В итоге общая структура синтезатора существенно усложняется. Она реализована на практике в линейке синтезаторов типа QuickSyn фирмы Phase Matrix, ныне в составе National Instruments (см. те же, приведенные выше ссылки на источники), где показала очень высокие характеристики спектральной чистоты. В модели QuickSyn Lite FSW-0010, обеспечивающей диапазон от 0,5 до 10 ГГц, «полка» шума на частоте сигнала порядка 10 ГГц в полосе ФАПЧ составляет около -120 дБн/Гц, а уровень дискретных компонентов менее -70 дБн и время переключения порядка десятков микросекунд. В следующей модели – FSW-0020 – диапазон частот расширен до 20 ГГц, и на её базе создан ряд синтезаторов миллиметрового диапазона, характеристики которых приведены в Табл.3. При этом во всех приведенных модификациях шаг сетки частот равен 1 Гц, паразитные спектральные составляющие не превышают -60 дБн и время переключения частоты не более 1 мс.
Таблица 3
Недостаток – сравнительно высокая сложность и, соответственно, – стоимость. Вместе с тем всё относительно. Если при этом учесть довольно высокое отношение качества к сложности и цене, то вряд ли это можно отнести к недостаткам. Более того, полученные характеристики спектральной чистоты и быстродействия – это не архитектурные ограничения в принципе, а конкретная и весьма упрощенная реализация. Эти характеристики могут быть значительно улучшены при более полном задействовании потенциальных возможностей данного метода синтеза.
2.2. Схема на серийных микросхемах
Конечно, не всем заказчикам нужны ультранизкие шумы и спуры, а также и экстра высокое быстродействие, что в сумме достигается, как правило, за счёт увеличения энергопотребления, габаритов и стоимости. Поэтому существует задача разработки такого прибора, в котором характеристики в первой названной группе требований могут быть несколько ослабленными, зато во второй – значительно ужесточены. Один из вариантов решения этой задачи представлен в работах [31÷33].
Предложенная схема синтезатора поясняется рисунком 9, который иллюстрирует пример получения из опорной частоты Fr=100МГц, умноженной в 20 раз, сигнала с частотой Fc в диапазоне от 25 до 6000 МГц.
Рис.9. Схема синтезатора на серийных микросхемах
Синтезатор состоит из двух последовательно включённых блоков – опорного и основного синтезаторов. Первый и из них обеспечивает частоту с малым шагом перестройки в сравнительно небольшом диапазоне, а второй – использует эту частоту в качестве опорной, расширяя диапазон перестройки синтезатора в целом до нескольких октав. Частотные преобразования, как и обозначения элементов на схеме, пояснений не требуют.
Собственно, это известный принцип построения синтезатора, который, в частности, использован и в QuickSyn (см. предыдущий раздел). Новизна состоит в удачном подборе микросхем для названных блоков.
Например, вместо DDS для получения мелкой сетки в опорном синтезаторе, как это имеет место в том же QuickSyn, здесь используется дробный делитель частоты с дельта-сигма модулятором. Для этого подходит, например, микросхема ADF4159 от Analog Devices. Это существенно экономит энергопотребление и габариты, так как делитель частоты находится в составе микросхемы (ФАПЧ-1), где содержатся и другие необходимые узлы: частотно-фазовый детектор, токовый ключ и др. Фактически, система потребляет столько, сколько она потребляла бы без прямого цифрового синтезатора (экономия порядка 0,5÷1 Вт). Уровень остальных характеристик не сильно уступает решению с DDS.
Так же и в блоке основного синтезатора могут быть использованы экономичные недорогие серийные микросхемы: HMC704 от Hittite (ФАПЧ-2) и MAX2870 от Maxim Integrated (ГУН-2 и ДЧ-2).
По описанной структуре в ЗАО НПФ «Микран» разработан портативный USB синтезатор PLG06 [34] со следующими основными характеристиками: диапазон выходных частот 25—6000 МГц с шагом 1 Гц; уровень фазовых шумов -122 дБн/Гц при отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц; уровень негармонических составляющих в спектре -70 дБн; уровень гармоник -30 дБн; время перестройки частоты 100 мкс.
Имеется режим аналоговой модуляции: АМ, ФМ, ЧМ, ИМ (внешний/внутренний источник) и режим сканирования.