1.6. Применение фазовой автоподстройки частоты

1.6.1. Синтезатор с общим кольцом ФАПЧ

Значительно более широкое практическое использование, даже большее, чем методы пассивной фильтрации, нашли методы с применением фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В настоящее время большинство систем ДКСЧ строится с применением ФАПЧ, причем это следует признать общим направлением, ибо, как отмечено в [61], стабильные диапазонные автогенераторы в сочетании с кварцевыми опорными генераторами обеспечат наибольшую простоту и надежность схем с ДКСЧ. Широкое применение ФАПЧ нашла и в аппаратуре точного измерения частоты (например, [176]).

Одним из наиболее распространенных методов следует считать применение общего для всего синтезатора кольца ФАПЧ [10], [26], [28], [32], [34], [43], [52], [57], [63]÷[71]. Структурная схема устройства, выполненного по такому методу, изображена на рис. 1.7а. Как видно из рисунка, эта схема в основном повторяет схему с ЧАП (см. рис. 1.6), за исключением того, что первая декада является вырожденной и в ячейке ОГ вместо частотного включен фазовый дискриминатор ФД.

Рис. 1.7. Структурные схемы синтезаторов: а) с общим кольцом ФАПЧ; б) с ФАПЧ в декадах при их последовательном включении

Рис. 1.7. Структурные схемы синтезаторов: в) с повсеместным применением ФАПЧ в декадах; г) с ФАПЧ в идентичных декадах

Так как на фазовый дискриминатор должны подаваться два напряжения равных частот, т. е. В некоторых случаях [34], [65] на ФД подаются колебания частот первой декады f_I (в этом случае она не является вырожденной) и специальной опорной частоты f_фД с МОЧ. Как будет показано в § 1.8, этот способ является более прогрессивным, так как дает возможность легко обеспечить частотно-фазовую автоподстройку и симметрирование плеч ФД на одной частоте. Тогда

Данная система имеет те же достоинства и недостатки, что и система ЧАП. Однако так как система ФАПЧ относительно частоты является астатической системой авторегулирования первого порядка, то она не вносит ошибок по частоте и, следовательно, относительная погрешность частоты на выходе устройства равна относительной погрешности эталона частоты (при одном опорном генераторе в МОЧ). Таким образом, основной недостаток системы с ЧАП в системе ФАПЧ не имеет места. Фильтрующее действие ячейки ОГ в системе с ФАПЧ хуже, чем в системе с ЧАП. Это объясняется тем, что и полоса захвата и фильтрующие свойства ФАПЧ в основном определяются полосой ФНЧ, причем изменение последней оказывает прямо противоположное влияние на эти параметры. Введение пропорционально-интегрирующей схемы ФНЧ значительно уменьшает это противоречие (например, [65], [72]), но все же в ряде случаев оказывается, что и полоса захвата системы мала, и требуемой степени подавления побочных составляющих достичь не удается. Это основной недостаток системы. Ограничений по уменьшению шага дискретности выходных частот в этой системе нет. Полоса пропускания кольца ФАПЧ значительно шире, чем кольца ЧАП. Поэтому шумовые характеристики системы могут определяться не только собственными шумами ГУН, но, в определенной мере, и шумовыми характеристиками эталона частоты. Это выгодно отличает систему с ФАПЧ от синтезаторов с ЧАП.

Синтезатор с ФАПЧ может быть выполнен в любом диапазоне частот, в том числе и на СВЧ. Однако следует помнить, что требования к выходным усилителям декад еще более высоки, чем в системе рис. 1.2а, так как частоты усиления сравнимы с опорными частотами более низкой по частоте декады, а полоса частот усиливаемых колебаний должна быть не меньше диапазона частот данной декады. Это же относится и к выходным фильтрам декады.