Мультибитная ФАПЧ
 | Эту статью , возможно, придется переписать, Википедии чтобы она соответствовала стандартам качества . ( июль 2010 г. ) |
ФАПЧ Многобитная или многобитовая представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с унибитной ФАПЧ за счет использования большего количества битов . Unibit PLL использует только самый старший бит (MSB) выходной шины каждого счетчика для измерения фазы , тогда как многобитовые PLL используют больше битов. [1] Системы ФАПЧ являются важным компонентом телекоммуникаций .
Многобитовые системы ФАПЧ обеспечивают повышенную эффективность и производительность: лучшее использование частотного спектра для обслуживания большего числа пользователей с более высоким качеством обслуживания (QoS), снижение мощности радиочастотной передачи и снижение энергопотребления в сотовых телефонах и других беспроводных устройствах.
Концепции
[ редактировать ]Фазовая автоподстройка частоты — это электронный компонент или система, содержащая замкнутый контур для управления фазой генератора при сравнении ее с фазой входного или опорного сигнала. Косвенный синтезатор частоты использует систему ФАПЧ. В полностью цифровой системе ФАПЧ генератор, управляемый напряжением (ГУН), управляется с помощью цифрового , а не аналогового управляющего сигнала. Фазовый детектор выдает сигнал, пропорциональный разности фаз между двумя сигналами; в системе ФАПЧ один сигнал является опорным, а другой — выходным сигналом управляемого генератора (или делителя, управляемого генератором).
В однобитной системе фазовой автоподстройки частоты фаза измеряется с использованием только одного бита опорного и выходного счетчиков, старшего бита (MSB). В многобитовой фазовой автоподстройке фаза измеряется с использованием более чем одного бита опорного и выходного счетчиков, обычно включая самый старший бит.
Юнибит ФАПЧ
[ редактировать ]В унибитных системах ФАПЧ выходная частота определяется входной частотой и счетчиком по модулю двух счетчиков. В каждом счетчике используется только старший бит (MSB). Остальные выходные строки счетчиков игнорируются; это лишняя информация.
Структура и производительность ФАПЧ
[ редактировать ]Система ФАПЧ включает в себя фазовый детектор, фильтр и генератор, соединенные в замкнутом контуре, поэтому частота генератора соответствует входной частоте (равна ей). Хотя средняя выходная частота равна входной частоте, частота генератора колеблется или колеблется около этого среднего значения. Замкнутый контур корректирует такие отклонения частоты; ФАПЧ более высокой производительности уменьшает эти колебания до более низких значений, однако эти отклонения невозможно остановить. См. Теорию управления . Фазовый шум , побочные излучения и джиттер являются результатом вышеупомянутых явлений.
Характеристики синтезатора ФАПЧ
[ редактировать ]- Синтезаторы частоты с ФАПЧ широко используются в современных телекоммуникациях. Например, сотовый телефон может включать в себя от трех до шести блоков ФАПЧ.
- Фазовый шум может мешать другим абонентам и снижать качество их обслуживания. Вмешательство взаимно. Если шум уменьшен, возможна более быстрая связь, чтобы увеличить скорость передачи символов , используя более сложные схемы модуляции, то есть передачу большего количества битов за выборку.
частоты Время установления — это время, необходимое ФАПЧ для перехода на другую частоту. Скачкообразная перестройка частоты используется в GSM и, тем более, в современных системах. В CDMA обеспечивает лучшую производительность , скачкообразная перестройка частоты чем фазовое кодирование.
Высокое разрешение по частоте — это способность системы ФАПЧ генерировать близко расположенные частоты. Например, сотовая сеть может потребовать, чтобы мобильный телефон установил свою частоту на любое из множества значений, расположенных с интервалом 30 кГц или 10 кГц.
Огибающая производительности системы ФАПЧ определяет взаимосвязь между указанными выше важными критериями производительности - например, улучшение частотного разрешения приведет к более медленной системе ФАПЧ, более высокому фазовому шуму и т. д.
PLL Multibit расширяет диапазон производительности системы ФАПЧ – она позволяет добиться более быстрого времени установления вместе с высоким разрешением по частоте и меньшим фазовым шумом.
Эффекты Юнибит
[ редактировать ]По мере продвижения от старшего бита к младшему биту (LSB) частота увеличивается. Для двоичного счетчика частота каждого следующего бита в два раза превышает частоту предыдущего. Для счетчиков по модулю отношения более сложные.
Только старший разряд двух счетчиков имеет одинаковую частоту. Остальные биты в одном счетчике имеют частоты, отличные от битов в другом счетчике.
Все биты на выходе одного счетчика вместе представляют собой цифровую шину . Таким образом, в синтезаторе частоты с ФАПЧ имеются две шины: одна для опорного счетчика, другая для выходного (или ГУН) счетчика. В однобитовой системе ФАПЧ из двух цифровых шин используется только один бит (линия) каждой. Вся остальная информация теряется.
Сложность конструкции ФАПЧ
[ редактировать ]Проектирование ФАПЧ — междисциплинарная задача, сложная даже для экспертов в области ФАПЧ. Это - для Unibit PLL, которая проще, чем Multibit PLL. При проектировании следует учитывать: [2] [3] [4] [5] [6] [7]
- [Теория управления, замкнутая система.
- Радиочастотная конструкция RF - генератор, высокочастотные компоненты
- Аналоговые схемы — контурный фильтр
- Цифровые схемы - счетчики, измерение фазы
- RFI/EMI, экранирование, заземление
- Статистика шума и фазового шума в электронных компонентах и схемах.
Мультибитная ФАПЧ
[ редактировать ]Принцип работы
[ редактировать ]Приведенная выше система ФАПЧ использует больше битов в двух счетчиках. Существует сложная проблема сравнения сигналов на разных частотах в двух цифровых шинах, которые рассчитывают разное конечное значение.
Повышение производительности возможно за счет использования более быстрых битов счетчиков с учетом дополнительной доступной информации.
Работа ФАПЧ дополнительно нарушается из-за переполнения счетчиков . Этот эффект актуален только в многобитных системах ФАПЧ; для Unibit PLL имеется только однобитовый сигнал MSB, поэтому переполнение невозможно.
Выполнение
[ редактировать ]Дополнительная степень свободы в Multibit PLL позволяет адаптировать каждую PLL к конкретным требованиям. Это можно эффективно реализовать с помощью программируемых логических устройств (PLD), например, производства Altera Corp. [7] Altera предоставляет как цифровые компоненты, так и передовые инструменты проектирования для их использования и программирования.
Ранние многобитные системы ФАПЧ использовали микропроцессор , микроконтроллер или DSP для замыкания цикла в разумной реализации. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Преимущества
[ редактировать ]Многобитовая система ФАПЧ обеспечивает высокое разрешение по частоте и быструю скачкообразную перестройку частоты, а также более низкий фазовый шум и низкое энергопотребление. Таким образом, это повышает общую производительность системы ФАПЧ.
Полоса пропускания контура может быть оптимизирована с учетом характеристик фазового шума и/или скорости установления частоты; это в меньшей степени зависит от разрешения по частоте.
Улучшение характеристик системы ФАПЧ позволяет лучше использовать частотный спектр и снизить мощность передачи. Действительно, производительность системы ФАПЧ постоянно улучшается. [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Марк Зута, «Новая система ФАПЧ с быстрым временем установления и низким фазовым шумом». Microwave Journal , июнь 1998 г., стр. 94–108.
- ^ Флойд М. Гарднер, Методы фазовой синхронизации , Второе издание. ISBN 0-471-04294-3
- ^ Вадим Манассевич: Синтезаторы частоты, теория и конструкция . Второе издание. ISBN 0-471-07917-0
- ^ Бар-Гиора Голдберг, Цифровые методы синтеза частот
- ^ Уильям К. Линдси, Марвин К. Саймон, Инженерия телекоммуникационных систем
- ^ Марвин Фреркинг, Проектирование кварцевого генератора и температурная компенсация
- ^ Jump up to: а б «Книга данных устройства» . Корпорация Альтера.
- ^ Патент США № 4450518 ITT Industries, Inc. Система управления с замкнутым контуром для регулировки частоты генератора с использованием микропроцессора и ЦАП.
- ^ Патент США № 4503401 Allied Corporation ФАПЧ с микропроцессором, управляющим ГУН, для расширения частотного диапазона PLLO.
- ^ Патент США № 4646030 Tektronix, Inc. Генератор синхронизируется по частоте и фазе. Использует микропроцессор и ЦАП, выход ЦАП для программируемой схемы задержки.
- ^ Патент США № 5053723 US Philips Corp. PLL с микропроцессором, управляющим ГУН через сеть коммутации и ШИМ.
- ^ Патент США № 5182528 Зута Марк, Компьютер управляет генератором как через грубую цифровую шину, так и через точное аналоговое управление с использованием ЦАП.
- ^ Патент США № 5363419 Advanced Micro Devices, Inc. ГУН управляется с помощью аналогового сигнала, получаемого от счетчика и ЦАП, а также грубого контура.
- ^ Патент США № 5448763 Motorola Inc. Синтезатор PLL, процессор определяет разнос каналов. ФАПЧ имеет более быстрое время синхронизации и меньший шум.