cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2018-21-2-122-131caht-1227Research ArticleИнформатика, вычислительная техника и управлениеInformation technology, computer engineering and managementАНАЛИЗ СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТ С ДРОБНО-ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ДЕЛЕНИЯ ДЕЛИТЕЛЯANALISYS OF FRACTIONAL-N FREQUENCY SYNTHESIZERSШахтаринБ. И.ShakhtarinB. I.

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры автономных информационных и управляющих систем

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Autonomous Information and Control Systems Chair

Shakhtarin@mail.ruКачарминаЕ. Г.KacharminaE. G.

аспирант кафедры автономных информационных и управляющих систем

Post-Graduate Student of the Autonomous Information and Control Systems Chair

Kacharmina.elena@gmail.comВельтищевВ. В.VeltishevV. V.

кандидат технических наук, доцент

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

wwwwelt@mail.ruМосковский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. МоскваРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation201828042018212122131Copyright © Шахтарин Б.И., Качармина Е.Г., Вельтищев В.В., 20182018Шахтарин Б.И., Качармина Е.Г., Вельтищев В.В.Shakhtarin B.I., Kacharmina E.G., Veltishev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1227

Современные информационные и управляющие системы невозможно представить без подсистем синхронизации. Это базовые элементы, обеспечивающие слежение за частотой и фазой опорных и информационных сигналов, оценку информационных параметров, синтез опорных и тактовых сигналов. Синтезаторы частот (СЧ) нашли широкое применение из-за высокой скорости установки частоты, широкого диапазона сетки частот и минимального фазового шума в области рабочей частоты. Поскольку с массовым появлением специализированных микропроцессоров и с усовершенствованием систем автоматического проектирования реализуемость и повторяемость изделий стала проще, все чаще используются цифровые СЧ. Наибольшее распространение получили СЧ с делителем частоты на цифровых элементах, который служит для преобразования сигнала опорного генератора и управляемого генератора. Для СЧ с использованием делителя с целочисленным коэффициентом деления в цепи обратной связи существует ряд ограничений, таких как нижняя частота СЧ и шаг частоты СЧ. Для решения этой проблемы используют делители с дробно- переменными коэффициентами деления в цепи обратной связи, которые позволяют получать требуемый диапазон и шаг сетки частот СЧ. Проанализированы методы повышения качества спектральных и динамических характеристик цифровых синтезаторов в заданной полосе частотных отстроек. Описаны принципы функционирования синтезаторов частот с делителем с дробно-переменным коэффициентом деления, приведены структурные схемы. Представлены результаты имитационного моделирования в системе Simulink программного пакета MATLAB синтезаторов частот с делителем с дробно-переменным коэффициентом деления, реализованным различными способами, проведен сравнительный анализ спектральных характеристик полученных моделей.

 

Modern information and control systems cannot be imagined without synchronization subsystems. These are the basic elements that provide tracking of the frequency and phase of reference and information signals, the evaluation of information parameters, and the synthesis of reference and clock signals. Frequency synthesizers (FS) are widely used due to the high speed of frequency setting, a wide range of frequency grids and minimal phase noise in the operating frequency range. Since with the mass appearance of specialized microprocessors and with the improvement of automatic design systems, the feasibility and repeatability of products has become simpler, digital FS are increasingly being used. The most widely used are FS with a frequency divider on digital elements, which serves to convert the signal of a reference oscillator and a controlled generator. For FS using a divisor with an integer division factor in the feedback loop, there are a number of limitations, such as the lower frequency of the FS and the frequency step of the FS. To solve this problem, divisors with fractional-variable division factors in the feedback loop are used, which allow to obtain the required range and the grid frequency step of the FS. The methods of improving the quality of spectral and dynamic characteristics of digital synthesizers in a given band of frequency detuning are analyzed. The principles of the FS operation with a divisor with a fractionalvariable fission coefficient are described, and structural schemes are given. The results of imitation simulation in the Simulink system of the software package MATLAB of frequency synthesizers with a divisor with a fractional-variable fission factor implemented in various ways are presented, and a comparative analysis of the spectral characteristics of the obtained models is carried out.

 

синтезатор частотделитель с дробно-переменным коэффициентом делениясигма-дельта модуляторквантованиеспектральные характеристикиfrequency synthesizerfractional-N techniquessigma-delta modulatorquantizationspectral characteristicsReferencesШахтарин Б.И. Синтезаторы частот. М.: Горячая линия – Телеком, 2007. 128 с.Shakhtarin B.I. Sintezatory chastot [Frequency synthesizers]. Moscow: Hot line – Telekom, 2007, 128 p. (in Russian)Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов: учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 224 с.Belov L. A. Formirovanie stabilnyih chastot i signalov. Uchebnoe posobie dlya studentov vyisshih uchebnyih zavedeniy [Formation of stable frequencies and signals. Textbook for students of higher educational institutions]. Moscow: “Academy” Publ.centre, 2005, 224 p. (in Russian)Левин В.А., Малиновский В.Н., Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки. М.: Радио и связь, 1989. 232 с.Levin V.A., Malinovskiy V.N., Romanov S. K. Sintezatoryi chastot s sistemoy impulsnofazovoy avtopodstroyki [Frequency synthesizers with a pulse-phase of auto-tuning system]. Moscow: Radio and Communication, 1989, 232 p. (in Russian)Kroupa V. Phase Lock Loops and Frequency Synthesis. 2003. 334 p.Kroupa V. Phase Lock Loops and Frequency Synthesis, 2003, 334 p.Drucker E. Model PLL Dynamics and Phase-Noise Performance // Microwaves and RF Magazine. 2000. Pр. 73–82.Drucker E. Model PLL Dynamics and Phase-Noise Performance, Microwaves and RF Magazine, 2000, рр.73–82.Marques A., Steyaert M., Sansen W. Theory of PLL fractional-N frequency synthesizers // Journal of Wireless Networks. Special issue. VLSI in Wireless Networks, 1997.Marques A., Steyaert M., Sansen W. (1997) “Theory of PLL fractional-N frequency synthesizers”, Journal of Wireless Networks, Special issue: VLSI in Wireless Networks.Романов С.К., Марков И.А. Определение помех дробности в синтезаторах частот с системами ФАПЧ, использующих дельта-сигма модуляторы в дробных делителях частоты // Науч.-техн. сб. Теория и техника радиосвязи. Воронеж: Концерн «Созвездие», 2006. Вып. 1. С. 97–102.Romanov S.K., Markov I.A. Opredelenie pomekh drobnosti v sintezatorah chastot s sistemami PLL, ispol'zuyushchih del'ta-sigma modulyatory v drobnyh delitelyah chastoty [Determination of interference of fractions in frequency synthesizers with PLL systems using delta-sigma modulators in fractional frequency dividers]. Nauchno-tehnicheskiy sbornik “Teoriya i tehnika radiosvyazi” [Scientific and technical collection “Theory and communication engineering”]. Voronezh: PLC «Concern «Sozvezdie», 2006, issue1, pp. 97–102. (in Russian)Perrott M.H., Trott M.D. A modeling approach for sigmadelta fractional-N frequency synthesizers allowing straightforward noise analysis // IEEE Journal of sold-state circuits. Vol. 37, No. 8. 2002.Perrott M.H., Trott M.D. A modeling approach for sigmadelta fractional-N frequency synthesizers allowing straightforward noise analysis. IEEE Journal of sold-state circuits, 2002, vol. 37, no. 8.Быков А.А., Сидоркина Ю.А., Ковальчук А.А. Применение сигма-дельта модуляторов в дробных синтезаторах частоты // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2011. № 2. С. 77–83.Bykov A.A., Sidorkina Yu.A., Kovalchuk A.A. Primenenie sigma-delta modulyatorov v drobnyih sintezatorah chastotyi [The use of sigma-delta modulators in fractional frequency synthesizers] // Vestnik MGTU im. Baumana Seriya “Priborostroyeniye” [Bulletin of Bauman Moscow State Technical University. Series “Instrument making”], 2011, no. 2, рр. 77-83 (in Russian)Шахтарин Б.И., Быков А.А. Сигма дельта модулятор // Научный Вестник МГТУ ГА. 2010. № 158. С. 156–161.Shakhtarin B.I., Byikov A.A. Sigma-delta modulyator [Sigma-delta modulator]. Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, 2010, no. 158, pp. 156–161. (in Russian)Голуб В.С. Сигма-дельта модуляторы и АЦП // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2003. № 4. С. 25–32.Golub V. S. Sigma-delta modulyatory i ACP [Sigma-delta modulators and ADC]. Technology and design in electronic equipment, 2003, no. 4, pp. 25-32 (in Russian)Махлин А. Дельта-сигма модуляция: назад в будущее // Компоненты и технологии. 2010. № 11. С. 154–158.Mahlin A. Del'ta-sigma modulyaciya: nazad v budushchee [Delta-sigma modulation: back to the future]. Components and technologies, 2010, no. 11, pp. 154–158 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.