Далеко не все характеристики ЧФД поддаются расчёту, и потому лучше обратиться к результатам, получаемым на практике. Из-за изложенных выше проблем частота сравнения в Fractional-N PLL синтезаторах, в которых применяется ЧФД, как правило, не превышает 100 МГц; обычно она равна порядка 50 МГц. При частоте сигнала в несколько ГГц, шумы ЧФД умножаются в десятки и более раз в соответствии с необходимым коэффициент деления в петле. В итоге они находятся на довольно высоком уровне.
На рисунке 2.5 показаны два типичных примера спектров фазовых шумов микросхем Fractional-N PLL синтезаторов, использующих дельта-сигма модуляцию третьего, как обычно, порядка (MASH-3). Первый из них относится к микросхеме HMC704 [10] фирмы Analog Devices/Hittite, способной работать на частотах сигнала до Fc=8 ГГц с 24-разрядным аккумулятором дробности. Спектр показан в районе верхней рабочей частоты сигнала. Частота сравнения в ЧФД равна FФД=50 Мгц, полоса системы ФАПЧ, как видно из рисунка, – порядка BW=40 кГц. Второй пример относится к микросхеме ADF4159 [11] фирмы Analog Devices (до присоединения к ней Hittite), обеспечивающей частотный диапазон сигнала до Fc=13 ГГц и содержащей 25 разрядов дробности. Спектр показан на частоте сигнала Fc=12,002 ГГц при частоте сравнения FФД=100 МГц и полосе ФАПЧ – BW=250 кГц.
Рис. 2.5. Типичные спектры фазовых шумов синтезаторов частоты с ЧФД
Здесь уместно сделать следующее замечание. При описании спектральных характеристик своих микросхем типа Fractional-N PLL разработчики не выделяют помеху дробности в отдельную компоненту, поскольку и собственные шумы элементов ФАПЧ (особенно ЧФД) довольно велики (при пересчёте через неизбежно большой коэффициент умножения в петле ФАПЧ). Поэтому, не отделяя одно от другого, они просто называют это фазовыми шумами.
Как видно из приведенных спектральных диаграмм, данные довольно-таки скромные. Помимо фазовых шумов присутствуют также дискретные помехи типа IBS. В микросхеме HMC704 они достигают уровня -55 дБн; для микросхемы ADF4159 – не указаны.
Тем не менее, отдельные блоки названных микросхем, те, которые имеют внешние входы и выходы, могут использоваться при построении синтезаторов с со значительно более высокими характеристиками спектральной чистоты, как например, это сделано при разработке синтезатора типа PLG06 фирмы «Микран» (Томск) [12÷14].
Но, несмотря на все отмеченные выше недостатки, ЧФД с накачкой заряда широко применяют в Integer- и Fractional-N PLL синтезаторах. Пожалуй, нет такой компании, которая, в какой-то мере занимаясь синтезаторной тематикой и имея выход на интегральную технологию, не выпустила бы на рынок свою собственную микросхему такого типа. Среди них Analog Devices/Hittite, Skyworks Solutions, Synergy Semiconductor, Maxim Integrated, Linear Technologies, Texas Instruments, Peregrine, Qualcom и другие. Дело в том, что есть спрос и на такие микросхемы, они широко применяются там, где их невысокие характеристики вполне устраивают потребителя. Главным оказывается компактность, низкое энергопотребление, дешевизна в производстве.
Нельзя обойти вниманием и разработки отечественных фирм, направленные на импорт-замещение зарубежных аналогов. Это микросхема синтезатора типа 1508ПЛ9Т от АО НПЦ «Элвис», работающая до частот сигнала 4,3 ГГц, микросхемы 1508АС015 и 1508АС025 от АО «ПКК Миландр», работающие соответственно до частот 6 и 12 ГГц, а также микросхема К1367ПЛЗУ от АО «НИИМА Прогресс», обеспечивающая диапазон частот сигнала от 500 до 6000 МГц. Однако по спектральной чистоте сигнала эти микросхемы значительно уступают зарубежным аналогам.
Использование другого типа фазового детектора в подобных микросхемах, например RS-триггера, вместо ЧФД с накачкой заряда, могло бы снять жёсткое ограничение на частоту фазового сравнения, чтобы значительно поднять её, и при высокой линейности характеристики фазового детектирования, присущей RS-триггеру, это дало бы значительное снижение фазовых шумов. При этом потеря свойства захвата частоты во всей полосе удержания могло бы быть скомпенсирована введением простой схемы поиска, например, как это описано в Приложении 4.