В современных электронных системах стабильность и точность тактовых сигналов жизненно важны для производительности системы. С постоянным увеличением скорости и разрешения преобразователей данных, потребность в высокочастотных источниках тактовых сигналов с низким фазовым шумом растет. Особенно в таких приложениях, как сотовые базовые станции, военные радиолокационные системы и другие системы с высокоскоростными, высокопроизводительными требованиями к тактовым сигналам, проектирование генераторов тактовых сигналов становится особенно важным. Двухконтурные генераторы тактовых сигналов, как продвинутая технология генерации тактовых сигналов, благодаря своей уникальной структуре и функции, не только эффективно устраняют джиттер, но и обеспечивают различные высокочастотные выходы с низким фазовым шумом, делая их идеальным выбором для высококачественных приложений.

Основные Принципы

Двухконтурные генераторы тактовых сигналов обычно состоят из двух каскадных фазовых автоподстройки частоты (ФАПЧ), а именно ФАПЧ1 и ФАПЧ2. Эта структурная схема направлена на объединение преимуществ низкочастотных и высокочастотных ФАПЧ для достижения более высокой производительности и гибкости.

ФАПЧ1 (Низкочастотная ФАПЧ):

В первую очередь отвечает за устранение джиттера опорного сигнала. Использует внешний низкочастотный управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO) и встроенный фильтр третьего порядка для создания ФАПЧ с полосой пропускания в диапазоне от 30 Гц до 100 Гц. Ограниченное полосовое проектирование позволяет ФАПЧ1 эффективно фильтровать высокочастотный шум и джиттер от опорного входа, обеспечивая тактовый сигнал с низким фазовым шумом.

ФАПЧ2 (Высокочастотная ФАПЧ):

Отвечает за генерацию высокочастотных фазосинхронизированных выходов. Интегрирует высокоскоростной генератор управляемого напряжением (VCO) с центральной частотой до нескольких ГГц и частью встроенного фильтра третьего порядка, с полосой пропускания обычно около нескольких сотен кГц. ФАПЧ2 использует тактовый сигнал с низким фазовым шумом, предоставленный ФАПЧ1, в качестве опорного для дальнейшей генерации высокочастотных фазосинхронизированных выходов.

Преимущества

Устранение Джиттера:

Один высокочастотный ФАПЧ, хотя и способен выполнять частотное преобразование, трудно спроектировать с достаточно низкой полосой пропускания, чтобы отфильтровать влияние высокошумных опорных сигналов. Двухконтурная структура, с узкополосным проектированием ФАПЧ1, эффективно ослабляет фазовый шум опорного входа, значительно снижая джиттер выходного тактового сигнала, делая тактовый сигнал всей системы более стабильным и надежным.

Высокочастотный Выход:

На основе устранения джиттера ФАПЧ2 использует высокоскоростной VCO для генерации высокочастотных фазосинхронизированных выходов. Этот высокочастотный выход не только удовлетворяет требованиям к частоте тактовых сигналов современных электронных систем, но и сохраняет характеристики низкого фазового шума, обеспечивая высокопроизводительную работу системы.

Возможность Многократного Выхода:

Некоторые современные двухконтурные аналоговые ФАПЧ интегрированы в один чип, позволяя конструкторам обеспечивать тактовые сигналы для нескольких устройств, требующих различных частот от одного фазосинхронизированного источника. Этот дизайн не только экономит ценное пространство на печатной плате, но и упрощает проектирование системы и улучшает общую производительность системы.

Низкий Фазовый Шум:

Двухконтурные генераторы тактовых сигналов достигают общего низкого фазового шума на выходе, оптимизируя полосу пропускания контура ФАПЧ и кривые фазового шума VCO/VCXO. Это особенно важно для приложений, требующих высокой точности синхронизации времени и стабильности частоты.

Примеры Применения и Анализ Производительности

Взяв в качестве примеров генераторы тактовых сигналов, такие как AD9523, AD9523-1 и AD9524, все эти устройства используют двухконтурные структуры. В AD9523-1 ФАПЧ1 использует внешний низкочастотный VCXO и часть встроенного фильтра третьего порядка для формирования ФАПЧ с полосой пропускания в диапазоне от 30 Гц до 100 Гц. Этот ФАПЧ, благодаря высокопроизводительному VCXO и узкополосному проектированию, эффективно ослабляет фазовый шум опорного входа. ФАПЧ2, с другой стороны, использует внутренний высокоскоростной VCO, центрированный на 3 ГГц, и часть встроенного фильтра третьего порядка для генерации высокочастотных фазосинхронизированных выходов.

В практических приложениях производительность двухконтурных генераторов тактовых сигналов впечатляющая. Проверка с использованием симуляционного инструмента ADIsimCLK показывает, что выходной фазовый шум ФАПЧ1 значительно ниже, чем первоначальный фазовый шум опорного входа, а его полоса пропускания значительно ослабляет фазовый шум опорного источника напряжения. На высоких частотах внутренний фазовый шум VCO ФАПЧ2 становится доминирующим фактором, но в определенном диапазоне (например, после смещения частоты на 5 кГц) его влияние ограничено. Поэтому двухконтурные генераторы тактовых сигналов могут обеспечивать стабильные, низкошумные тактовые сигналы в широком диапазоне частот.

Заключение

Двухконтурные генераторы тактовых сигналов, благодаря своей интересной структуре и отличной производительности, играют все более важную роль в современных электронных системах. Объединяя преимущества низкочастотных и высокочастотных ФАПЧ, двухконтурные генераторы тактовых сигналов не только эффективно устраняют джиттер, но и обеспечивают различные высокочастотные выходы с низким фазовым шумом. Этот дизайн не только соответствует высоким требованиям современных электронных систем к тактовым сигналам, но и упрощает проектирование системы и улучшает общую производительность системы. С непрерывным технологическим прогрессом и расширением областей применения перспективы применения двухконтурных генераторов тактовых сигналов станут еще шире.