Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Разработаны математические модели быстродействующих ЦАП в специальных режимах работы: NRZ, RZ, RF, RFZ, RFZ2, RFZ3, RFZ4. По данным моделям были получены огибающие спектра выходного сигнала ЦАП при работе в специальных режимах. Исследование огибающих спектра показало, что применение специальных режимов позволяет увеличить уровень спектральных компонентов в различных зонах Найквиста, а также уменьшить неравномерность уровня спектральных компонентов при перестройке частоты быстродействующего ЦАП, что дает возможность использовать спектральные компоненты с целью увеличения рабочих частот быстродействующих ЦАП. Математические модели позволили установить коэффициенты передачи ЦАП по фазовым шумам при работе в специальных режимах. На основании полученных результатов были определено соответствие зон Найквиста и оптимальных специальных режимов работы (критерии оптимальности — повышение уровня спектрального компонента относительно уровня в режиме NRZ и уменьшение неравномерности уровня при перестройке по частоте). В первой зоне Найквиста оптимальным остается режим NRZ; во второй зоне: режимы RF и RFZ2; в третьей зоне: режимы RFZ, RFZ2, RFZ3; в четвертой зоне: режим RFZ; в пятой зоне: режим RFZ; в шестой зоне: режимы RF и RFZ2; в седьмой зоне: режим RFZ4; в восьмой зоне: режим RFZ3; в девятой зоне: режим RFZ3. 2. Разработаны математические модели спектральной плотности мощности фазовых шумов быстродействующих радиочастотных ЦАП в специальных режимах работы. Сформулирована методика математического моделирования спектральной плотности мощности фазовых шумов быстродействующих радиочастотных ЦАП на основе архитектуры быстродействующего ЦАП. Получены модели быстродействующих ЦАП, работающих в специальных режимах работы. Проведенный анализ показал, что СПМ фазовых шумов быстродействующего ЦАП при малых частотных отстройках определяется главным образом шумами типа 1/F, а при больших — тепловыми шумовыми токами транзисторов. При этом уровень фазовых шумов возрастает при уменьшении крутизны транзисторов, увеличении количества ячеек преобразования и тактовой частоты ЦАП. Разработанные модели были использованы в составе предложенных математических моделей СПМ фазовых шумов гибридных синтезаторов частот на основе ФАПЧ и быстродействующих ЦАП. Предлагаемые модели позволяют рассчитать уровень СПМ фазовых шумов гибридных синтезаторов для любых опорных и выходных частот на частотах отстройки от несущей от 10 Гц до 10 МГц. Применение разработанных моделей позволяет провести оценку уровня фазовых шумов гибридных синтезаторов на этапе проектирования с целью оптимизации частотных соотношений в структуре синтезатора, а также с целью исследования возможности улучшения шумовых характеристик за счет определения составных блоков, вносящих наибольший уровень фазовых шумов. 3. Предложены структурные схемы гибридных синтезаторов частот на основе ФАПЧ и быстродействующих ЦАП: гибридный синтезатор на основе быстродействующего ЦАП с ФАПЧ в качестве тактового генератора; гибридный синтезатор на основе быстродействующего ЦАП и ФАПЧ с преобразованием частоты; гибридный синтезатор на основе быстродействующего ЦАП и ФАПЧ со смесителем в цепи обратной связи. По предварительным оценкам предлагаемые схемы гибридных синтезаторов способны формировать сигнал в сантиметровом и миллиметровом диапазонах (до 30–40 ГГц); обеспечивают высокое частотное разрешение (до 10 Гц), малое время перестройки по частоте (до 100 нс у первых двух схем, до 100 мкс у третьей схемы); хорошие шумовые характеристики (–100..–110 дБн/Гц на отстройке 1 кГц); низкий уровень дискретных спектральных составляющих (–70 дБн). 4. Получены результаты исследования переходных процессов с помощью разработанных моделей гибридных синтезаторов частот на основе ФАПЧ и быстродействующих ЦАП. Модели синтезаторов, разработанные в программе Matlab Simulink, позволили оценить переходные процессы, происходящие при переключении частоты синтезаторов. По результатам моделирования и анализа была разработана схема оптимизации петлевых ФНЧ, позволившая увеличить скорость перестройки синтезатора с сохранением хороших фильтрационных свойств. Разработанные модели использовались для оценки влияния джиттера генератора опорной частоты на спектральные характеристики синтезаторов частот на основе быстродействующих цифро-аналоговых преобразователей. Определено, что для каждого режима работы есть оптимальная зона Найквиста, в которой коэффициент передачи тактового джиттера является наименьшим; увеличение коэффициента деления приводит к увеличению собственного джиттера ФАПЧ; снизить влияние тактового джиттера на выходной сигнал ФАПЧ можно за счет уменьшения полосы пропускания петлевого ФНЧ и увеличения порядка фильтра; работа ЦАП в режиме RF в составе гибридного синтезатора обеспечивает наименьший коэффициент передачи джиттера генератора опорой частоты при использовании спектральных компонентов во второй и третьей зонах Найквиста. 5. Получены результаты теоретического анализа вкладов составных блоков гибридных синтезаторов частот в результирующий уровень спектральной плотности мощности фазовых шумов. Основной вклад в результирующий уровень фазовых шумов гибридного синтезатора на основе быстродействующего ЦАП с ФАПЧ в качестве тактового генератора и гибридного синтезатора на основе быстродействующего ЦАП и ФАПЧ с преобразованием частоты вносит частотно-фазовый детектор системы ФАПЧ, собственные шумы которого увеличиваются пропорционально коэффициенту деления в цепи обратной связи. Для снижения уровня фазовых шумов необходимо увеличить частоту сравнения в ЧФД. В гибридном синтезаторе на основе быстродействующего ЦАП и ФАПЧ со смесителем в цепи обратной связи ЧФД ФАПЧ вносит меньший вклад за счет единичного коэффициента деления в цепи обратной связи. На отстройка вблизи несущей основной вклад вносит ЦВС с быстродействующим ЦАП. На отстройках свыше 10fср, шумы в основном определятся собственными шумами ГУН.