Фракциона Н фазно затворена петља

Додај везе
С Википедије, слободне енциклопедије

Фракциона Н архитектура омогућава фреквенцијску резолуцију која представља дио референтне фреквенције Fr. Главни мотив коришћења фракционе N архитектуре је да се унаприједи карактеристика фазног шума; како било, повећањем Fr постоји могућност побољшања брзине одабирања исто као и повећања пропусног опсега петље. Излазна фреквенција и фракционом N дизајну је дата као FVCO = Fr (N+K/F), гдје је F фракциона резолуција уређаја у односу на референтну фреквенцију. На примјер, ако захтијевамо 30kHz одвајање канала и имамо фракциону резолуцију 16, Fr може да буде 480 KHz и N је редуковано фактором 16.

Редуковање N имплицира теоријско смањење од 20log(16) = 24dB у перформансама фазног шума. За 900 {MHz дизајн, тотални однос подјеле N, биће реда 1800 прије него 30.000 за цјелобројну N архитектуру. Концепт фракционог N прије ће бити постигнут генерисањем дјелиоца који је разломак него цјелобројног. Ово ће бити учињено динамичном промјеном дјелиоца у петљи, између вриједности N и N+1 на такав начин да просјечна подјела постане разломак Н+К/Ф. Ако изван Ф циклуса, подијелимо са Н+1 К пута и са N F-K пута тада ће просјечна подјела да буде N+K/F. Принцип разломка је дакле резултат просјека и не постоји уређај који може да дијели разломком.

Функционални опис[уреди | уреди извор]

Принципска блок шема

Фракциона Н архитектура је веома слична са N пута умножавачем учестаности, са додатком акумулатора. Акумулатор је једноставна машина стања која мијења вриједност главног дјелиоца (између N и N+1) током затвореног услова. Акомулатор варира број подјела између N и N+1 динамички на тај начин да омогући просјечан однос дијељења који је фракциони број између N и N+1. Ова функција омогућава генерисање просјечне подјеле која је број у облику разломка.

На примјер, ако је N = 2000 и Fr = 0,48Mhz излазна фреквенција омогућава FVCO = 2000*(0,48) = 960 MHz.

У циљу постизања 30 kHz резолуције (генерисање 960,03 MHz на примјер) акумулатор мора динамички да промијени N са 2000 на 2001 једном на сцаких 16 референтних циклуса. Тако ће подјела да буде постављена на 2000 за 15 циклуса Fr-а и постављена на 2001 за један циклус Fр-а. Дакле, просјечна подјела ће бити 2000+1/16 (15•2000+1•2001)/16 = 2000+1/16. Овдје је F = 16 и K = 1.

До сада, фракциони дјелилац је креиран. Међутим, N+K/F однос је направљен на груб начин. То ће проузроковати лажне (паразитне) сигнале на излазу. Коло компензатора лажних сигнала је додато да смањи такве сигнале практично на минимум.

Динамика дјелитеља[уреди | уреди извор]

У интегер-Н ПЛЛ, однос дијељења N је фиксни. Током сваког периода референтног циклуса, 1/Fr секунди, фреквенција ВЦО је подијељена са N. У фракционом N, просјечна подјела N+K/F је постигнута динамичном промјеном дијељења на тај начин да у F референтних циклуса, К пута дјелилац је N+1 више него N. Према томе, преко F референтних циклуса; укупна подјела је N*=K(N+1)+(K-F)N и просјечна N*/F=N+K/F. Због тога што не постоји уређај који може да дијели разломком, тако да је вриједност фракционог дјелитеља постигнута методом просјека.

Елементи фракцоне Н ПЛЛ (дуални модули, бројачи M, А) већ постоје у интегер-Н али требају да се имплементирају и прошире. За разлику од њега, овдје морамо да додамо механизам који динамички промијени вриједност А бројача. То је зато што с времена на вријеме, К пута у F циклуса, вриједност А се повећа за 1, N се такође повећа за 1 [примијетимо да је (A+1)(P+1)+P(M-A-1)=N+1]. Ову функцију ће обавити фракциони акумулатор.

Фракциони акумулатор[уреди | уреди извор]

Сваки фракциони Н ПЛЛ садржи блок струјних кола која се односе на фракциони акумулатор. Овај акумулатор омогућава да ИЦ динамички промијени Н вриједност дјељеника током затвореног стања ПЛЛ. Вријеме акумулатора је клоковано ВЦО сигналом (после дијељења са Н). Сваки пут када акумулатор прекорачи вриједност, царрy оут иде са LOW на HIGH и бројачу N је командовано да се инкрементира на N+1. У системском смислу, К је програмабилна величина која је једнака броју дијељења уређаја са N+1 у пуном циклусу фракционог дјелитеља и F је вриједност која одређује број референтних циклуса који су у сваком пуном циклусу фракционог дијељења. У стварности, F представља величину бројача у акумулатору (на примјер F=16 значи да је бројач четворобитни и броји од 0000 до 1111) и К је вриједност која је додата овом бројачу на крају сваког референтног циклуса.

Генерално, када задамо акумулатору вриједност К, просјечна подјела је:

(N(F-K)+(N+1)K)/F = N+K/F=N*

Када вриједност на излазу акумулатора није 0, то значи да се појавила фазна грешка између референце (Fr) и повратне спреге Fvco/N*, Фазна грешка повећава пропорционалност са вриједношћу акумулатора све док не дође до прекорачења и главни дјелилац се повећа за 1.

Примијетимо два важна принципа: прво, желимо да повећамо ВЦО носилац за K*2π свака F циклуса од Fr. Акумулатор обавља ову функцију. Друго, акумулатор је дигитални интегратор. Преко F циклуса, он ће да акумулира вриједност K*F и због тога да генерише тачно К преносне вриједности.

Резултат инкрементирања (са јединицом) вриједности N дјелитеља за један референтни циклус је да читав циклус VCO (2π) буде `прогутан` и фазна грешка између Fr и Fvco/N је смањена за 2π. Акумулатор обезбјеђује да је ова фазна грешка никад преко 2π. После `гутања` фазна грешка наставља да се акумулира. Актуална тренутна фазна грешка између Fr и Fvco/N* може се израчунати на крају сваког референтног циклуса користећи сљедећу једначину:

Фазна Грешка (радијани) = (2π/F)*вриједност акумулатора 2π

Крај пуног циклуса фракционог циклуса дијељења јавља се када је вриједност царрy овер једнака нули. Због тога је период фракционог циклуса сваких (Fr/F) Hz.

Принципска блок шема фракционог акумулатора

Лажни сигнали и компензација[уреди | уреди извор]

Лажни сигнали су генерисани акумулатором. Без филтра унутар петље (бесконачан пропусни опсег) паразитни сигнали се могу математички апроксимирати тако да је фракциони паразитни сигнал за око 7 dB већи од сигнала носиоца. Овај шум је много већи него у цјелобројном N уређају.

Ако је фракциона резолуција (Fr/F) релативно велика у поређењу са пропусним опсегом петље, лажне компоненте сигнала се могу лако филтрирати филтром пропусником ниских учестаности или нотцх филтром. Међутим, у генералном случају бежичне комуникације (10 kHz до 200 kHz простора између канала) традиционално филтрирање петљом не може бити довољно. Срећом, фракционе паразитне компоненте могу бити смањене и до 40дБ кроз компензаторска кола.

Постоје различити начини имплементације компензаторских кола. Типичном имплементацијом, акумулатор може да узме било коју произвољну вриједност између 1 и 16. Његов царрy оут је повезан са главним дјелитељем преко сабирача да амогући промјену у тоталном односу дијељења сваки пут када фазна грешка достигне 2π. Бити које садржи акумулатор су повезани преко дигитално-аналогног конвертора (ДАЦ), у фракционом компензаторском блоку, са излазом детектора фазе. Ако је савршено компензовано, струја из ДАЦ ће савршено да интерполира повећања фазе сваких 1/Fr временских интервала. У стварности, поништавање је ограничено на свеобухватну прецизност, стабилност, старење и температурне варијације аналогних дјелова који контролишу механизам. Најбољи случај редукције лажних сигнала је обично никад бољи од –40дБЦ (у поређењу са тоталном снагом сигнала). Филтар у петљи (нископропусни) ће додатно да ослаби ниво паразитних сигнала на отприлике -70 dBC.

Предности и ограничења[уреди | уреди извор]

Шема једне од фракционих Н ПЛЛ, Texas Instruments Model TRF2050

Фракциона Н архитектура представља донекле једноставан али значајан еволутивни напредак архитектуре фазно затворене петље (ПЛЛ) и нема никаквих кључних недостатака. Додатна комплексност је умјерена, тако да има минималан утицај на напајање и цијену а ефекат компензаторског кола на шум фазног детектора је минималан.

Нови фракциони Н чипови на тржишту су производ најнапредније IC технологије мијешаних сигнала. Ограничења у паразитним одн. лажним сигналима су углавном због прецизности аналогног компензаторског кола и његове стабилности у времену, процесу и температурним промјенама. Међутим, технологија већ омогућава потискивање паразитних сигнала на нивоу 30 до 40 dB. Такав механизам је отворена петља и не садржи нераскидиву корекцију. Према томе, произвођачи омогућују програмабилну компензацију, CN, да би омогућили оптималну контролу нивоа лажних сигнала у било којој датој примјени и појачању петље. Пошто је читаво коло у једном калупу, температурне промјене утичу на сва унутрашња кола истовремено тако да је температурна стабилност побољшана.

Генералне предности фракционог Н су смањење односа подјеле, смањење фазног шума и побољшање динамике повећањем референтне фреквенције. Постоји могућност да се побољша брзина одабирања због брже фреквенције фазног детектора и ширег пропусног опсега петље.

Када користимо фракциони Н, током повећања Фр такође повећавамо 1/F шум генерисан ПФД. Због тога, не појачавамо теоријских 20log(F) у редукцији шума. Типично појачање је отприлике пола тога 10log(F), које је веома значајно. Фракциона компензација, постајући аналогни процес отворене петље, постигла је значајне перформансе и не би се требала сматрати ограничењем (као што је била у прошлости). Могућност да користимо више референтне фреквенције отвара технологију примјенама које нису биле раније могуће и омогућује високу фреквенцијску резолуцију која је раније захтијевала дизајн са више петљи.

Литература[уреди | уреди извор]

Види још[уреди | уреди извор]

Фракциона Н фазно затворена петља на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Frakciona_N_fazno_zatvorena_petlja&oldid=27558254”