автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.01, диссертация на тему:Флуктуационные характеристики многоуровневых цифровых вычислительных синтезаторов частот

? Г О од

на правах рукописи

2 3 ОКТ 1305

ЛЮ ХАЙЯИНЬ

ФЛУКТУАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОУРОВНЕВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ

Специальность: 05.12.01 - Теоретические основы

радиотехники

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1995

Работа выполнена в Московском энергетическом институте { техническом университете ) на кафедре Формирования колебаний и сигналов.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кулешов В.Н.

доктор технических наук, профессор Пестряков A.B. кандидат технических наук, профессор Нарышкин А.К.

Ведущее предприятие - Московский Государственный Институт

Радиотехники,Электроники и Автоматики

С с

Защита диссертации состоится " ^ «рУ^ _ 1995 г.

в ч. т? мин. в аудитории на заседании диссерта-

ционного Совета K-0S3.16.13 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Московского энергетического института ( технического университета ), 105835, ГСП, Москва Е-250, Красноказарменная ул., д. 14 , Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " " 1995 г.

Ученый сектетарь диссертационного Совета

К-053 .16.13 кандидат технических наук, доцент

Т.И. Курочкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При построении многих современных радиотехнических систем к колебаниям предъявляются противоречивые требования высокой стабильности частоты,быстрой перестройки и малых уровней паразитной фазовой модуляции и фазовых шумов.Одним из устройств, позволяющих формировать колебания,частота которых может принимать любое из заданного дискретного набора ее значений и быстро изменяться под воздействием цифрового управляющего сигнала, является многоуровневый цифровой вычислительный синтезатор частот (ЦВСЧ).

Почти за 25 лет с начала разработок и исследований ЦВСЧ,основное внимание уделялось вопросам выбора их структур и расчета уровней побочных дискретных спектральных составляющих их выходных колебаний . Совершенствование элементной базы позволило в настоящее время создавать ЦВСЧ,выходные рабочие частоты которых приближаются к 1 ГГц.Для использования ЦВСЧ в современных радиотехнических системах , необходимо уметь оценивать уровни фазовых шумов,которые вносятся ЦВСЧ при использовании их для формирования сигналов.Поэтому возникают задачи расчета спектральных характеристик шумов на выход ЦВСЧ и флуктуаций амплитуды и фазы выходных колебаний на основе данных об источниках флуктуационных шумов,расположенных в ЦВСЧ.В известной нам литературе нет ни результатов теоретических оценок флуктуаций в ЦВСЧ,ни методов их расчета.Поэтому задачи разработки таких методов и получения упомянутых оценок являются весьма актуальными .

Цель и задачи работы.

Цель данной диссертации состояла в том,чтобы разработать общий подход к анализу флуктуационных характеристик ЦВСЧ и получить конкретные соотношения для расчета этих характеристик.

Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи: - разработка методов теоретического анализа и расчета спектральных плотностей мощности (СПМ) шумов на выходе ЦВСЧ,вызванных

внутренними источниками флуктуации,а так же СПМ амплитудных и фазовых флуктуации,вносимых этими источниками;

- выполнение расчетов ожидаемых уровней флуктуации для конкретных структур ЦВСЧ,используемых на практике,и анализ влияния основных параметров ЦВСЧ,режимов и значений синтезируемых частот на уровни флуктуаций;

- проведение экспериментального исследования спектров шумов цифро-аналоговых преобразователей,которые необходимо знать для того,чтобы получить исходные данные для расчета флуктуационных характеристик ЦВСЧ;

- формулировка рекомендаций по снижению уровней флуктуаций, вносимых ЦВСЧ.

Методы исследования■ Использовались методы спектрально-корреляционной теории стационарных и периодически нестационарных случайных процессов;методы анализа флуктуационных шумов в линейных и нелинейных цепях с использованием шумовых эквивалентных схем транзисторов в стационарных и переходных режимах;методы представления синтезируемых колебаний с использованием функций Уолша,методы экспериментального спектрального анализа шумовых напряжений на выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Новые научные результаты,полученные в диссертации.

1.Получены общие соовнотения для расчета СПМ шумовой составляющей выходного колебания ЦВСЧ с двоичными весами токов разрядов ЦАП и с весами,определяемыми путем разложения формируемого колебания по функциям Уолша.

2.Получены общие формулы для расчета спектральной плотности мощности амплитудных и фазовых флуктуаций,вносимых в формируемое колебание за счет влияния собственных шумов ЦАП.

3. На основе допущения об отсутствии корреляции между значениями шумовой составляющей на выходе ЦВСЧ,соответствующими различным уровням выходного напряжения колебания,формируемого на выходе ЦАП,впервые получены общие формулы для теоретической оценки СПМ

есвесввенных шумов и вносимых ими флуктуации амплитуды и фазы выходного колебания ЦВСЧ.

4. На основе анализа источников внутрених естественных шумов, расположенных в элементах ЦАП,впервые получены упрощенные формула для веоревических оценок уровней есвесввенных вумов на выходе быстродействующего ЦАП на биполярных транзисторах с ЭСЛ-ключами.

5. Для двух групп источников 1/Г шумов в ЦАП,практически включающих в себя все встречающиеся в реальных условиях ситуации , получены формулы для расчева шумов модуляционного переноса на выход ЦВСЧ флуктуации випа в элементах ЦАП.

6. Проанализировано влияние исвочников 1/Т флуктуации в вранэисворах ЭСЯ ключа на формирование выходного колебания ЦВСЧ.Получены формулы для вносимых эвими источниками фдуквуаций фазы и ампливуды.Показано,что в реальных условиях эти источники вызывают ,в основном,флуктуации фазы.

7. С использованием шумовых эквивалентных схем транзисторов и опубликованных в литературе экспериментальных данных по 1/£ шумам биполярных транзисторов впервые теоретически получены количественные оценки шумового спеквра на выходе,а вак же ампливудных и фазовых флуквуаций выходного колебания ЦВСЧ,вносимых источниками \/1 шумов в быстродействующем ЦАП с суммированием токов и ЭСЛ ключами .

8. Экспериментально получены флуквуационные харакверисвики исвочников 1/{ шумов,расположенных в ЦАП,позволяющие рассчитывать спектральные характеристики флуктуаций выходных колебаний ЦВСЧ.На основе этих данных уточнены количественные оценки флуктуационных характеристик ЦВСЧ.

Практическая значимость результатов работы. На основе результатов данной работы могут быть получены количественные оценки флуктуационных характеристик ЦВСЧ,что позволяет решить вопрос о возможности и целесообразности их использования в устройствах формирования колебаний с повышенными требованиями к флуктуационной части спектра выходных колебаний и уровням фазовых шумов.Могут

быть также решены вопросы изменения режимов и структур ЦАП с целью улучшения флуктуационных характеристик ЦВСЧ.

Положения.выносимые на защиту.

1. Для расчета спектральной плотности мощности шумовой составляющей выходного колебания ЦВСЧ и спектральной плотности мощности амплитудных и фазовых флуктуаций,вносимых ЦВСЧ,получены общие соотношения.

2. Получены общие формулы для теоретической оценки СПМ естественных шумов и вносимых ими флуктуаций амплитуды и фазы выходного колебания ЦВСЧ,а также простые частные формулы,при получении которых учтены характерные особенности реальных источников естественных шумов в ЦАП.

3. Получены общие формулы для теоретической оценки СПМ флуктуаций на выходе ЦАП,вносимых источниками шумов типа ,и упрощенные частные формулы,при выводе которых сделано допущение об отсутствии перекрытия спектров шумов модуляционного переноса 1/Т флуктуаций.

4. На основе результатов теоретического анализа получены количественные оценки спектральных плотностей мощности шумов,вносимых ЦВСЧ.

5. Проведено экспериментальное исследование 1/{ шумов в цифро-аналоговых преобразователях,позволившее разделить вклады различных источников этих шумов и получить количественные оценки выходных шумов ЦВСЧ.

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

1. Научно-технический семинар "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах".28 ноября -01 декабря 1994 г., МЭИ,Москва.

2. Международная научно-техническая конференция "Проблемы радиоэлектроники " ( К 100-летию радио ). 20-21 апреля 1995 г., МЭИ, Москва.

3. Международная конференция "100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники". " 50-я Научная сессия,посвященная Дню радио". Российское НТОРЭС им.А.С.Попова; Министерство связи Российской Федерации; Российская Академия Наук ; Союз научных и инженерных обществ. 04 -06 мая 1995 г.,Москва.

4. 49-ый Международный Симпозиум по управлению частотой,организуемый Американским институтом инженеров в области электротехники и электроники (IEEE).31 мая - 02 июня 1995 г., Сан-франциско, США.

Публикации■ Основные результаты диссертации опубликованы в семи работах [1 - 7 ] .

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице текста,иллюстрирована 42 рисунками и содержит 2 таблицы. Объем приложений 40 страниц текста,9 рисунков и 6 таблиц.Работа состоит иэ введения,5 глав,заключения, 9 приложений и списка литературы,включающего 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы диссертации,определены цель,задачи и методы исследования,сформулированы новые научные результаты работы и обоснована их практическая значимость,приведены положения,выносимые на защиту,и сведения об апробации работы и публикациях автора.

В первой главе для более четкой формулировки задачи исследования флуктуаций в цифровых вычислительных синтезаторах частот предложена их классификация по шагу сетки на выходе.Представлен обзор данных по уровням фазовых шумов лучших задающих автогенераторов с кварцем,которые могут быть использованы для формирования последо-вательнности импульсов с тактовой частотой f0 и фазовых шумов неавтономных узлов,иопользуемых в синтезаторах.Этот обзор позволил

дать в следующих главах количественное сравнение уровней флуктуа-ций, вносимых ЦВСЧ, со вкладами других узлов.В связи с тем,что в литературе отсутствуют материалы по расчету и исследованию шумов, вносимых ЦВСЧ,дана развернутая постановка задачи создания методов расчета этих шумов и исследования их зависимости от параметров.

В второй главе построены модели многоуровневых цифровых вычислительных синтезаторов частот (см.рис.1),в которых учитывается влияние шумовых токов разрядов ЦАП на выходной шум ЦВСЧ (см.рис.2).На основе этих моделей и с помощью теории стационарных

Рис.1. Структура простейшего ЦВСЧ.

Рис.2. Теоретическая модель ЦАП,с источниками эквивалентных шумовых токов разрядов.

и периодически нестационарных случайных процессов получены общие соотношения для расчета двусторонней СПМ шумовой составляющей выходного колебания ЦВСЧ с частотой шк = (к/к)ш0 и двоичными весами токов разрядов ЦАП при представлении выходного колебания в виде суперпозиции последовательностей прямоугольных импульсов К-1 К-1 га г (п+1 )С00 Л

З„(1к Лк :Ш)= I I I в^'Ор^^^о ккт Дкр - —-(1)

т=о р=о ! = -<» V К /

(п=...-1,0,1,2,...).Здесь 0т1-коэффициенты Фурье последовательностей прямоугольных импульсов единичной высоты с шириной Тп = 271/шп , э0 (£кт Лкр ;Ш) " матрица взаимных СПМ шумовых составляющих £,кт и р соответствующих уровням выходного колебания ЦВСЧ (ш,р- номера отсчетов,к-номер колебания).

Во многих случаях для расчетов выходных шумов ЦВСЧ с двоичными весами разрядов ЦАП более удобным оказывается представление выход ного колебания в виде суммы взвешенных функций подключения токов разрядов Ььк(1),где Ъ- номер разряда,к- номер колебания.Для такого способа описания выходного колебания также получены формулы для расчета СПМ выходного шума ЦВСЧ

В В <» Г (п + 1.)Ш0\

Дк Дк = £ I I Ньк /Нрк (п+1)50 Т1ь,Т1р ;ш - - . (2)

Ь=1 р=1 ! = -<*> V К 1

(п=... -1,0,1,2...).Здесь НЬК^-коэффициенты Фурье функций Ььк(1), Яо(Пь'Пр;Ш)-матрица взаимных СПМ нормированных к среднему выходному току ЦАП шумовых составляющих токов Ъ-го и р-го разрядов.В диссертации даны алгоритмы и программы расчета коэффициентов Ньк (.

Кроме того,во второй главе получены общие формулы для расчета СПМ амплитудных 0фк(Ь) и фазовых %к(Ъ) флуктуаций,вносимых в формируемое колебание за счет влияния собственных шумов ЦАП.

Бо (Офк .«фк ;«") = —-[зп(1,к Дк ;Ш^к(1)г,/К)+Б0(1,к Дк ;а)-кШ„/К) +

ч|Ак.к I21

+я-2к (1к Дк ;ш-кш0/к)+з,2к Дк Дк ;(1)+кШо/к)] , (3)

5о(%к.%к!Ш) = --- [з0Дк Дк ;инкш0/К)+з0 Дк Дк ;ш-кш0/К)-

~3-2к Дк Дк ;Ш-кШ0/К)-3,гк дк ;(1Нк100/К)] , (4)

здесь Ак к-коэффициент Фурье нормированного выходного колебания на выходе ЦВСЧ.

Во второй главе еще получены общие соотношения для расчета СПМ выходного шума функциональных ЦВСЧ с использованием функций Уолша.

Полученные в данной главе общие формулы позволяют решать задачи расчета уровней шумов ЦВСЧ,вносимых флуктуациями токов ЦАП.

В третьей главе на основе допущения об отсутствии корреляции между значениями шумовой составляющей на выходе ЦВСЧ,соответствующими различным уровням выходного напряжения колебания.формируемого на выходе ЦАП,впервые получены общие формулы для теоретической оценки СПМ естественных шумов и вносимых ими флуктуаций амплитуды и фазы выходного колебания ЦВСЧ.

С учетом характерных для источников шумов,локализованных в генераторах токов разрядов и в элементах цепи термокомпенсации и стабилизации (ТКС).зависимостей СПМ этих шумов от среднего значения выходного колебания получены две группы простых формул для расчета СПМ естественных флуктуаций на выходе ЦВСЧ.

1). Случай расчета СПМ флуктуаций,вызванных собственными шумами токов разрядов.

При построении генераторов токов разрядов широко используется принцип параллельного соединения генераторов токов. Поскольку каждый уровень выходного тока ЦАП,используемый при формировании к-го колебания,является линейной комбинацией токов разрядов,СПМ естественного шума,соответствующего каждому уровню,пропорциональна значению колебания на этом уровне.С учетом этого получены формулы:

Бо Лк :">) = Б,, , (5)

2(Як/К)г

^ (Офк '«Фк :<") = -;- Эо • (6)

(Як/К)

2(Як/К)г

3о (%к-%к ¡и = -:- Бо . (?)

б1п (Як/К)

где Б0- СПМ нормированной к среднему выходному току ЦАП шумовой составляющей этого тока.

Из (6,7) видно,что в рассмотренном случае СПМ амплитудных и фазовых флуктуаций одинаковы.Показано также,что эти флуктуации не коррелированы между собой.С ростом номера колебания к эти СПМ немного возрастают.Формула (5) означает,что СПМ выходного шума ЦВСЧ на зависит от номера колебания на выходе ЦВСЧ.

2). Случай расчета СПМ выходных флуктуации,вызванных шумами цепи ТКС.

Во всех быстродействующих ЦАП токи разрядов зависят не только от параметров схем этих генераторов,но и от напряжений питания и смещения,являющихся общими для всех генераторов токов.Эти напряжения в общем случае могут содержать 5-коррелированную нормированную шумовую составляющую,которая одновременно модулирует все токи разрядов. Для расчета влияния такого шума получаются простые формулы:

s0 Як ;<»> = 3So/2 . (8)

(JCk/K)2 ( sin( 2Як/К)

So(0®k.0«)k ;ш> -—-—— 3 + - S0 , (9)

sinZ(Jt/K) V 2(2Як/К) J

(Як/К)2 / sin(23tk/K) \

Sot^k.^k'-W) - -;- 3 - - s0 , (10)

sin (Як/К) V 2(2Як/К) )

где S0- СПИ нормированной шумовой составляющей среднего тока,вызванного этим источником.

Обратим внимание на то,что по сравнению с первым случаем (5-7) в выражении для СПМ выходного шума ЦВСЧ появился множитель 3/2. Кроме того,следствием периодической нестационарности шума в этом случае является различие СПМ амплитудных и фазовых флуктуаций.

На основе анализа источников внутрених естественных шумов,расположенных в элементах ЦАП впервые получены теоретические оценки уровней естественных шумов на выходе быстродействующего ЦАП на биполярных транзисторах с ЭСЛ-ключами.Изучены зависимости основных составляющих этих шумов от параметров элементов ЦАП и рабочей частоты. Оказалось , что в зависимости от параметров уровни СПМ естественных шумов,вносимых ЦАП,могут изменяться в пределах от -165 дБ/Гц до -185 дБ/Гц.

Полученные в третьей главе соотношения могут быть использованы для теоретических оценок естественных шумов ЦВСЧ,в которых используются другие типы ЦАП,при условии,что известны шумовые эквивалентные схемы основных компонентов ЦАП.

В четвертой главе для двух групп источников 1/1 шумов в ЦА11,практически включающих в себя все встречающиеся в реальных условиях ситуации,получены формулы для расчета шумов модуляционного переноса на выход синтезаторов отсчетов флуктуаций типа 1/1 в элементах ЦАП. К первой группе отнесены источники,расположенные в то-козадающих транзисторах и резисторах разрядов.При расчете этих флуктуаций сделано допущение об отсутствии корреляции между источниками l/f шумов,действующих в различных разрядах.В этом случае

В «о I 1Ш0

Зо(1кЛк:Ш) =21 1 Ньк. ! 12 Б0 - | , (11)

Ь=1 ! = -<» V К )

где %,(!)- нормированная к среднему выходному току ЦАП фликерная шумовая составляющая тока Ь-го разряда.

При дополнительном допущении об отсутствии перекрытия спектров шумов модуляционного переноса на различные спектральные составляющие выходного колебания формулы для расчета СПН выходного шума ЦВСЧ сильно упрощаются,также как и формулы для вносимых этими источниками флуктуаций амплитуды и фазы выходного колебания.

1 В

^(Офк -Офк :«>>= --Г, Е Кк.к^^Пь.Пь:"»). (12)

|Ак/1с|г Ь=1

50(%к.%к;ш> = о • (13)

Ко второй группе отнесены источники 1/1 шумов в ЦАП,расположенные в цепи ТКС.При расчете их преобразования на выход ЦВСЧ сделано допущение о полной корреляции вызванных ими флуктуаций выходных токов разрядов между собой.В этом случае

% (Хк Лк ;Ш)=30 (Т1и Ди ;Ш) +1 Ак к 12 [в0 (т1и ,т\и ) +б0 [тц ,Пи )1 ,(14)

1 V к ) V к

(Офк .Офк ;ш)=з0(Пи -Пи (15)

Бо (%к ;ш)=о, (16)

где Т\и(1)- нормированная к среднему выходному напряжению ЦАП 1/1 шумовая составляющая этого напряжения,вызванная 1/Ъ флуктуациями выходного напряжения цепи ТКС.

Результаты (11-16) показывают,что при этих условиях в синтезаторах отсчетов с нулевой начальной фазой обе группы источников 1/1 шумов за счет модуляционного переноса вносят только амплитудные флуктуации выходного колебания.

В этой главе проанализировано также влияние источников l/f флу-ктуаций в транзисторах ЭСЛ ключа на формирование выходного колебания ЦВСЧ.Построена модель для анализа этих источников (см.рис.З).

(Ь-1 ) т

2 хо

(а)

*ьк (Ь)

-16Т,

о

о тп

16ТП

<11

*Ьк. т (М

п ГТ1Л »

-Ч к- о —*■) г* 16

-16Т0 I»- О (» 16Т0

Туы Ту Ь 2

Рис.3. Пример идеальной (а) и упрощенной реальной (б) функций подключения тока Ь-го разряда к выходу ЦАП.

Из этой модели видно,что при подключении к выходу ЦВСЧ и отключении от него генератора тока Ь-го разряда,связанном с переходом от одного значения к другому , происходят неизбежные запаздыва-

ния , характеризуемые временами установления тока Ь-го разряда ТуЬ1 и установления нулевого тока ТуЬ2. Поскольку в реальных ключах существуют 1/{ флуктуации токов рекомбинации и времен перехода заряда из базы одного транзистора в базу другого,времена ТуЬ1, ТуЬ2 также должны иметь флуктуации типа 1/Т.С использованием этой модели получены формулы для СПИ выходного шума ЦВСЧ и вносимых этими источниками флуктуаций фазы и амплитуды.

/Ш0ТПг к/2 В /1- |нЬк. , Ьг , Эо Дк ;(!))= - I I -—— |Т11. ь 'Пс ь:<1- ~I . (17)

V 2К ) 1 = -К/2 Ь=1 V 2 ) V К )

(кШд Ту )4 В /!ньк к|^2

5о(0фк -Офк :<") =---1 ПГТ (П1. ь-П1. О . (18)

" =1 V 2° 1 1

(ЗК2 |Ак,к | )2 Ь=

I кы0ту \2 в Нньк_ К Ь2

= —;-: £ ——, з0 <ти ь ,тц. ь ;<»)

12К | АК к | У Ь= 1 I 2Ь"' I

здесь Бд ь ,ТЦ ь " спм флуктуаций типа 1/Г,вносимых шумами

времен подключения Ъ-го разряда.

В силу того,что обычно величина (кШдТу/К) намного меньше единицы, вносимые флуктуациями времен подключения флуктуации фазы значительно больше относительных флуктуаций амплитуды.Это непосредственно видно из (18),(19).

С использованием шумовых эквивалентных схем транзисторов и опубликованных в литературе экспериментальных данных по 1/{ шумам биполярных транзисторов впервые теоретически получены количественные оценки шумового спектра на выходе,а так же амплитудных и фазовых флуктуаций выходного колебания ЦВСЧ .вносимых источниками 1/1 шумов в быстродействующем ЦАП с суммированием токов и ЭСЛ ключами. В области преобладания влияния шумов типа 1/{ уровень СПИ флуктуаций фазы,как показал теоретический анализ.существенно зависит от номера колебания,параметров транзисторов в интегральной схеме ЦВСЧ,тактовой частоты,характерных рабочих токов,уровней собственных шумов транзисторов ЦАП.

Полученные в диссертации формулы для СПМ фазовых шумов ЦВСЧ,включающих в себя ЦАП на биполярных транзисторах, могут быть использованы при инженерных оценках.Однако для этого нужны экспериментальные исследования 1/{ шумов ЦАП.используемых в ЦВСЧ.

Сопоставление по фазовым шумам полученных оценок с характеристиками других неавтономных функциональных узлов,используемых в технике синтеза частот,а так же с задающими генераторами с кварцем показало,что вклад флуктуаций,вносимых ЦВСЧ в синтезируемое колебание при использовании ЦВСЧ в других синтезаторах в качестве функционального узла может быть сравнимым со вкладами других узлов или превышать их.Это означает,что априорно пренебрегать шумами, вносимыми ЦВСЧ, при проектировании малошумящих источников колебаний нельзя.

В отличие от синтезаторов отсчетов в функциональных ЦВСЧ при формировании некоторых колебаний получен коэффициент преобразования 1/1 флуктуаций токов разрядов во флуктуации фазы того же порядка, что и во флуктуации амплитуды.На этих частотах флуктуации

фазы,вносимые 1/Т шумами токов разрядов,могут превышать флуктуации,вносимые ЭСЛ ключами.Детальное исследование 1/1 флуктуации в функциональных ЦВСЧ может быть предметом отдельной работы,основой которой могут быть соотношения,полученные в данной диссертации.

В пятой главе для получения исходных данных,позволяющих рассчитать спектральные характеристики флуктуаций выходного колебания ЦВСЧ,вызванных 1/{ шумами,источники которых расположены в ЦАП,разработан план экспериментального исследования ЦАП ( выбран быстродействующий ЦАП К1118ПАЗ ).

Сначало измерены параметры:коэффициенты передачи токов транзисторов .сопротивления баз и эмиттеров транзисторов,граничные частоты транзисторов, частота единичного усиления и выходное сопротивление цепи ТКС. Результаты этих измерений позволяют дать более определенные оценки естественных шумов,вносимых ЦАП.

Прежде чем приступать к измерениям шумовых токов на выходе ЦАП необходимо оценить вклад флуктуаций питающих напряжений в уровень шумового тока на выходе ЦАП. Результаты измерений показывают,что вклад шумов большинства источников напряжений в общий уровень выходных шумов значительно меньше уровня шумов малошумящего усилителя (МШУ) .Однако вклад собственных флуктуаций внутреннего опорного напряжения оказался весьма большим. Поэтому необходимо было перейти к другому источнику опорного напряжения. При использовании внешнего источника чувствительность измерительной установки определяется, в основном,собственными шумами МШУ.

Все последующие измерения проводились с использованием внешнего источника опорного напряжения.

Результаты измерения СПМ нормированных к среднему выходному току ЦАП флуктуаций выходных токов 1-го,2-го и 3-го разрядов ЦАП показаны на рис.4.Отметим,что разница между СПМ шумовых токов первого и второго разрядов оказалась близкой к 6 дБ/Гц.Это позволяет предположить,что основной вклад в измеряемые СПМ дают флуктуации выходного напряжения цепи ТКС,т.к. СПМ шумовых токов разрядов изменяются пропорционально квадрату среднего тока.Однако эти данные не позволяют найти"количественных соотношений вкладов различных

источников внутрених шумов ЦАП и оценить шумовые сврйства транзис торов,входящих в состав ЦАП.

ДБ/ГЦ

Рис.4. Измерения СПМ пересчитанных к выходу ЦАП флуктуации токов 1-го,2-го и 3-го разрядов ЦАП и малошумящего усилителя.

В диссертации предложен метод измерения СПМ относительных флуктуаций токов рекомбинации ключевых транзисторов разрядов.Результаты таких измерений показаны на рис.5. Эти измерения позволили раздельно определить уровни флуктуаций,вносимых ключевыми и то-коэадающими транзисторами,и усилителем постоянного тока цепи ТКС.

ДБ/ГЦ

Рис.5. Измерение СПМ относительных флуктуаций рекомбинационных токов ключевых транзисторов 1-го и 2-го разрядов ЦАП.

В г>той же глап^ ил основе экспориментальных данных о 1/f шумах I ЦАП уточнены количественные оценки флуктуаций на выходе ЦВСЧ.

Таким образом,получена достаточно полная информация о динами-[еских и шумовых характеристиках компонентов ЦАП,позволяющая расс-итать влияние 1/f флуктуаций в ЦАП на спектральный характеристики ыходпого чолебанич ПВСЧ.

Заключение. Основные новые научно-техиические рпчультаты,полу-енные в диссертации,позволягст выполнять прогнотнып расчоты и тео-етические исследования флуктуационных характеристик многоуровне-ых ЦВСЧ.Такие расчоты необходимы при решении вопрос.* о возможнос-и включения ЦВСЧ я структурные схемы устройств формирования сиг-алов с повышенными требованиями к уровням фазогшх шумов,а также ри решении некоторых задачи электромагнитной совместимости радио-ехнических средств.

В приложениях приведены методики расчетов коэффициентов Фурье ункций подключения синтезаторов отсчетов и функциональных синте-аторов с использованием функций Уолша,приведены конкретные расче-ы флуктуационных характеристик с помощью шумовых эквивалентных хем ЦАП, справочные данные по ЦАП К1118ПАЗ и список аббревиа-ур,используемых в диссертации.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следую-их публикациях.

1. КУЛЕШОВ В.Н..ЛЮ ХАЙЯИНЬ. Естественные шумы цифрового вычис-лтельного синтезатора частот. // В кн.: Шумовые и деградационные эоцессы в полупроводниковых приборах.(Материалы докладов науч. 5XH. семинара.) - М.: МНТОРЭС им. А.С.Попова. 1 '>'>', . С. 69-73.

2. ЛЮ ХАЙЯИНЬ, КУЛЕШОВ В.Н., Влияние 1/f флуктуаций в циф-э-аналоговым преобразователе на спектральные характеристики циф-эвого вычислительного синтезатора частот. // В кн. : Шумовые и »градационные процессы в полупроводниковых приборах.(Материалы экладов науч. техн. семинара.) - М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова. L 995. - С. 74-78.

3. КУЛЕШОВ В.Н.,ЛЮ ХАЙЯИНЬ.КУЗНЕЦОВА Г.В. Естественные шумы многоуровневых цифровых вычислительных синтезаторов частот. // Ра диотехника. -1995. N 3. - С: 30-31.

4. КУЛЕШОВ В.Н..ЛЮ ХАЙЯИНЬ.ЛЕШУКОВ Б.Е.,РЕПИН A.B. Об уровнях собственных шумов быстродействующих цифро-аналоговых преобразователей. // В кн.: Проблемы радиоэлектроники.Тез.докл.Международной научно-технической конференции ( к 100-летию радио). М.: МЭИ. -1995. - С. 15.

5. КУЛЕШОВ В.Н..ЛЮ ХАЙЯИНЬ,КУЗНЕЦОВА Г.В. Естественные шумы у шумы типа 1/f в многоуровневых цифровых вычислительных синтезаторах частот.// В кн.: Международная конференция "100-летие начале использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники"(50-я научная сессия,посвященная дню радио). Гот.докл. Часть ?. - М.: РНТО ГЭС им. A.C. Попова; Российская Ака демия наук; Министерство связи России; Союз НИО; Фонд "100 лет радио". - 1995. - С. 259-260.

6. КУЛЕШОВ В.Н., ЛЮ ХАЙЯИНЬ Естественные шумы в цифровы: вычислительных синтезаторах частот. // В кн.: 49-ый Международны! Симпозиум по управлению частотой,организуемый Американским инсти тутом инженеров в области электротехники и электроники (IEEE). Сан-франциско,США., -1995.

7. КУЛЕШОВ В.Н., ЛЮ ХАЙЯИНЬ, ЛЕШУКОВ Б.Е. 1/f флуктуации цифровых синтезаторах частот и влияние этих флуктуаций на выходны< спектральные характеристики синтезаторов. // В кн.: 49-ый Междуна родный Симпозиум по управлению частотой,организуемый Американски институтом инженеров в области электротехники и электроник ( I EF.E) . , Сан-франциско,США. , -1995.

Подписано к печати Печ.л.

Л-

Тираж /Заказ

Типография МЭИ.Красноказарменная,13.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.КЛАССИФИКАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ. ТРЕБОВАНИЯ К ИХ СПЕКТРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ. УТОЧНЕНИЕ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификация цифровых вычислительных сиетезаторов частот.

1.2. Использование ЦВСЧ в радиотехнических системах и формулировка требований к их спектральным характеристикам.

1.3. Флуктуационные характеристики функциональных узлов радиотехнических устройств.

1.4. Формулировка основных задач работы.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ФЛУКТУАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ.

2.1. Постановка задачи.Модели ЦВСЧ с источниками флуктуационных шумов.

2.2. Представление выходного колебания простейшего ЦВСЧ в отсутствии шумов ( случай нулевой начальной фазы ).

- О

2.3. Исходные соотношения для расчета шумов ЦВСЧ. при представлении выходного сигнала в виде суперпозиции прямоугольных импульсов.

2.4. Исходные соотношения для расчета шумов при представ- . 51 лении выходного сигнала синтезатора в виде взвешенной суммы функций подключения генераторов токов.

2.5. Представление выходного колебания и шумов на выходе функционального синтезатора с использованием функций Уолша.

2.6. Общие соотношения для расчета СПМ шумового колебания на выходе ЦВСЧ.

2.7. Общие соотношения для расчета СПМ амплитудных и фазовых флуктуаций выходных колебаний синтезатора.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ШУМЫ В МНОГОУРОВНЕВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРАХ ЧАСТОТ.

3.1. Общие соотношения для расчета СПМ естественных флуктуаций на выходе синтезаторов.

3.2. Соотношения для расчета СПМ естественных флуктуаций, . 70 вносимых внутреними шумами источников токов разрядов.

3.3. Соотношения для расчета СПМ флуктуаций,вносимых естественными шумами напряжений питания и смещения.

3.4. Количественные оценки естественных флуктуаций, вносимых внутренними шумами токов разрядов.

3.5. Количественные оценки естественных флуктуаций, вносимых шумами напряжений питания и смещения.

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ФЛУКТУАЦИИ ТИПА 1/f В МНОГОУРОВНЕВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРАХ ЧАСТОТ.

4.1. Соотношения для расчета СПМ флуктуаций типа 1/f, вносимых шумами токов разрядов.

4.2. Соотношения для расчета СПМ флуктуацийвносимых шумами типа 1/f напряжений питания и смещения.

4.3. Соотношения для расчета СПМ флуктуаций типа 1/f, вносимых шумами ЦАП на выходе функционального синтезатора с использованием функций Уолша.

4.4. Спектральные плотности мощности шумов ЦВСЧ, обусловленных флуктуациями времен включения и выключения токов разрядов.

4.5. Количественные оценки флуктуаций типа 1/f, вносимых шумами токов разрядов.

4.6. Количественные оценки шумов ЦВСЧ,вносимых

1/f флуктуациями напряжений питания и смещения.

4.7. Количественные оценки шумов на выходе ЦВСЧ, вносимых 1/f флуктуациями времен подключения к выходу ЦАП токов разрядов.

4.8. Обсуждение результатов теоретического анализа и количественных оценок шумов ЦВСЧ.

Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛУКТУАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦАП.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Экспериментальное определение параметров транзисторов ЦАП и усилителя цепи ТКС.

5.3. Экспериментальная оценка влияния флуктуаций питающих напряжений на шумовой ток на выходе ЦАП.

5.4. Результаты измерения собственных шумов ЦАП

5.5. Анализ результатов измерения собственных шумов ЦАП

Выводы по пятой главе

Актуальность проблемы.

При построении многих современных радиотехнических систем к колебаниям возбудителей в радиопередающих устройствах и гетеродинов в радиоприемных устройствах предъявляются противоречивые требования высокой стабильности частоты,быстрой перестройки в широких пределах и малого уровня паразитной фазовой модуляции и фазовых шумов [1-9].

Одним из устройств,позволяющих формировать колебания,частота которых может принимать любое из заданного дискретного набора ее значений и быстро изменяться под воздействием цифрового управляющего сигнала,является многоуровневый цифровой вычислительный синтезатор частот (ЦВСЧ) [18].Почти за 25 лет,прошедших со времени начала разработок и исследований таких синтезаторов,основное внимание уделялось вопросам выбора их структур и расчета уровней побочных дискретных спектральных составляющих их выходных колебаний. Совершенствование элементной базы позволило в настоящее время создавать ЦВСЧ,выходные рабочие частоты которых приближаются к 1 ГГц.

Поскольку многоуровневые ЦВСЧ легко реализуются с использованием интегральной технологии и позволяют легко реализовать требования к диапазонам выходных частот,шагу сетки и скорости перестройки частоты,они являются функциональными узлами,которые очень удобны для использования во многих радиотехнических системах,в том числе и в таких,где предъявляются высокие требования к допустимым уровням фазовых флуктуаций выходных колебаний [5,6,8,9,19].

Однако для того,чтобы использовать ЦВСЧ в таких системах,необходимо уметь оценивать уровни фазовых шумов,которые вносятся ЦВСЧ при использовании их для формирования сигналов.Поэтому возникают задачи расчета и экспериментального исследования уровней шумов, вносимых ЦВСЧ.В известной нам литературе имеется лишь одна оценка ожидаемых уровней шумов,приведенная в работе В.Кроупы [35]. (Упоминание о фазовых шумах в заголовке статьи [40] неверно отражает содержание этой работы,так как там рассмотрена фазовая модуляция, обусловленная побочными дискретными составляющими спектра).

В работе [35] не содержится теоретического обоснования предлагаемых оценок,и ее нельзя использовать для того,чтобы оценить зависимости уровней флуктуаций от параметров ЦВСЧ,хотя такие зависимости должны существовать.Таким образом,для практических оценок флуктуационных характеристик различных типов ЦВСЧ работа [35] не может быть использована.

В данной диссертации была поставлена задача провести теоретическое исследование флуктуационных характеристик ЦВСЧ,на основе которого можно было бы давать оценки как фазовых,так и амплитудных флуктуаций,вносимых ЦВСЧ,а также рассчитывать шумовую часть спектра выходных колебаний ЦВСЧ.Последнее важно для решения задачи электромагнитной совместимости различных устройств и систем.

Большая часть опубликованных расчетов флуктуационных характеристик автономных и неавтономных функциональных узлов источников колебаний была выполнена для узлов с узкополосными колебательными системами [70-73,78,89,93],что позволяло сделать упрощающее анализ допущение об узкополосности шумов,вызывающих фазовые и амплитудные флуктуации. Такое допущение в принципе не может быть использовано при теоретическом анализе преобразования шумов в ЦВСЧ.Поэтому необходимо прежде всего разработать методы расчета спектральных характеристик шумов ЦВСЧ,основанные на спектрально-корреляционной теории периодически нестационарных случайных процессов достаточно общего вида [79].На основе этих методов нужно получить расчетные алгоритмы или формулы,позволяющие находить спектральные характеристики как выходных колебаний ЦВСЧ,так и флуктуаций амплитуды и фазы этих колебаний на основе данных об источниках флуктуационных шумов,расположенных в ЦВСЧ.При такой постановке задачи результаты работы должны позволять не только давать количественные оценки шумов, вносимых конкретными ЦВСЧ,но и анализировать зависимости этих шумов от параметров и режимов функциональных узлов ЦВСЧ.

Цель и задачи работы.

Цель данной работы состояла в том,чтобы разработать общий подход к анализу флуктуационных характеристик ЦВСЧ и получить конкретные соотношения для расчета этих характеристик.

Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи: - разработка методов теоретического анализа и расчета спектральных плотностей мощности (СПМ) шумов на выходе ЦВСЧ,вызванных внутренними источниками флуктуаций,а так же СПМ амплитудных и фазовых флуктуаций,вносимых этими источниками;

- выполнение расчетов ожидаемых уровней флуктуаций для конкретных структур ЦВСЧ,используемых на практике,и анализ влияния основных параметров ЦВСЧ,режимов и значений синтезируемых частот на уровни флуктуаций;

- проведение экспериментального исследования спектров шумов цифро-аналоговых преобразователей необходимых для того,чтобы получить исходные данные для расчета флуктуационных характеристик ЦВСЧ;

- формулировка рекомендаций по снижению уровней флуктуаций, вносимых ЦВСЧ.

Методы исследования.

Использовались методы спектрально-корреляционной теории стационарных и периодически нестационарных случайных процессов;методы анализа флуктуационных шумов в линейных и нелинейных цепях с использованием шумовых эквивалентных схем транзисторов в стационарных и переходных режимах;методы представления синтезируемых колебаний с использованием функций Уолша,методы экспериментального спектрального анализа шумовых налряжений на выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Новые научные результаты,полученные в диссертации.

1.Получены общие соотношения для расчета СПМ шумовой составляющей выходного колебания ЦВСЧ с двоичными весами токов разрядов

- и

ЦАП и с весами,определяемыми путем разложения формируемого колебания по функциям Уолша.

2.Получены общие формулы для расчета спектральной плотности мощности амплитудных и фазовых флуктуаций,вносимых в формируемое колебание за счет влияния собственных шумов ЦАП.

3. На основе допущения об отсутствии корреляции между значениями шумовой составляющей на выходе ЦВСЧ,соответствующими различным уровням выходного напряжения колебания,формируемого на выходе ЦАП,впервые получены общие формулы для теоретической оценки СПМ естественных шумов и вносимых ими флуктуаций амплитуды и фазы выходного колебания ЦВСЧ.

4. На основе анализа источников внутрених естественных шумов, расположенных в элементах ЦАП,впервые получены упрощенные формулы для теоретических оценок уровней естественных шумов на выходе быстродействующего ЦАП на биполярных транзисторах с ЭСЛ-ключами.

5. Для двух групп источников шумов в ЦАП,практически включающих в себя все встречающиеся в реальных условиях ситуации, получены формулы для расчета шумов модуляционного переноса на выход ЦВСЧ флуктуаций типа l/í ъ элементах ЦАП.

6. Проанализировано влияние источников флуктуаций в транзисторах ЭСЛ ключа на формирование выходного колебания ЦВСЧ.Получены формулы для вносимых этими источниками флуктуаций фазы и амплитуды.Показано,что в реальных условиях эти источники вызывают ,в основном,флуктуации фазы.

7. С использованием шумовых эквивалентных схем транзисторов и опубликованных в литературе экспериментальных данных по VI шумам биполярных транзисторов впервые теоретически получены количественные оценки шумового спектра на выходе,а так же амплитудных и фазовых флуктуаций выходного колебания ЦВСЧ,вносимых источниками 1/1 шумов в быстродействующем ЦАП с суммированием токов и ЭСЛ ключами.

8. Экспериментально получены флуктуационные характеристики источников шумов,расположенных в ЦАП,позволяющие рассчитывать спектральные характеристики флуктуаций выходных колебаний ЦВСЧ.На основе этих данных уточнены количественные оценки флуктуационных характеристик ЦВСЧ.

Практическая значимость результатов работы.

На основе результатов данной работы могут быть получены количественные оценки флуктуационных характеристик ЦВСЧ,что позволяет решить вопрос о возможности и целесообразности их использования в устройствах формирования колебаний с повышенными требованиями к флуктуационной части спектра выходных колебаний и уровням фазовых шумов.Могут быть также решены вопросы изменения режимов и структур ЦАП с целью улучшения флуктуационных характеристик ЦВСЧ.

Положения,выносимые на защиту.

1. Для расчета спектральной плотности мощности шумовой составляющей выходного колебания ЦВСЧ и спектральной плотности мощности амплитудных и фазовых флуктуаций,вносимых ЦВСЧ,получены общие соотношения.

2. Получены общие формулы для теоретической оценки СПМ естественных шумов и вносимых ими флуктуаций амплитуды и фазы выходного колебания ЦВСЧ,а также простые частные формулы,при получении которых учтены характерные особенности реальных источников естественных шумов в ЦАП.

3. Получены общие формулы для теоретической оценки СПМ флуктуаций на выходе ЦАП,вносимых источниками шумов типа ,и упрощенные частные формулы,при выводе которых сделано допущение об отсутствии перекрытия спектров шумов модуляционного переноса l/í флуктуаций.

4. На основе результатов теоретического анализа получены количественные оценки спектральных плотностей мощности шумов,вносимых ЦВСЧ.

5. Проведено экспериментальное исследование шумов в цифро-аналоговых преобразователях,позволившее разделить вклады различных источников этих шумов и получить количественные оценки выходных шумов ЦВСЧ.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

1. Научно-технический семинар "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах". 28 ноября - 01 декабря 1994 , МЭЙ,Москва.

2. Международная научно-техническая конференция "Проблемы радиоэлектроники" ( К 100-летию радио ).20 - 21 апреля 1995, МЭИ, Москва.

3. Международная конференция и100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники". " 50-я Научная сессия,посвященная Дню радио". Российское НТОРЭС им.А.С.Попова; Министерство связи Российской Федерации; Российская Академия Наук ; Союз научных и инженерных обществ. 04 -Об мая 1995,Москва.

4. 49-ый Международный Симпозиум по управлению частотой,организуемый Американскими институтами инженеров в области электротехники и электроники ( IEEE ). 31 мая - 02 июня 1995, Сан-фран-циско,США.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в семи работах [105 - 111].

Объем и структура работы.

Диссертационная работа изложена на 141 странице текста,иллюстрирована 42 рисунками и содержит 2 таблицы.Объем приложений 40 страниц текста,9 рисунков и 6 таблиц.Работа состоит из введения,5 глав,заключения, 9 приложений и списка литературы,включающего 111 наименований.

ВЫВОДЫ ПО ПЯТОЙ ГЛАВЕ

1. Для получения исходных данных.позволяющих рассчитать спектральные характеристики флуктуаций выходного колебания ЦВСЧ,вызванных шумами,источники которых расположены в ЦАП,разработан план экспериментального исследования ЦАП.

2. Проведены исследования влияния флуктуаций питающих напряжений на выходной шум ЦАП и показано,что надлежащим выбором как самих источников так и цепей фильтрации,вклад этих источников в выходной шум может быть сделан малым по сравнению со вкладом источников внутрених шумов ЦАП.

3. В результате экспериментального исследования раздельно определены уровни флуктуаций,вносимых ключевыми и токозадающими транзисторами,и усилителем постоянного тока цепи ТКС.

4. На основе экспериментальных данных о 1Л шумах в ЦАП уточнены количественные оценки флуктуаций на выходе ЦВСЧ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подведем кратко итоги работы и назовем возможные области использования полученных в ней результатов и развития работ по данному направлению.

Прежде всего отметим,что насколько нам известно,общие формулы для теоретических оценок шумового спектра выходного колебания ЦВСЧ и флуктуаций амплитуды и фазы,вносимых в выходное колебание источниками естественных и фликерных шумов в элементах ЦАП,получены впервые,также как и основанные на них количественные оценки.

Количественные оценки были сделаны для ЦВСЧ с быстродействующими ЦАП,в которых используются биполярные транзисторы и составленные из них ЭСЛ-ключи. Соответственно,при расчетах использованы шумовые эквивалентные схемы биполярных транзисторов и их динамические модели.Аналогичные оценки могут быть выполнены для других ЦАП ( например,для реализованных на базе КМОП - структур ).Общие формулы для расчетов флуктуаций,полученные в главах 2,3,4,остаются справедливыми.Однако для количественных расчетов необходимо использовать другие модели активных приборов и шумовые эквивалентные схемы.Решение таких задач может быть предметом отдельных работ.

При расчете флуктуаций в рассмотренных в данной работе ЦВСЧ делались некоторые упрощающие анализ допущения.Например,сделано допущение о том,что СПМ шумов,обусловленных модуляционным переносом 1/{ флуктуаций в окрестности дискретных составляющих спектра ЦВСЧ,не перекрываются.В ЦВСЧ с малым и очень малым шагом сетки это допущение неверно.Однако общие формулы,полученные в главе 2,и часть формул главы 4 (см.разделы 4.1-4.3) справедливы без такого допущения и расчет влияния перекрытия спектров шумов модуляционного переноса может быть выполнен с помощью имеющихся в диссертации соотношений,если в таком расчете возникнет необходимость.

При расчете спектров естественных шумов в ЦАП были сделаны оценки,выполненные без учета формы частотной характеристики усилителя цепи термокомпенсации и стабилизации.С использованием общих формул главы 1 аналогичные расчеты можно выполнить с детальным учетом формы частотной характеристики упомянутого усилителя.Такой расчет позволит уточнить формулы для спектров флуктуаций амплитуды и фазы.Ожидаемые результаты его находятся в интервале между уровнями естественных шумов,вносимых цепью ТКС, и шумов,вносимых генераторами токов разрядов.

Отметим два возможных направления дальнейшего развития работ на основе результатов данной диссертации.

Первое связано с теоретическим анализом спектров колебаний на выходе ЦВСЧ,в которых используются внешние случайные воздействия для преобразования побочных дискретных составляющих в сплошной спектр [46].Такое преобразование позволит снизить " выбросы и выходного спектра на отдельных дискретных частотах,что необходимо для некоторых практических приложений.

Второе направление связано с исследованием флуктуационных характеристик синтезаторов сигналов [21,30,50, 51].Развитие этого направления потребует вывода соотношений для расчетов,в которых должны быть обобщены результаты,представленные в главе 1.Такое обобщение также как и результаты главы 1 может быть получено на основе теории периодически нестационарных случайных процессов [77 - 791.

Отметим,наконец,что экспериментальное исследование,результаты которого представлены в данной работе,было выполнено с целью получения исходных данных для расчета влияния 1/Г шумов на выходное колебание ЦВСЧ.При использовании ЦВСЧ с другими типами ЦАП потребуется аналогичное исследование флуктуационных характеристик этих ЦАП.Результаты измерения выходных шумов ЦАП могут представлять интерес не только для решения задач, рассмотренных в данной диссертации, поскольку существуют практические схемы с использованием ЦАП,при оценке характеристик которых необходимо знать СПМ выходных шумов ЦАП.В качестве примера можно привести цепи предварительной установки напряжения на управляющем входе подстраиваемого генератора непрямого синтезатора частоты.

Детальное экспериментальное исследование флуктуационных характеристик ЦВСЧ в различных режимах работы и сопоставление его результатов с результатами теоретического анализа может быть предметом отдельной достаточно сложной и тонкой экспериментальной работы.

1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов.-Под ред. УТКИНА Г.М.,КУЛЕШОВА В.Н.,БЛАГОВЕЩЕНСКОГО M.B. - М.: Радио и связь. -1994. -416 с.

2. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. -Под ред. УТКИНА Г.М. М.: Сов.радио. -1979. -320 с.

3. Проектирование радиопередающих устройств. -Под ред. ШАХГИЛЬДЯНА В.В. М.: Радио и связь. -1984. -424 с.

4. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ. -Под ред. АЛЕКСЕЕВА О.В. М.: Радио и связь. -1987. -392 с.

5. Цифровые радиоприемные системы : Справочник. -Под ред. ЖОДЗИШС-КОГО М.И. М.: Радио и связь. -1990. -280 с.

6. HARP J. Which Frequency Synthesizer for Microwave Receiving Systems.// EDN. EEE.1973. -v. 18, N 13. P.78-82.

7. Цифровые системы фазовой синхронизации. -Под ред. Ж0ДЗИШСК0Г0 М.И. М.: Сов.радио. -1980. -208 с.

8. КРОХИН В.В. Информационно-управляющие космические радиолинии.Часть 1. М.: НИИЭИР. -1993. -230 с.

9. PAIN J. Synthesizer Designs Depend on Satcom Uses.//Microwaves. -1980.N 3. P.47-63.

10. РАБИНЕР Л. , ГОДИ Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.: Пер.с англ. М.: Мир. -1978. -848 с.

11. И. ГУБЕРНАТОРОВ 0.И.СОКОЛОВ Ю.Н. Цифровые синтезаторы частот радиотехнических систем. М.: Энергия. -1973. -175 с. 12. ЗАРЕЦКИЙ М.М.,М0ВШ0ВИЧ М.Е. Синтезаторы частот с кольцом фазовой автоподстройки. - М.: Энергия. -1974. -256 с.

12. МАНАССЕВИЧ В. Синтезаторы частот : Теория и проектирование : Пер.с англ. -Под ред. ГАЛИНА A.A. М.: Связь. -1979. -384 с.

13. ШАПИРО Д.Н.,ПАИН A.A. Основы теории синтеза частот. М.: Радио и связь. -1981. -264 с.

14. ЛЕВИН В.А., МАЛИНОВСКИЙ В.Н., РОМАНОВ С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки. М.: Радио и связь. -1989. - 232 с.

15. KROUPA V. Noise Properties of PLL Systems.//IEEE Trans.Commun. 1982. -V. COM-30, N 10. P.2244-2252.

16. КАЛМЫКОВА О.Л. , КУЛЕШОВ B.H. , ДЕМЬЯНЧЕНКО А.Г. , ХУРТИН Е.А. Умножители частоты с кольцами фазовой АПЧ. М.: МЭИ. -1980. -71 с.

17. ТИРНЕЙ Д., РЕЙДЕР Ч., ГОЛД Б. Цифровые синтезаторы частоты. // Зарубежная радиоэлектроника. -1972. N 3. С. 57-74.

18. КЖАКОВ В.В. Малошумящие синтезаторы для РЛС с быстрой перестройкой частоты. // Зарубежная радиоэлектроника. -1985. N 6.- С.52-63.

19. БОГАТЫРЕВ Ю.К.,БЫК0Д0Р0В A.A.,ПЕТРОВСКИЙ С.А.Быстродействующе СВЧ-синтезаторы. // В кн.: Стабилизация частоты и формирование сигналов радио и оптического диапазонов. -Минск : МЭИ,МРИ,НРГМА.-1992. N 7. С. 6-22.

20. КОЧЕМАСОВ В.Н.,ФАДЕЕВ А.Н.,РАКОВ И.А. Цифровые вычислительные синтезаторы частот и сигналов. // В кн.: Сб. науч. трудов.- М.: МЭИ. -1989. N 200. С. 122-138.

21. АРТАМОНОВ А. А. Современные синтезаторы частот. // В кн.: Сб. науч. трудов. М.: МЭИ. -1989. N 200. - С. 46-55.

22. ШАХГИЛЬДЯН В.В.,ПЕСТРЯКОВ А.В.,КАБАНОВ А.И.Общие принципы построения быстродействующих синтезаторов частот на основе системы фазовой синхронизации. // Электросвязь. -1983. N 10.- С. 36-42.

23. ЛЕВИН В.А.,НИСНЕВИЧ Д.Г. Некоторые вопросы построения цифровых синтезаторов частот. // Электросвязь. -1976. N 4. С. 73-79.

24. ШИШОВ С.Я.,СТАНКОВ В.С.,СУХОТИН С.С. Прямые цифровые синтезаторы частот для аппаратуры связи. // Техника средств связи. Сер. ТРС. -1983. Вып. 9. С. 66-71.

25. KUSHNER L.J. The Composits DDS-A New Direct Digital Synthesizer Architecture. // In book: Proceedings 1993 IEEE Freq. Control Symp. P. 255-260.

26. Stanford Telecom, STEL 2373 data sheet, May 1991.

27. KROUPA V.F., Spectral Purity of Direct Digital Frequency Synthesizers.// In book: Proceedings 1990 Ann. Freq. Control Symp.- P. 498-510.

28. БЕЛОВ Л.А. Устройства формирования сигналов со стабильными параметрами модуляции. // В кн.: Сб. науч. трудов. М.: МЭИ. -1989. N 200. - С. 55-67.

29. КОЧЕМАСОВ В.Н.,БЕЛОВ Л.А.,0К0НЕШНИК0В B.C. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. М.: Радио и связь. -1983. -192 с.

30. ENDRES Т.J.,HALL R.B. and LOPEZ A.M. Design and Analysis Methods of a DDS-Based Synthesizer for Military Spaceborne Applications. // In book: Proceedings 1994 IEEE Freq. Control Symp. P.624-632.

31. REINHARDT V.,COULD K.,McNAB K. and BUSTAMANTE M. A Short Survey of Frequency Synthesizer Techniques. // In book: Proceedings 1986 Ann. Freq. Control Symp. P.355-365.

32. МАТЮШИН O.T. Цифровой синтезатор частот с использованием функций Уолша. // Радиотехника и электроника. -1982. N 7. С. 1301-1308.

33. КОЗЛОВ С.А.,ЧЕРТКОВ В.А.,АНДРИАНОВ В.И.,МАКСИМЕНКО М.И. Спектральные характеристики оптимальных пассивных цифровых синтезаторов частот. // Радиотехника . -1993. N 1. С. 37-40.

34. KROUPA V.F. Discrete Spurious Signals and Background Noise in Direct Digital Frequency Synthesizers. // In book: Proceedings 1993 IEEE Freq. Control Symp. P. 242-250.

35. KROUPA V.F. Spectral Properties of DDFS : Computer Simulations and Experimental Verifications. // In book: Proceedings 1994 IEEE Freq. Control Symp. P. 613-623.

36. МАТЮШИН O.T. Вопросы проектирования цифровых синтезаторов частот.//В кн.: Труды МЭИ. М.: МЭИ. -1981. Вып.535. - С. 69-75.

37. МАТЮШИН О.Т. Быстродействующий преобразователь код-фаза. // Радиотехника. -1980. N 7. С. 39-43.

38. ЖАРОВ А.Н.,КОЧЕМАСОВ В.Н.,РАКОВ И.А. Исследование накопителей кодов с задержанным переносом,используемых в синтезаторах частот с сигналов. // Радиотехника и электроника. -1993. N 4.- С. 693-695.

39. MATTIS0N Е.М. and COYIE L.M. Phase Noise in Direct Digital Synthesizers. // In book: Proceedings 1988 Ann. Freq. Control Symp. P. 352-356.

40. К0ЧЕМАС0В B.H.,ФАДЕЕВ А.Н. Синтезатор частот с цифровым накоплением фазы. //В кн.: Стабилизация частоты. М.: ВИМИ. -1980.- С. 7-9.

41. ШИШОВ С.Я.,ЯМПУРИН Н.П. Спектральные характеристики цифровых синтезаторов многоуровневых сигналов. // Радиотехника. -1984. N 3. С. 74-76.

42. ШАХГИЛЬДЯН В.В.,ЛУЧКОВ В.Г. Спектральные характеристики цифровых синтезаторов частот.//Радиотехника.-1984. N 3. С. 69-74.

43. ПОБЕРЕЖСКИЙ Е.С.,СОКОЛОВСКИЙ М.Н. О логическом методе преобразования фаза-синус в цифровых синтезаторах частоты. // Радиотехника. -1984. N 2.\ С. 50-54.

44. McCIURE M.L. Residual Phase Noise of Digital Frequency Dividers. // Microware JouVnal. March 1992. P. 124-129.

45. REINHARDT V.S. Spur Reduction Techniques in Direct Digital Synthesizers. // In bookv Proceedings 1993 IEEE Freq. Control Symp. P. 230-241.

46. GIFFARD R.P. and CUTLER L.& A Low-Frequency,High Resolution Digital Synthesizer. // In bobk: Proceedings 1992 IEEE Freq. Control Symp. P. 188-192. \

47. ГУБЕРНАТОРОВ О.Н. Время установления колебаний в цифровых синтезаторах частот. // Электросвязь. -1979. N 8. С. 50-53.

48. РОМАНОВ С.К.МАЛИНОВСКИЙ В.Н.ТИХОМИРОВ Н.М. О влиянии изменения тактовой частоты на характеристики цифровых синтезаторов частот,построенных с использованием алгоритмов в аппроксимации. // Техника средств связи. Сер. ТРС. -1981. Вып. N 7.- С. 86-95.

49. ФАДЕЕВ А.Н. Переходные процессы в вычислительных синтезаторах сигналов.//В кн.:Науч. труды.Современные проблемы стабилизации частоты. Межв.тем.сб. М.: МЭИ. -1983. N 8. - С.104-109.

50. ЗАЙЦЕВ А.Л. Амплитудная и фазовая компенсация ошибок квантования в вычислительных синтезаторах сигналов. // В кн.: Науч. труды.Современные проблемы стабилизации частоты. Межв.тем.сб.- М.: МЭИ. -1983. N 8. С. 109-113.

51. ДЕМИН М.П.,НУЖН0В С.С. Анализ цифрового синтезатора стабильной частоты на основе формирования отсчетов синтезируемого колебания. // В кн.: Науч.труды. Современные проблемы стабилизации частоты. Межв.тем.сб. М.: МЭИ. -1983. N 8. - С. 119-123.

52. ФРОЛКИН В.Д.,НАГОРНЫЙ Д.Я. Спектральные характеристики синтезаторов стабильных частот,построенных по прямому и косвенному методам.//В кн.: Науч.труды. Современные проблемы стабилизации частоты. Межв.тем.сб. М.: МЭИ. -1983. N 8. - С. 114-118.

53. КОЧЕМАСОВ В.Н.,ФАДЕЕВ А.Н. Цифровые вычислительные синтезаторы двухуровневых сигналов с компенсацией фазовых ошибок. // Радиотехника. -1982. N 10. С. 15-19.

54. АРТАМОНОВ A.A.,ГУРЕВИЧ И.Н.,3АРЕЦКИЙ М.Ш. Методы оптимального пассивного цифрового синтеза. // В кн.: Науч. труды. Современные проблемы стабилизации частоты. Межв.тем.сб. М.: МЭИ.-1983. N 8. - С. 70-73.

55. РАКОВ И.А. Цифро-аналоговые корректоры фазовых ошибок для вычислительных синтезаторов сигналов. // В кн.: Сб. науч.трудов.- М.: МЭИ. -1986. N 107. С. 51-56.

56. МОДЕЛЬ В.М. Быстродействующий синтезатор частот. II Техника средств связи. Сер. Техника радио и связи. -1984. Вып.5.- С. 88-93.

57. ЗИЛЬБЕРГ Я.Е.,0JIET0BA Н.Т. Аппроксимационный синтез сетки частот. II Радиотехника. -1986. N 7. С. 40-42.

58. ШИШОВ С.Я.,СТАНКОВ В.С.,СУХОТИН С.С. Особенности проектирования пассивных синтезаторов частот с цифровым накоплением фазы. II В кн.: Стабилизация частоты и прецизионная радиотехника. Часть 1. Тезисы докладов. М.: ВИМИ. -1983. - С. 69-72.

59. АРТАМОНОВ A.A.,3АРЕЦКИЙ М.М.,ШАПИРО Д.Н. К вопросу о нормировании показателей качества выходных колебаний систем синтеза частот. II В кн.: Стабилизация частоты и прецизионная радио-техника.Часть 1.Тезисы докладов.- М.: ВИМИ. -1983. С. 62-65.

60. НИКИТИН Ю.А. Определение требований к элементам системы двухуровневого пассивного цифрового синтеза частот. II Техника средств связи.Вып.6. Сер.Техника радиосвязи. -1981.- С. 82-88.

61. НИКИТИН Ю.А.,ШАПИРО Д.Н. Анализ спектра квазимеандра.//В кн.: Сб.науч.трудов.Учеб.институтов связи.Оптимизация систем передачи инф. по каналам связи. С. 90-94.

62. БОЛЬШАКОВ С.В. 0 проблеме измерения времени установления частоты выходных колебаний синтезаторов. // В кн.: Стабилизация частоты и прецизионная радиотехника. Часть 1. Тезисы докладов, М.: ВИМИ. -1983. - С. 74-76.

63. К0ЧЕМАС0В В.Н.,РАКОВ И.А. Цифровой вычислительный синтезатор на основе фазовращателя с коммутацией отсчетов. // Электросвязь.-1988. N 2. С. 56-60.

64. ШАХГИЛЬДЯН В.В.,ЛУЧКОВ В.Г. Цифровой синтезатор частот. // В кн.: Стабилизация частоты и прецизионная радиотехника.Часть 1. Тезисы докладов. М.: ВИМИ. -1983. - С. 78-82.

65. КУЗНЕЦОВА Г.В.,КУЛЕШОВ В.Н. Флуктуационные характеристики цифровых синтезаторов частот. // В кн.: Стабилизация частоты и формирования сигналов радио и оптического диапазонов. Тезисы докладов. 7-го научного совещания. Минск,МРТИ. -1992. - С. 154-155.

66. CONNELLY J.A.,TAYLOR К.P. An Analysis Methodology to Identify Dominant Noise Sources in D/A and A/D Converters.//IEEE Trans. CS-38. October 1991. P. 1133-1144.

67. HALFORD D.,WAINWRIGHT A.E.,BARNES J.A. Flicker Noise of phase in RF Amplifiers: Characterisation,Cause and Cure. //In book: Proc. Ann. Symp. on Freq. Control. -1968. P. 340-341.

68. HEALEY D. Flicker of Frequency and Phase and White Frequency and Phase Fluctuation in Frequency Sources. //In book: Proc. Ann. Symp. on Freq. Control. -1972. P. 29-42.

69. ЖАЛУД В., КУЛЕШОВ B.H. Шумы в полупроводниковых устройствах.- М.: Сов. радио. Прага.: SNTL . -1977. - 416 с.

70. БЕРЕШНЯК И.П.,КУЛЕШОВ В.Н. Естественные шумы балансного фазового детектора. // Радиотехника. -1980. N 2. с. 46-48.

71. КУЛЕШОВ В.Н.,БЕРЕ1НЯК И.П. Фликер-шум в транзисторах и флуктуации амплитуды и фазы в высокочастотных усилителях. // Радиотехника и электроника. -1980. N И. С. 2393-2399.

72. DRISCOLL М.М. and MERRELL T.D. Spectral Performance of Frequency Multipliers and Dividers. // In book: Proceedings 1992 IEEE Freq.Control Symp. P. 193-200.

73. КУЛЕШОВ В.Н., ПОПОВ А.В. Исследование шумов импульсно-фазовых детекторов типа " выборка-запоминание // Электросвязь. -1987. N 10. С. 52-54.

74. ПОПОВ А.В. Исследование и разработка измерителей флуктуаций фазы в автогенераторах. Дис. .канд. техн. наук.: 05.12.17.- М.: -1987. -253 л.: ил.- Библиогр. С. 209-222.

75. РЫТОВ С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. М.: Наука. -1976. -496 с.

76. МАЛАХОВ А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М.: Наука. -1968. -660 с.

77. КУЛЕШОВ В.Н. Разработка и применение системы методов прикладного анализа флуктуаций в источниках колебаний. Дисс. докт. техн. наук. 05.12.01,: М. -1988. -421 с.

78. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров. -Под ред.МАРЦИНКЯВИЧЮСА А.-Й.К.,БОГДАНКИСА Э.-А.К. М.: Радио и связь. -1988. -224 с.

79. ФЕДОРКОВ Б.Т., ТЕЛЕЦ В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М. : Энергоатомиздат. -1990. -320 с.

80. ШЛЫКОВ Г.П. Измерение параметров интегральных ЦАП и АЦП. М.: Радио и связь.-1985. -128 с.

81. ФИШТЕЙН А.М. Ключевые фазометрические преобразователи. -Новосибирск : Наука. -1985. -126 с.

82. HOWARD К.,SCHOENWETTER Н.К. A High-Speed Low-Noise 18-bit Digital-to-Analog Converter. // IEEE Trans. -Vol. IM-27. N4. -1978. P. 413-417.

83. PLUMBJ., CHENETTE E. Flicker Noise in Transistors.//IEEE Trans. -1963. -V. ED-10, N 5. P. 304-308.

84. BAH ДЕР ЗИЛ A. Шум (Источники,описание,измерение).Пер.с англ.под ред.Нарышкина А.К.- М.: Сов.радио.-1973. -228 с.

85. ВАН ДЕР ЗИЛ А. Шумы при измерениях.Пер. с англ.под ред.Нарышкина А.К.- M .: Мир. -1979. -294 с.

86. НАРЫШКИН А.К.,ВРАЧЕВ А.С. Теория низкочастотных шумов. М.: Энергия. -1972. -152 с.

87. БЕРЕЖНЯК И.П. Шумы в источниках колебаний с кварцевой стабилизацией частоты. Дис. .канд.техн.наук.: 05.12.01. М. 1980. -205 Л.: ил. -Библиогр. : - С. 195-205.

88. КУЛЕШОВ В.Н.,ЯНУШЕВСКИЙ Г.Д.ДЕГОТИН В.Н.,ПИГАЛИНА Е.Н. Экспериментальное исследование фликерных шумов биполярных транзисторов. // В кн.: Стабилизация частоты и прецизионная радиотехника. Часть 2.Тезисы докладов. М. -1983. - С. 76.

89. ЖИГАЛЬСКИЙ Г.П.,КАРЕВ А.В.ДОСЕНКО В.Е. Исследование фликерно-го шума в тонкопленочных резисторах на основе пленок тантала. // Электронная техника. Сер.6. Материалы. Вып.1 (148). С. 70-73.

90. КУЛЕШОВ В.Н.,ПАЦЕКИН М.П. КАПИТАНОВ Н.Н. Усилители высокой частоты и ограничители на двухтранзисторных дифференциальных активных элементах. М.: МЭИ. -1983. -96 с.

91. ПАЦЕКИН М.П. Теория и некоторые применения дифференциального активного элемента.Дис. .канд.техн.наук.: 05.12.01. М. -1979. -251 Л.: ил. -Библиогр.: - С. 242-251.

92. HAMELL R.L., KUHNLE P.F., SYDNOR R.L.,DICK G.Y.KIRK А.,DIENER W.A. Improving Noise in Measurement Systems. // In book: Proceedings 1992 IEEE Freq. Control Symp. P. 225-230.

93. DRISCOLL M.M. Reduction of Oscillator Flicker of Frequeney White Phase Noise (floor) Levels and Acceleration Sensitivity Via Use of Multiple Resonators. // In book: Proceedings 1992 IEEE Freq. Control Symp. P. 334-339.

94. ESTRICK V.H. A High Performance VHF Oscillator With Optimized Crystal Drive Power. // In book: Proceedings 1993 IEEE Freq. Control Symp. P. 209-215.

95. DRISCOLL M.M.}HANSON W.P. Measured vs.Volume Model,Predicted Flicker of Frequency Instability in VHF Quartz Crystal Resonators. // In book: Proceedings 1993 IEEE Freq. Control Symp. P. 186-192.

96. КАПРАНОВ M.B., КУЛЕШОВ B.H., УТКИН Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. М.: Наука. -1987. -320 с.

97. БАСКАКОВ С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. шк. -1988. -448 с.

98. ГОНОРОВСКИЙ И.С.,ДЕМИН М.П. Радиотехнические цепи и сигналы : 5-е изд.,перераб.и доп. М.: Радио и связь. -1994. -480 с.

99. ТРАХТМАН A.M.,ТРАХТМАН В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. М.: Сов. радио. -1975. -208 с.

100. ЛОГИНОВ В.П. Функции Уолша и области их применения. // Зарубежная радиоэлектроника. -1973. N 4. С. 73-100.

101. ДЖЕРРИ А.Д. Теория отсчетов Шеннона,ее различные обобщения и применения. // ТИИЭР. -1977. Т 65. N И. С. 53-89.

102. ГУТКИН Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств.- М.: Радио и связь. -1986. -288 с.

103. КУЛЕШОВ В.Н.,ЛЮ ХАЙЯИНЬ,КУЗНЕЦОВА Г.В. Естественные шумы многоуровневых цифровых вычислительных синтезаторов частот. // Радиотехника. -1995. N 3. С. 30-31.

104. KULESHOV V.H., LIU H.Y. Fundamental Noise in Direct Digital Frequency Synthesizers. // In book: Proceedings 1995 IEEE Freq. Control Symp.

105. KULESHOV V.H.,LIU H.Y.,LESHUK0V B.E. 1/f Fluctuation Sources in Digital Frequency Synthesizers and Their Contribution to the Output Oscillations Power Spectral Density. // In book: Proceedings 1995 IEEE Freq. Control Symp.