синтезатор частоты с пониженным уровнем фазовых шумов

Формула изобретения

Синтезатор частоты с пониженным уровнем фазовых шумов, содержащий петлю фазовой автоподстройки частоты, в которую входят управляемый генератор, делитель частоты управляемого генератора, фазовый детектор, схема накачки заряда и фильтр низких частот, опорный генератор, делитель частоты опорного генератора, при этом выход опорного генератора соединен со входом делителя частоты опорного генератора, выход которого соединен с одним из входов фазового детектора, и цепь обратной связи, содержащую последовательно соединенные второй фазовый детектор, вторую схему накачки заряда, второй фильтр низкой частоты, причем первый вход второго фазового детектора соединен с выходом делителя частоты управляемого генератора, а второй вход - с выходом делителя частоты опорного генератора, отличающийся тем, что в устройство введена схема управления и переключения емкостей, вход которой подключен к выходу второго фильтра низких частот, а выход - ко второму входу управляемого генератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в технике синтезаторов частоты.

Из близких по техническому решению является синтезатор частот с фазовой автоподстройкой частоты (патент США № 6549765, МПК Н04В 1/26)

В нем переключаются конденсаторы контура генератора с целью компенсации производственных разбросов компонентов, температурных влияний на них и определенного снижения фазовых шумов.

Синтезатор состоит из управляемого генератора, выход которого подключен ко входу делителя частоты управляемого генератора, делителя частоты управляемого генератора, фазового детектора, вход которого подключен к выходу делителя частоты управляемого генератора и к выходу делителя частоты опорного генератора, выход фазового детектора подключен ко входу схемы накачки заряда, выход схемы накачки заряда подключен ко входу фильтра низкой частоты, а его выход - ко входу управляемого генератора, делителя частоты опорного генератора, на вход которого поступает напряжение опорного генератора, схемы дискретного управления, вход которой подсоединен к выходу делителя частоты опорного генератора и к выходу делителя частоты управляемого генератора, а выход подсоединен ко входу управляемого генератора.

Недостатком этой схемы в связи с использованием для переключения емкостей цифровых блоков является наличие дискретных импульсных помех, в том числе f_оп и f_оп/N и их гармоник, где F_оп - частота опорного генератора, N - коэффициент деления делителя частоты опорного генератора, что также приводит к дополнительным шумам, в том числе фазовым шумам. Дополнительным недостатком является необходимость применения сложной программы на языке VERILOG для выбора величин емкостей переключаемых конденсаторов контура генератора.

Наиболее близким по техническому решению является синтезатор частоты с пониженным уровнем фазовых шумов (патент РФ № 2370885, МПК H03L 7/087)

Этот синтезатор содержит петлю фазовой автоподстройки частоты, в которую входят управляемый генератор (УГ), делитель частоты управляемого генератора (ДЧ2), фазовый детектор (ФД1), схема накачки заряда (СН1), фильтр низких частот (ФНЧ1), опорный генератор (ОГ), делитель частоты опорного генератора (ДЧ1), фазовый детектор (ФД2), схема накачки заряда (СН2), фильтр низкой частоты (ФНЧ2), логическая схема управления ключами (ЛСУ), где выход УГ соединен со входом ДЧ2, выход ДЧ2 соединен со входами ФД1 и ФД2, выход ФД1 соединен со входом СН1, выход СН1 соединен с ФНЧ1, выход ФНЧ1 соединен со входом УГ, выход ОГ соединен со входом ДЧ1, выход ДЧ1 соединен со входами ФД1 и ФД2, выход ФД2 соединен со входом СН2, выход СН2 соединен со входом ФНЧ2, выход ФНЧ2 соединен со входом ЛСУ, выходы которой соединены с ключами переключения контурных конденсаторов УГ.

В процессе старения элементов УГ (конденсаторов, индуктивностей, резисторов, варикапа, транзистора), температурных и других влияющих факторов происходит изменение частоты УГ. Для того чтобы при малой крутизне УГ и фиксированном диапазоне управляющего напряжения обеспечить его работу в широком диапазоне частот, требуется изменение величины емкостей контурных конденсаторов УГ. Для этого осуществляется подключение или отключение контурных конденсаторов по мере достижения соответствующих границ электронной перестройки частоты УГ. Величины емкостей конденсаторов выбираются и настраиваются исходя из возможного ухода частоты УГ за требуемое время работы и обеспечения необходимого коэффициента обратной связи.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение помехоустойчивости, отсутствие сложной предварительной регулировки и настройки, увеличение количества градаций емкостей, что повышает точность предварительной установки частоты и выход на требуемую частоту. Кроме того, за счет вышеизложенного интегрального исполнения сокращается время переключения емкостей.

Технический результат достигается тем, что в синтезатор, содержащий петлю фазовой автоподстройки частоты, в которую входят управляемый генератор (УГ), делитель частоты управляемого генератора (ДЧ2), фазовый детектор (ФД1), схема накачки заряда (СН1), фильтр низких частот (ФНЧ1), опорный генератор (ОГ), делитель частоты опорного генератора (ДЧ1), дополнительный фазовый детектор (ФД2), дополнительная схема накачки заряда (СН2), дополнительный фильтр низких частот (ФНЧ2), вводится схема управления и перестройки емкостей (С _хУПЕ).

Схема синтезатора приведена на фиг.1, а схема управления и перестройки емкостей на фиг.2, где

1 - опорный генератор (ОГ);

2 - делитель частоты опорного генератора (ДЧ1);

3 - фазовый детектор (ФД1);

4 - схема накачки заряда (СН1);

5 - фильтр низкой частоты (ФНЧ1);

6 - управляемый генератор (УГ);

7 - делитель частоты управляемого генератора (ДЧ2);

8 - второй фазовый детектор (ФД2);

9 - вторая схема накачки заряда (СН2);

10 - второй фильтр низкой частоты (ФНЧ2);

11 - схема управления и переключения емкостей (С_хУПЕ);

12 - компаратор 1 (К1);

13 - компаратор 2 (К2);

14 - цифровой интерфейс (ЦИ);

15 - матрица двоичных переключаемых емкостей (МДПЕ).

Схема управления и перестройки емкостей, показанная на фиг.2, состоит из двух компараторов 12, 13, цифрового интерфейса 14 и матрицы 15 двоичных переключаемых кварцевых емкостей с высокой добротностью и стабильностью параметров. В интерфейс входит КМОП мультиплексор, который выдает сигналы на ключи матрицы 15 (МДПЕ), подключающие или отключающие емкости.

Схема, синтезатора работает следующим образом. При работе УГ 6 в петле фазовой автоподстройки частоты напряжение с выхода ФНЧ2 10 поступает на вход схемы управления и переключения емкостей. На входе использованы компараторы 12, 13 с гистерезисом, имеющие пороги срабатывания U_в или U_н, находящиеся вблизи верхней или нижней границ полосы синхронизации.

Напряжение с выхода компараторов 12, 13 поступает на цифровой интерфейс 14, который выдает команду на ключи матрицы двоичных переключаемых емкостей 15 в зависимости от сигналов с компараторов 12, 13, устанавливает режим работы в середине полосы синхронизации.

При повторном сигнале с компараторов 12, 13 происходит подключение следующего двоичного конденсатора или отключение предыдущего двоичного конденсатора, при этом происходит работа синтезатора в середине диапазона управляемого генератора 6. Таким образом обеспечивается работа управляемого генератора с малой крутизной перестройки, что обеспечивает малые фазовые шумы. Влияние внешних помех и шумов также уменьшаются из-за использования схемы управления и переключения емкостей 11.