сотовой связи, беспроводные LAN/LMDS (Local Area Network/Local Multipoint Distribution System), SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical NETwork), схемы тактовых генераторов, системы кабельного и спутникового телевидения и тестовое коммуникационное оборудование.
Основные элементы цифрового синтезатора частот
Прежде всего уточним, что под термином «цифровой синтезатор частот», применительно к системам импульсно-фазовой автоподстройки частоты
fref REFERENCE DIVIDER . R PHASE LOW PASS VCO
F1 DETECTOR FILTER
.
Fqut = fref х N/R
-т- N COUNTER
Fout = F1 х N FOUT = (Fref/R) x N FOUT = fref X (N/R)
Рис. 1. Структурная схема однопетлевого ФАП-синтезатора частоты
(ИФАП) (или [Impulse] Phase Locked Loop — PLL), мы понимаем цифровые, то есть использующие в основном цифровую схемотехнику, элементы кольца ИФАП:
• тракт формирования частоты опорного сигнала;
• тракт приведения частоты перестраиваемого генератора (ГУН), или Voltage Controlled Oscillator (VCO);
• частотно-фазовый детектор (ЧФД), или Phase Frequency Detector with Charge Pump,
Тракт формирования частоты опорного сигнала представляет собой делитель с фиксированным целочисленным коэффициентом деления (ДФКД), или Reference Divider, а его коэффициент деления R может устанавливаться внешним управляющим словом, например, от 1 до 16384.
Тракт приведения частоты перестраиваемого генератора — это делитель с переменным коэффициентом деления в N раз (ДПКД), или Divider with a float factor of division, integer-N Divider, его коэффициент деления также устанавливается внешним кодом и может изменяться с единичным шагом.
В низкочастотных синтезаторах (например, в ADF4001) тракт деления частоты ГУН в N раз выполнен на обычных счетчиковых делителях частоты ДПКД, поскольку используемая технология КМОП (CMOS) позволяет реализовывать триггеры счетчика со временем переключения до 4-6 нс, Поэтому и тракт деления частоты опорного генератора ДФКД обеспечивает надежную работу синтезатора до значений Fref < 250 МГц (например, в ADF4106). Следует отметить, что все синтезаторы серии ADF4000 обеспечивают минимальный коэффициент деления опорной частоты R = 1.
На рис.1 приведена структурная схема кольца ИФАП с обозначением входящих узлов:
R (Reference Divider) — делитель опорной частоты; PD (Phase Detector) — импульсно-фазовый детектор; LPF (Low Pass Filter) — петлевой фильтр нижних частот ФНЧ;
VCO (Voltage-Controlled Oscillator) — генератор, управляемый напряжением (ГУН);
DFFD — Divider with a float factor of division — делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД);
FREF — частота опорного (кварцевого) генератора; FOUT — выходная частота синтезатора;
R — коэффициент деления опорного делителя;
F1 — частота сравнения;
Компоненты и технологии, № 9'2002
N = BR+A
FROM RF INPUT STAGE '
PRESCALER
P/P+1
MODULUS
CONTROL
13-BIT В COUNTER
LOAD
LOAD
-^►TO PFD
6-BIT A COUNTER
N DIVIDER
____________J
Рис. 2. Структурная схема двухмодульного прескалера
F1 — приведенная частота ГУН после деления в ДПКД;
N — коэффициент деления DFFD (целое число без остатка),
Введение «прескалера», или двухмодульного предварительного делителя частоты, позволило поднять рабочую частоту ДПКД до современных значений (например, до 4 ГГц у синтезатора ADF4113 и до 6 ГГц у синтезатора ADF4106). Минимальный модуль прескалера PMIN = 8 позволяет обеспечить Nmin = 56. Структурная схема двухмодульного прескале-ра приведена на рис. 2.
Выходную частоту синтезатора можно определить по формуле:
fVCO = [(PxB) + A]xFREF/R NxFref/R, (1)
где fVCO — выходная частота синтезатора; P — модуль прескалера; B — коэффициент деления счетчика В; A — коэффициент деления счетчика A (0 < A < В); FREF — частота опорного колебания; R — коэффициент деления опорного делителя.
Любой прескалер состоит из поглощающего счетчика Swallowing Counter (счетчик A на рис. 2) и схемы поглощения импульса P/P+1. Суммарная задержка переключения этих узлов не должна быть кратной периоду входного колебания, то есть активные перепады входных и управляющих импульсов не должны совпадать. В противном случае возникает эффект «состязаний» и устройство начинает работать со сбоями. На практике стараются, чтобы величина суммарной задержки в прескалере не превышала минимального периода входного колебания. Иными словами, задержка в прескалере определяет максимальную рабочую частоту микросхемы.
Интересной особенностью работы преска-лера в синтезаторах ADF4110(1/2/3) является так называемый режим ресинхронизации, или восстановления синхронизации входной радиочастоты на выходе прескалера — resynchronizing the prescaler output,
В режиме синхронизации работы прескале-ра моменты его переключения из режима «деление на P» в режим «деление на P + 1» стробируются частотой входного сигнала RF, Стробирование уменьшает фазовый шум N-делителя (джиттер), но предъявляет более жесткие требования к величине и стабильности внутренних задержек микросхемы. Поэтому максимальная входная частота на входе RF, при которой синтезатор надежно работает, может уменьшиться,
Частотно-фазовый детектор
Частотно-фазовый детектор в синтезаторах серии ADF4000 выполнен на D-триггерах, дополненных логикой сброса и выравнивания задержек — схемой anti-backlash pulse width — рис. 3, Введение программируемой задержки на переключение триггеров от 1,5 до 6 нс (ADF4110(1/2/3)) позволяет получить практически линейную статическую характеристику фазового детектора с крутизной 1/2п. Кроме того, отсутствует эффект «проскальзывания» в окрестностях точки сшивания двух пилообразных характеристик ЧФД, то есть в области нулевых фазовых расстроек,
Дополняется цифровая часть ЧФД парой комплементарных полевых транзисторов с малыми токами управления и утечки — схемой подкачки (точнее, поддержания) заряда Charge Pump, Такое построение фазового детектора с внешними цепями — изодромным звеном — позволяет в режиме синхронизма обеспечить временное рассогласование Дт между одноименными перепадами импульсов опорного колебания и приведенного колебания ГУН не более единиц наносекунд,
Сказанное означает, что на выходе фазового детектора фазовая ошибка Дф = 2rtхДт/T0, где T0 = 1/FOT — период сравнения в кольце ИФАП. Так, если частота сравнения в кольце FOT = 200 кГц (стандарт GSM), то Дф не превысит 360°х3 нс/5 мкс = 0,216°.
Иными словами, в системе ИФАП наблюдается квазиастатизм по фазе, в то время как в обычном кольце ИФАП с обычным ИФД типа RS-триггера или схемы «исключающее ИЛИ» фазовая ошибка есть функция начальной расстройки ГУН и изменяется по диапазону,
Разумеется, утверждение о квазиастатизме справедливо «в среднем», то есть статистически, Кроме того, при увеличении частоты сравнения в кольце, например, до 10 МГц, фазовая ошибка, при прочих равных условиях, увеличится и составит Дф = 360°х3 нс/100 нс = 10,8°.
Поэтому синтезаторы ИФАП с ЧФД называют квазиастатическими. Чтобы кольцо ИФАП стало астатическим не только по частоте, но и по фазе, в цепь регулирования необходимо ввести идеальный интегратор. ЧФД в паре с изодромным звеном выполняет эту роль тем точнее, чем ниже частота сравнения в кольце, Астатизм по фазе приводит к дополнительному фазовому набегу п/2 и система ИФАП подходит к границе устойчивости. Для корректировки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) кольца в районе частоты среза вводят изодромное звено, которое представляет собой последовательное соединение R и C, Такое звено, подключенное параллельно генератору тока на выходе Charge Pump, позволяет наиболее экономным способом корректировать АЧХ кольца и обеспечивает его устойчивую работу в диапазоне выходных частот, Остальные элементы кольца ИФАП — петлевой фильтр нижних частот (ФНЧ) и генератор, управляемый напряжением (ГУН), являются внешними для микросхем серии ADF4000 и подробно не рассматриваются, Для первоначального освоения методов программирования микросхем синтезаторов серии ADF4000 и получения навыков работы с ними можно воспользоваться программным обеспечением ADF4XXX evaluation Software, находящимся на сайте www.analog.com, Там же приведена программа Loop Filter Design, позволяющая спроектировать необходимый петлевой фильтр нижних частот,
Vp
D1 Q1 U1 > CLR1
DELAY
ELEMENT
CLR2 D2 Q2 U2
>
Л
J1
я
J~L
Рис. З. Структурная схема ЧФД со схемой подкачки заряда
Компоненты и технологии, № 9'2002
Таблица 1. Частотные характеристики однопетлевых синтезаторов частот серии ADF4000
Наименование вывода ADF4001 ADF4106 ADF4110 ADF4111 ADF4112 ADF4113 ADF4116 ADF4117 ADF4118
RF Input, МГц 200 6000 550 1200 3000 3700 550 1200 3000
REFIN, МГц 100 250 100 100 100 100 100 100 100
PROUT, МГц - 300 200 200 200 200 165 165 165
PDIN, МГц 55 56 55 55 55 55 55 55 55
Характеристики «стандартных» моделей синтезаторов серии ДОР4000
Итак, во-первых, у всех синтезаторов серии ЛБР4000 минимальный коэффициент деления частоты опорного колебания RMIN = 1. Во-вторых, алгоритм, структура и временные параметры загрузки данных по последовательному интерфейсу во всех синтезаторах серии одинаковы.
Могут лишь различаться размеры управляющих слов и число контрольных разрядов (у ЛБР4252, например, три контрольных разряда СО, С1, С2 вместо двух — С1 и С2 — у ос-
0
-10
-20
ей тэ -30
m -40
*
У -50
-АО
О .70
-80
-90
100
1 REFERENCE А
UVYY Wv
VD[; = 3V',Vp=,5V '
I CP =5mA
PFD FREQUENCY = 30kHr LOOP BANDWIDTH=5 kHz RES BANDWIDTH = 10Hz VIDEO BANDWIDTH = 10Hz SWEEP = 477ms AVERAGES = 25
-71.5dBc/Hz
-400kHz -200kHz 1750MHz +200kHz +400kHz
0
-10
-20
ea ■а -ЗО
Of
%
О -50
5 -60
1-
o -70
-80
-90
100
“I-------Г
MCE
LEVEL- - 10.3dBm-
VDD = 3V,VP=5V
I CP = 1 mA
PFD FREQUENCY-1MHz LOOP BANDWIDTH =100kHz RES BANDWIDTH-10Hz VIDEO BANDWIDTH = 10Hz. SWEEP-1.9 SECONDS AVERAGES-26
i i
-1kHz 2800MHz +1 kHz +2kHz
Рис. 5. Фазовые шумы синтезатора частоты АЭР4118 в ближней зоне отстроек от несущего колебания
тальных синтезаторов серии). Пользователь может выбрать два варианта загрузки — по фронту или потенциальный (рис. 4), Частотные характеристики однопетлевых синтезаторов серии ADF4000 по радиочастотному входу RF Input, по опорному входу REFIN, по выходу прескалера PROUT и по входу фазового детектора PDIN приведены в таблице 1, Первые синтезаторы серии — ADF 4116(7/8) (рис. 6) были полными (pin-совместимыми) аналогами синтезаторов LMX2306/16/26 «платиновой» серии фирмы National Semiconductor, но некоторые их параметры и функции были расширены.
Кроме обеспечения RMIN = 1 синтезаторы ADF 4116(7/8) позволяют программно устанавливать два значения выходного тока фазового детектора (Charge pump) — 250 мкА или 1 мА.
В режиме «быстрого захвата» (FastLock) возможно программируемое переключение выходного тока фазового детектора из стандартного режима (low) 250 мкА в режим (high) 1 мА в течение 3-63 периодов частоты сравне-
Id^/DIVISION
RL--40dBc/Hz
RMS NOISE-2.0"
FREQUENCY OFFSET FROM 1.75GHz CARRIER 1 MHz
^DIVISION
- -40dBc/Hz
RMS NOISE - 1.552°
100Hz FREQUENCY OFFSET FROM 2.8GHz CARRIER 1MHz
Рис. 6. Фазовые шумы синтезатора частоты ЛРР4118 в дальней зоне отстроек от несущего колебания
ния с шагом четыре периода (то есть 3, 7, 11 и т. д. до 63), в зависимости от параметров петли ИФАП.
Увеличение тока фазового детектора во время переходного процесса способствует его форсированию, то есть уменьшению времени переключения с частоты на частоту за счет кратковременного увеличения коэффициента усиления кольца ИФАП.
Однако увеличение коэффициента усиления в кольце ИФАП может привести к его возбуждению и почти всегда приводит к перерегулированию, что, впрочем, не страшно. Краткое описание функций и назначения выводов синтезаторов ЛОР4116(7/8) приведены в таблице 2.
AVDD DVqq
—О—О—
VP CPGND
-О—О—
PSET
-о—
rEF|N (>
CLK
DATA
■О
14-BIT J
RCOUNTER 1
В
rF|nA
rf,nb
24-BIT INPUT REGISTRER
FROM
FUNCTION
LATCH
E
■D>
R COUKTTER LATCH
FUNCTION
LATCH
AS COUNTER LATCH
$>!
PRESCALER
FVP+1
13-B COL BIT
NTER
LOAD
LOAD
6-BIT ACOUNTER
PHASE
FREGUENCY
DETECTOR
Ж
HEFERENCE
~T~
CHARGE
PUMP
^Qcp
LOCK CURPENT CURPENT
DETECT SETTING 1 SETTING 2
СРІЗ CPI2 CPU CPI6 CPI5 CPI4
AVdd -
SOqjt
^ T T T
Xjmuxout
CE AGND DGND
Рис. 7. Функциональная схема цифровых синтезаторов серии ADF41*
Компоненты и технологии, № 9'2002
Таблица 2. Описание функций и обозначение выводов синтезаторов ADF4116(7/8|
№ вывода Обозна- чение Выполняемая функция
FLo Выход «быстрого захвата». Можно использовать для переключения внешнего резистора, чтобы изменить полосу пропускания петлевого фильтра. Это ускоряет процесс захвата кольца ИФАП.
2 СР Выход схемы поддержания заряда. При включении обеспечивает выходной ток ±1ср для внешнего петлевого фильтра, который управляет внешним ГУН.
3 CPGND «Земля» схемы поддержания заряда.
4 AGND Аналоговая «земля». Общий провод для прескалера.
5 RFinB Комплементарный вход для ВЧ-прескалера. Необходимо соединить с шиной заземления с помощью небольшого проходного конденсатора (обычно емкостью 100 пФ).
6 RFinA Вход ВЧ-прескалера. Этот вход для малых сигналов подключается к выходу ГУН.
7 avdd Питание аналоговых цепей. Можно подавать +2,7... 5,5 В. Развязывающие конденсаторы к шине аналоговой «земли» необходимо размещать как можно ближе к этому выводу. Величина ЛУдо должно быть равна величине РУ^.
В REFIN Вход опорной частоты. Это КМОП-вход с порогом УР№/2 и эквивалентным сопротивлением 100 кОм. Входной сигнал может быть ТТЛ/КМОП-уровней или синусоидальным, через конденсатор.
9 DGND Цифровая «земля».
10 CE Вход вкл.-выкл. микросхемы. Низкий логический уровень выключает микросхему и переводит выход схемы поддержания заряда в высокоомное состояние. Высокий логический уровень включает микросхему, в зависимости от состояния разряда отключения Р2.
11 CLK Вход тактовой частоты. Тактовая частота используется для тактирования последовательного ввода данных в регистры. Данные запоминаются в 21-разрядном регистре сдвига по фронту тактового импульса.
12 data Последовательный вход данных. Данные загружаются СЗР вперед, с двумя МЗР в качестве контрольных. Это высокоомный КМОП-вход.
13 LE КМОП-вход разрешения загрузки. Высокий уровень загружает данные, хранящиеся в регистрах сдвига, в один из четырех регистров-защелок, который выбирается с помощью разрядов управления.
14 MUXOUT Выход мультиплексора позволяет вывести наружу либо сигнал захвата, либо приведенную частоту опорного колебания, либо приведенную частоту ГУН.
15 dvdd Питание цифровой части. Можно подавать +2,7. 5,5 В. Развязывающие конденсаторы к шине цифровой «земли» необходимо размещать как можно ближе к этому выводу. Величина РУ№ должно быть равна величине ЛУ№.
16 VP Питание схемы поддержания заряда. Должно быть больше или равно У^. В системах с Удо = 3 В, м Ур может быть равно 5 В и использоваться для управления ГУН с диапазоном управления до 6 В.
0
-10
-20
со -О -30
ВС -40
і
к! -50
=> -АО
О -70
-яо
-90
100
1 1 1 *\ REFERENCE Л
VDD = 3V,VP=5V I CP =5mA PFD FREQUENCY = 30kHz . LOOP BANDWIDTH =3kHz RES BANDWIDTH = 10Hz VIDEO BANDWIDTH = 10kHz, SWEEP = 477 ms AVERAGES = 10
-75.2dBc/Hz
-200Hz 1750MHz +200Hz
"i—i—Г *1
REFERENCE /
“ LEVEL--4,2dBm
vDD=3V,Vp=iv 1
I CP =5mA
PFD FREQUENCY =1 MHz _ LOOP BAN DWIDTH=100kHz RES BANDWIDTH = 10Hz “ VIDEO BANDWIDTH = 10kHz_ SWEEP = 1.9 SECONDS AVERAGES = 45
-1kHz 3100MHz +lkHz
Рис. 8. Фазовые шумы синтезатора частоты ЛЭР4113 в ближней зоне отстроек от несущего колебания
AVDD DVdd
—О--------------О—
vP
-о-
CPGND
—о—
PSET
Q
ADF4001
REFERENCE
REFin Q-
14-BIT
r counter
RFinA
rfinb
24-BIT INPUT REGISTRER
"T"
soqut
R COUNTER LATCH
FUNCTION
LATCH
N COUNTER
LATCH
13-BIT N COUNTER
1
PHASE
FREGUENCY CHARGE
DETECTOR ► PUMP
Xjcp
LOCK DETECT
CURPENT CURPENT
SETTING 1 Sbl IINU2
t t f t t f
СРІЗ CPI2 CPU CPI6 CPI5 CPI4
AVDD“
S0OUT“
ГГТ
Рис. 9. Функциональная схема «тактового» синтезатора частоты ADF4001
Характеристики «усовершенствованных» моделей синтезаторов серии ДОР4000
Синтезаторы Л0Р4110(1/2/3) являются развитием предыдущих. Они позволяют устанавливать выходной ток фазового детектора плавно и ступенчато в интервале значений от 0,294 до 8,704 мА, во-первых, с помощью внешнего резистора, а во-вторых, внутри «аналогового» интервала, программными средствами — до 8 значений.
Столь широкий выбор установок дает разработчику аппаратуры удобный инструмент для проектирования синтезаторов частот, особенно широкополосных. Например, изменение тока фазового детектора в статическом режиме позволяет выровнять по диапазону коэффициент усиления в кольце ИФАП, который может изменяться из-за неодинаковой крутизны управляющей характеристики ГУН в начале и в конце рабочего диапазона.
В режиме «быстрого захвата» (РазИоск) также возможно переключение выходного тока фазового детектора из выбранного режима в режим переключения также в течение 3-63 периодов частоты сравнения с шагом четыре периода, в зависимости от требований, предъявляемых к параметрам петли ИФАП.
Таблица 3. Описание функций и назначение
выводов в синтезаторах ЛРР4110(1/2/3)
№ Обозна-вывода чение
Выполняемая функция
Подключение резистора между этим выводом и СРЭЫР устанавливает максимальный выходной ток схемы поддержания заряда. Номинальное напряжение на выводе РЭЕТ равно 0,56 В. Взаимосвязь между 1СР и РЭЕТ приведена ниже:
1с
23.5
ICP max" Rset например, при Rset = 4,7 кОм lom* = 5 мА
Остальные выводы имеют обозначения и выполняемые функции, аналогичные Л0Р4116(7/8) (см. табл. 2)
Из одноканальных синтезаторов серии ЛЭР4000 следует также отметить ЛЭР4001 (рис. 9-10) и ЛЭР4106. Первый из них позволяет синтезировать выходную частоту, равную входной (опция N = 1), то есть использовать кольцо ИФАП в качестве высокодоброт-
1 OdB/DIVISION Rl = -40dBc/Hz NOISE = 0.229 DEGREES
TTTT
10k 100k 1M
FREQUENCY OFFSET FROM 200MHz CARRIER - Hz
Рис. 10. Фазовые шумы синтезатора частоты ADF4001 как функция отстройки от несущего колебания на выходной частоте 200 МГц и частоте сравнения 200 кГц
R
SET
Компоненты и технологии, № 9'2002
Таблица 4. Описание функций и назначение выводов в «тактовом» синтезаторе ADF4001
Таблица S. Описание функций и назначение выводов в синтезаторе ADF4106
№ вывода Обозна- чение Выполняемая функция № вывода Обозна- чение Выполняемая функция
1 rset Подключение резистора между этим выводом и CPGND устанавливает максимальный выходной ток схемы поддержания заряда. Номинальное напряжение на выводе RsEт равно 0,66 В. Взаимосвязь между ^ и Р$ЕТ приведена ниже: _ 23.5 1ср шах = 1{$е1 например, при RSET = 4,7 кОм Icpnтаx = 5 мА 1 Rset Подключение резистора между этим выводом и CPGND устанавливает максимальный выходной ток схемы поддержания заряда. Номинальное напряжение на выводе RsEт равно 0,66 В. Взаимосвязь между 1ср и RsEт приведена ниже: 23.5 |СР шах = 1}5е1 например, при RsEт = 5,1 кОм = 5 мА
Остальные выводы имеют обозначения и выполняемые функции, аналогичные ADF4^16(7/8) (см. табл. 2).
ного следящего полосового фильтра, модулятора или демодулятора сигналов ЧМ в относительно низкочастотном (до 200 МГц) диапазоне. Такой синтезатор удобен при синтезе вторичных источников опорных колебаний, в частности, кварцевых.
Второй синтезатор ЛБР4106 (рис. 7) позволяет синтезировать сетку частот в диапазоне от 0,5 до 6 ГГц. Типичные спектральные характеристики выходного колебания синтезатора, собранного с использованием микросхемы ЛБР4106, приведены на рис. 11, а описание функций и назначение выводов — в таблице 5.
Все перечисленные синтезаторы относятся к классу синтезаторов с целочисленным
Остальные выводы имеют обозначения и выполняемые функции, аналогичные ADF4116(7/8) (см. табл. 2).
коэффициентом деления на N (integer-N). Иными словами, в таких синтезаторах приведение частоты перестраиваемого генератора к частоте сравнения производится с помощью делителей с целочисленным коэффициентом деления. В этом случае шаг сетки синтезируемых частот и частота сравнения — одно и то же.
Возможный вариант построения синтезатора частот
Пример построения синтезатора частот на микросхеме ЛБР4106 приведен на рис. 12. Идея заключается в том, что уровень помехо-
вых составляющих увеличивается при умножении частоты и уменьшается при ее делении — по логарифмической шкале на ±2OlgN, где N — коэффициент умножения или деления,
Построение синтезатора, формирующего сетку в N-кратном диапазоне (в нашем примере в 4-кратном) с последующим внешним делением в N раз (в нашем примере на 4), позволяет обеспечить минимальное время переключения частот 70 мкс с точностью до фазовой ошибки 10°, дополнительное уменьшение дискретных побочных спектральных составляющих (ПСС) на 12 дБ и наиболее чистую спектральную линию выходного колебания (рис. 13), Диапазон синтезируемых частот от 5,8 до 6 ГГц трансформируется делением в требуемую область частот 1450-1500 МГц. Шаг сетки в кольце равен 800 кГц, полоса прозрачности (частота среза кольца) составляет 80 кГц, После деления шаг сетки становится равным 200 кГц, а уровень дискретных ПСС, кратных частоте шага сетки не превышает -100 дБ относительно несущей (dBc — dB carrier). Исключение составляют ПСС, отстоящие от несущей на ±800 кГц, — их уровень не превышает -90 dBc. Мал и уровень фазовых шумов при отстройке от несущей на 1 кГц — не более -94 дБ/Гц.
На сайте Analog Devices по адресу www. analog.com/pll представлена интерактивная программа ADIsimPLL для расчета кольца
REF LEVEL = -10dBm -
VDD-3V,VP =5V I CP =5mA
PFD FREQUENCY = 1MHz LOOP BAN DWIDTH=100kHz RES BANDWIDTH = 10Hz VIDEO BANDWIDTH - 10Hz SWEEP-1.9 SECONDS AVERAGES = 10
-100
-1kHz 5800MHz 1kHz FREQUENCY
III I I I l|
10dB/DIV
RL = -40dBc/Hz
RMS NOISE =1.8°
-140
100Hz
FREQUENCY OFFSET FROM 5800MHz CARRIER Рис. 11. Типовой спектр синтезатора ADF4106 в зоне малых и больших отстроек от несущей
0
-10
-20
-30
-о
с* ■40
%
й ■50
-60
Э
О -70
-80
■90
-100
REF LEVE = -1 OdBm
“Г"
“Г"
Т"
Т"
VDD = 3V, VP =5V ' Icp =5mA PFD FREQUENCY =1 MHz LOOP BANDWIDTH = 100kHz RES BANDWIDTH = 1 kHz ■VIDEO BANDWIDTH = 1kHz SWEEP = 13 SECONDS AVERAGES-1
-1kHz 5800MHz 1kHz FREQUENCY
G~
Рис. 12. Вариант построения синтезатора частоты на микросхеме ADF4106
Компоненты и технологии, № 9'2002
ИФАП, собранного с использованием микросхем серии ЛБР4000.
При наличии некоторого начального опыта и оценочной платы ЕУЛЬ-ЛБР4*** можно рассчитать параметры элементов петлевого фильтра кольца ИФАП и разработать синтезатор в необходимом частотном диапазоне с требуемыми спектральными и динамическими характеристиками.
В следующей статье серии будут рассмотрены двойные радиочастотные синтезаторы с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты серии ЛБР4200.
fouT = fvco*x
DIVIDER
INPUT
DIVIDER
OUTPUT
20 Log10X(dB)
J1_L
_L
Af =
Рис. 13. Уменьшение уровня дискретных ПСС на выходе делителя частоты
Af = fP
