Частотный синтез на основе ФАПЧ. Обзор методов синтеза | страница 70

На рисунке 2.2 показаны временные диаграммы, поясняющие работу ЧФД. Они соответствуют различным соотношениям частот и фаз входных импульсных последовательностей.

Рис.2.2. Временные диаграммы, поясняющие работу ЧФД

При равенстве частот входных импульсных последовательностей показаны разные случаи соотношения их фаз. На временном интервале «А» фаза импульсов с частотой Fc опережает фазу опорных импульсов с частотой Fr, а на интервале «Б» фаза импульсов с частотой Fc отстаёт от фазы опорных импульсов. Случай равенств фаз импульсных последовательностей изображен на интервале «В». Для случая неравенства частот в примере, когда Fc больше Fr, наглядно видно, что подключение нужного источника тока тоже определяется временным (фазовым) расположением текущих импульсов входных последовательностей. Таким образом, ЧФД работает в трёх основных состояниях: 1) к выходу подключается источник +V, 2) к выходу подключается источник -V и 3) оба ключа Sw1 и Sw2 разомкнуты.

Идеализированная статическая характеристика ЧФД показана на рисунке 2.3. Как видно из рисунка, крутизна характеристики детектирования равна S=V/ (2).

Рис.2.3. Идеализированная характеристика детектирования ЧФД

При частотной ошибке в петле ФАПЧ ЧФД работает как частотный детектор с прямоугольной (релейной) характеристикой, благодаря чему и обеспечивается полоса захвата, практически равная полосе удержания системы ФАПЧ.

Однако такой детектор имеет недостаток, известный под термином «мёртвой» зоны [5]. Суть этого явления связана с тем, что в момент синхронизма, то есть при равенстве входных колебаний по частоте и фазе, на управляющих входах ключей схемы накачки заряда действуют очень короткие импульсы. Фронты этих импульсов, при достаточно высокой частоте сравнения, составляют существенную долю длительности импульсов, и потому от этих импульсов схема не срабатывает. Поэтому при включении ЧФД в петлю ФАПЧ она оказывается в неопределённом, квазиразомкнутом состоянии, и рабочая точка ЧФД флуктуирует вокруг нулевого значения фазы, что приводит к значительному повышению уровня шума на выходе ФАПЧ. Фактическая характеристика фазового детектирования приобретает вид, показанный на рисунке 2.4.

Рис.2.4. Реальная характеристика детектирования ЧФД

При этом предполагается, что ключи срабатывают, когда передний фронт импульсов достигает половины его полной величины τ Из этого условия следует ширина мёртвой зоны:

Мёртвая зона=2πτ/T,

где T – период опорных импульсов.