Цифровой синтезатор частот

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИС ТИ 1 Е СК ИХРЕСГ)УБЛИК 09)/00 1)5 Н 03 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН В Цифровои синтезатор частот содержит опорный генератор 1, блок установки частоты 2, разрядный сумматор 3 кодов, разрядный регистр 4 памяти, блок выборки 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, полосовой фильтр 7, первый 8, второй 9 элементы НЕ, первый 10, второй 11 триггер 9, первый 12, второй 13 и третии 14 элементы И. В процессе формирования сигнала его максимальное значение меняется от периода к периоду по сложной зависимости, что приводит к паразитной амплитудной модуляции. Элементы НЕ 8 и 9, триггеры 10 и 11, элементы И 12, 13 и 14 формируют в определенные моменты времени импульсы, обеспечивающие управление уровнем выходного сигнала ЦАП б, 2 ил. радиотехнике системах расинтезаразом. андвливение син тот рабо ышение спектсигнала и расуемых частот. электрическая го синтезатора ные диаграммы но-коди частоть ется двоезируемо+ аи 12Г) а 12 +исло;редстав ющее собо ноше 1 о ние синтезируемои часто однойчетвертой го генератора 1,т = 4 т 5 макс (О Это число и ного сумматора рядным регистр на выходе котор Цифровои сиопорный генератототы (БУЧ), и-разри-разрядный региборки, цифроанаЦАП) 6, полосоввторой 9 элемент тезатор частот содержр 1, блок 2 установки ч ядный сумматор 3 код стр 4 памяти, блок 5 оговый преобразоватой фильтр 7, первый 8ы НЕ, первый 10 и втор А 1).упает на вхокоторый вме 4 образуюто в каждый т д и-оазрядте с и-раздкопитель,ктоьый моГОсудАРстВенный кОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Марийский политехнический институт им. А.М.Горького(56) Гнатек Ю. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям, М: Радио и связь, 1982, с. 255 в 2,Авторское свидетельство СССР)чг 849414, кл, Н 03 В 19/00, 17,05,79, (54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к радиотехнике, Цель изобретения - повышение спектральной чистоты выходного сигнала и расширение диапазона генерируемых частот,Изобретение относится и может быть использовано диосвязи и радиолокации. Цель изобретения - пов ральной чистоты выходного ширение диапазона генерир На фиг.1 приведена структурная схема цифрово частот; на фиг. 2 - времен его работы.11 триггеры, пе 14 элементы И Цифровой следующим об В БУЧ 2 ус рованное знач А=ао 2 + где М - целое ч А-число, и1684906 А 1 вый 12 и второй 13 и третий начения частоты 1 т опорномент времени Ь - З.пТ, и = 1, 2, 3 (Т = 1 Лт- длительность тактового интервала) формируется число Вп = ЬО 2 + Ь 1 2 +и О п 1=ВА+ А, которое пропорционально фазе 5синтеэируемого колебания, В блоке выборки 5 число Вп преобразуется в соответствующую выборку синусоидального сигнала, вЦАП 6 в аналоговую величину. Ступенчатыйсигнал с выхода ЦАП 6 сглаживается полосовым фильтром 7,Вследствие дискретного преобразования фазы и мгновенных значений синусоидального сигнала при некоторых значенияхсинтеэируемого выходного сигнала заданной частоты происходит уменьшение амплитудного значения либо возникновениепаразитной амплитудной модуляции. Покажем появление этих случаев при синтезесигналов с фиксированной частотой и сигналов, частота которых меняется по линейному закону в некоторой полосе частот,Нетрудно показать, что выходной сигнал синтезатора будет меняться по законуО А = Ом эи 2 Л( -- Я Т),252где Оп 1 - максимальная амплитуда выходно, го сигнала;р1, 2, РмаксЯ - номер такта;30ч - разрядность накопителя.Рассмотрим три возможных случая длязначения параметра р, несущего информацию о выходной частоте синтеэируемогосигнала: параметр р кратен 2, где- целое 351число; Ьр = 2 л р/ укладывается целое2число раз в периоде 2 л; Ь р= 27 гр/2 неукладывается целое число раз в периоде 2 л.В первом случае паразитной амплитудной модуляции нет, а максимальное значение амплитуды равно Оп 1 при3=2 1(2 п 1+1),гдето (0,1,2).Во втором случае паразитная амплитудная модуляция отсутствует, а максимальноезначение амплитуды определяется в зависимости от параметра 1 о формулойОма= ОмсоЗЛ 2 - рЙТ(2 /р)В третьем случае возникает двухчастотная паразитная амплитудная модуляция смаксимальным периоцом повторения, равным длительности Т = рТО, и максимальной частотой с длительностью периода,равнойРТО55Т 1 -Р - рИТ(Р/р)Максимальная амплитуда в каждый период синтеэируемого сигнала будет выражаться формулой ЬА:=Осовк (2.рМТ(2 /р)+2(2 .,-рЬТ(2 /р,где М - номер периода синтезируемого сигнала;- сумматор по модулю Р.(РИз последней зависимости следует, чтомаксимальное значение синтезируемогосигнала меняется от периода к периоду посложной зависимости от параметра Р синтезируемой частоты.В этом случае квазипериодическое изменение максимального амплитудного значения выходного сигнала синтезатораприводит к паразитной амплитудной модуляции, которая в свою очередь приводит кпоявлению в спектре выходного сигнала паразитных составляющих кратных ТО, Т 1,пТ+п 1 Т, пТ+вТ 1, где п 1, пс (0,1,).Наиболее существенна паразитная амплитудная модуляция с периодом Т, так какее составляющие находятся вблизи основной полезной спектральной составляющей.Таким образом, для того, чтобы выделить частоту синтезируемого сигнала 1 О, необходимо применить сложные полосовыефильтры 7 с хорошими эксплуатационнымихарактеристиками,В случае формирования ЛЧМ-сигналапараметр р меняется во времени и выходной сигнал постоянно проходит три рассмотренных случая, при этом амплитудавыходного сигнала меняется по сложномузакону,Таким образом, для формирования высококачественного сигнала необходимоисключить паразитную амплитудную модуляцию,используя метод вычислении добавок по выведенным формулам для каждогоиэ трех случаев либо упрощенный методдля коррекции максимального амплитудного значения синусоидального сигнала вмсменты переполнения накопителя (состоящего из и-разрядного сумматора 3 и п-разрядного регистра 4),С этой целью в определенный моментвремени формируется импульс, предназначенный для управления уровнем выходногосигнала ЦАП 6.На фиг,2 показано изменение выходного сигнала на максимуме синтезируемогосинусоидального сигнала с исключениемамплитудной модуляции.Кривая 1 (фиг, 2 г,д)показывает изменение непрерывного синусоидального сигна 16849065 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ла, кривая 2 (фиг, 2 г,д) -дискретное приближение (формирование) синусоидального сигнала нэ выходе ЦАП 6 беэ коррекции паразитной амплитудной модуляции; кривая 3 (фиг. 2 г,д) - дискретное приближение синусоидального сигнала на выходе ЦАП 6 с коррекцией паразитной амплитудной модуляции, кривые 4 и 5 (фиг, 2 г,д) - отклонение формы дискретного синусоидального сигнала с коррекцией паразитной амплитудной модуляции и без нее,Рассмотрим работу блоков цифрового синтезатора частот, выполняющих коррекцию паразитной амплитудной модуляции формируемого сигнала эпюры работы представлены на фиг, 2).В и-разрядном сумматоре 3 накопителя с опережением по длительности одного такта по отношению к выходному сигналу и- разрядного регистра 4 происходит анализ шага приращения фазы на заданной частоте. В случае, если шаг (Р) больше остатка фазы до к /2 (2 "), т,е. р(2 - рЯ), то на выходе (и)-го разряда и-разрядного сумматора 3 формируется лог, "1", которая поступает на второй вход первого элемента И 12, открывая его. Здесь используется опорный генератор 1, который формирует две импульсные последовательности с одинаковым тактовым интервалом (т), смещенные по времени (фаза = л) относительно друг друга на Т/2 (см.фиг,2 а,б). На выходах опорного генератора 1 формируются две последовательности импульсов (меандр) с тактовым интервалом Т, смещенные во времени относительно друг друга на Т/2. Первая импульсная последовательность (фиг, 2 а) предназначена для записи в и-разрядный регистр 4 выходного кода и-разрядного сумматора 3. Вторая импульсная последовательность используется для формирования (временной привязки) управляющего импульса ЦАП 6 с целью сохранения минимальных фазовых ошибок при коррекции амплитуды.Первый же тактовый импульс с второго выхода опорного генератора 1 через открытый первый элемент НЕ 8 поступает на счетный вход первого триггера 10, изменяя его состояние. С выхода первого триггера 10 единичный уровень поступает на входы второго 13 и третьего 14 элементов И и открывает их.Сигнал с выхода и-го старшего разряда и-разрядного сумматора 3 поступает на управляющие входы ЦАП б, в качестве которого может быть применен быстродействующий ЦАП типа К.1118 ПА 2. Особенность известного ЦАП 6 заключается в том,что его внутренняя структура позволяет по указанным двум управляющим входам (Н и ) независимо от входного цифрового кода устанавливать на его аналоговом выходе максимальное значение выходного напряжения (Омкс) либо минимальное выходное напряжение (Омичи). Второй тактовый импульс устанавливает первый триггер 10 в нулевое состояние, а второй триггер 11 в единичное состояние, Уровень логического "0" с инверсного выхода второго триггера 11 поступает на вход первого элемента И 12, запрещая прохождение тактовых импульсов на счетный вход первого триггера 10. Первый и второй триггеры 10 и 11 устанавливаются в исходное состояние с приходом нулевого уровня по (и)-му разряду и-разрядного сумматора 3.Таким образом, на выходе второго 13 и третьего 14 элементов И формируются сигналы (фиг. 2 в) длительностью один тактовый интервал, который управляет аналоговым выходом ЦАП 6, при этом на вторые входы второго 13 и третьего 14 элементов И сигналы поступают с входа и выхода второго элемента НЕ 9.В качестве ЦАП 6 в данном устройстве вместо 1118 ПА 2, имеющего управляющие входы Н и , можно использовать любой другой, дополнив его входные цепи управляющими входами при использовании соответствующих точек их структурного построения.При отсутствии управления ЦАП 6 для стабилизации максимального уровня выходного сигнала синтезатора при формировании сигнала с максимальной частотой макс = т/4 уровень его снижается на 104 по сравнению с уровнем на нулевой частоте. При стабилизации уровня с помощью предлагаемого устройства уровень выходного сигнала на частоте 1 макс не отличается от уровня на нулевой частоте.Таким образом, использование предлагаемого цифрового синтезатора частот позволяет улучшить спектральную чистоту и расширить диапазон частот формируемого сигнала. который определяется быстродействием цифроаналогового п реобразователя.Формула изобретения Цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные блок установки частоты, и-разрядный сумматор кодов, и-разрядный регистр памяти, блок выборки, цифроаналоговый преобразователь и полосовой фильтр, а также опорный генератор, выход которого подключен к входу синхронизации и-разрядного регистра памяти, выход которого соединен также с1684906 иа 2 оставитель Ю. Ковалевехред М. Моргентал Корректор С. Черн едактор Л. Веселов аказ 35 ВНИИ Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г,од, ул, Гагарина, 101 вторь м входом и-разрядного сумматора кодов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения спектральной чистоты выходного сигнала и расширения диапазона генерируемых частот, между вторым выходом опорного генератора и первым управляющим входом цифроаналогового преобразователя введены последовательно соединенные первый элемент И, первый триггер и второй элемент И, третий элемент И, первый элемент НЕ, второй элемент НЕ и второй триггер, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля первого триггера и с выходом первого элемента НЕ, вход которого соединен с вторым входом первого элемента И и с выходом (и)-го разряда и-разрядного сумматора кодов, и-й разряд которого соединен с и-м разрядом цифроаналогового преобразователя, вто рым входом второго элемента И и входомвторого элемента НЕ, выход второго элемента НЕ подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с вторым управляющим входом цифроанало гового преобразователя, счетный входвторого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с выходом первого триггера, а выход второго триггера соединен с третьим входом первого 15 элемента И.