А.В. Королёв1, С.Г. Рыков2

1,2 АО «Всероссийский НИИ радиотехники» (Москва, Россия)

1 teleret@mail.ru; 2 brig001@mail.ru

Постановка проблемы. Применение цифровых вычислительных синтезаторов (ЦВС) для генерирования колебаний на образах основной частоты (super-Nyquist direct digital synthesis) позволяет расширить полосу формируемых сигналов без усложнения схемы синтезатора. При этом использование специальных режимов работы цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) не требуется, если амплитуда выходного колебания остается достаточно высокой и обеспечивается фильтрация нежелательных составляющих в спектре выходного сигнала. В связи с этим представляет интерес исследование фазовых и амплитудных шумов, вносимых микросхемами ЦВС широкого применения при работе на образах основной частоты в режиме синтеза монохроматического колебания.

Цель. Выполнить анализ фазовых и амплитудных шумов ЦВС при работе на образах основной частоты с применением известных из теории колебаний методов расчета шумов, учитывая возможность изменения тактовой частоты.

Результаты. Проведено экспериментальное исследование ЦВС AD9910 и AD9912 и предложены выражения для расчета фазовых и амплитудных шумов микросхем ЦАП и ЦВС с работой каналов ЦАП в режиме чередования во времени (time interleaving). Измерения и расчеты шумовых характеристик выполнены в сравнении с ЦВС AD9914, в которой переключение каналов ЦАП отсутствует. Представлена модель дискретизирующего импульса, которая показала хорошее соответствие расчетных и измеренных частотных характеристик фазовых и амплитудных шумов, а также огибающей комплексного коэффициента передачи вплоть до 6-й зоны Найквиста.

Практическая значимость. Предложенная модель дискретизирующего импульса может быть использована при анализе частотных характеристик выходного колебания ЦВС и ЦАП, работающих в режиме с чередующейся во времени работой каналов.

Королёв А.В., Рыков С.Г. Моделирование цифровых вычислительных синтезаторов на образах основной частоты // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 11. С. 103−118. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202412-09

1. Ash M., Brennan P.V. Transmitter noise considerations in super‐Nyquist FMCW radar design // Electronics Letters. 2015. V. 51. № 5. P. 413-415.
2. Köhler A. et al. mGEODAR - A mobile radar system for detection and monitoring of gravitational mass-movements // Sensors. 2020. V. 20. № 21. P. 6373.
3. Romashov V.V., Yakimenko K.A., Doktorov A.N. Wideband high-speed DAC-based frequency synthesizer // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2022. V. 2388. № 1. P. 012114.
4. Schindler F., et al. Super-Nyquist Direct Digital Synthesis Enables Next Generation Radio Systems // Microwave Journal. 2020. V. 63. № 9.
5. Максимовский Д.Ю., Никонов И.В. Исследование и анализ характеристик функциональных узлов синтезатора частот // Наука, образование, бизнес. 2014. С. 336-338.
6. Gentile K. Super-Nyquist Operation of the AD9912 Yields a High RF Output Signal. Analog Devices, Inc. 2007.
7. Ромашов В.В. и др. Экспериментальная проверка моделей шумовых характеристик интегральных цифровых вычислительных синтезаторов компании Analog Devices // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016. № 3(23). С. 15-23.
8. Clara M. High-performance D/A-converters: Application to digital transceivers. Springer Science & Business Media. 2012. V. 36.
9. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. Изд. 3-е. СПб: БХВ-Петербург. 2011. 768 с.
10. Королёв А.В., Рыков С.Г. Фазовые шумы цифровых вычислительных синтезаторов при изменении частот тактового и выходного колебания // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 5. С. 100-116. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202105-10.
11. Chenakin A. Frequency Synthesizers Concept to Product. Artech House. 2011.
12. Патент № 2774401 (РФ), H03L 7/18. Гибридный многокольцевой синтезатор частот. / А.В. Королев и др. Опубл. бюл. №18; 21.06.2022.
13. Chen S.Y.S., Kim N.S., Rabaey J.M. Multi-mode sub-Nyquist rate digital-to-analog conversion for direct waveform synthesis // IEEE Workshop on Signal Processing Systems. IEEE. 2008. Р. 112-117.
14. Храмов К.К., Ромашов В.В. Сравнительный анализ режимов работы быстродействующих ЦАП // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2018. № 4(32). С. 44-54.
15. Королёв А.В., Рыков С.Г. Анализ фазовых и амплитудных шумов многорежимных цифро-аналоговых преобразователей в режимах RZ, NRZ и RF // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 2. С. 138−155. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202402-17.
16. Королёв А.В., Рыков С.Г. Экспериментальное определение коэффициентов формулы для расчета фазовых шумов цифровых вычислитель.ных синтезаторов // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 6. С. 96−108. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202206-13.
17. Calosso C.E., Rubiola E. Phase noise and jitter in digital electronics //2014 European Frequency and Time Forum (EFTF) // IEEE. 2014. P. 374-376.
18. Lin W.T., Huang H.Y., Kuo T.H. A 12-bit 40 nm DAC Achieving SFDR > 70 dB at 1.6 GS/s and IMD<–61dB at 2.8 GS/s with DEMDRZ Technique // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2014. V. 49. № 3. P. 708-717.
19. Bugeja A.R. et al. A 14-b, 100-MS/s CMOS DAC designed for spectral performance // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1999. V. 34. № 12. P. 1719-1732.
20. Королёв А.В., Рыков С.Г. Экспериментальное исследование фазовых и амплитудных шумов многорежимных цифро-анало-говых преобразователей в режимах RZ, NRZ и RF // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 7. С. 177−194. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202407-28.
21. Adams R., Nguyen K.Q. A 113-dB SNR oversampling DAC with segmented noise-shaped scrambling // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1998. V. 33. № 12. P. 1871-1878.
22. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах / Под общей ред. А.К. Нарышкина. Совместное советско-чешское издание. М.: Советское радио. 1977. 416 с.