Синтезатор частот

Союз Советских ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата опубликования описания 20,02.81(51) М.Кл.з К 03 В 21/02 Государствекиый комитет по делам изобретеиий и открытий(72) Автор изобретения А. Д. Мицкевич Минский радиотехнический институт(54) СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ 2 Изобретение относится к радиотехнике, может использоваться для формирования сетки частот в радиопередающих и радио- приемных устройствах.Известен синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор и делитель частоты с переменным коэффициентом деления 1.Однако известный синтезатор частот имеет недостаточно высокое быстродействие и недостаточно малый уровень выходных шумов, обусловленные узкополосностью контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и его ограниченной полосы пропускания.Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение уровня выходных шумов.Для этого в известный синтезатор частот между выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и другим входом фазового детектора введены последовательно соединенные сумматор, цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот и формирователь импульсов, при этом к информационным входам сумматора подключен вновь введенный регистр кода. На фиг. 1 представлена структурнаясхема предлагаемого синтезатора частот; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, Синтезатор частот содержит 5 опорный генератор 1, фазовый детектор 2,первый фильтр нижних частот 3, управляемый генератор 4, делитель б частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), регистр б кода, сумматор 7, цифроаналого вый преобразователь (1 ЦАП) 8, второйфильтр 9 нижних частот и формирователь 10 импульсов.Синтезатор частот работает следующимобразом.15 Генератор 1 предназначен для синхронизации синтезатора частоты. Детектор 2 сравнивает частоту генератоа 1 с частотой, поступающей на детектор 2 по цепи обратной связи с выхода формирователя 10, и 20 вырабатывает сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз сравниваемых сигналов, фильтр 3 выделяет постоянную составляющую сигнала и подает ее на вход управляемого генератора 4. Генератор 4 25 служит для формирования сетки частот:его выход является выходом синтезатора.ДПКД б предназначен для предварительного деления частоты генератора 4; коэффициент деления ДПКД 5 в предложенном ЗО синтезаторе выбирается значительно мень25 30 35 40 45 50 55 60 65 шим, чем в известном. Сумматор 7 используется для последовательного суммирования при поступлении импульсов с выхода ДПКД б значения,кода частоты, записываемого в регистре кода б.Преобразователь 8 преобразует код сумматора 7 в соответствующие значения напряжения. Фильтр 9 используется для формирования аналогового синусоидального сигнала по дискретным выборкам.Формирователь О служит для формирования импульсов, соответствующих нулям синусоиды на выходе фильтра 9,На фланг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу синтезатора частот. Здесь У 4 - сигнал на выходе генератора 4, г/; - сигнал на выходе ДПКД б, К 7 - код, записанный в накопительном сумматоре 7, У - полная емкость накопительного сумматора 7, п - код, установленный в регистре кода б, 1 - момент переполнения накопительного сумматора 7, С - остаток кода после переполнения накопительного сумматора 7, с/8 - сигнал на выходе преобразователя 8, У 9 - выходной сигнал фильтра 9, У,о - выходной сигнал формирователя 10, Лт - фазовый сдвиг сигнала на выходе формирователя 10 относительно сигнала генератора 4, У, - сигнал на выходе генератора 1, У, - сигнал на выходе детектора 2.Выходная частота генератора 4 предварительно делится на коэффициент М ДПКД б до частоты, необходимой для устойчивой работы устройств, подключенных к выходу ДПКД б (на фиг. 2 для примера М = 2). Импульсы с выхода ДПКД б поступают на синхронизирующий вход сумматора 7, и при поступлении каждого импульса в сумматор 7 заносится содержимое регистра кода частоты (и). При превышении емкости У сумматора 7 происходит его переполнение (момент /), и процесс повторяется, но на этот раз суммирование начинается со значения С - остатка кода после переполнения.Выходной код сумматора 7 поступает на вход ЦАП 8, который сначала выполняет преобразование кода сумматора 7 в код синусоиды, причем емкость сумматора 7 У полагается равной одному периоду синусоиды, т. е. 2 л, частота синусоиды которой будет в Уlп раз меньше частоты сигнала на выходе сумматора 7, следовательно, выходная частота генератора 4 будет уменьшена в М У/п раз, Затем цифровые значения синусоиды преобразуются в соответствующее входному коду напряжение. Напряжение с выхода преобразователя 8 поступает на фильтр 9, который выделяет аналоговый синусоидальный сигнал из выходного сигнала, Формирователь 10 вырабатывает сигналы, соответствующие моментам перехода синусоиды через нулевой уровень; затем фаза выходного сигнала формирователя 10 сравнивается на детекторе 2 с фазой сигнала генератора 1. На выходе детектора 2 вырабатывается сигнал ошибки, который фильтруется на фильтре 8 и поступает на вход генератора 4 для подстройки частоты.Частота синусоиды на выходе фильтра 9 (/ос ) связана с частотой на выходе генератора 4 (у) следующим соотношением:иОс -- уг Л 4 уде /и - коэффициент деления ДПКД 5, Таким образом, выходная частота генератора 4 будет разделена на М У/п. Поскольку в синтезаторах с делителем в цепи обратной связи частота выходного сигнала равна частоте входного, умноженной на коэффициент деления в цепи обратной связи, то для рассматриваемой схемы можно записатьигде , - частота опорного генератора 1.Поскольку в общем случае числа М и п, У и п не являются кратными, то результирующий коэффициент умножения оказывается дробным.Момент появления сигнала на выходе формирователя 10 в общем случае не совпадает с моментом появления сигнала на выходе генератора 4 (фазовый сдвиг Лт), что соответствует некратному делению частоты генератора 4 (фиг. 2).Указанное некратное деление частоты выполняется с помощью цифровых методов, что обеспечивает высокую точность деления, и, кроме того, синусоида, на выходе второго фильтра нижних частот получается равномерно распределенной относительно выходного сигнала управляемого генератора.Как следует из теории Котельникова, для формирования аналоговой синусоиды по дискретным выборкам необходимо не менее двух выборок на период синусоиды, На практике однако для облегчения требований к фильтру нижних частот (блок 9 в данном устройстве, фиг. 1), берется не менее четырех выборок. Следовательно, отношение У/и должно быть не меньше 4. Для примера возьмем М = 10, У = 26, п = 24 -- 1 =,16383. При этом результирующий коэффициент деления будет равен 10 Х Х 65536/16383 = 40,00244. Если задать и = = 24 - 2 = 16382, то результирующий коэффициент деления составит 10 Х 65536/16382= = 40,00488. Если выбрать, например, частоту генератора 1 равной 100 кГгг, то двум этим коэффициентам будут соответствовать следующие значения частоты управляемого генератора (и, следовательно, синтезатора): 4,000244 мГи, и 4,000488 мГЧ. Шаг частоты на выходе синтезатора составит244 Гц при выходной частоте около 4 мГи, и частоте опорного генератора 100 кГц. Для того чтобы получить такие же частотные соотношения на выходе известного устройства с целочисленным коэффициентом деления ДПКД, значение этого коэффициента должно составлять около 16000, при этом частота опорного генератора будет равна шагу частоты на выходе синтезатора и составит 244 Гц, т. е. окажется приблизительно в 400 раз ниже с вытекающими отсюда недостатками.Отметим, что в предложенном устройстве ДПКД 5 выполняет несколько другую роль, чем в известном; он производит понижение частоты генератора 4 до значений, необходимых для обеспечения устойчивой работы включенных после ДПКД б устройств.Повышение частоты сравнения и понижение коэффициента деления при неизменном шаге выходной частоты позволяет обеспечить ряд преимуществ предложенного устройства.,Во-первых, повышение частоты сравнения контура ФАПЧ позволяет упростить конструкцию первого фильтра нижних частот (3) и обеспечить подавление частоты сравнения, что приводит к уменьшению уровня гармонических составляющих в выходном сигнале синтезатора. Вовторых, расширение полосы пропускания первого фильтра нижних частот (3) позволяет повысить быстродействие синтезатора частот, т. е. уменьшить время смены частот. В третьих, расширение полосы пропускания контура ФАПЧ способствует улучшению подавления собственных шумов управляемого генератора, что снижает уровень шумов на выходе синтезатора частот. И, наконец, снижение коэффициента деления в цепи обратной связи приводит к уменьшению степени умножения шумов, поступающих по каналу генератора 1, за5 счет чего снижаются шумы в спектре выходного сигнала синтезатора при отстройках от несущей, не превышающих полосы пропускания контура ФАПЧ.Кроме того, за счет увеличения разряд О ности - сумматора 7 и регистра б можнополучить дальнейшее уменьшение шага сетки выходных сигналов частот синтезатора без понижения частоты сравнения.15 Формула изобретенияСинтезатор частот, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, фазовый детектор, первый фильтр 20 нижних частот, управляемый генератор иделитель частоты с переменным коэффициентом деления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения уровня выходных шумов, между 25 выходом делителя частоты с переменнымкоэффициентом деления и другим входом фазового детектора введены последовательно соединенные сумматор, цифроаналоговый преобразователь, второй фильтр ниж них частот и формирователь импульсов,при этом к информационным входам сумматора подключен вновь введенный регистр кода.35 Источник информации, принятый вовнимание при экспертизе:1. Галин А, С. Диапазонно-кварцеваястабилизация СВЧ, М., Связь, 1976, с. 77Корректор С, Файн Редактор Г, Петрова Заказ 1750/134 Изд,125 Тираж 999 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4(5 Тип. Харьк. фил, пред. сПатент