К книге
Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтезаЧастотно-фазовый детектор. 2.2. Некоторые особенности ЧФД
80%
Частотно-фазовый детектор. 2.2. Некоторые особенности ЧФД
52

Другим достоинством ЧФД, помимо отмеченного выше, считается его способность в определённых условиях реализовать режим ФАПЧ, близкий к астатизму по фазе, то есть свести фазовую ошибку близко к нулю.

Обратимся к источнику [7], где на конкретных примерах показаны возможности обеспечения астатизма по фазе при использовании ЧФД. Ошибка по фазе пропорциональна частоте сравнения, и если последняя равна, например, 50 МГц, как это обычно используется в синтезаторах типа Fractional-N PLL, то ошибка, при современном уровне технологии, оказывается порядка 2 градусов.. При пересчёте на выход синтезатора на частотах в несколько гигагерц это может составить сотню и более градусов. Назвать ФАПЧ с таким ЧФД астатической по фазе, понятно, что нельзя.

Но не только это увеличивает фазовую ошибку. Расчёты, приведенные выше, отражают лишь цифровую составляющую погрешности астатизма. Значительно больший вклад в общую погрешность вносит аналоговая составляющая, определяемая стабильностью удержания заряда на конденсаторе изодромного звена. На стабильность заряда влияют внутренние утечки в конденсаторе, утечки через закрытые переходы транзисторов, через ограниченное сопротивление нагрузки и даже утечки по печатной плате, особенно при повышенной влажности. Кроме погрешности астатизма это ещё добавляет и шумов в спектре сигнала.

Есть также и проблемы с линейностью характеристики ЧФД [8]. В частности, из-за неравенства токов в плечах схемы накачки заряда получается разная крутизна этих плеч, то есть образуется излом в самом центре характеристики, и нелинейность оказывается тем большей, чем выше частота сравнения. При использовании ЧФД в синтезаторах типа Fractional-N PLL (там он наиболее широко применяется) это приводит к увеличению шумов квантования.

Некоторое улучшение линейности детекторной характеристики достигается, якобы, при замене схемы накачки заряда на операционный усилитель. Пример реализации этой идеи на базе использования микросхемы HMC439 и операционного усилителя THS4031 приведен в источнике [9]. Однако никаких практических результатов по этому поводу в данном источнике не приводится.

Вместе с тем ЧФД с накачкой заряда приписываются некоторые положительные особенности, которые, якобы, являются решающими для его использования. Рассмотрим их.

На выходе ЧФД с накачкой заряда в установившемся режиме, помимо полезной постоянной составляющей, присутствуют нежелательные импульсы с частотой сравнения. Они довольно короткие, и потому эта помеха легко отфильтровывается. Но на практике полоса пропускания ФАПЧ на порядок и более ниже частоты сравнения, и фильтрация помех с частотой сравнения в принципе не представляет проблемы, будь эти импульсы даже меандром, как, например, при RS-триггере в качестве ФД.

Далее, в ЧФД с накачкой заряда влияние шумов источника питания на итоговый шум на его выходе меньшее, чем, например, у RS-триггера. Это из-за того, что заряд-разряд конденсатора изодромного звена осуществляется за малую долю периода сравнения, а в остальное время ЧФД как бы отключен от источника питания. Но, во-первых, должная фильтрация шумов источника питания никогда не была проблемой, а во-вторых, фактическое размыкание петли ФАПЧ между импульсами заряда-разряда наоборот увеличивает шум ЧФД.

Главный же порок (иначе не скажешь) идеи рассмотренного ЧФД заключается в самом принципе различения набега или отставания фаз сравниваемых импульсных последовательностей относительно друг друга. Суть его в том, что необходимо выявить факт наличия импульсов одной последовательности между двумя соседними импульсами другой последовательности. Для этого длительность импульсов должна быть исключительно малой относительно периодов сравниваемых сигналов. Понятно как жёстко это ограничивает перспективу повышения частоты сравнения.

Предыдущая главаГлава 52 из 65Следующая глава