Перейти к содержанию

Частота сравнения

Опорный кварц в синтезаторе обычно не сравнивают с ГУН напрямую: его делят на R, а ГУН — на N, и фазовый детектор сравнивает уже эти частоты. От того, какой получится частота сравнения, зависит почти всё: шаг сетки, шум и чистота спектра.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Частота сравнения fr (comparison frequency, частота фазового детектора) — частота, на которой частотно-фазовый детектор ФАПЧ сравнивает опорный сигнал и выходной сигнал ГУН. Опорную частоту кварца fx обычно делят на R, а частоту ГУН — на N, и в захвате (TI SWRA029, ур. 1–3):

fvcoN=fxR=fr,fvco=Nfr\frac{f_{vco}}{N} = \frac{f_x}{R} = f_r, \qquad f_{vco} = N f_r

Шаг сетки

В целочисленном синтезаторе выходную частоту меняют, перепрограммируя N, поэтому шаг сетки равен fr. Пример TI: fr = 30 кГц и N = 32 000 — единственное устойчивое состояние петли — 960 МГц; при N = 32 001 петля перестроится на 960,03 МГц. Захваченный ГУН наследует точность опоры: с кварцем 1 ppm выход точен до ±960 Гц (SWRA029, с. 6). Поэтому в радиосинтезаторах детектор обычно работает на частоте, равной шагу каналов.

Почему её хотят повыше

  • Шум. Умножение частоты на N поднимает шум детектора на 20·lg N: при N = 30 000 — около 90 дБ (SWRA029, с. 6). Чем выше fr при том же выходе, тем меньше N.
  • Помехи. Детектор и в захвате выдаёт узкие импульсы с частотой fr. Если петлевой фильтр их не подавит, они промодулируют ГУН, и в спектре появятся паразитные составляющие на ±fr и её гармониках от несущей (с. 7 и 11–12). Чем выше fr, тем дальше они от несущей и тем легче их отфильтровать.
  • Скорость. Узкий фильтр против помех замедляет перестройку: время перестройки обратно пропорционально ωn·ζ (SWRA029, ур. 4). Высокая fr позволяет держать полосу петли широкой.

Противоречие между шагом сетки и всеми тремя пунктами снимает дробный синтезатор: у него шаг fr/F, а частоту сравнения можно поднять в F раз.

В микроконтроллере

В ФАПЧ микроконтроллеров шаг сетки не важен, и частоту сравнения выбирают по рекомендации производителя. У STM32F103 вход PLL — 1–25 МГц, множитель PLLMUL — от 2 до 16, выход — 16–72 МГц, а захват длится до 200 мкс (ST DS5319, табл. 27). Расчёт делителей для своего кварца — в статье «PLL в микроконтроллере», устройство петли — в статье «ФАПЧ (PLL)».

Частые вопросы

Как частота сравнения связана с шагом частоты синтезатора?

В целочисленном синтезаторе шаг сетки равен частоте сравнения: выход fvco = N·fr, и изменение N на единицу сдвигает частоту на fr. Пример TI: при fr = 30 кГц N = 32 000 даёт 960 МГц, а N = 32 001 — 960,03 МГц. В дробном синтезаторе шаг меньше частоты сравнения в F раз.

Почему высокая частота сравнения лучше?

Потому что при том же выходе меньше N, а шум детектора умножается на 20·lg N. Кроме того, помехи детектора уходят дальше от несущей, и петлевой фильтр может быть шире — перестройка быстрее. Ограничение одно: в целочисленном синтезаторе частота сравнения не может быть больше нужного шага сетки.

Что такое помехи на частоте сравнения?

Фазовый детектор и в захвате выдаёт узкие импульсы с частотой сравнения. Если петлевой фильтр пропустит их на ГУН, они промодулируют его, и в спектре по обе стороны от несущей на расстоянии fr и её гармоник появятся паразитные составляющие. Их подавляют фильтром, в том числе конденсатором C2 после накачки заряда.

Источники

  1. Texas Instruments. Barrett C. (ed.) Fractional/Integer-N PLL Basics (SWRA029, August 1999) — с. 5–7: Fvco = N·Fr, Fvco/N = Fx/R = Fr, шаг сетки = Fr; пример Fr = 30 кГц, N = 32 000 → 960 МГц, N = 32 001 → 960,03 МГц, кварц 1 ppm → ±960 Гц; детекторы обычно работают на частоте, равной шагу каналов; детектор создаёт помехи на Fr, видимые как паразитные составляющие на ±Fr и гармониках вокруг Fvco, их подавляет петлевой фильтр, но узкий фильтр замедляет перестройку; время перестройки ∝ 1/(ωn·ζ); с. 11–12: в захвате импульсы детектора на частоте Fr; с. 13–14: делитель опоры R — программируемый КМОП-счётчик до 100 МГц
  2. STMicroelectronics. STM32F103x8/xB datasheet (DS5319 Rev 20) — табл. 27: вход PLL 1–25 МГц, выход 16–72 МГц, множитель PLLMUL ×2…×16, время захвата до 200 мкс

Нашли ошибку?

Смотрите также