Синтезатор частоты с пониженным уровнем фазовых шумов

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в технике синтеза частот. Достигаемый технический результат - уменьшение фазовых шумов при сохранении широкого диапазона перестройки. Синтезатор частоты с пониженным уровнем фазовых шумов содержит петлю фазовой автоподстройки частоты, в которую входят управляемый генератор, делитель частоты управляемого генератора, фазовый детектор, схема накачки заряда, фильтр низких частот, опорный генератор и делитель частоты опорного генератора, а также дополнительный фазовый детектор, дополнительную схему накачки заряда, дополнительный фильтр низкой частоты, логическую схему управления, ключи, контурные конденсаторы управляемого генератора. 2 ил.

 

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

Из близких по цели схем известна схема синтезатора частот (патент США №6404292, МПК Н03L 7/10) с фазовой подстройкой частоты, в которой снижают чувствительность цепи перестройки частоты и фазовые шумы делением управляющего напряжения. Однако в этой схеме используется счетчик частоты и преобразователь цифра-аналог, которые принципиально вносят фазовые шумы в генератор и не могут существенно снизить фазовые шумы в схеме.

В схеме синтезатора (патент США №6597250, МПК H03L 7/99) для расширения рабочего диапазона синтезатора частоты и сохранения оптимальных параметров петли фазовой автоподстройки используется переключение емкостных элементов (варикапов) в контуре управляемого генератора. Недостатком этой схемы являются сложность цифровых схем управления переключением и введение дополнительных варикапов, приводящих к увеличению фазовых шумов.

Наиболее близким техническим решением 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, а также отсутствие фильтра низких частот, 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.

Большой диапазон перестройки частоты управляемого генератора необходим для компенсации изменения частоты из-за влияния внешних воздействующих факторов и старения элементов генератора. Но с увеличением диапазона перестройки увеличивается крутизна перестройки управляемого генератора, что приводит к росту его шумов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение фазовых шумов синтезатора частот за счет малой крутизны управления генератора при сохранении широкого диапазона перестройки выбором переключаемых конденсаторов с помощью логического устройства.

Технический результат достигается тем, что в синтезатор, содержащий петлю фазовой автоподстройки, 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), введены дополнительный фазовый детектор (ФД2), дополнительная схема накачки заряда (СН2), дополнительный 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.

Схема синтезатора частоты приведена на фиг.1, 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 - дополнительный фазовый детектор (ФД2);

- 9 - дополнительная схема накачки заряда (СН2);

- 10 - дополнительный фильтр низкой частоты (ФНЧ2);

- 11 - логическая схема управления ключами (ЛСУ);

- 12 - ключи К1, К2…Кn;

- 13 - набор конденсаторов С1, С2…Сn;

- 14 - компаратор 1;

- 15 - компаратор 2;

- 16 - схема управления ключами.

Набор конденсаторов 13 может быть отдельным блоком, либо входить в состав 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 УТ. Для этого осуществляется подключение или отключение контурных конденсаторов по мере достижения соответствующих границ электронной перестройки частоты УГ. Величины емкостей конденсаторов выбираются исходя из возможного ухода частоты УГ за требуемое время работы и обеспечения необходимого коэффициента обратной связи.

Для переключения конденсаторов служит логическая схема управления ключами и собственно ключи, которые подключают и отключают контурные конденсаторы. В качестве ключей используются pin-диоды, МОП-транзисторы или механические СВЧ реле.

В состав логической схемы управления (ЛСУ) (фиг.2) входят компараторы (14, 15) и схема управления ключами (16), в которой перед началом работы устанавливаются определенные выходные адресные напряжения.

Подключение ЛСУ непосредственно к основному ФНЧ1 нежелательно, так как такое соединение приводит к возникновению дополнительных фазовых шумов и дискретных составляющих в спектре УГ.

Схема синтезатора частоты работает следующим образом. При работе УГ в петле фазовой автоподстройки частоты напряжение с выхода ФНЧ2 поступает на вход ЛСУ (фиг.2). На ее входе использованы компараторы с гистерезисом, имеющие пороги срабатывания U_B и U_H, находящиеся вблизи верхней и нижней границ полосы синхронизации. Напряжения с выходов компараторов поступают на схему управления ключами, построенной на логических элементах, которая по фронту сигнала с компараторов выдает команду на соответствующий ключ, который подсоединяет или отсоединяет конденсатор контура УГ и устанавливает его режим работы вблизи середины полосы синхронизации. При повторном сигнале с компараторов происходит подключение следующего конденсатора или отключение предыдущего конденсатора. В начальный момент работы синтезатора осуществляется такая установка схемы управления ключами, при которой подключенные конденсаторы обеспечивают работу в середине рабочего диапазона синтезатора. При этом происходит работа УГ с малой крутизной перестройки, что обеспечивает малые фазовые шумы. Работа УГ в таком режиме обеспечивает более высокую нагруженную добротность, оптимальный режим работы схемы накачки и уменьшение фазовых шумов.

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, отличающийся тем, что в устройство введены дополнительный фазовый детектор, один вход которого соединен с выходом делителя частоты управляемого генератора, а другой вход соединен с выходом делителя частоты опорного генератора, дополнительная схема накачки заряда, вход которой соединен с выходом дополнительного фазового детектора, дополнительный фильтр низкой частоты, вход которого соединен с выходом дополнительной схемы накачки заряда, логическая схема управления, вход которой соединен с выходом дополнительного фильтра низкой частоты, которые соединены с выходами логической схемы управления, контурные конденсаторы управляемого генератора, подключенные к выходам ключей и к управляемому генератору, причем по команде с логической схемы управления обеспечивается режим работы управляемого генератора вблизи середины полосы синхронизации.