I.3 Реализация синтезатора на основе петли с фапч с использованием современной элементной базы

Рассмотрим электрическую принципиальную схему типичного современного синтезатора частоты на основе петли с ФАПЧ (рис.24). Синтезатор построен на основе функциональной схемы, приведенной на рис.3, и содержит все элементы петли рассмотренные выше: ГУН (VCO790-1550T производства фирмы Sirenza Microdevices), опорный кварцевый генератор, фильтр низких частот (R1-C1), делители частоты трактов опорного генератора и ГУН, а также ФЧД.

Делители частоты и ФЧД входят в состав одного узла – микросхемы синтезатора частоты ADF4107 производства фирмы Analog Devices. Делитель частоты тракта ГУН представляет собой делитель N с двойным модулем (рис.23), прескалер которого работает с входными сигналами на частотах до 7ГГц. В качестве делителя частоты опорного тракта R использован цифровой ДПКД с максимальной частотой входного сигнала 250МГц. Фазочастотный детектор синтезатора построен по схеме приведенной на рис.11. Микросхема синтезатора частоты содержит цифровой интерфейс управления параметрами, посредством которого изменяются значения коэффициентов деления делителей частоты, максимальный выходной ток ФЧД и ряд второстепенных, необходимых для корректной работы синтезатора частоты, параметров. К достоинствам синтезатора ADF4107 следует отнести один из лучших на рынке уровней нормированного фазового шума ФЧД: -219дБн/Гц, что позволяет строить на его основе источники колебаний с малым уровнем фазового шума.

Генератор, управляемый напряжением (VCO790-1550T), реализован в виде гибридной интегральной схемы поверхностного монтажа и построен по схеме, подобной приведенной на рис.19. ГУН обладает широким диапазоном частот выходного сигнала (950 – 2150 МГц), и в настоящей схеме использован для построения синтезатора частоты с номинальным значением f_ГУН=1500МГц. Резисторы R2, R3, R4 образуют делитель мощности выходного сигнала ГУН, часть которого поступает на вход RF_inA синтезатора; основная же часть представляет собой выходной сигнал устройства.

С целью упрощения схемы опорный кварцевый генератор с частотой выходного сигнала 5 МГц показан отдельным блоком. ФНЧ в приведенном примере представляет собой фильтр низких частот первого порядка – пропорционально интегрирующий фильтр R1-C1. Сигнал управления с выхода фазочастотного детектора микросхемы ADF4107 (вывод СР) через фильтр поступает на вход управления ГУН, замыкая таким образом петлю ФАПЧ. Конденсаторы C_Б обеспечивают развязку различных узлов схемы по постоянному току.

Реализованный в классе микросхем типа ADF4107 подход к построению синтезатора частоты на основе петли ФАПЧ (все узлы петли кроме опорного генератора, ГУН и фильтра петли собраны на одном кристалле, обеспечивающем цифровое управление параметрами), обладает большой гибкостью. Для проектирования синтезатора на любую заданную частоту из диапазона рабочих частот микросхемы необходимо заменить ГУН и провести расчет коэффициентов деления и элементов ФНЧ. При этом ГУН может быть выбран, исходя из конкретных требований к уровню его фазового шума. В последнее время на рынке появляются микросхемы синтезаторов частоты с размещенным на кристалле ГУН, использование которых позволяет получить меньшие габариты синтезатора. Однако, на основе такого решения реализовать высокие требования к фазовым шумам выходного сигнала синтезатора удается не всегда.

Рис.24