CC BY
127
ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ МАЛОШУМЯЩИЙ СИНТЕЗАТОР
__ _ _
ЧАСТОТ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ФАЗОЙ И АМПЛИТУДОИ
Голубков Валерий Гавриилович,
заведующий лабораторией НИЛ-3301 МТУСИ, Россия, Москва, [email protected]
Голубков Андрей Валерьевич,
главный инженер ООО "Радиокомп", Россия, Москва, [email protected]
Кочемасов Виктор Неофидович,
к.т.н. с.н.с., начальник отдела НИО-33 МТУСИ, Россия, Москва, [email protected]
Кувшинов Вадим Владимирович,
к.т.н., старший научный сотрудник ООО "Радиокомп",
Россия, Москва,
Янковский Евгений Вадимович,
инженер-электроник ООО "Радиокомп", Россия, Москва, [email protected]
Ключевые слова: синтезатор частот, фазовые шумы, опорная частота, система ФАПЧ, цифровой вычислительный синтезатор.
Проблема построения источников колебаний СВЧ-диапазона с высокой долговременной стабильностью частоты и низким уровнем спектральной плотности мощности (СПМ) фазовых шумов возникла более 50 лет назад и остаётся актуальной до настоящего времени. Основными видами радиотехнических систем, для функционирования которых требовались такие источники, были и остаются радиолокационные системы, измерительные системы и различные виды систем приема и передачи информации. Из публикаций, охватывающих более чем 40-летний отрезок времени [1-5], видно, что с появлением новых видов сигналов и способов их формирования и обработки требования к стабильности частоты основных источников колебаний и уровням их фазовых шумов становятся всё более жёсткими. Одним из видов устройств, широко и эффективно используемых для построения источников колебаний, удовлетворяющих целому комплексу взаимно противоречивых требований, включающих требования к полосе перестройки, стабильности частоты и уровню фазовых шумов, являются синтезаторы частот (СЧ) с системами фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Представлен двухканальный малошумящий синтезатор частот с регулируемой фазой и амплитудой, приведены технические характеристики, структурная схема и внешний вид устройства. Представлен программный интерфейс для управления устройством по шине USB.
Для цитирования:
Голубков В.Г., Голубков А.В., Кочемасов В.Н., Кувшинов В.В., Янковский Е.В. Двухканальный малошумящий синтезатор частот с регулируемой фазой и амплитудой // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. Том 9. - №3. - С. 20-22.
For citation:
Golubkov V.G., Golubkov A.V., Kochemasov V.N., Kuvshinov V.V., Jankovsky E.V. Two-channel low noise frequency synthesizer with adjustable phase and amplitude. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.3. Рр. 20-22. (in Russian).
ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА
На основе систем ФАПЧ был разработан и изготовлен двухканальный синтезатор частот, структурная схема которого приведена на рис. I.
Модуль
опорного
тониряторп
100 МГц
nz
ФАП
800 МГц
Канал 1
I
Модуль
синтезаторе
4ДСГ01
1 СуОо«ПМЖЫЙ Плгг»
_
Код ЧАСТОТЫ К1
1Г
Код
Выходной усмлтоль мощности
ОД Рвы <
Модуль
фо юврлщпгслн ;* 11 ycitnuioiwit i
Ъ m
8lJ»0.lH0lk
J>, 1 кзлрл ща rant —» У Си(1» ИМ 1«.
мощности
wit*
тР
5
CD
л_
ш
JSL.
I Система упр -
Канал 2
Модуль CHM1r.VllOp.-l
я OnQfcOM сч
-иг
=>1
Модуль улрйожмнм
номплжсоом rw US8
Мвдупь ! ■ « . •: Субокгевный Плит»
вне плюй синтезатор * фцльтро»
ami ремизами и
Код частоты К2
выходной усилтепь мощности
Модуль
фйЭОЯ рй I.I.UC41H;«
и уснпнтолей ! мощности
Г
кщ р«ы1 кг
Выходной
Фазовраицггат усмпмтапь мощности
1Г
В
аз
9 й
ъ со
;____..........................-Кн^^ййй^Э.-ЕггЗ^Еям^?^
Рис. I. Структурная схема двух канального синтезатора частот
Блок СЧ состоит из двух каналов. Каждый канал представляет собой функционально законченный синтезатор частот. Первый канал СЧ использует только внутреннюю опорную частоту, второй канал СЧ может работать как от внутренней, так и от внешней опорной частоты (выбор опорной частоты для второго канала осуществляется программно), Каждый канал имеет два выхода синтезируемой частоты с возможностью независимой регулировки амплитуды и разности фаз между выходами канала. Структурная схема синтезатора частот каждого из двух каналов приведена на рис. 2.
M.FZ
F-12SМГц. в ГГц
Гем*ратор опорных частот (ЦВС) Субоставчый дробный синтезатор Прет* фильтре»
к ыодудл Фзюераиртеп.
и уаимгега
МОЩНОСТИ
КОД FT, F2
КОЯ F
Код пщ^мпам!
При формировании частот с помощью ЦВС в его выходном сигнале также образуются паразитные спектральные составляющие за счет конечной разрядности ЦАП, его неидеальности, усечения кода разрядности фазы, появления копий синтезируемого сигнала относительно гармоник тактовой частоты и параллельной структуры ЦВС. С помощью специальной программы [6] были заранее рассчитаны две частоты ЦВС (FI и F2), при которых уровень ПСС опорной частоты имел минимальные значения. Дополнительная фильтрация опорных частот осуществляется с помощью полосового фильтра 6-го порядка.
При установке нового значения частоты F производится расчет уровня ПСС дробной ФАПЧ для двух значений опорных частот FI и F2. Из двух частот выбирается опорная частота, обеспечивающая меньший уровень ПСС.
Двухканальный синтезатор частот выполнен в виде законченного блока. Конструкция блока СЧ обеспечивает его установку а крейт стандарта «Евромеханика». Высота блока - 6U, ширина блока I4HP. Управление синтезатором частот осуществляется ПЭВМ по интерфейсу USB. Основные параметры синтезатора частот приведены в табл. !. Уровень фазовых шумов на отстройке 10 кГц от несущей изменяется от -139 дБн/Гц на частоте 125 МГц до -103 дБн/Гц на частоте 6000 МГц.
Таблица I
Основные параметры синтезатора частот
Диапазон рабочих частот, ГГц
Шаг перестройки по частоте, Гц
Время переключения частоты, мс
Диапазон выходного уровня, дБи
Неравномерность выходного уровня, дБ
Шаг регулировки выходного уровня, дБ
Уровень ПСС, дБн:
Уровень побочных гармонических составляющих, дБн
Диапазон регулировки фазы, град
Напряжения питания, В
Рабочая температура, еС
0,125-6,0
10:
20
О ...+17
± 1,5
-78 (0.125 - 2 ГГц), -72 (2-4 ГГц), -60 (4-6 ГГц)
-30
360
± 18, ± 8
0... +50
Внешний вид устройства приведен на рис. 3, на рис.4 представлен интерфейс управления
Рис. 2. Структурная схема одного канала синтеза частот
Использование в качестве опорного сигнала для СЧ цифрового вычислительного синтезатора (ЦВС) позволило решить две задачи. Первая задача - это получение мелкого шага сетки частот. Теоретически достижимый шаг перестройки частоты модуля СЧ составил 2 107 Гц. Вторая задача - это минимизация основного недостатка дробных ФАПЧ, который заключается в возникновении паразитных спектральных составляющих (ПСС) в случае если частота, определяемая дробной частью коэффициента деления в петле ФАПЧ, кратна рабочей частоте частотно-фазового детектора.
jinn
Jtmrn,
4m
ж f
Рис. 3. Фотография блока СЧ в сборе
.¡J
¿ш
щ
T-Comm Vol.9. #3-201 5
7ТЛ
ELECTRONICS. RADIO ENGINEERING
Рис. 4, Интерфейс управления синтезатором частоты
Литература
1. Зорецкий ММ., Мовшович М.Е. Синтезаторы частоты с кольцом фазовой автоподстройки. - Л.: Энергия, 1974. - 256 с.
2. Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. - М.; Радио и связь, ¡991. - 265 с.
3. Левин В.А., Малиновский ВН., Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно фазовой автоподстройки. - М.: Радио и связь, 1989. - 232 с,
4. Белое Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов. - М.: Изд. центр «Академия», 2005. - 224 с.
5. Романов С.К., Тихомиров Н.М., Леньшин А,6, Системы им-пульсно-фазовой автоподстройки в устройствах синтеза и стабилизации частот. - М.: Радио и связь, 2010. - 328 с.
6. Голубков А.В., Голубков 8.Г., Кочемасов В.Н, Янковский ЕВ. Программы поиска областей частот с минимальным уровнем паразитных спектральных составляющих 8 спектрах выходных колебаний ЦВС II Электросвязь, 201 3. - №5.
TWO-CHANNEL LOW NOISE FREQUENCY SYNTHESIZER WITH ADJUSTABLE PHASE AND AMPLITUDE
Golubkov Valery, Moscow, Russia, [email protected] Golubkov Andrey, Moscow, Russia, [email protected] Kochemasov Victor, Moscow, Russia, [email protected] Kuvshinov Vadim, Moscow, Russia, [email protected] Jankovsky Eugene, Moscow, Russia, [email protected]
Abstract
Paper describes two-channel low-noise frequency synthesizer with adjustable phase and amplitude. Structure, characteristics and appearance are given. The problem of building vibration sources microwave with high long-term frequency stability and low power spectral density (PSD) phase noise originated over 50 years ago and remains relevant to this day. The main types of radio systems, which are required for the operation of such sources were and are radar systems, measuring systems and various kinds of reception and transmission of information. From publications, covering more than 40-year period of time [1-5], it is clear that with the advent of new types of signals and methods of forming and processing requirements for frequency stability of the main sources of vibrations and levels of phase noise are becoming more stringent. One type of device is widely and effectively used for constructing vibration sources satisfying whole complex mutually contradictory requirements, including requirements for the band adjustment, frequency stability and phase noise are the frequency synthesizers (MF) with a phase-locked loop (PLL).
Keywords: frequency synthesizer, phase noise, source frequency, PLL, DDS. References
1. Zaretsky M.№., Movshovich M.E. Frequency synthesizer phase-locked ring. Leningrad: Energy, 1974. 256 p. (in Russian).
2. Ryzhkov A.V., Popov V.N. Frequency synthesizer in the art of radio communications. Moscow: Radio i Svyaz', 1991. 265 p. (in Russian).
3. Levin V.A., Malinowski V.N., Romanov S.K. Frequency synthesizer phase-locked pulse. Moscow: Radio i Svyaz', 1989. 232 p. (in Russian).
4. Belov L.A. Formation of stable frequencies and Signe-fishing. Moscow: Publishing center "Academy", 2005. 224 p. (in Russian).
5. Romanov S.K., Tikhomirov N.M., Lenshin A.V. System im-pulse phase-locked devices Synthesis and Anti-tion frequencies. Moscow: Radio i Svyaz', 2010. 328 p. (in Russian).
6. Golubkov A.V., Golubkov V.G., Kochemasov V.N., Jankowski E.V. Program search fields with minimal frequencies pas razitnyh spectral components in the spectra of the output waveform of the Central Military Commission / Electrosvyaz', 2013. No 5. (in Russian).
Information about authors:
Golubkov Valery, Moscow University of Communications, Moscow, Russia; Golubkov Andrey, Radiocomp LLC, Moscow, Russia; Kochemasov Victor, Moscow University of Communications, Moscow, Russia; Kuvshinov Vadim, Radiocomp LLC, Moscow, Russia; Jankovsky Eugene, Radiocomp LLC, Moscow, Russia.
For citation:
Golubkov V.G., Golubkov A.V., Kochemasov V.N., Kuvshinov V.V., Jankovsky E.V. Two-channel low noise frequency synthesizer with adjustable phase and amplitude. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.3. Рр. 20-22. (in Russian).
W
T-Comm ^м 9. #3-2015
