Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАСТРОЙКИ ШИРОКОПОЛОСНОГО СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ С ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих устройствах метрового и дециметрового (УВЧ и ОВЧ) диапазонов, в состав которых входят синтезаторы частоты с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) на основе программируемых микросхем ФАПЧ.

Известен способ настройки путем расчета номиналов элементов фильтра кольца ФАПЧ относительно узкополосного (полоса перестройки не превышает 10%) синтезатора ФАПЧ по полосе пропускания [1], при котором используют параметры микросхем и частоту сравнения фазового детектора. Для программируемых микросхем ФАПЧ по частоте сравнения фазового детектора для подготовки управляющих кодов определяют: коэффициент деления выходной частоты - n (отношение выходной частоты к частоте сравнения) и коэффициент деления частоты опорного генератора - r (отношение частоты опорного генератора к частоте сравнения). Для реальных синтезаторов выходные частоты и частота опорного генератора заданы, поэтому выбор r однозначно определяет n (и наоборот). Проектирование синтезаторов по полосе пропускания кольца ФАПЧ имеет важное значение для обеспечения минимума фазовых шумов (ФШ), поэтому указанный способ настройки выбран в качестве прототипа. Недостатком этого способа является то, что он позволяет производить расчет номиналов элементов фильтра только для одной выходной частоты, поэтому рассчитанные для различных выходных частот широкополосного синтезатора номиналы элементов кольца ФАПЧ могут существенно отличаться. Недостатком является и то, что указанный способ не позволяет учитывать сильную зависимость крутизны характеристики перестройки широкополосного генератора, управляемого напряжением (ГУН), от выходной частоты ГУН, а также от частотной зависимости сопротивления нагрузки ГУН. Из-за приближенности используемой модели синтезатора и разброса параметров микросхем возможна неоптимальная настройка синтезатора, поэтому при экспериментальной проверке ФШ синтезатора проводят подбор номиналов элементов фильтра кольца ФАПЧ и уточняют их.

Предложен способ настройки широкополосного синтезатора частоты с ФАПЧ на основе программируемой микросхемы ФАПЧ, заключающийся в том, что подготавливают коды управляющей программы по коэффициенту деления частоты опорного генератора, определяют с учетом измеренного значения крутизны характеристики перестройки широкополосного ГУН номиналы элементов фильтра кольца ФАПЧ по обеспечивающей минимум ФШ полосе пропускания, которые уточняют по результатам экспериментальной проверки ФШ синтезатора, отличающийся тем, что различные коэффициенты деления частоты опорного генератора для подготовки кодов управляющей программы на разных выходных частотах выбирают путем измерения крутизны характеристики перестройки широкополосного ГУН на всех выходных частотах синтезатора таким образом, чтобы отношение этой крутизны к коэффициенту деления выходной частоты было максимально близко к значению этого отношения на той выходной частоте, для которой значение коэффициента деления частоты опорного генератора имеет максимальное значение, при этом результаты экспериментальной проверки ФШ синтезатора используют для уточнения кодов управляющей программы.

Технический результат заключается в том, что предлагаемый способ позволяет свести настройку широкополосных синтезаторов к известному способу настройки более узкополосных синтезаторов (путем выравнивания эквивалентного коэффициента усиления кольца ФАПЧ в широкой полосе частот), что упрощает процесс настройки и обеспечивает минимальные изменения полосы пропускания кольца ФАПЧ на различных выходных частотах. Для реализации способа настройки синтезатора с учетом диапазона перестройки может быть рекомендована следующая последовательность действий:

- измеряют (см., например, стр. 36 [2]) крутизну характеристики перестройки ГУН в диапазоне перестройки синтезатора (при большом числе частот целесообразно использовать интерполяцию частотной зависимости крутизны характеристики перестройки);

- проводят расчет коэффициентов деления частоты опорного генератора (r), которые обеспечивают постоянство отношения крутизны характеристики перестройки широкополосного ГУН (kv) к коэффициенту деления частоты этого генератора (n) для случая r=r₀ на наименьшей выходной частоте, при этом r₀ обеспечивает выбранную для выполнения расчетов номиналов элементов фильтра кольца ФАПЧ частоту сравнения фазового детектора;

- по результатам расчета находят выходную частоту с максимальным значением r, для этой частоты принимают r=r₀ и расчет r повторяют;

- определяют номиналы элементов фильтра по обеспечивающей минимум ФШ полосе пропускания для выходной частоты с максимальным значением r, а также варианты номиналов элементов, которые соответствуют изменению полосы пропускания на ±10%;

- по r, которые наиболее близки к расчетным, подготавливают коды управляющей программы в соответствии с информацией по применению микросхемы ФАПЧ;

- проводят экспериментальную проверку ФШ синтезатора частоты с ФАПЧ на выходной частоте с максимальным значением r для нескольких вариантов номиналов элементов фильтра и уточняют номиналы элементов фильтра;

- проводят проверку ФШ синтезаторов с ФАПЧ на всех выходных частотах;

- если ФШ синтезаторов с ФАПЧ не удовлетворяют требованиям, то подготавливают коды управляющей программы для других коэффициентов r (например, соответствующих изменению значения r₀ на ±5 или ±10%) и после соответствующих проверок ФШ синтезаторов выбирают для всех выходных частот такие значения r, которые обеспечивают наилучший результат.

Смысл предложений последнего пункта в том, чтобы, не ухудшая результатов настройки ФШ синтезатора на частоте с максимальным значением r, воспользоваться дополнительными программными возможностями улучшения ФШ синтезатора сразу на всех частотах, либо убедиться, что для используемых в синтезаторе микросхем такие возможности исчерпаны.

Ниже приведен пример осуществления предлагаемого способа для настройки широкополосного синтезатора со следующими исходными данными: диапазон частот от 890 до 1520 МГц, шаг сетки частот 10 МГц.

Для выполнения обработки результатов измерения kv и расчета r использованы средства программы MathCAD2001. В качестве результатов измерения kv в диапазоне частот при формировании матрицы исходных данных М использованы: для независимой переменной значения FREQUENCY (MHz), для зависимой переменной значения TUNING SENSITIVITY (MHz/V), которые приведены в [2] (случай согласованной нагрузки ГУН фирмы Mini-Circuits POS-1400) для 11 значений напряжения управления (V-TUNE). Сначала проведем интерполяцию исходных данных методом кубического сплайна с использованием встроенных функций cspline (Vx,Vy) и interp (Vk,Vx,Vy,x). После расчета каждой из 64 частот (для удобства используем матрицы 8×8) находим значения kv.

Vx:=M^<0> Vy:=M^<1> Vk:=cspline(Vx,Vy)

Fk(x):=interp(Vk,Vx,Vy,x) f_i,j:=890+10·i+80·j

kv_i,j:=Fk(f_i,j)

В примерах реализации синтезаторов частоты на микросхемах ФАПЧ максимальные частоты сравнения фазового детектора составляют 1 МГц. Поэтому находим значения r для r₀=10 (при стандартной частоте опорного генератора 10 МГц).

Максимальному значению r соответствует частота 1240 МГц, для этой частоты определяем номиналы элементов фильтра кольца ФАПЧ и находим значения r для подготовки управляющей программы.

Аналогичным образом находят r для других значений r₀.

Источники информации

1. Кен Холладей. Проектирование ФАПЧ по полосе пропускания// CHIP NEWS. - 2000. - №9 - с.40-42.

2. Voltage Controlled Oscillators POS-1400//CUSTON PRODUCT NEEDS...Let Our Experience Work For You - Mini-Circuits - c.46.