Время переключения частоты

Одним из важных параметров системы ФАПЧ является время переключения частоты /_пер, которое определяется длительностью переходного процесса при изменении коэффициента деления N. Как и для любого фильтра нижних частот, для системы ФАПЧ справедливо соотношение: t_mp тем меньше, чем шире полоса пропускания ЛР__3дБ.

Оптимальный выбор параметров синтезатора частот

При проектировании синтезаторов частот задаются следующие параметры:

• — диапазон генерируемых частот f ч- f ;
• — шаг перестройки частоты Д/;
• — мощность фазового шума, измеренного при отстройке на частоту F от частоты генерации /₀, нормированного к

р

мощности генератора P_r: 10 lg—¹—, дБ;

й.

— время перестройки частоты /_пер.

Современные синтезаторы частот выполняют на базе стандартных микросхем. Имеются микросхемы синтезаторов, включающие делители частот, дискриминатор, опорный генератор; микросхемы ГУНов. У разработчиков имеется возможность изменять частоту опорного генератора путем подключения разных кварцевых резонаторов и, самое главное, проектировать фильтр. Часто применяют фильтры, изображенные на рис. 5.3, которые дают возможность управления выходным спектром и временем перестройки. Рассмотрим, каким образом можно выполнять требование технического задания и проектировать синтезаторы оптимальным образом.

• 1. Диапазон генерируемых частот определяется ГУНом и зависит от напряжений, управляющих частотой U_min U_max.
• 2. Шаг перестройки А/ = fjn=f может быть изменен путем переключения коэффициента деления п и изменения эталонной частоты опорного генератора.
• 3. Частота опорного генератора /_э выбирается из условия минимума фазового шума на выходе синтезатора. Если сравнение фаз в дискриминаторе происходит на частоте

f

сравнения f = —, при этом выходная частота синтезатора N ^п

/гун ⁼ —' ^то фазовый шум ГУ На в пределах полосы про- ^п дг пускания увеличивается на 20 lg— дБ относительно шума.

п

эталонного генератора.

Таким образом, для уменьшения фазового шума выходных колебаний синтезатора требуется применять эталонные генераторы с минимальным шумом и уменьшать отношение N/n. Практика показывает, что наименьший уровень фазового шума опорного генератора получается при /_э = 2 ч- 10 МГц. Именно в этом диапазоне частот изготавливаются кварцевые резонаторы максимальной добротности.

Коэффициент деления N определяется заданными значениями частот /_гун и f_c, поэтому для снижения отношения.

^tp f

N/n следует увеличивать коэффициент деления п = —, а следовательно, увеличивать и частоту эталонного генератора /_э .

В результате для каждого конкретного типа радиосистем существует оптимальный диапазон частот опорного генератора, соответствующий минимальному выходному шуму синтезатора. Для мобильных систем связи эти частоты составляют 80—100 МГц.

4. Уровень шума при конкретной отстройке F от частоты генерации зависит от того, попадает ли эта частота в полосу пропускания системы ФАПЧ AF _3дБ. Изменять ширину полосы можно путем соответствующего выбора постоянных времени фильтра т, и т₂, а также постоянной времени цепи ФАПЧ без фильтра т_ФАПЧ. При выбранных микросхемах синтезатора и ГУНа, заданном N, постоянная времени.

^хфапч ⁼ — может быть изменена путем подбора со;

противления R фильтра.

Уровень шума в пределах полосы пропускания цепи ФАПЧ несколько увеличивается из-за всплесков в АЧХ, которые зависят от параметров фильтра и определяются запасом по фазе ф_зап разомкнутой петли: с увеличением ср_зап всплески уменьшаются.

5. «Шпоры» в выходном спектре зависят от полосы пропускания AF__3;iI3 и крутизны ската АЧХ системы ФАПЧ. Для устранения «шпор» следует, как очевидно.

Q_ci

из рис. 5.11, уменьшать частоту среза =^Г~ Д° уровня.

f

F_C3 = gQ. |qqКрутизна ската АЧХ определяется величиной Фзан •.

6. Время переключения выходной частоты синтезатора уменьшается с увеличением F_C3.

Итак, при проектировании фильтра цепи ФАПЧ следует заранее выбрать две величины:

• — частоту среза АЧХ замкнутой системы ФАПЧ А_сз;
• — запас по фазе ф_зап в фазочастотной характеристике разомкнутой петли ФАПЧ.

Эти величины дают возможность рассчитать параметры фильтра и оценить спектр выходных колебаний синтезатора, а именно уровень фазового шума и степень подавления шпор.

Частоту среза следует выбирать, учитывая соотношение, а запас по фазе

При этом следует учитывать, что при малых ф_зап увеличивается степень подавления «шпор», но возрастает всплеск на АЧХ.

На рис. 5.12 изображены типичные частотные характеристики разомкнутой и замкнутой систем ФАПЧ автогенераторов.

Рис. 5.12. Частотные характеристики системы ФАПЧ автогенераторов