Лекция по синтезаторам частот, страница 3

Ведущим российским производителемсинтезаторов частот является фирма «Элвис». В продаже этой фирмы имеютсядве микросхемы синтезаторов: ФАПЧ и DDS.В таблице 1 приведены характеристики ФАПЧ фирмы Analog Device сцелочисленными коэффициентами деления. Эта таблица позволяет довольнобыстро отобрать интересующие микросхемы. В первом столбце приведенамаркировка моделей. Во втором столбце приведена информация, сколькопетель ФАПЧ реализуется в микросхеме. В следующих двух столбцахприведены минимальные и максимальные частоты по входу со стороны ГУНа.Как видно из таблицы у Analog Device имеются, как низкочастотные,например, ADF4002 (5…400 МГц), так и высокочастотные, например,15ADF41020, позволяющая формировать частоты от 4 до 18 ГГц безиспользования внешних делителей, микросхемы.Следующая колонка – это нормализованные фазовые шумы.

Следующаяколонка – это максимальная частота опорного генератора.16Таблица 1 – ФАПЧ с целочисленными коэффициентами деленияPart#ADF4155ADF41020ADF4151ADF4150HVADF4150ADF4350ADF4360-9ADF4113HVADF4108ADF4002ADF4360-8ADF4360-0ADF4007ADF4360-7ADF4360-6ADF4360-5ADF4360-4ADF4360-3ADF4360-2ADF4360-1ADF4107ADF4212LADF4106ADF4001ADF4117ADF4118ADF4116ADF4113ADF4111ADF4110AD809Single/Dual Min RF Frequency (MHz) Max RF Frequency (MHz) Normalised Phase Noise Max REFin FrequencySingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleDualSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingleSingle-4000 MHz500 MHz500 MHz500 MHz137.5 MHz65 MHz200 MHz1000 MHz5 MHz65 MHz2400 MHz1000 MHz350 MHz1050 MHz1200 MHz1450 MHz1650 MHz1850 MHz2050 MHz1000 MHz200 MHz500 MHz10 MHz100 MHz100 MHz80 MHz200 MHz80 MHz50 MHz-18000 MHz3.5 GHz3000 MHz5000 MHz4400 MHz400 MHz3700 MHz8000 MHz400 MHz400 MHz2725 MHz7500 MHz1800 MHz1250 MHz1400 MHz1750 MHz1950 MHz2170 MHz2450 MHz7000 MHz2400 MHz6000 MHz200 MHz1200 MHz3000 MHz550 MHz3700 MHz1200 MHz550 MHz--218-221-221-213-223-220-218-212-223-222-216-216-219-216-216-216-216-216-216-216-223-215-223-217-213-216-211-217-213-213-17600 MHz400 MHz250 MHz300 MHz250 MHz250 MHz250 MHz150 MHz250 MHz300 MHz250 MHz250 MHz240 MHz250 MHz250 MHz250 MHz250 MHz250 MHz250 MHz250 MHz250 MHz150 MHz300 MHz104 MHz100 MHz100 MHz100 MHz104 MHz104 MHz104 MHz19.44 MHzRF PrescalerSupply Current16/17, 32/33, 64/65, 8/94/5, 8/94/5, 8/94/5, 8/94/5, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 8/9N counter = 8/16/32/6416/17, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/932/3332/338/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/916/17, 32/33, 64/65, 8/9-38 mA30 mA40 mA50 mA50 mA110 mA40 mA11 mA15 mA5 mA40 mA50 mA13 mA45 mA45 mA45 mA50 mA50 mA50 mA50 mA17 mA7.5 mA13 mA4.5 mA4.5 mA6.5 mA4.5 mA8.5 mA4.5 mA4.5 mA17 mAДля использования высокочастотных входов в состав микросхемывходит предварительный делитель частоты (prescaler).

В нём делится входнаячастота для использования в счётчиках CMOS. В седьмом столбце приведеныкоэффициенты предварительного делителя. Последняя колонка – токпотребления.В таблице 2 приведены характеристики синтезаторов частот с дробнымикоэффициентами деления. У микросхемы с дробным коэффициентом деленияможно задать дробную часть коэффициента деления равной нулю, то естьиспользовать её как микросхему с целочисленным коэффициентом деления.Также есть целый класс микросхем ФАПЧ с интегрированными внутрьГУНами. Их характеристик приведены в таблице 3.

Использование именноэтих микросхем, при прочих равных условиях (требуемых фазовых шумах),позволяет получить наиболее компактное устройство. Для этих микросхемтребуется только источник опорного напряжения и петля обратной связи,выполненная на внешних элементах.В таблице 4 приведены характеристики микросхем синтезаторов частотфирмы Hittite (ныне подразделение Analog Device). Здесь представлены ФАПЧкак с целочисленными, так и с дробными коэффициентами деления. Втаблице 5 приведены характеристики микросхем ФАПЧ с интегрированнымиГУНами. Приведённые здесь микросхемы занимают лидирующие позиции вмире по своим характеристикам.

Выходные частоты этих микросхем от7300 МГц до 13400 МГц. Фазовые шуми при этом являются очень низкими.Можно сказать, что на данным момент – это лучшие компактные генераторыв указанном диапазоне частот.18Таблица 2 – ФАПЧ с дробными коэффициентами деленияPart#ADF4155Single/Dual-Max RF Input (MHz)8000 MHzMax REFin Frequency600 MHzRF Prescaler-Normalised Phase Noise-218Supply Current38 mAADF4153ASingle4000 MHz250 MHz4/5, 8/9-22320 mAADF4159Single13000 MHz260 MHz4/5, 8/9-22440 mAADF4196Single6000 MHz300 MHz4/5, 8/9-21668 mAADF4151Single3.5 GHz250 MHz4/5, 8/9-22140 mAADF4150HVSingle3000 MHz300 MHz4/5, 8/9-21350 mAADF4150Single5000 MHz250 MHz4/5, 8/9-22350 mAADF4158Single6100 MHz260 MHz4/5, 8/9-21623 mAADF4157Single6000 MHz300 MHz4/5, 8/9-21123 mAADF4156Single6200 MHz250 MHz4/5, 8/9-22026 mAADF4193Single3500 MHz300 MHz4/5, 8/9-21668 mAADF4154Single4000 MHz250 MHz4/5, 8/9-22020 mAADF4153Single4000 MHz250 MHz4/5, 8/9-22020 mAADF4252Dual3000 MHz250 MHz4/5, 8/9-21413 mA19Таблица 3– ФАПЧ со встроенными ГУНамиPart#Phase Noise @1kHz OffsetNormalisedPhase NoiseMin RF Frequency (MHz)Max RF Frequency(MHz)Max REFin FrequencyADF5355--22655 MHz14 GHz-ADF4355-2--54.6875 MHz-500 MHzADF4351--22135 MHz4400 MHz250 MHzADF4350-97-220137.5 MHz4400 MHz250 MHz4/5, 8/9-4 dBm to +5 dBmADF4360-9-110-21865 MHz400 MHz250 MHz--13 dBm to -4dBmADF4360-8-102-21665 MHz400 MHz250 MHz--13 dBm to -4dBmADF4360-0-80-2162400 MHz2725 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-13 dBm to -3dBmADF4360-7-92-216350 MHz1800 MHz250 MHz16/17, 8/9-13 dBm to -4dBmADF4360-6-88-2161050 MHz1250 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-13 dBm to -4dBmADF4360-5-87-2161200 MHz1400 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-13 dBm to -4dBmADF4360-4-85-2161450 MHz1750 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-13 dBm to -4dBmADF4360-3-85-2161650 MHz1950 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-12 dBm to -3dBmADF4360-2-83-2161850 MHz2170 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-12 dBm to -3dBmADF4360-1-81-2162050 MHz2450 MHz250 MHz16/17, 32/33, 8/9-13 dBm to -3dBm20RF PrescalerOutput Power16/17, 32/33, 4/5, 64/65,-4 dBm to +5 dBm8/94/5, 8/9-4 dBm to +5 dBmТаблица 4 – Микросхемы ФАПЧ фирмы Hititte21Таблица 5 – Микросхемы ФАПЧ фирмы Hititte со встроенными ГУНамиЕщёоднимкрупнымпроизводителемФАПЧявляетсяPeregrineSemiconductor.

При этом если микросхемы Analog Device и Texas Instrumentsуправляются по последовательным каналам и требуют внешнего контроллерадля занесения данных о коэффициентах деления, то у Peregrine Semiconductorесть устройства, у которых кроме последовательных каналов есть входы длязадания кодов деления в двоичном виде (нулями и единицами), и этимикросхемы можно использовать без внешних устройств передачи данных.Отечественная микросхема ФАПЧ 1508ПЛ9Т фирмы «Элвис» имеет какпоследовательный порт, так и возможность управления делением попараллельной шине.22Таблица 6 – Микросхемы ФАПЧ фирмы Peregrine Semiconductor23Пример микросхемы ФАПЧ Analog Device ADF4107Эта микросхема появилась порядка десяти лет назад, но до сих пор она –одна из лучших, рекомендуется к применению и активно используется.

Этапервая микросхема, которая появилась для входных частот ГУНа до 7 ГГц.Конкуренты в то время имели максимум 3 ГГц. На тот момент у микросхемыбыли очень хорошие фазовые шумы минус 123 дБн/Гц. Функциональная схемамикросхемы представлена на рисунке 8.Рисунок 8 – Синтезатор на основе ФАПЧЗдесь вход опорной частоты REFIN. От него опорная частота приходит на14-ти битный делитель (счётчик).

На него можно задать произвольныйкоэффициент деления. И далее после делителя сигнал проходит на один входчастотно-фазового детектора. Сигнал ГУНа через высокочастотный вход RFINподаётся на свой составной делитель. В состав это делителя входитпредделитель, чтобы понизить частоту входного сигнала для работыпоследующих функциональных узлов. Это необходимо, так как у стоящего далеесоставного счётчика, выполненного по технологии CMOS, максимальная частота300…325 МГц. Общий коэффициент деления равен величине, занесенной всчётчик B, умноженной на коэффициент деления предделителя P (у микросхемы24коэффициенты 8, 16, 32, 64) плюс величина, занесённая в счётчик A.Предделитель часть делит на P, часть на P+1 для организации общегокоэффициента деления. Сигнал с выхода составного счётчика поступает навторой вход частотно-фазового детектора.Всеуправляющиесигналыпоступаютнамикросхемучерезпоследовательный трёхпроводной канал (со входов CLK, DATA, LE на 24-хбитный регистр) и фиксируются во внутренних регистрах.С выхода частотно-фазового детектора сигнал поступает на генератор токанакачки (charge pump).

Максимальную величину на токовом выходе генераторатока заряда можно регулировать двумя путями: задавая значения трёхразрядногокода, и меняя резистор на выходе RSET.Кроме того, в состав этой микросхемы входит мультиплексор (MUX),который позволяет подключать к тестовому выходу (MUXOUT) некоторыевнутренние точки, что даёт дополнительные возможности по диагностированиюпричин неправильной работы. Например, сюда выведены частоты деления,признак захвата частоты (выведен через микросхему LOCK DETECT, гдедетектируется, что петля ФАПЧ работает и генератор находится в захвате).Далее рассмотрим технические характеристики микросхемы, указанныепроизводителем.RF CHARACTERISTICS – характеристики по входу ГУНа.RF Input Frequency – входная частота.