Влияние внутренних шумов и искажений характеристик дискриминаторов на работу синтезатора частот с системой фазовой автоподстройки частоты

• Автор: Жабин, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В работе системно и основательно рассмотрены актуальные и к настоящему времени малоизученные вопросы, связанные с выявлением источников внутренних шумов дискриминаторов, используемых в синтезаторах частоты и других устройствах с системой фазовой автоподстройки частоты. Детально рассмотрены механизмы влияния внутренних шумов функциональных узлов на работу дискриминаторов и уровень их эквивалентных фазовых шумов, а также на общий уровень спектральной плотности мощности фазовых шумов генерируемого системой колебания. Рассмотрены причины появления и типы локальных и периферийных искажений формы дискриминационных характеристик фазовых и частотно-фазовых дискриминаторов и их влияния на динамические свойства системы и уровень фазовых шумов. Приведены результаты ряда экспериментальных исследований искажения формы дискриминационных характеристик, методики и результаты экспериментального извлечения недостающих параметров шумовых эквивалентных схем, результаты экспериментального исследования шумовых характеристик фазовых и частотно-фазового дискриминаторов на логических элементах, а также результаты экспериментального исследования уровней фазовых шумов тестовой интегральной микросхемы синтезатора частот отечественного производства.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. Актуальность темы и цели исследования
1. Фазовые шумы выходных колебаний непрямых синтезаторов частот: история и методы исследования
1.1. Обзор публикаций
1.2. Выбор структуры исследуемого синтезатора с кольцом ФАПЧ и основные уравнения этого синтезатора
1.3. Методика анализа влияния шумов функциональных узлов на уровень фазовых шумов выходного колебания
1.4. Оценка вклада шумов ИЧФД по экспериментальным данным
об общем уровне фазовых шумов выходного колебания
1.5. Уточнение цели и задач исследования
1.6. Основные результаты главы
2. Идеализированные и реальные дискриминационные характеристики ИФД и ИЧФД
2.1. Задачи и выбор объектов исследования
2.2. Дискриминационные характеристики и показатели качества
ИФД на логических элементах
2.3. Исследование искажений дискриминационных характеристик
ИФД на логических элементах
2.4. Дискриминационные характеристики и показатели качества импульсных частотно-фазовых дискриминаторов
на логических элементах
2.5. Влияние схем подкачки заряда, используемых в аналоговой
части ИЧФД, на дискриминационные характеристики
2.6. Исследование искажений дискриминационных
характеристик ИЧФД
2.7. Основные результаты главы
3. Источники и механизмы влияния внутренних шумов на функционирование ИФД и ИЧФД.
Экспериментальное исследование уровней внутренних
шумов в базовых КМОП-структурах, ИФД и ИЧФД
3.1. Уточнение задачи выявления источников и механизмов
влияния внутренних шумов в ИФД и ИЧФД
3.2. Формирование моделей для анализа внутренних
шумов ИФД и ИЧФД
3.2.1. Выбор шумовой эквивалентной
схемы МОП-транзистора
3.2.2. Анализ флуктуаций в базовых логических элементах
на КМОП-структурах
3.2.3. Анализ влияния флуктуаций, вносимых ИФД

3.2.4. Анализ влияния флуктуаций, вносимых логической
частью ИЧФД
3.2.5. Анализ влияния флуктуаций в аналоговой части ИЧФД
3.2.6. Оценка СПМ эквивалентного фазового шума ИЧФД
с аналоговой частью в виде схемы подкачки заряда
3.3. Экспериментальное исследование флуктуационных характеристик базовых КМОП-структур и построенных а их основе ИФД и ИЧФД
3.3.1. Задачи экспериментального исследования
3.3.2. Автогенераторный метод измерения фазовых шумов,
вносимых КМОП-структурами на примере инвертора
3.3.3. Результаты экспериментального исследования флуктуационных характеристик автогенераторов
на КМОП-инверторах
3.3.4. Экспериментальное исследование шумовых
характеристик ИФД и логической части ИЧФД
3.4. Оценки флуктуационных характеристик ИФД и ИЧФД
3.5. Основные результаты главы
4. Экспериментальное исследование флуктуационных характеристик тестовой микросхемы ФАГГЧ. Сравнение результатов
с теоретическими ценками
4.1. Задачи экспериментального исследования тестовой микросхемы ФАГГЧ с ИЧФД
4.2. Результаты экспериментального исследования фазовых
шумов в ФАПЧ на основе тестовой микросхемы и их сопоставление
с теоретическими оценками
4.3. О методиках исследования тестовых образцов вновь разрабатываемых ИМС, предназначенных для построения
синтезаторов частот с низкими уровнями фазовых шумов
4.4. Основные результаты главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Листинг программы (Mathcad) для численного решения системы нелинейных дифференциальных уравнений методом Эйлера
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Листинг программы (Mathcad) расчетов уровней фазовых шумов выходного колебания СЧ и системой ФАГГЧ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты о внедрении результатов
диссертационной работы

Рис.1.10. Линеаризованная структурная схема СЧ для анализа малых возмущений стационарного режима
На схеме рис 1.10 введены следующие обозначения: фш.эг- источник фазовых шумов ЭГ,
Фш.д1 и фш.д2 — источники эквивалентных фазовых шумов ДПКД1 и ДГЖД2 соответственно,
фш.фд источник эквивалентных фазовых шумов ИЧФД, фш.пг источник собственных фазовых шумов ПГ,
фш.вых - фазовые шумы выходного колебания ПГ в режиме синхронизации при помощи кольца ФАПЧ.
Относительно источника эквивалентных фазовых шумов ИЧФД необходимо сделать следующее важное замечание. Реальные источники собственных шумов электрических цепей, входящих в состав ИЧФД, приводят к появлению шумовой составляющей выходного тока /д.ш. Под эквивалентным фазовым шумом ИЧФД понимается такая шумовая составляющая разности фаз входных колебаний фш.фД , которая будучи добавленной к реальной входной разности фаз вызовет на выходе ИЧФД шумовую составляющую выходного тока /дш. Таким образом, она определяется соотношением: