Многобитная система ФАПЧ - PLL multibit

А Многобитная система ФАПЧ или же многобитная система ФАПЧ это ФАПЧ (PLL), который обеспечивает улучшенную производительность по сравнению с unibit PLL используя больше биты. ФАПЧ Unibit используют только старший бит (MSB) выходной шины каждого счетчика для измерения фаза, в то время как многобитные системы ФАПЧ используют больше битов.[1] ФАПЧ - важный компонент в телекоммуникации.

Многобитные системы ФАПЧ обеспечивают повышенную эффективность и производительность: лучшее использование частотный спектр, чтобы обслуживать больше пользователей с более высокой качество обслуживания (QoS), сниженная мощность передачи РЧ и пониженное энергопотребление в сотовые телефоны и другие беспроводной устройств.

Концепции

Петля фазовой автоподстройки частоты - это электронный компонент или система, содержащая замкнутый цикл для управления фазой осциллятор при сравнении ее с фазой входного сигнала или эталонным. Косвенный синтезатор частот использует ФАПЧ. В полностью цифровой системе ФАПЧ генератор, управляемый напряжением (VCO) управляется с помощью цифровой, скорее, чем аналог, управляющий сигнал. В 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 UniBIT петли фазовой автоподстройки, фаза измеряется с использованием только один бит из опорного и выходных счетчиков, наиболее значимый бит (MSB). В фазовой автоподстройки частоты многоразрядной, фаза измеряется с использованием более чем одного бита опорного и выходных счетчиков, как правило, в том числе наиболее значимый бит.

Unibit PLL

В unibit PLL 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 бесполезная информация.

Структура и производительность ФАПЧ

ФАПЧ включает фазовый детектор, фильтр и генератор, соединенные в замкнутый контур, поэтому частота генератора соответствует (равна) входной частоте. Хотя средняя выходная частота равна входной частоте, частота генератора колеблется или колеблется около этого среднего значения. Замкнутый контур корректирует такие отклонения частоты; ФАПЧ с более высокими характеристиками снижает эти колебания до более низких значений, однако эти отклонения невозможно остановить. Видеть Теория управления. Фазовый шум, побочное излучение, и дрожь являются результатом вышеуказанных явлений.

Характеристики синтезатора ФАПЧ

  • Синтезаторы частоты с ФАПЧ широко используются в современной телекоммуникации. Например, сотовый телефон может включать от трех до шести ФАПЧ.
  • В фазовый шум могут мешать другим абонентам, снижая качество их обслуживания. Вмешательство взаимное. Если шум уменьшится, возможна более быстрая связь, чтобы увеличить символьная скорость использование более сложных схем модуляции, то есть передача большего количества бит на выборку.

Частота время установления это время, необходимое системе ФАПЧ для переключения на другую частоту. Скачкообразная перестройка частоты используется в GSM, и тем более в современных системах. CDMA, скачкообразная перестройка частоты обеспечивает лучшую производительность, чем фазовое кодирование.

Высокое разрешение по частоте - это способность системы ФАПЧ генерировать близкорасположенные частоты. Например, сотовая сеть может потребовать, чтобы мобильный телефон установил свою частоту на любое из множества значений с интервалом 30 кГц или 10 кГц.

В конверт производительности схемы ФАПЧ определяет взаимосвязь между вышеуказанными важными критериями производительности - например, улучшение разрешения по частоте приведет к более медленной системе ФАПЧ, увеличению фазового шума и т. д.

PLL Multibit расширяет диапазон рабочих характеристик PLL - он позволяет достичь более быстрого времени установления вместе с высоким разрешением по частоте и меньшим фазовым шумом.

Эффекты юнибита

По мере продвижения от MSB к младшему значащему биту (LSB) частота увеличивается. Для двоичного счетчика каждый следующий бит имеет двойную частоту, чем предыдущий. Для счетчиков по модулю соотношение более сложное.

Только MSB двух счетчиков имеют одинаковую частоту. Другие биты в одном счетчике имеют другие частоты, чем в другом счетчике.

Все биты на выходе одного счетчика вместе представляют собой цифровая шина. Таким образом, в синтезаторе частоты ФАПЧ есть две шины: одна для счетчика опорных сигналов, а 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

Конструкция ФАПЧ - это междисциплинарный Задача, сложная даже для знатоков 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.

Многобитная ФАПЧ

Принцип действия

Вышеупомянутая система ФАПЧ использует больше битов двух счетчиков. Существует сложная проблемасравнения сигналов на разных частотах в двух цифровые автобусы которые рассчитываются до другого конечного значения.

Повышение производительности возможно за счет использования более быстрых битов счетчиков с учетом дополнительной доступной информации.

Функционирование ФАПЧ дополнительно нарушается из-за переполнение счетчиков. Этот эффект актуален только в многобитовых ФАПЧ; для Unibit PLL имеется только однобитовый сигнал MSB, поэтому переполнение невозможно.

Выполнение

Дополнительная степень свободы в многобитных схемах ФАПЧ позволяет адаптировать каждую систему ФАПЧ к конкретным требованиям. Это может быть эффективно реализовано с помощью устройств с программируемой логикой (PLD), например, производимых Altera Corp.[7] Altera предоставляет как цифровые компоненты, так и передовые инструменты проектирования для использования и программирования компонентов.

Ранние многобитные системы ФАПЧ использовали микропроцессор, а микроконтроллер или DSP, чтобы замкнуть цикл в умной реализации.[8][9][10][11][12][13][14]

Преимущества

Многобитная система ФАПЧ обеспечивает высокое разрешение по частоте и быстрое скачкообразное изменение частоты, а также более низкий фазовый шум и низкое энергопотребление, что, таким образом, увеличивает общую производительность системы ФАПЧ.

Полоса пропускания контура может быть оптимизирована с учетом характеристик фазового шума и / или скорости установки частоты; это меньше зависит от разрешения по частоте.

Повышение производительности системы ФАПЧ позволяет лучше использовать частотный спектр и уменьшить мощность передачи. И действительно, производительность ФАПЧ постоянно улучшается.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б Марк Зута, «Новая система ФАПЧ с быстрым временем установления и низким фазовым шумом». Микроволновый журнал, Июнь 1998 г., стр. 94–108.
  2. ^ Флойд М. Гарднер, Техники фазовой блокировки, Второе издание. ISBN  0-471-04294-3
  3. ^ Вадим Манассевич: Синтезаторы частот, теория и дизайн. Второе издание. ISBN  0-471-07917-0
  4. ^ Бар-Гиора Голдберг, Цифровые методы в синтезе частот
  5. ^ Уильям К. Линдси, Марвин К. Саймон, Инженерия телекоммуникационных систем
  6. ^ Марвин Фреркинг, Конструкция кварцевого генератора и температурная компенсация
  7. ^ а б «Книга данных устройства». Корпорация Альтера.
  8. ^ Патент США № 4450518 ITT Industries, Inc. Система управления с обратной связью для регулировки частоты генератора с помощью микропроцессора и ЦАП.
  9. ^ Патент США № 4503401 Allied Corporation ФАПЧ с микропроцессором, управляющим ГУН для расширения частотного диапазона ФАПЧ.
  10. ^ Патент США № 4646030 Tektronix, Inc. Осциллятор с синхронизацией по частоте и фазе. Использует микропроцессор и ЦАП, выход ЦАП для программируемой схемы задержки
  11. ^ Патент США № 5053723 США Philips Corp. PLL с микропроцессором, управляющим VCO через коммутационную сеть и PDM.
  12. ^ Патент США № 5182528 Зута Марк, Компьютер управляет генератором как через грубую цифровую шину, так и через точное аналоговое управление с помощью ЦАП.
  13. ^ Патент США № 5363419 Advanced Micro Devices, Inc. VCO управляется с использованием аналогового сигнала, полученного от счетчика и ЦАП, и грубого контура.
  14. ^ Патент США № 5448763 Motorola Inc. PLL синтезатор, процессор определяет разнос каналов. ФАПЧ имеет более быстрое время блокировки и более низкий уровень шума