Построение двухкольцевых частотно-модулированных синтезаторов частот на современной цифровой элементной базе

С.Л. Анисимов

П.А. Попов,

доктор технических наук, профессор

ПОСТРОЕНИЕ ДВУХКОЛЬЦЕВЫХ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ НА СОВРЕМЕННОЙ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ

Как показывают исследования, для обеспечения заданных динамических, спектральных и модуляционных характеристик частотно-модулированных цифровых синтезаторов частот (ЧМЦСЧ) следует применять последовательное включение двух колец ИФАПЧ, т. е. их «тандемное» включение.

В настоящее время имеются микросхемы, содержащие основные узлы ИФАПЧ-синтезаторов, способные работать в высокочастотной области (до 6 ГГц) и обеспечивающие перестройку частоты с малым шагом в широкой полосе [1,2]. Основные достоинства современных микросхем с ИФАПЧ — малые размеры, потребляемая мощность и фазовый шум, высокие частотное разрешение и скорость настройки — делают их незаменимыми в миниатюрных приемопередатчиках, сотовых телефонах, при этом в одной микросхеме могут быть один или два независимых ЦСЧ с целочисленным ДПКД (Integer-N) или с дробным ДПКД (Fractional-N). Такие микросхемы ИФАПЧ-синтезаторов выпускают ряд фирм, например National Semiconductor, Analog Devices, Philips Semiconductor.

Особенности проектирования двухкольцевых ЧМЦСЧ с использованием современных микросхем ИФАПЧ-синтезаторов можно видеть на примере разработанных синтезаторов с последовательным включением двух колец и с введением частотной модуляции в ГУН1 первого кольца ИФАПЧ методом ЧМ1 (рис. 1), а также в ГУН1 первого кольца с одновременным использованием кольца автокомпенсации частотных искажений, состоящего из импульсно-фазового модулятора (ИФМ) в опорном канале, инвертора (ИНВ) и усилителя постоянного тока (УПТ) после петлевого ФНЧ методом ЧМ1 АК (рис. 2).

Первое кольцо ИФАПЧ1 выполнено на микросхеме ADF4001 с целочисленным ДПКД1 и предназначено для формирования колебания с низким уровнем шума, используемого в качестве опорного ЧМ сигнала для второго кольца. Второе кольцо ИФАПЧ2 на микросхеме ADF4252 с ДДПКД2 быстродействующее, работает в заданном диапазоне 150—175 МГц.

Рис. 1. Двухкольцевой ЧМЦСЧ при модуляции методом ЧМ1 на микросхемах

ADF4001 и ADF4252

Рис. 2. Двухкольцевой ЧМЦСЧ при модуляции методом ЧМ1АК на микросхемах

ADF4001 и ADF4252

Первое кольцо ИФАПЧ1 узкополосное, содержит делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления R1 ДФКД1, цифровой частотно-фазовый детектор ЧФД1, целочисленный делитель частоты с переменным коэффициентом деления N1 ДПКД1, 24-битовый входной сдвиговый регистр, на который поступают внешние управляющие сигналы от микроконтроллера МК, а также опорный кварцевый генератор ОКГ, петлевой фильтр нижних частот ФНЧ1, генератор, управляемый напряжением ГУН1 и управляемый аттенюатор УА. Первые четыре элемента (ДФКД1, ЧФД1, ДПКД1 и 24-битовый приемный регистр) являются составной частью микросхемы ADF4001. Остальные узлы, содержащие частотно-зависимые и габаритные элементы, расположены вне микросхемы. Здесь делитель ДФКД1 называется фиксированным по традиционной терминологии, хотя в микросхеме коэффициент деления R1 может быть переменный. Через управляемый аттенюатор УА проходит модулирующий информационный сигнал на модулирующий вход ГУН1 от внешнего источника модулирующего сигнала ИМС. Управляющий сигнал поступает от микроконтроллера МК на соответствующий управляющий вход УА и изменяет его коэффициент передачи при изменении выходной частоты второго кольца. Тем самым автоматически стабилизируется заданный уровень девиации выходной частоты синтезатора в широком диапазоне перестраиваемых частот при определенном постоянном уровне модулирующего сигнала от ИМС.

Второе кольцо ИФАПЧ2 выполнено на микросхеме ADF4252 и построено аналогично, за исключением того, что здесь вместо ДПКД применяется дробный ДПКД (ДДПКД2). Управление обоими синтезаторами происходит от одного микроконтроллера по четырем каналам: C — тактовые импульсы, D — информационные импульсы, а также импульсы разрешения ИЗ1 и ИЗ2 поступают по отдельным проводам в соответствующие 24-битовые входные сдвиговые регистры каждого кольца. Тем самым осуществляется независимое управление двумя микросхемами от одного МК. Это управление осуществляется от микроконтроллера AT89C52 фирмы Atmel по специально разработанной программе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стариков О. ФАПЧ-синтезаторы частоты типа Integer-N / Fractional-N и двойные Integer-N / Fractional-N синтезаторы частоты / О. Стариков // Chip News.— 2001.— № 8.— С. 32 — 38; № 10.— С. 6 — 13.

2. Analog Devices’ Data Sheets: ADF4001. Rev. 0. 2001; ADF4110 /11 /12/13. Rev. A. 2001; ADF4252. Rev. PrM. 03/02 ( www. analog. com ).