RU2710299C1 - Broadband frequency synthesizer - Google Patents

Broadband frequency synthesizer Download PDF

Info

Publication number
RU2710299C1
RU2710299C1 RU2019122447A RU2019122447A RU2710299C1 RU 2710299 C1 RU2710299 C1 RU 2710299C1 RU 2019122447 A RU2019122447 A RU 2019122447A RU 2019122447 A RU2019122447 A RU 2019122447A RU 2710299 C1 RU2710299 C1 RU 2710299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
mixer
multiplier
output
filter
Prior art date
Application number
RU2019122447A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Федорович Каширин
Original Assignee
Акционерное общество "Инструментальные Системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Инструментальные Системы" filed Critical Акционерное общество "Инструментальные Системы"
Priority to RU2019122447A priority Critical patent/RU2710299C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710299C1 publication Critical patent/RU2710299C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/02Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radio equipment. To this end, a frequency synthesizer is proposed, which comprises a reference frequency source (RFS), a voltage-controlled oscillator (VCO) connected to each other by an automatic frequency control (AFC) system. Feedback loop includes a frequency divider. Synthesizer is equipped with frequency transfer device (FTD) placed at output RFS. FTD comprises series-connected first mixer, intermediate frequency filter, second mixer and comparison frequency filter. Feedback circuit additionally comprises two parallel feedback circuits. First circuit comprises a frequency multiplier and is made so that the VCO output is communicated via the multiplier with the input of the first FTD mixer. Second circuit comprises in-series connected first frequency divider with variable division factor and second multiplier and is made with provision of VCO output connection through divider and multiplier with input of second mixer FTD.
EFFECT: technical result consists in reduction of phase noise introduced by the AFC circuit.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре для формирования сетки частот сигналов с низким уровнем фазового шума.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio and radio transmitting equipment for forming a frequency grid of signals with a low level of phase noise.

Среди существующих методов синтеза частот широкое распространение получили системы косвенного синтеза на контурах фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Развитие техники связано с ростом требований к технико-эксплуатационным качествам аппаратуры, важнейшими из которых в области синтеза частот являются требования к снижению уровня фазового шума и уменьшению массо-габаритов.Among the existing methods of frequency synthesis, indirect synthesis systems on the phase locked loop (PLL) are widely used. The development of technology is associated with an increase in the requirements for the technical and operational qualities of the equipment, the most important of which in the field of frequency synthesis are the requirements to reduce the phase noise level and reduce the mass and dimensions.

Известны синтезаторы частот, в которых с целью снижения уровня фазового шума в контур обратной связи включены смесители, обеспечивающие перенос частоты с выхода управляемого генератора на частоту сравнения фазового компаратора:Frequency synthesizers are known in which, in order to reduce the phase noise level, mixers are included in the feedback loop, which ensure the frequency transfer from the output of the controlled generator to the comparison frequency of the phase comparator:

• [1] Шапиро Д.Н., Паин А.А. Основы теории синтеза частот. – М.: Радио и связь, 1981. стр. 37, рис.1.5; • [1] Shapiro D.N., Pain A.A. Fundamentals of the theory of frequency synthesis. - M .: Radio and communications, 1981. p. 37, Fig. 1.5;

• [2] Манассевич В. Синтезаторы частот (Теория и проектирование): Пер. с англ./Под ред. А.С. Галина – М.:Связь, 1979. стр.29, рис.1.12; • [2] Manassevich V. Frequency synthesizers (Theory and Design): Per. from English / Ed. A.S. Galina - M.: Communication, 1979. p. 29, fig. 1.12;

• [3] Патент США № 7701299, Fig. 4A). • [3] US Pat. No. 7,701,299, Fig. 4A).

Недостатком таких синтезаторов является необходимость дополнительного включения большого числа вспомогательных электронных компонентов, что повышает сложность и габариты устройства.The disadvantage of such synthesizers is the need for additional inclusion of a large number of auxiliary electronic components, which increases the complexity and dimensions of the device.

Наиболее близким по технической сущности является синтезатор частоты, содержащий последовательно соединенные источник сигнала опорной частоты, фильтр нижних частот, частотно-фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением (ГУН), а также подлкюченные к выходу ГУН первый и второй делители частоты. При этом один из делителей частоты своим выходом соединен с вторым входом частотно-фазового детектора, образуя контур обратной связи.The closest in technical essence is a frequency synthesizer containing a series-connected source of a reference frequency signal, a low-pass filter, a frequency-phase detector, a voltage-controlled oscillator (VCO), and the first and second frequency dividers connected to the VCO output. In this case, one of the frequency dividers is connected by its output to the second input of the frequency-phase detector, forming a feedback loop.

Существенным недостатком устройства-прототипа является повышенный уровень фазового шума. Другим недостатком устройства-прототипа при его построении на микросхемах со встроенным генератором, управляемым напряжением, например LMX2594, 1508МТ015, MAX2871, ADF4355 и др., является неприспособленность к включению смесителей в контур обратной связи по известным решениям [1],[2],[3], так как выход ГУН в таких микросхемах неразрывно связан с входом делителя частоты в цепи обратной связи.A significant disadvantage of the prototype device is the increased level of phase noise. Another disadvantage of the prototype device when it is built on integrated circuits with a voltage-controlled oscillator, for example LMX2594, 1508МТ015, MAX2871, ADF4355, etc., is the inability to include mixers in the feedback loop according to known solutions [1], [2], [ 3], since the VCO output in such microcircuits is inextricably linked to the input of the frequency divider in the feedback circuit.

Техническая проблема, на решение которой направлена реализация заявленного устройства, заключается в обеспечении формирования сетки частот сигналов с низким уровнем фазового шума.The technical problem, the solution of which the implementation of the claimed device is aimed at, is to ensure the formation of a frequency grid of signals with a low level of phase noise.

Технический результат заключается в уменьшении фазового шума, вносимого контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).The technical result consists in reducing the phase noise introduced by the phase locked loop (PLL).

Технический результат достигается тем, что синтезатор частот, содержащий источник опорной частоты, генератор, управляемый напряжением, связанные между собой системой фазовой автоподстройки частоты, включающей устройство сравнения в виде частотно-фазового детектора, фильтр сигнала ошибки в виде фильтра низкой частоты и тракт обратной связи, включающий в себя делитель частоты, согласно изобретению дополнительно снабжен размещенным на выходе источника опорной частоты устройством переноса частоты, выполненным с возможностью изменения значения частоты источника опорной частоты и значения частоты генератора, управляемого напряжением, для приведения их к частоте сравнения на одном из входов частотно-фазового детектора, при этом устройство переноса частоты содержит последовательно соединенные первый смеситель, фильтр промежуточной частоты в виде полосового фильтра, второй смеситель и фильтр частоты сравнения в виде фильтра низкой частоты, кроме того тракт обратной связи дополнительно содержит две параллельные цепи обратной связи, где первая цепь обратной связи содержит умножитель частоты, и выполнена с обеспечением связи выхода генератора, управляемого напряжением, через упомянутый умножитель с входом первого смесителя устройства переноса частоты, вторая цепь обратной связи содержит последовательно соединенные первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления и второй умножитель, и выполнена с обеспечением связи выхода генератора, управляемого напряжением, через упомянутые делитель и умножитель с входом второго смесителя устройства переноса частоты.The technical result is achieved by the fact that a frequency synthesizer containing a reference frequency source, a voltage controlled generator, interconnected by a phase-locked loop, including a comparison device in the form of a frequency-phase detector, an error signal filter in the form of a low-pass filter and a feedback path, including a frequency divider, according to the invention is additionally equipped with a frequency transfer device arranged at the output of the reference frequency source, configured to change the frequency reference of the source of the reference frequency and the frequency value of the voltage-controlled generator to bring them to a comparison frequency at one of the inputs of the frequency-phase detector, the frequency transfer device comprising a first mixer, an intermediate frequency filter in the form of a band-pass filter, a second mixer and the comparison frequency filter in the form of a low-pass filter, in addition, the feedback path additionally contains two parallel feedback circuits, where the first feedback circuit contains um the frequency multiplier, and is configured to provide a voltage controlled oscillator output connection through said multiplier with the input of the first mixer of the frequency transfer device, the second feedback circuit comprises a first frequency divider with a variable division coefficient and a second multiplier connected in series, and is configured to provide an output coupling a voltage-controlled generator through the aforementioned divider and multiplier with the input of the second mixer of the frequency transfer device.

Изобретение поясняется со ссылками на иллюстрации, где на фиг. 1 приведена схема синтезатора частот, на фиг. 2 – характеристики фазового шума предлагаемого устройства в сравнении с прототипом (штрихпунктирная линия).The invention is explained with reference to illustrations, where in FIG. 1 is a diagram of a frequency synthesizer; FIG. 2 - characteristics of the phase noise of the proposed device in comparison with the prototype (dash-dot line).

На приведенных фигурах использованы следующие обозначения:In the figures used the following notation:

1- Источник опорной частоты1- Reference frequency source

2- Первый смеситель2- First Mixer

3- Фильтр промежуточной частоты3- Intermediate filter

4- Второй смеситель4- Second mixer

5- Фильтр частоты сравнения5- Filter frequency comparison

6- Частотно-фазовый детектор6- Frequency Phase Detector

7- Фильтр сигнала ошибки7- Error signal filter

8- Генератор, управляемый напряжением8- Voltage Controlled Generator

9- Делитель частоты с переменным коэффициентом деления третьего контура обратной связи9- Frequency divider with a variable division ratio of the third feedback loop

10- Умножитель частоты первого контура обратной связи10- Frequency Multiplier of the first feedback loop

11- Умножитель частоты второго контура обратной связи11- Frequency Multiplier of the second feedback loop

12- Делитель частоты с переменным коэффициентом деления второго контура обратной связи.12- Frequency divider with a variable division ratio of the second feedback loop.

Идея изобретения заключается в том, что существенное снижение уровня вносимого системой ФАПЧ фазового шума можно достичь шунтированием делителя частоты в контуре обратной связи дополнительно вводимыми параллельными контурами обратной связи, содержащими делители частоты с меньшим коэффициентом деления или вовсе не содержащие делители частоты. The idea of the invention is that a significant reduction in the phase noise introduced by the PLL system can be achieved by shunting the frequency divider in the feedback loop by additionally introduced parallel feedback loops containing frequency dividers with a lower division coefficient or not containing frequency dividers at all.

Широкополосный синтезатор частот содержит источник 1 опорной частоты, генератор 8, управляемый напряжением, связанные между собой системой фазовой автоподстройки частоты, включающей устройство сравнения в виде частотно-фазового детектора 6, фильтр 7 сигнала ошибки в виде фильтра низкой частоты и тракт обратной связи.A broadband frequency synthesizer contains a reference frequency source 1, a voltage controlled oscillator 8, interconnected phase-locked loop, including a comparison device in the form of a frequency-phase detector 6, an error signal filter 7 in the form of a low-pass filter and a feedback path.

Синтезатор частот снабжен размещенным на выходе источника 1 опорной частоты устройством переноса частоты (на фиг. 1 ограничен пунктирной линией), выполненным с возможностью изменения значения частоты источника 1 опорной частоты и значения частоты генератора 8, управляемого напряжением (ГУН), для приведения их к частоте сравнения на первом входе частотно-фазового детектора 6. Устройство переноса частоты содержит последовательно соединенные первый смеситель 2, фильтр 3 промежуточной частоты в виде полосового фильтра, второй смеситель 4 и фильтр 5 частоты сравнения в виде фильтра низкой частоты. The frequency synthesizer is equipped with a frequency transfer device located at the output of the reference frequency source 1 (in FIG. 1 it is limited by a dashed line), configured to change the frequency value of the reference frequency source 1 and the frequency value of the voltage-controlled generator (VCO) 8 to bring them to comparison at the first input of the frequency-phase detector 6. The frequency transfer device contains a series-connected first mixer 2, an intermediate frequency filter 3 in the form of a band-pass filter, a second mixer 4 and a fil р 5 comparison frequencies in the form of a low-pass filter.

Тракт обратной связи содержит три цепи обратной связи. Первая цепь обратной связи содержит умножитель 10 частоты. Первая цепь обратной связи обеспечивает связь выхода ГУН 8 через умножитель 10 с входом первого смесителя 2 устройства переноса частоты. Вторая цепь обратной связи содержит последовательно соединенные делитель 12 частоты с переменным коэффициентом деления и второй умножитель 11. Цепь связывает выход ГУН 8 через делитель 12 и умножитель 11 с входом второго смесителя 4 устройства переноса частоты. Третья цепь обратной связи содержит второй делитель 9 частоты с переменным коэффициентом деления. Цепь связывает выход ГУН 8 через делитель 9 со вторым входом частотно-фазового детектора 6.The feedback path contains three feedback loops. The first feedback loop comprises a frequency multiplier 10. The first feedback circuit provides a link to the output of the VCO 8 through the multiplier 10 with the input of the first mixer 2 of the frequency transfer device. The second feedback circuit contains a series-connected frequency divider 12 with a variable division coefficient and a second multiplier 11. The circuit connects the output of the VCO 8 through the divider 12 and the multiplier 11 with the input of the second mixer 4 of the frequency transfer device. The third feedback circuit contains a second frequency divider 9 with a variable division ratio. The circuit connects the output of the VCO 8 through the divider 9 with the second input of the frequency-phase detector 6.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода ГУН 8 распределяется на выход устройства и на три параллельных цепи обратной связи. The device operates as follows. The signal from the output of the VCO 8 is distributed to the output of the device and to three parallel feedback circuits.

В первой цепи обратной связи сигнал проходит через умножитель частоты 10 и поступает на вход первого смесителя 2, на другой вход которого поступает сигнал с источника 1 опорной частоты. В результате на выходе смесителя 2 образуются комбинации частот, из которых посредством фильтра 3 выделяется полезная промежуточная частота. In the first feedback circuit, the signal passes through the frequency multiplier 10 and enters the input of the first mixer 2, to the other input of which the signal from the source 1 of the reference frequency. As a result, at the output of mixer 2, frequency combinations are formed, from which a useful intermediate frequency is extracted by means of filter 3.

Во второй цепи обратной связи сигнал с выхода ГУН 8 проходит последовательно сначала через первый делитель частоты 12, а затем через второй умножитель частоты 11, с выхода которого сигнал обратной связи поступает на вход второго смесителя 4, к другому входу которого подключен выход фильтра промежуточной частоты 3. В результате на выходе смесителя 4 образуются комбинации частот, из которых посредством фильтра 5 выделяется частота сравнения, которая поступает на первый вход частотно-фазового детектора 6. На другой вход частотно-фазового детектора 6 поступает сигнал с выхода второго делителя частоты 9 третьей цепи обратной связи. В результате работы системы фазовой автоподстройки на входах частотно-фазового детектора 6 устанавливаются равные друг другу значения частот. In the second feedback circuit, the signal from the output of the VCO 8 passes sequentially first through the first frequency divider 12, and then through the second frequency multiplier 11, from the output of which the feedback signal is fed to the input of the second mixer 4, the output of the intermediate frequency filter 3 is connected to the other input As a result, at the output of the mixer 4, frequency combinations are formed, from which, through the filter 5, a comparison frequency is extracted, which is fed to the first input of the frequency-phase detector 6. To another input of the frequency-phase detector pa 6 receives the signal output from the second frequency divider 9, the third feedback loop. As a result of the operation of the phase-locked loop system at the inputs of the frequency-phase detector 6, equal frequencies are set.

Таким образом, для выходной частоты можно записать следующее соотношение:Thus, for the output frequency, the following relation can be written:

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(1)

Где:Where:

Figure 00000002
– частота выходного сигнала;
Figure 00000002
- frequency of the output signal;

Figure 00000003
– частота сигнала источника 1 опорного сигнала;
Figure 00000003
- the frequency of the signal source 1 of the reference signal;

Figure 00000004
– коэффициент умножения первого умножителя 10 частоты;
Figure 00000004
- the multiplication factor of the first frequency multiplier 10;

Figure 00000005
– знаковый коэффициент (-1 или +1), зависящий от амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 промежуточной частоты; если полоса пропускания фильтра 3 находится выше по частоте, чем FОГ, то s = -1; если ниже, то s = 1
Figure 00000005
- sign coefficient (-1 or +1), depending on the amplitude-frequency characteristics of the filter 3 of the intermediate frequency; if the passband of filter 3 is higher in frequency than F OG , then s = -1; if below, then s = 1

Figure 00000006
– коэффициент умножения второго умножителя 11 частоты;
Figure 00000006
- the multiplication factor of the second frequency multiplier 11;

Figure 00000007
– коэффициент деления первого делителя 12 частоты с переменным коэффициентом деления;
Figure 00000007
- the division ratio of the first frequency divider 12 with a variable division ratio;

Figure 00000008
– полярность частотно-фазового детектора 6 (-1 или +1); определяет в какую сторону будет происходить смещение частоты ГУН (уменьшение или увеличение частоты) при определенном знаке разности фаз сигналов на входах частотно-фазового детектора
Figure 00000008
- polarity of the frequency-phase detector 6 (-1 or +1); determines in which direction the VCO frequency will shift (decrease or increase the frequency) at a certain sign of the phase difference of the signals at the inputs of the frequency-phase detector

Figure 00000009
– коэффициент деления второго делителя 9 частоты с переменным коэффициентом деления.
Figure 00000009
- the division ratio of the second frequency divider 9 with a variable division ratio.

Эквивалентный коэффициент деления в предлагаемом решении:Equivalent division factor in the proposed solution:

Figure 00000010
Figure 00000010

Таким образом, при s = 1 возникает дополнительное преимущество по снижению уровня фазового шума в сравнении с известными решениями [1], [2], [3], где эквивалентный коэффициент деления равен 1.Thus, with s = 1, there is an additional advantage in reducing the phase noise level in comparison with the known solutions [1], [2], [3], where the equivalent division coefficient is 1.

Для оценки вносимого системой ФАПЧ фазового шума на отстройках от несущей частоты в пределах полосы пропускания ФНЧ пользуются кусочно-линейной аппроксимирующей характеристикой, представленной двумя компонентами – горизонтельной линией (постоянной составляющей) и наклонной линией со спадом 10 дБ на декаду (фликкер-шум) ([4] D. Banerjee. PLL Performance, Simulation and Design. 4th Edition. Dog Ear Publishing, 2006. стр. 101). Частотная координата точки пересечения постоянной составляющей с собственным фазовым шумом ГУН соответствует оптимальной частоте среза ФНЧ. На отстройках от несущей выше частоты среза ФНЧ спектр шума соответствует собственному шуму ГУН с разомкнутой обратной связью системы ФАПЧ. To evaluate the phase noise introduced by the PLL system at the offsets from the carrier frequency within the passband, the low-pass filters use a piecewise-linear approximating characteristic, represented by two components - a horizontal line (constant component) and an oblique line with a decay of 10 dB per decade (flicker noise) ([ 4] D. Banerjee. PLL Performance, Simulation and Design. 4 th Edition. Dog Ear Publishing, 2006. p. 101). The frequency coordinate of the point of intersection of the constant component with the own phase noise of the VCO corresponds to the optimal cut-off frequency of the low-pass filter. On the detunings from the carrier above the cut-off frequency of the low-pass filter, the noise spectrum corresponds to the own noise of the VCO with open feedback of the PLL system.

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Где:Where:

Figure 00000013
– постоянная составляющая спектральной плотности мощности фазового шума;
Figure 00000013
- the constant component of the spectral power density of the phase noise;

Figure 00000014
- нормированный уровень постоянной составляющей шума, дБн/Гц;
Figure 00000014
- normalized level of the constant component of noise, dBc / Hz;

Figure 00000015
- частота сравнения, Гц;
Figure 00000015
- comparison frequency, Hz;

Figure 00000016
- частота отстройки от несущей, Гц;
Figure 00000016
- frequency offset from the carrier, Hz;

Figure 00000017
– коэффициент деления в цепи обратной связи;
Figure 00000017
- division ratio in the feedback circuit;

Figure 00000018
- составляющая фликкер-шума, дБн/Гц;
Figure 00000018
- component of flicker noise, dBc / Hz;

Figure 00000019
- нормированный уровень составляющей фликкер-шума, дБн/Гц.
Figure 00000019
- normalized flicker noise component level, dBc / Hz.

Нормированные уровни

Figure 00000014
и
Figure 00000019
приводятся изготовителем компонента в техническом описанииNormalized Levels
Figure 00000014
and
Figure 00000019
given by the component manufacturer in the datasheet

Выражение для составляющей фликкер-шума можно переписать в следующем виде:The expression for the flicker noise component can be rewritten as follows:

Figure 00000020
Figure 00000020

Для ряда микросхем нормированный уровень составляющей фликкер-шума приводится как

Figure 00000021
(например микросхемы LTC6946, HMC833), тогда для них выражение примет вид:For a number of microcircuits, the normalized level of the flicker noise component is given as
Figure 00000021
(for example, LTC6946, HMC833 chips), then for them the expression will take the form:

Figure 00000022
Figure 00000022

К шуму системы ФАПЧ на выходе устройства добавляется шум, обусловленный источником сигнала опорной частоты:To the noise of the PLL system at the output of the device is added noise due to the source of the reference frequency signal:

Figure 00000023
Figure 00000023

Где:Where:

Figure 00000024
- фазовый шум сигнала опорной частоты на входе системы.
Figure 00000024
- phase noise of the reference frequency signal at the system input.

Тогда уровень общего фазового шума на выходе системы ФАПЧ для отстроек частот в пределах полосы пропускания ФНЧ составляет:Then the level of the total phase noise at the output of the PLL for frequency offsets within the passband of the low-pass filter is:

Figure 00000025
Figure 00000025

Типовые значения нормированного уровня шума для современных микросхем синтезаторов частоты составляют

Figure 00000026
= -223 … -236 дБн/Гц для постоянной составляющей шума и
Figure 00000027
= -122…-129 дБн/Гц для составляющей фликкер-шума (MAX2871, LMX2594, 1508МТ и др.). Отсюда следует, например, что при частоте сравнения 100 МГц синтезированный сигнал частотой 5 ГГц будет иметь уровень вносимого фазового шума на отстройке 10 кГц не менее -110 дБн/Гц. В то же время уровни фазового шума на той же отстройке 10 кГц для высококачественных термостатированных кварцевых генераторов частотой 100 МГц достигают -180 … -170 дБн/Гц (например, ГК317-ТС—100М), что при качественно выполненном умножении до частоты 5 ГГц соответствует величине -146…-136 дБн/Гц. Кроме того существуют СВЧ-генераторы фиксированных частот, выполненные на высокодобротных диэлектрических резонаторах с комбинированной системой стабилизации и оптоэлектронные генераторы, обладающие ещё меньшими уровнями фазового шума. Таким образом, в простейших однокольцевых схемах ФАПЧ собственный уровень шума на отстройках частот в пределах полосы пропускания ФНЧ является преобладающим в системе, в то время как потенциал источников опорной частоты оказывается не реализован. В связи с этим становятся востребованными решения, позволяющие синтезировать частоты в широком диапазоне частот с минимальным приростом фазового шума.Typical values of the normalized noise level for modern frequency synthesizer circuits are
Figure 00000026
= -223 ... -236 dBc / Hz for the constant noise component and
Figure 00000027
= -122 ... -129 dBc / Hz for the flicker noise component (MAX2871, LMX2594, 1508MT, etc.). It follows, for example, that at a comparison frequency of 100 MHz, the synthesized signal with a frequency of 5 GHz will have a level of introduced phase noise at a detuning of 10 kHz of at least -110 dBc / Hz. At the same time, the phase noise levels at the same detuning of 10 kHz for high-quality thermostatically controlled crystal oscillators with a frequency of 100 MHz reach -180 ... -170 dBc / Hz (for example, GK317-TS-100M), which, when properly multiplied to a frequency of 5 GHz, corresponds to the value of -146 ... -136 dBc / Hz. In addition, there are fixed frequency microwave generators made on high-quality dielectric resonators with a combined stabilization system and optoelectronic generators with even lower levels of phase noise. Thus, in the simplest single-ring PLL schemes, the intrinsic noise level at frequency offsets within the passband of the low-pass filter is predominant in the system, while the potential of the reference frequency sources is not realized. In this regard, solutions that make it possible to synthesize frequencies in a wide frequency range with a minimum increase in phase noise become popular.

Анализ выражений (2 – 5) позволяет заключить, что существенное снижение уровня, вносимого системой ФАПЧ, можно достичь уменьшением коэффициента деления

Figure 00000028
в контуре обратной связи. В ряде известных решений [1],[2],[3] для этого делитель частоты в контуре обратной связи замещают смесителями, что ограничивает использование большинства существующих интегральных микросхем синтезаторов частоты со встроенным ГУН. В предлагаемом решении к существующему контуру с делителем частоты дополнительно подключаются два параллельных контура обратной связи, что позволяет использовать данные микросхемы.An analysis of expressions (2 - 5) allows us to conclude that a significant decrease in the level introduced by the PLL system can be achieved by reducing the division ratio
Figure 00000028
in the feedback loop. In a number of well-known solutions [1], [2], [3] for this, the frequency divider in the feedback loop is replaced by mixers, which limits the use of most existing integrated circuits of frequency synthesizers with an integrated VCO. In the proposed solution, two parallel feedback loops are additionally connected to the existing circuit with a frequency divider, which allows using these microcircuits.

На графике, приведенном на фиг. 2, показан эффект снижения фазового шума, достигаемый при использовании заявленного технического решения.In the graph of FIG. 2, the effect of phase noise reduction achieved using the claimed technical solution is shown.

Claims (5)

Синтезатор частот, содержащий источник опорной частоты, генератор, управляемый напряжением, связанные между собой системой фазовой автоподстройки частоты, включающей устройство сравнения в виде частотно-фазового детектора, фильтр сигнала ошибки в виде фильтра низкой частоты и тракт обратной связи, включающий в себя делитель частоты, обеспечивающий связь выхода генератора, управляемого напряжением, с входом частотно-фазового детектора, отличающийся тем, что он снабжен размещенным на выходе источника опорной частоты устройством переноса частоты, выполненным с возможностью изменения значения частоты источника опорной частоты и значения частоты генератора, управляемого напряжением, для приведения их к частоте сравнения на одном из входов частотно-фазового детектора, при этомA frequency synthesizer containing a reference frequency source, a voltage controlled generator, interconnected by a phase-locked loop, including a comparison device in the form of a frequency-phase detector, an error signal filter in the form of a low-pass filter and a feedback path including a frequency divider, providing a connection between the output of the voltage-controlled generator and the input of the frequency-phase detector, characterized in that it is equipped with a transfer device located at the output of the reference frequency source ca frequency, made with the possibility of changing the frequency value of the source of the reference frequency and the frequency value of the generator, controlled by voltage, to bring them to the comparison frequency at one of the inputs of the frequency-phase detector, while устройство переноса частоты содержит последовательно соединенные первый смеситель, фильтр промежуточной частоты в виде полосового фильтра, второй смеситель и фильтр частоты сравнения в виде фильтра низкой частоты,the frequency transfer device comprises a first mixer connected in series, an intermediate frequency filter in the form of a band-pass filter, a second mixer and a comparison frequency filter in the form of a low-frequency filter, кроме того, тракт обратной связи дополнительно содержит две параллельные цепи обратной связи, гдеin addition, the feedback path further comprises two parallel feedback circuits, where первая цепь обратной связи содержит умножитель частоты с фиксированным коэффициентом умножения и выполнена с обеспечением связи выхода генератора, управляемого напряжением, через упомянутый умножитель с входом первого смесителя устройства переноса частоты,the first feedback circuit contains a frequency multiplier with a fixed multiplication factor and is configured to couple the output of the voltage controlled generator through said multiplier to the input of the first mixer of the frequency transfer device, вторая цепь обратной связи содержит последовательно соединенные первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления и второй умножитель и выполнена с обеспечением связи выхода генератора, управляемого напряжением, через упомянутые делитель и умножитель с входом второго смесителя устройства переноса частоты.the second feedback circuit comprises a first frequency divider with a variable division coefficient and a second multiplier connected in series, and the voltage controlled oscillator output is coupled through said divider and multiplier to the input of the second mixer of the frequency transfer device.
RU2019122447A 2019-07-17 2019-07-17 Broadband frequency synthesizer RU2710299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122447A RU2710299C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Broadband frequency synthesizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122447A RU2710299C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Broadband frequency synthesizer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710299C1 true RU2710299C1 (en) 2019-12-25

Family

ID=69023041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122447A RU2710299C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Broadband frequency synthesizer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710299C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804407C1 (en) * 2023-04-04 2023-09-29 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Wide-range synthesizer with phase-locked loop controlled oscillator with switchable resonators

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6977556B1 (en) * 2000-05-25 2005-12-20 Broadband Innovations, Inc. Rational frequency synthesizers
WO2010011272A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Analog Devices, Inc. Frequency synthesizers for wireless communication systems
US7701299B2 (en) * 2008-06-16 2010-04-20 Phase Matrix, Inc. Low phase noise PLL synthesizer
RU2602990C1 (en) * 2015-07-14 2016-11-20 Публичное акционерное общество "Радиофизика" Frequency synthesizer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6977556B1 (en) * 2000-05-25 2005-12-20 Broadband Innovations, Inc. Rational frequency synthesizers
US7701299B2 (en) * 2008-06-16 2010-04-20 Phase Matrix, Inc. Low phase noise PLL synthesizer
WO2010011272A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Analog Devices, Inc. Frequency synthesizers for wireless communication systems
RU2602990C1 (en) * 2015-07-14 2016-11-20 Публичное акционерное общество "Радиофизика" Frequency synthesizer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804407C1 (en) * 2023-04-04 2023-09-29 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Wide-range synthesizer with phase-locked loop controlled oscillator with switchable resonators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7236024B2 (en) Configurable circuit structure having reduced susceptibility to interference when using at least two such circuits to perform like functions
EP1395841B1 (en) Low noise microwave synthesizer employing high frequency combs for tuning drift cancel loop
EP0800276A1 (en) A frequency multiplying circuit having a first stage with greater multiplying ratio than subsequent stages
CN201298839Y (en) Phaselocking frequency multiplier of rubidium frequency scale
TWI633760B (en) Signal transmitter
RU2710299C1 (en) Broadband frequency synthesizer
CN113726334A (en) S-band low-phase-noise low-spurious fine-stepping frequency source component and using method
US7945218B1 (en) Method and system for tuning quality factor in high-Q, high-frequency filters
CN105356878B (en) A kind of implementation method and device of improved tricyclic wideband frequency synthesizer
WO2003103148A1 (en) Phase locked loop (pll) frequency synthesizer and method
RU172814U1 (en) HYBRID FREQUENCY SYNTHESIS WITH IMPROVED SPECTRAL CHARACTERISTICS
US4097816A (en) Tuning system
CN113193869B (en) Ultra-low phase noise frequency synthesizer based on acoustic surface filter
CN113162617B (en) Low-phase-noise X-band frequency source and modulation method thereof
US4095190A (en) Tuning system
RU195894U1 (en) Frequency synthesizer
RU2517424C1 (en) Frequency synthesiser with switched frequency reduction channels
US20040080373A1 (en) Programmable frequency synthesizer
Han et al. Analysis of the Influence of the Loop Filter in the Phase Locked Loop on the Output Phase Noise
US6198354B1 (en) System for limiting if variation in phase locked loops
GB2567463A (en) Phase locked loop circuit
RU2329595C1 (en) Frequency synthesizer
RU206224U1 (en) FREQUENCY GRID SYNTHESIZER
CN220022782U (en) Phase-locked loop frequency synthesizer and electronic equipment
CN111510140B (en) Clock local oscillator assembly