Синтезатор ЛЧМ сигналов с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты и сигма-дельта модулятором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Черкашин, Александр Александрович

• Черкашин, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черкашин, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО МОДУЛИРОВАННЫХ (ЛЧМ) СИГНАЛОВ.

1.1. ЛЧМ сигнал и основные критерии оценки качества его формирования.

1.2. Общие сведения о формировании ЛЧМ сигналов.

1.3. Цифровые вычислительные синтезаторы ЛЧМС.

1.4. Комбинированные вычислительные синтезаторы ЛЧМ сигналов.

1.4.1. Синтезаторы на основе ЦВС и кольца ФАПЧ.

1.4.2. Синтезаторы ЛЧМС с ДДПКД и аналоговой компенсацией помех дробности.

1.4.3. Синтезаторы частот и сигналов с ДДПКД и сигма-дельта модулятором.

1.4.3.1. Краткие теоретические сведения о сигма-дельта модуляторах.

1.4.3.2. Компенсация помех дробности с помощью сигма-дельта модулятора.

1.4.3.3. Синтезатор ЛЧМС с ДДПКД и СДМ.

1.5. Выводы.

2. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНТЕЗАТОРА ЛЧМ СИГНАЛОВ С ИФАПЧ И СИГМА-ДЕЛЬТА МОДУЛЯТОРОМ.

2.1. Особенности работы импульсного частотно-фазового детектора.

2.2. Режим установки начальной частоты ЛЧМС.

2.2.1. Переходный процесс по частоте.

2.2.2. Переходный процесс по фазе.

2.3. Режим формирования ЛЧМ сигнала.

2.4. Моделирование динамических характеристик синтезатора ЛЧМС.

2.5. Выводы.

3. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА СИГМА-ДЕЛЬТА ФОРМИРОВАТЕЛЯ ЛЧМС.

3.1. Способы обработки сигналов с линейной частотной модуляцией.

3.2. Математическая модель фазовых ошибок синтезатора ЛЧМ сигнала.

3.3. Компьютерное моделирование спектральных характеристик синтезатора ЛЧМС и оценка его показателей качества.

3.4. Влияние различия зарядного и разрядного токов подкачки заряда в аналоговой части ИЧФД на показатели качества выходного сигнала ЛЧМС.

3.4.1. Расчет СИМ фазовых флуктуаций на выходе синтезатора при различии токов на выходе АЧ ИЧФД.

3.4.2. Влияние различия токов на выходе АЧ ИЧФД и типа СДМ на фазовую ошибку выходного сигнала синтезатора.

3.5. Оценка качества формирования сигналов на основе результатов обработки ЛЧМС.

3.5.1. Оценка качества формируемого сигнала при обработке

ЛЧМ сигнала с помощью сжатия спектра.

3.5.2. Корреляционная обработка ЛЧМ сигнала.

3.5.3. Влияние отклонений частоты и фазы от идеального закона на показатели качества выходного сигнала синтезатора ЛЧМС.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ И СИГНАЛОВ С ИФАПЧ.

4.1. Методика проектирования формирователя ЛЧМС с сигма-дельта модулятором.

4.2. Программа расчета характеристик синтезатора ЛЧМ сигнала.

4.3. Макет синтезатора ЛЧМ сигнала с ИФАПЧ и СДМ.

4.4. Пример расчета характеристик формирователя ЛЧМС и их сравнение с экспериментальными данными.

4.5. СБИС синтезатора частот с ИФАПЧ 1508ПЛ9Т.

4.5.1. Отладочная плата для СБИС 1508ПЛ9Т.

4.6. Структурная схема ИМС синтезатора частот и ЛЧМ сигналов.

4.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтезатор ЛЧМ сигналов с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты и сигма-дельта модулятором»

Актуальность темы

Сложные широкополосные сигналы вот уже несколько десятилетий привлекают разработчиков специальных и коммерческих радиотехнических систем [1-5]. Это объясняется лучшей помехозащищенностью систем, использующих сигналы с распределенным спектром, снижением необходимой пиковой мощности передающих устройств для достижения тех же энергетических характеристик, меньших уровнем помех другим системам И т.д.

В числе сложных сигналов широко применяются сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Исторически ЛЧМ сигналы (ЛЧМС) использовались в основном для специальных и военных задач [4-7]. К настоящему времени с помощью ЛЧМ сигналов решается также широкий круг задач, связанных с потребительской и промышленной техникой. Рассмотрим области применения систем с ЛЧМС.

Обнаружение и оценка параметров движения объектов

Слабая чувствительность к доплеровским сдвигам частоты обеспечили большую популярность ЛЧМ сигналов в РЛС [1,4-24]. Совместное измерение дальности и скорости при наличии помех можно осуществить, если в качестве зондирующего использовать сигнал, состоящий из ряда ЛЧМ сигналов, начальные значения фазы и частоты, скорость и длительности которых разные. Частными случаями составных сигналов являются сигналы с У-образной ЧМ или несимметричной двунаправленной ЧМ. Одновременное измерение дальности и скорости целей осуществляется также РЛС с непрерывной ЧМ, например, по треугольному или трапециевидному закону [4].

В последние годы радары широко применяются в обеспечении безопасности дорожного движения, включаются в штатный бортовой комплект электроники автомобиля для предупреждения о приближении препятствия на опасное расстояние [9-12]. Такие системы основаны на РЛС с непрерывной ЧМ. Центральная частота, используемых в них сигналов, составляет обычно 76,5-77 ГГц, девиация частоты 160-400 МГц, а скорость достигает 2000 ГГц /с. Известно применение ЛЧМ сигналов для наблюдения через препятствия за перемещением людей или нахождения дефектов в бетонных блоках [16].

Распознавание космических объектов

Современные РЛС в состоянии не только обнаруживать космические объекты и измерять параметры их движения, но и определять их размер, конфигурацию, скорость вращения вокруг центра тяжести и оси вращения. По изменению скорости вращения спускаемого объекта при его вхождении в плотные слои атмосферы можно определить его массу. Для решения таких задач необходимы сигналы с полосой частот в несколько сотен мегагерц, начальной частотой 1000-6000 МГц [5]. Т.к. дальность действия таких РЛС велика, для обеспечения заданного отношения сигнал-шум используют длительность сигнала около миллисекунды. При этом база сигнала достигает порядка 106 и более.

Радиовысотометрия

В радиовысотомерах, устанавливаемых на самолетах, вертолетах, искусственных спутниках Земли и космических кораблях используют как импульсные ЛЧМ сигналы, так и сигналы с непрерывной ЧМ, меняющейся по треугольному и пилообразному законам [8,17]. При использовании импульсных ЛЧМ сигналов измерение высоты осуществляется по каждому импульсу, благодаря чему достигается более высокая точность измерения, при непрерывной ЛЧМ получают усредненный результат. Однако, в последнем случае требуется менее мощный передатчик. Радиовысотомеры, устанавливаемые на ИСЗ, поставляют важную информацию о природных ресурсах Земли, для океанографии, экологического мониторинга. Обычно они работают в Ки-диапазоне. Например, радиовысотомер, установленный на

ИСЗ Poseidon (Франция), работает на частоте 13.5/5.3 ГГц с девиацией 100320 МГц и длительностью импульса равной 105.6 мкс [17].

Физические измерения

Радиолокаторы с ЛЧМ применяются для различных физических измерений, поскольку они позволяют с высокой точностью определять характеристики облучаемых объектов. Примером может служить радиолокационное наблюдение планет и определение их физических характеристик [18].

С помощью непрерывных ЛЧМС производилось исследование ионосферы на предмет распространения радиоволн ДКМ диапазона (ЛЧМ-ионозонды).

Георадары используются для исследования подповерхностных слоев грунта. Для их работы используются ЛЧМ сигналы с несущей частотой 3002000 МГц, длительностью в единицы миллисекунд и девиацией порядка МГц [17,19,20].

Известно успешное применение ЛЧМ сигналов в гидроакустике на несущих частотах 30-500 кГц [21], для измерения толщины и свойств льдов Арктики и Гренландии [19]. Используют ЛЧМС для определения скорости движения и возможности схода снежных лавин [23].

При измерении уровня жидкости в промышленных сосудах, системы с ЛЧМ сигналами с успехом заменяют ультразвуковые датчики или рентгеновские установки [24,25].

Измерительная техника

К сигналам, применяемым в измерительной технике, предъявляются высокие требования по линейности закона изменения частоты. В [26-28] описываются синтезаторы ЛЧМ сигналов для анализаторов цепей. В векторном анализаторе цепей, описанном в [26], формируется ЛЧМ сигнал с начальной частотой 4 ГГц, девиацией 1,5 ГГц, длительностью импульса о

20 мс и относительной нелинейностью 1,6-10" (максимальное отклонение от линейного закона ±25 Гц). В синтезаторе [28] формировался JI4M сигнал от 4,5 ГГц до 9 ГГц за 50 мс с относительной нелинейностью 3,4-10"10 (максимальное отклонение ±1,5 Гц). Однако, следует отметить, что эти результаты получены перемножением выходных сигналов двух идентичных синтезаторов, следовательно регулярные составляющие частотных ошибок, например за счет нелинейности модуляционной характеристики генератора, управляемого напряжением (ГУН), компенсировались.

Системы передачи информации

В условиях сложных естественных воздействий, а также помех от других систем, работающих в общем участке диапазона частот, преднамеренных помех перспективными являются сложные сигналы, которые обладают повышенной помехоустойчивостью. Система [29] использует JI4MC, имеет скорость передачи информации 5 МБ/с и работает на частоте 2.4 ГГц. Для формирования J14M сигнала в ней используются дисперсионная линия задержки на ПАВ с центральной частотой 348.8 МГц, полосой частот 80 МГц и скоростью 4M ±40 МГц/мкс. Информационный поток передается посредством бинарной ортогональной модуляции (ВОК -binary orthogonal keying), лог."1" формирует восходящее изменение частоты JI4M, а лог."0" - нисходящее. Для повышения пропускной способности канала соседние ЛЧМ импульсы перекрываются на 1/3 или 2/3 длительности.

Фирма Nanotron выпускает комплект приемопередатчика на основе микросхем собственной разработки для построения сети связи со скоростью передачи до 2 Мбит/с и возможностью определения местоположения каждого устройства в сети [30].

Таким образом, разнообразие систем предопределяет различные требования к параметрам формируемых сигналов: начальной частоте fH, скорости частотной модуляции V, девиации W, длительности Тлчм, базе D=W-Tj,4M и периоду повторения Тп. Часто требуется формировать несколько сигналов или менять параметры модуляции в течение действия сигналов. Для решения такого рода задач необходимы синтезаторы сигналов.

Развитие радиотехнических систем во многих случаях связано с использованием ЛЧМ сигналов с большими базами. Формирование таких сигналов с высокой точностью является нетривиальной задачей, которая еще более усложняется с повышением мощности сигналов. Действительно, сформированный на малом уровне мощности сигнал, проходя через оконечный тракт усиления реального передающего устройства с неидеальными характеристиками, подвергается искажениям, приводящим к ухудшению характеристик системы [31]. Нейтрализация неидеальных АЧХ и ФЧХ реального тракта достигается соответствующим предыскажением параметров формируемого сигнала.

Во многих случаях потенциальные характеристики системы зависят от точности формирования используемых в них сигналов. Например, при фильтровой обработке ЛЧМС для получения уровня боковых лепестков -40дБ и менее, гармонические составляющие фазовых и амплитудных ошибок не должны превышать 1.2 град и 2 % соответственно независимо от базы формируемого сигнала [5].

Формирование ЛЧМ сигналов с девиацией, не превышающей сотен мегагерц с достаточно высоким качеством возможно в цифровых вычислительных синтезаторах (ЦВС) [32-37]. Однако, развитие радиотехнических систем во многих случаях связано с использованием ЛЧМ сигналов с большими девиациями. Синтез таких сигналов возможен в синтезаторах с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ), и, в частности, в синтезаторах с делителем с дробно-переменным коэффициентом деления (ДДПКД), управляемым накопителем кода. Недостатками такого типа формирователей является наличие специфических помех в выходном сигнале, называемых помехами дробности, а также зависимость фазовой ошибки выходного сигнала от линейности модуляционной характеристики генератора, управляемого напряжением (МХ

ГУН). Введение в схему синтезатора дополнительных узлов для линеаризации модуляционной характеристики позволяет существенно уменьшить последнюю проблему. Помехи дробности возникают из-за периодичности работы накопителя. Борьба с ними может осуществляться тремя путями: аналоговой компенсацией; применением методов рандомизации с использованием сигма-дельта модуляторов (СДМ) и комбинированными методами.

Одним из наиболее перспективных синтезаторов (формирователей) ЛЧМС на сегодняшний день является синтезатор на основе системы ИФАПЧ с ДДПКД и сигма-дельта модулятором. Принципиальная возможность формирования выходного сигнала с высокими показателями качества (динамические, спектральные характеристики, фазовая ошибка), позволяет использовать такие системы синтеза для формирования ЛЧМ сигналов с весьма большими базами. Кроме того, формирователи такого типа обладают высокой технологичностью. Немаловажным преимуществом указанных формирователей является их потенциально низкое энергопотребление. Эти обстоятельства делают синтезаторы с сигма-дельта модуляторами на основе системы импульсной ФАПЧ весьма привлекательными для формирования широкополосных ЛЧМ сигналов и для создания специализированных отечественных микросхем с возможностью формирования, как сетки частот, так и ЛЧМС.

Система ИФАПЧ представляет собой в общем случае нелинейное устройство, содержащее как непрерывную, так и импульсную части. Исследованию таких систем посвящено множество научных работ как отечественных, так и зарубежных авторов, например [38-42]. В их числе: В.В. Шахгильдян, A.A. Ляховкин, В.А. Левин, В.Н. Кулешов, A.B. Пестряков, Л.Н. Казаков, С.К. Романов и их ученики. Среди зарубежных авторов: Манассевич В., Гарднер Ф., Линдсей В.

Автор считает своим долгом выделить имя д.т.н., проф. Левина В.А., известного ученого в области синтеза частот, ныне покойного. Под его руководством начиналась эта работа.

Теория и техника использования сигма-дельта модуляции в синтезаторах частот и сигналов разрабатывалась на протяжении двух десятилетий [51-83]. Причем, наиболее разработанными являются системы синтеза частот такого типа. В этой области выделяются работы: И.В. Путилина, Н.М. Тихомирова, Т. Рылея, Т. Квасневского, М. Перротта, Ч. Содини, В. Ри, Б. Мюера, М. Стюарта и других.

Исследованию формирователей частотно-модулированных сигналов с помощью систем ИФАПЧ с ДДПКД посвящены работы [5, 26-28, 43-48]: В.Н. Кочемасова, Л.А. Белова, А.Д. Ревуна, А.Н. Жарова. Однако в этих работах рассматриваются только формирователи с аналоговой компенсацией помех дробности. Работа И.И. Колесникова посвящена формированию сигнала для ЧМ - радиовещания. Труды зарубежных авторов: Т. Мюша, М. Пишлера и др. затрагивают только аспекты практической реализации формирователей ЛЧМС на основе ДДПКД и С ДМ [15, 26-28].

С недавнего времени выпускаются специализированные зарубежные микросхемы для построения формирователей ЛЧМ сигнала с системой ИФАПЧ и С ДМ [84-87]. Однако специфические вопросы формирования ЛЧМ сигналов в синтезаторе на основе кольца ИФАПЧ и ДДПКД под управлением СДМ ранее исследованы не были. Такие исследования необходимы для понимания физических процессов, происходящих в формирователях и определения параметров кольца автоподстройки при проектировании синтезаторов. Кроме того, актуальной является задача разработки отечественных ИМС синтезаторов с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты с возможностью формирования ЛЧМ сигнала. С этой точки зрения также важен теоретический анализ таких формирователей.

В соответствии с изложенными выше обстоятельствами, сформулируем основную цель и задачи диссертационной работы.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является исследование динамических и спектральных характеристик формирователя ЛЧМ сигналов на основе синтезатора с ИФАПЧ и сигма-дельта модулятором.

В соответствии с поставленной целью требуется решение следующих основных задач:

• создание математической динамической модели формирователя ЛЧМ сигнала и определение его динамических свойств в режиме подготовки к модуляции и непосредственно при действии модуляции;

• построение математической модели для определения фазовых ошибок выходного сигнала формирователя ЛЧМС с различными типами СДМ при неидеальной реализации аналоговой части ИЧФД, выбор оптимального типа СДМ для построения схемы формирователя. Анализ влияния параметров кольца автоподстройки и ЛЧМ сигнала, а также нелинейности модуляционной характеристики ГУН на фазовые ошибки выходного сигнала формирователя, в том числе с дальнейшей обработкой ЛЧМС;

• создание имитационной компьютерной модели формирователя ЛЧМ сигналов, обеспечивающей оценку динамических и спектральных характеристик формирователя с учетом последующей обработки ЛЧМС;

• выработка методики проектирования синтезаторов ЛЧМС на основе кольца импульсной ФАПЧ с СДМ, разработка программного обеспечения для такой методики;

• разработка структурной схемы варианта СБИС синтезатора частот и ЛЧМ сигналов с СДМ;

• создание макета и экспериментальное исследование синтезатора ЛЧМ сигналов на основе зарубежной микросхемы НМС701ЬР6СЕ с целью определения потенциальных возможностей таких синтезаторов.

• проведение испытаний отечественной ИМС 1508ПЛ9Т как прототипа будущим отечественным микросхемам с возможностью формирования ЛЧМС;

Методы исследования. В диссертационной работе используются: теория непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования; теория линейных дифференциальных уравнений и методы их численного решения на ЭВМ; методы статистической радиотехники; методы компьютерного имитационного моделирования с использованием моделей узлов системы; методы экспериментальных исследований.

Научная новизна. В работе получен ряд результатов, имеющих научную новизну: разработаны модели для определения динамических характеристик в режиме установления начальной частоты с учетом влияния задержек распространения сигнала в ИЧФД и в переходном режиме по фазе в общем случае и для минимальной длительности установления фазы; разработана математическая модель для определения динамических характеристик в режиме формирования ЛЧМ сигнала; показано, что для оценки спектральных характеристик формирователя ЛЧМС можно использовать модель синтезатора частоты на основе ИФАПЧ с СДМ; проведена сравнительная оценка двух типов СДМ с целью выяснения наилучшего для применения при реализации формирователя ЛЧМ сигнала; показана зависимость спектральных характеристик и результатов обработки ЛЧМ сигнала (сжатие спектра и корреляционная обработка) от используемых в формирователе структур СДМ, неравенства токов подкачки заряда ИЧФД, а также нелинейности модуляционной характеристики ГУН.

Практическая ценность работы состоит в следующем: создана имитационная компьютерная модель синтезатора ЛЧМ сигнала на основе системы импульсной ФАПЧ с сигма-дельта модулятором, позволяющая оценивать показатели качества сформированного ЛЧМ сигнала с использованием обработки с помощью сжатия спектра и корреляционной обработки; разработана компьютерная программа для расчета фазовых ошибок выходного сигнала и оценки устойчивости системы автоподстройки в зависимости от параметров кольца и ЛЧМ сигнала, нелинейности модуляционной характеристики ГУН, а также типа СДМ; разработана методика проектирования формирователя ЛЧМС на основе кольца ИФАПЧ с СДМ; разработана структурная схема варианта СБИС синтезатора частот и ЛЧМ сигналов с СДМ; построена отладочная плата для СБИС синтезатора частот с ИФАПЧ 1508ПЛ9Т и проведено измерение характеристик этой микросхемы; создан и экспериментально исследован макет синтезатора частот и ЛЧМ сигналов на микросхеме НМС701ГР6СЕ.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих научно - технических конференциях и семинарах:

• научный семинар, проводимый IEEE совместно с РНТОРЭС им. A.C. Попова и МТУСИ "Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях. Синхроинфо" в 2010-2011 годах [88-91];

• XVII научно-технический семинар по СВЧ технике (Нижегородская обл., п. Хахалы), 2011г [92];

• научно-технические конференции профессорско - преподавательского состава МТУСИ в 2005, 2007 годах [93,94].

Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ [88-99], в том числе 3 статьи в журнале "Электросвязь", входящем в перечень ВАК РФ, 7 тезисов докладов на научно-технических конференциях и семинарах и 2 статьи в рецензируемых журналах.

Получено 3 акта о внедрении результатов работы.

Объем и структура работы. Материалы диссертационной работы изложены на 180 страницах машинописного текста, иллюстрированного 85 рисунками. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 117 наименований и 5 приложений на 17 стр.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Черкашин, Александр Александрович

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующим положениям:

1. Разработаны математические модели для исследования динамических характеристик формирователя ЛЧМ сигнала с системой ИФАПЧ и сигма-дельта модулятором в режиме установления начальной частоты и во время модуляции. Полученное выражение для нахождения длительности переходного процесса по частоте в режиме установления начальной частоты учитывает искажение статической характеристики ИЧФД из-за задержек распространения сигнала в триггерах и в цепи их сброса. Увеличение этих задержек, а также увеличение частоты сравнения приводит к затягиванию переходного процесса по частоте. Для режима переходного процесса по фазе в режиме установки начальной частоты получены выражения для определения длительности переходного процесса в режиме минимума времени установления фазы, а также при апериодическом и колебательном характере переходного процесса. В режиме модуляции определено время переходного процесса по фазе, максимальная разность фаз и максимальная скорость модуляции с учетом задержек в ИЧФД, превышение которых приводит к срыву синхронизации в кольце автоподстройки.

2. Построена математическая модель формирователя ЛЧМ сигнала с ИФАПЧ и С ДМ. Показано, что результирующая фазовая ошибка формирования сигнала включает в себя регулярную и флуктуационную составляющие. Регулярная составляющая определяется в основном нелинейностью модуляционной характеристики ГУН, а флуктуационная - фазовыми шумами узлов, входящих в состав формирователя.

3. Показано, что для оценки шумовых характеристик формирователя JI4MC можно пользоваться шумовой моделью синтезатора частот с ИФАПЧ и СДМ.

4. Получено выражение для определения СПМ шума квантования СДМ типа MASH и MBSL-II с учетом неравенства токов подкачки заряда ИЧФД.

5. Построена компьютерная модель формирователя сигналов с JI4M на основе системы ИФАПЧ и СДМ в среде CppSim и постобработкой результатов в пакете MATLAB. Эта модель позволяет определять динамические и спектральные характеристики формируемого сигнала с учетом задержек в ИЧФД, нелинейности MX ГУН, а также других неидеальностей узлов системы, как с обработкой выходного сигнала формирователя (сжатие спектра, корреляционная обработка), так и без нее.

6. Показана зависимость результатов обработки JT4M сигнала от используемых в формирователе структур СДМ, неравенства токов подкачки заряда ИЧФД, а также нелинейности модуляционной характеристики ГУН.

7. Разработана методика проектирования формирователя JI4MC с системой ИФАПЧ и СДМ, а также компьютерная программа для расчета фазовых ошибок выходного сигнала и оценки устойчивости системы автоподстройки в зависимости от параметров кольца и JT4M сигнала, нелинейности модуляционной характеристики ГУН, типа СДМ.

8. Разработана структурная схема варианта СБИС синтезатора частот и JI4M сигналов с СДМ.

9. Создан и экспериментально исследован макет синтезатора частот и JT4M сигналов на микросхеме HMC701LP6CE.

10.Построена отладочная плата для СБИС синтезатора частот с ИФАПЧ 1508ПЛ9Т и проведено измерение характеристик этой микросхемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черкашин, Александр Александрович, 2012 год

1. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. М.: Советское радио, 1970.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.

3. Ипатов В.П. Широкополосные сигналы. Wiley, 2004.

4. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М.: Советское радио, 1971.

5. Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконешников B.C. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. М.: Радио и связь, 1983.

6. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте. М.: Вузовская книга, 2003.

7. M.I. Skolnik, Radar Handbook. 2nd Edition. Mc Graw Hill, 1990.

8. J. Scheer, J. Curtz, Coherent Radar Performance Estimation. Artech House, 1993.

9. A. Wojtkiewicz, J. Misiurewicz, M. Nal^cz, K. J^drzejewski, K. Kulpa, Two-Dimensional Signal Processing in FMCW Radars, Proc. XXth National Conf. Circuit Theory and Electronic Networks, Kolobrzeg, Poland, 1997, pp. 475 480.

10. M. Adamski, K. Kulpa, J. Misiurewicz, A. Wojtkiewicz, Effects of Transmitter Phase Noise on Signal Processing in FMCW Radar, Proc International Conf Signals Electronic Systems ICSES2000, Ustronie, Poland, 2000, pp. 51-56.

11. B. Mahafza, A. Elsherbeni, MATLAB simulations for radar systems design, CRC Press/Chapman & Hall, 2004.

12. M.E. Russell, A. Crain, A. Curran, R.A. Campbell, C.A. Drubin, W.F. Miccioli, Millimeter-Wave Radar Sensor for Automotive Intelligent Cruise Control (ICC). IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. 45, no. 12, 1997, pp. 2444-2453.

13. C. Metz, J. Grubert, J. Heyen, A.F. Jacob, S. Janot, E. Lissel, G. Oberschmidt, L.C. Stange, Fully Integrated Automotive Radar Sensor With Versatile

14. Resolution. IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. 49, no. 12, 2001, pp. 2560-2566.

15. W. Mayer, M. Meilchen, W. Grabherr, P. Nuchter, R. Giihl, Eight-Channel 77-GHz Front-End Module With High-Performance Synthesized Signal Generator for FM-CW Sensor Applications. IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. 52, no. 3, 2004, pp. 993-1000.

16. J. Lee, Y.-A. Lee, M.-H. Hung, S.-J. Huang, A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Tranceiver in 65-nm CMOS Technology. IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 45, no. 12, 2010, pp. 2746-2757.

17. N. Maaref, P. Millot, C. Pichot, O. Picon. Ultra-wideband Frequency Modulated Continuous Wave Synthetic Aperture radar for Through-The-Wall localization. Proceedings of the 39th European Microwave Conference. 2009.

18. Баскаков А.И., Жутяева T.C., Лукашенко Ю.И. Локационные методы исследования объектов и сред. М.: Академия. 2011.

19. Котельников В.А., Ржига О.Н., Александров Ю.Н. и др., Развитие радиолокационных исследований планет в Советском Союзе. В кн.: Проблемы современной радиотехники и электроники/ под ред. В. А. Котельникова. -М.: Наука, 1980, с. 32-57.

20. Баскаков А.И., Дронов Д.В., Мин-Хо Ка. Методика расчета допустимой нелинейности ЧМ генератора георадара // Радиотехника -Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2006. -№ 3,т.2.-С. 55-59

21. R. Parthasarathy, Fine Resolution Radar for Near-Surface Layer Mapping. B.S. Dissertation,University of Kansas, 2002.

22. Мосолов C.C., Скнаря A.B., Тутынин E.B., Залогин Н.Н. Некоторые аспекты и перспективы применения сложных сигналов в гидроакустике. IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» - ИРЭ РАН, 2010.

23. N. Ahmed. Hardware and Software Techniques to Linearize the Frequency Sweep of FMCW Radar for Range Resolution Improvement. Center for Remote Sensing of Ice Sheets. University of Kansas, 2007.

24. M. Ash, P.V. Brennan, N.M. Vriend, J.N. McElwaine, C.J. Keylock. Two-dimensional FMCW radar imaging of entire avalanche events. 6th International Conference on Continuum Mechanics. Cambridge, 2011.

25. P. Devine. Radar level measurement. The users guide. VEGA Controls Ltd. 2000.

26. M. Gerding, T. Musch, B. Schiek. A Novel Approach for a High Precision

27. Multi Target Level Measurement System Based on Time- Domain

28. Reflectometry. Ruhr University Bochum, RF & Microwave Engineering Institute. 2007.

29. B. Schulte, T. Musch, B. Schiek, Effects of nonlinearities from the analogfrequency-ramps of the fast network-analyser. Advances in Radio Science (2003), 1, pp. 33-36.

30. T. Musch. Advanced Radar Signal Synthesis based on Fractional-N Phase Locked Loop Techniques. Frequenz 60 (2005). pp. 6-10.

31. T. Musch. A Fractional Ramp Generator with Improved Linearity and Phase-Noise Performance for the Use in Heterodyne Measurement Systems. Advances in Radio Science (2005), 3. pp. 75-81.

32. NanoLOC AVR Module, 2009, http://www.nanotron.com.

33. Раков И.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидататехнических наук "Исследование и разработка методов повышениярабочих частот цифровых вычислительных синтезаторов сигналов". М.: ВЗЭИС, 1987.

34. J. Vankka, К. Halonen, Direct Digital Synthesizers. Theory, Design and Applications. Kenwer Academic Publishers, Boston, 2000.

35. S. Liao and L.-G. Chen, "A Low-Power Low-Voltage Direct Digital Frequency Synthesizer," Proc. of Int. 1997, pp. 265-269, June 3-5 1997.

36. E. Grayver, B. Daneshrad, Direct Digital Frequency Synthesis Using A Modified CORDIC, Proc. IEEE International Conference on Circuits And Systems, ISCAS '98, vol. 5, pp. 241-244, Monterey, USA, 1998.

37. Direct Digital Frequency Synthesizer with a 100-dBc Spurious-Free Dynamic

38. Range, IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 34, No. 8, 1999, pp. Ю34-1043

39. G. Xueyang, F. Dai, J. Irwin, R. Jaeger, 24-Bit 5.0 GHz Direct Digital

40. Synthesizer RFIC With Direct Digital Modulations in 0.13 цщ SiGe BiCMOS

41. Technology. IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 45, no. 5, 2010, pp. 944-954.

42. Левин B.A., Малиновский B.H, Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки. М.: Радио и связь, 1989.

43. В.В. Шахгильдян, А.А. Ляховкин, В.Л. Карякин и др. Системы фазовой синхронизации с элементами дискретизации. 2-е изд., доп. и перераб. -М.: Радио и связь, 1989. 320 с.

44. Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991.

45. Манассевич В. Синтезаторы частот. Теория и проектирование. М., "Связь", 1979г.

46. F.M. Gardner, Phaselock Techniques. 3rd Edition. Wiley Intersience, 2005.

47. Кочемасов В.Н. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Исследование прецизионных систем формирования

48. J14M колебаний". М.: МЭИ, 1976.

49. Ревун А.Д. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Исследование и разработка вычислительных синтезаторов частот и сложных сигналов". М.: ВЗЭИС, 1987.

50. Жаров А.Н. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Исследование и разработка вычислительных синтезаторов с использованием управляемых фазовращателей и устройств задержки". М.: МТУ СИ, 1993.

51. И.И. Колесников. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Цифровая частотная модуляция в системе импульсно-фазовой автоподстройки частоты стереофонического возбудителя ОВЧдиапазона". М.: МТУСИ, 2006.

52. Венедиктов М.Д. Дельта-модуляция. M.: Радио и связь, 1976.

53. Р. Стил. Принципы дельта-модуляции . Пер. с англ. Под ред. Маркова В.В. -М.: Связь, 1979.th

54. В. Miller, R. Conley, A multiple modulator fractional divider, in Proc. 44 Annu.Frequency Control Symp., May 1990, pp. 559-568.

55. T.A. Riley, M.A. Copeland, T.A. Kwasniewski, Delta-Sigma Modulation in Fractional-N Frequency Synthesis. IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 28, no. 5, May 1993, pp. 553-559.

56. Путилин И.П. "Исследование и разработка синтезатора с фазовым интерполятором для гетеродина коротковолнового приемника". М.: МТУ СИ, 1995.

57. S. Park. Principles of Sigma-Delta Modulation for Analog-to-Digital1. Converters. Motorola Inc.

58. Owen D. Fractional N Synthesizers. Microwave Journal, vol. 46, October2001.

59. Майская В. Fractional-N синтезаторы. Когда часть лучше целого. // "Электроника НТБ", № 5, 2002 г., с. 10-16.

60. S. Norsworthy, R. Schreier, G. Ternes. Delta-Sigma Data Converters: Theory, Design, and Simulation. IEEE Press, New York, 1997.

61. M.H. Perrott, Techniques for High Data Rate Modulation and Low Power Operation of Fractional-N Synthesizers. Ph.D. Dissertation. Massachusets1.stitute of Technology, 1997.

62. N. Filiol, T. Riley, C. Plett, and M. Copeland. An agile ISM band frequency synthesizer with built-in GMSK data modulation. IEEE Journal of Solid State

63. Circuits, vol. 33, no. 5, 1998, pp. 998-1008.

64. W. Rhee, B.-S. Song, A.Ali. A 1.1 GHz CMOS Fractional N Frequency

65. Synthesizer with a 3-b Third Order IA Modulator. IEEE Journal of Solid

66. State Circuits, vol. 35 no. 10, 2000, pp. 1453-1460.

67. W. Rhee. Multi-bit delta-sigma modulation technique for fractional-N frequency synthesizers. Ph.D. Dissertation. University of Illinois, 2001

68. D. Mcmahill, C. Sodini, A 2.5-Mb/s GFSK 5.0-Mb/s 4-FSK Automatically Calibrated I-A Frequency Synthesizer. IEEE Journal of Solid State Circuits,vol. 37 no. 1,2002, pp. 18-26.

69. I. Galton, Delta-Sigma Data Conversion in Wireless Transceivers. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, no. 1, 2002, pp. 302-315.

70. M. Perrott, M. Trott, C. Sodini, A Modeling Approach for SA Fractional-N Frequency Synthesizers Allowed Straightforward Noise Analysis. IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. 37 no. 8, 2002, pp. 1028-1037.

71. B. De Muer, Michel Steyaert, CMOS Fractional-N Synthesizers Design for High Spectral Purity and Monolithic Integration. Kluwer Academic Publishers, 2003.

72. R. Ahola, K. Halonen, A 1.76-GHz 22.6-mW AI Fractional-N Frequency Synthesizer. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, no. 1, 2003, pp. 138-140.

73. B.-D. Muer, M.S.J. Steyaert. On the Analysis of Fractional N Frequency Synthesizers for High Spectral Purity. IEEE Transactions on Circuits and

74. Systems, vol. 50, no. 11, 2003, pp. 784-793.

75. T.A. Riley, N.M Filiol, Q. Du, J. Kostamovaara. Techniques for In-Band Phase Noise Reductiion in IA Synthesizers. IEEE Transactions on Circuitsand Systems, vol. 50, no. 11, 2003, pp. 794-803.

76. M. Cassia, P. Shah. Analytical Model and Behavioral Simulation Approach for a Fractional-N SA Synthesizer Employing a Sample-Hold Element. IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. 50, no. 11, 2003, pp. 850-859.

77. S. Pamarti, L. Jansson, I. Galton. A Wideband 2.4-GHz Delta-Sigma Fractional-N PLL With 1-Mb/s In-Loop Modulation. JSSC, IEEE Journal of

78. S olid-State Circuits, vol. 39, no. 1, 2004, pp. 49-63.

79. E. Temporiti, G. Albasini, I. Bietti, R. Castello. A 700-kHz Bandwidth LA Fractional Synthesizer with Spurs Compensation and Linearization Techniques for WCDMA Applications. IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol. 39, no. 9, 2004, pp. 1446-1454.

80. H.W. Son, A Fully Integrated Fractional-N Frequency Synthesizer for Wireless Communications, Ph.D. Thesis, Georgia Institute of Technology, 2004.

81. H. Arora, N. Klemmer, J.C. Morizio, P.D. Wolf, Enhanced Noise Modeling of Fractional-N Frequency Synthesizers. IEEE Transactions on Circuits and Systems -1, regular papers, vol. 52, no.2, 2005, pp. 379-395.

82. S. Meninger, Low Phase Noise, High Bandwidth Frequency Synthesis Techniques. Ph.D. Dissertation, MIT, 2005.

83. J. Rogers, C. Plett, F. Dai, Integrated Circuit Design for High-Speed Frequency Synthesis. Artech House. 2005.

84. Z. Ye, M.P. Kennedy, Reduced Complexity MASH Delta-Sigma Modulator. IEEE Transactions on Circuits and Systems-II: express briefs, vol. 54, no. 8, 2007, pp. 725-729.

85. W. Wang, H. Luong, A 0.8-V 4.9-mW 1.2-GHz CMOS Fractional-N Frequency Synthesizer for UHF RFID Readers. IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers, vol. 55, no.9, 2008, pp. 2505-2513.

86. F. Herzel, S.A. Osmany, J.C. Sheytt, Analytical Phase-Noise Modeling and Charge Pump Optimization for Fractional-N PLLs. IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers, vol. 57, no. 8, 2010, pp. 1914 1924.

87. P.V. Brennan, H. Wang, D. Jiang, P.M. Radmore, A New Mechanism Producing Discrete Spurious Components in Fractional-N Frequency Synthesizers. IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers,vol. 55, no. 5, 2008, pp. 1279-1288.

88. Романов C.K., Тихомиров H.M., Ленынин A.B. Системы импульсно-фазовой автоподстройки в устройствах синтеза и стабилизации частот.1. М.: Радио и связь. 2010.

89. G. Diaz, G. Andrade, F. Ver dad, F. Maloberti. Efficient Dithering in MASH Sigma-Delta Modulators for Fractional Frequency Synthesizers. IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers, vol. 57, no. 9, 2010, pp. 2394-2403.

90. J. Song, In-Cheol Park. Spur-Free MASH Delta-Sigma Modulation. IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers, vol. 57, no. 9, 2010, pp. 2423-2437.

91. К. Hosseini,M. Kennedy, S. Lewis,В- Levy. Prediction of the Spectrum of a Digital Delta-Sigma Modulator Followed by a Polynomial Nonlinearity Transactions on Circuits and Systems-I: regular papers, vol. 57, no. 8, 2010, pp. 1905-1913.

92. HMC701LP6CE, 8GHz Fractional-N Frequency Synthesizer with Built-in Linear Sweeper Function. Data Sheet. Hittite Corporation, 2010.

93. HMC702LP6CE, 14GHz Fractional-N Frequency Synthesizer with Built-in Linear Sweeper Function. Data Sheet. Hittite Corporation, 2010.

94. HMC703LP4E, 8GHz Fractional-N Frequency Synthesizer with Built-in Linear Sweeper Function. Data Sheet. Hittite Corporation, 2011.

95. ADF4158, Direct Modulation/Waveform Generating, 6.1GHz Fractional-N Frequency Synthesizer. Data Sheet. Analog Devices, 2011.

96. Черкашин A.A. Динамика синтезатора J14M сигналов с сигма-дельта модулятором. // В сб. "Материалы XVII координационного научно-технического семинара по СВЧ технике". Нижегородская обл., п. Хахалы.- 2011.- с. 170-172.

97. Левин В.А, Черкашин A.A. Моделирование синтезатора частот с ДДПКД и сигма-дельта модулятором. // Труды МТУ СИ. Сб. статей. М., 2005.

98. Новиков Л.Н., Закружной A.B., Черкашин A.A. Цифровые вычислительные синтезаторы: этапы развития. // "Технологии информационного общества. Тезисы докладов Московской отраслевой научно-технической конференции". М.,МТУ СИ, 2007,- с. 64.

99. Левин В.А., Черкашин A.A. Методы построения синтезаторов частот в СВЧ диапазоне. // "Электросвязь", № 2, 2004 г., с. 45-49.

100. Кочемасов В.Н, Голубков В.Г, Новиков Л.Н, Черкашин A.A. Синтезатор ЛЧМ-сигналов с оперативным изменением параметров модуляции. // "Электроника НТБ" № 7, 2004г. с. 32-34.

101. Левин В.А, Черкашин A.A. Применение программируемых логических схем в цифровых синтезаторах частот. // "Электросвязь", № 6, 2005 г., с. 57.

102. Черкашин A.A., Удалов H.H. Динамика синтезатора ЛЧМ сигналов с ИФАПЧ и сигма-дельта модулятором. // "Радиотехнические тетради",44, 2011 г., с. 54-59.

103. Черкашин A.A., Удалов H.H. Динамические и спектральные характеристики сигма-дельта синтезаторов сигналов с линейной частотной модуляцией. // "Электросвязь", № 6, 2012 г.

104. Микросхема 1508ПЛ8Т. Двухканальный цифровой вычислительный синтезатор. Техническое описание, 2010, http://www.radiocomp.net.

105. AD9858, 1 GSPS Direct Digital Synthesizer. Data Sheet. Analog Devices, 2011.

106. Кочемасов В. H. Компенсация шумов дробности в синтезаторах 4M сигналов с дробным делителем с переменным коэффициентом деления.1. Электросвязь, № 3, 1984.

107. A.c. 1151184 СССР, МКИ3 Н 03 7/18. синтезатор сигналов с линейнойчастотной модуляцией / В.Н.Кочемасов, А.Д. Ревун.

108. Кочемасов В. Н., Ревун А. Д. Автоматический компенсатор регулярных искажений ЛЧМ сигнала, "Радиотехника", № 7, 1983.

109. Жабин A.C. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Влияние внутренних шумов и искажений характеристик дискриминаторов на работу синтезатора частот с системой фазовой автоподстройки частоты". М.: МЭИ, 2011.

110. Ларионова М.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Синхронизация в системах связи с многопозиционной фазовой манипуляцией", М.: МЭИ, 1999.

111. Гордонов А.Н., Резвая И.В. Астатическая система ИФАПЧ, оптимизированная по длительности подстройки. // «Радиотехника», № 4, 1992 г., с. 48-52.

112. М.Н. Perrott, "Fast and Accurate Behavioral Simulation of Fractional

113. N Frequency Synthesizers and other PLL/DLL Circuits", Proc. 39th Design

114. Automation Conf., pp. 498-503, 2002.

115. M.H. Perrott, CppSim Reference Manual. Ver.4, 2010,http: //www, cppsim. com.

116. D. Banerjee, "PLL Performance, simulation, and Design" 4th edition, National Semiconductor, http://www.national.com/analog/timing/pll designbook.

117. ADISimPLL. PLL Design and Simulation tool for Analog Devices PLL's, http://www.analog.com/pll.

118. ROS-1990+. Voltage Controlled Oscillator. Data Sheet. Mini-Circuits, inc.

119. Микросхема 1508ПЛ9Т. Синтезатор частот с системой ИФАПЧ. Техническое описание, 2010, http://www.radiocomp.net.

120. Отладочная плата для микросхемы 1508ПЛ9Т. Техническое описание, 2011, http://www.radiocomp.net.

121. ADF4106. PLL Frequency Synthesizer. Data Sheet. Analog Devices, inc.

122. ROS-2500-2319+. Voltage Controlled Oscillator.Data Sheet. Mini-Circuits,inc.