Цифровой синтезатор частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 03 В 19/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Гнатек Ю.Р. Справочник по цифро-аналоговым и аналогоцифровым преобразователям, - М.: Радио и связь, 1982, с, 255 - 259,Алешин В.Г. идр, Радиопередающие устройства, синтезаторы частоты. М 1978,с. 33-34,(54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - расширение диапазона выходных частот. Цифровой синтезатор частоты содержит накапливающий сумматор (НС) 1, первый счетный триггер 2, инвертор 3, второй счетный триггер 4, демультиплексор 5, блок управления мультиплексором Ы 1626316 А 1(БУМ) 6, мультиплексор 7, делитель 8 частоты. При этом демультиплексор 5 содержит первый и второй элементы И 9, 10. БУМ 6 состоит из инвертора 11, элемента 12 задержки, с первого по четвертый элементы ИЛИ 17 - 20, первого и второго ЯЯ-триггеров 21, 22. Мультиплексор 7 содержит первыи и второй элементы И 23. 24 и элемент ИЛИ 25, НС 1 и первый счетный триггер 2 образуют низкочастотный тракт и формируют сетку точной подстройки частоты с малым дискретом, В высокочастотном канале (инвертор 3, второй счетный триггер 4, демультиплексор 5, БУМ 6) формируется импульсная последовательность несущей частоты, С помощью сигнала с выхода первого счетного триггера 2 производится управление частотой несущего колебания. Один из сигналов на управляющем входе мультиплексора 7 определяет направление перестройки частоты 3 з,п, флы, 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемниках навигационной аппаратуры и в системах синхронизации.Целью изобретения является расширение диапазона выходных частот,На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема цифрового синтезатора частоты; на фиг, 2 - временные диаграммы работы синтезатора,Цифровой синтезатор частоты содержит накапливающий сумматор (НС) 1, первый счетный триггер 2, инвертор 3, второй счетный триггер 4, демультиплексор 5, блок 6 управления мультиплексором (БУМ), мультиплексор 7, делитель 8 частоты. При этом демультиплексор 5 состоит из первого 9 и второго 10 элементов И, БУМ 6 содержит инвертор 11, элемент 12 задержки, с первого по четвертый элементы И 13-16, с первого по четвертый элементы ИЛИ 17-20, первый 21 и второй 22 В-триггеры. Мультиплексор 7 состоит из первого 23, второго 24 элементов И и элемента ИЛИ 25,Цифровой синтезатор частоты работает следующим образом,На тактовый вход НС 1 поступает импульсная последовательность с частотой тт 1, на кодовый вход НС 1 поступает код Лу, Частота следования импульсов на выходе переполнения НС 1 прямо пропорциональна коду Еу, Под действием неравномерной последовательности импульсов с выхода НС 1 первый счетныи триггер 2 меняет свое состояние (по переднему фронту входных импульсов). Смена состоя ний первого сче гного триггера 2 иллюстрируется его выходными сигналами (фиг, 2 г, д),На выход инвертора 3 поступает последовательность с частотой 1 а (фиг. 2 а), та же последовательность поступает на информационный вход демультиплексора 5, Второй счетный триггер 4 меняет свое состояние по переднему фронту импульсов с выхода инвертора 3. Под влиянием сигналов с выхода второго счетного триггера 4 (фиг, 2 б, в) демультиплексор 5 разделяет входную последовательность импульсов (фиг 2 а) на две последовательности с вдвое меньшей частотой (фиг, 2 е, ж). Демультиплексор 5 легко реализовать на двух элементах И 9, 10, работающих как ключи, стробируемые выходными сигналами второго счетного триггера 4.Мультиплексор 7 пропускает на выход одну из двух последовательностей (фиг, 2 е, ж), формируемых демультиплексором 5, Мультиплексор 7 реализуется на первом и втором элементах И 23, 24 и на элементе ИЛИ 25, Первый и второй элементы И 23, 245 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 работают как ключи, стробируемые выходными сигналами БУМ 6. Выходные сигналы первого и второго элементов И 23, 24 суммируются с помощью элемента ИЛИ 25.Синтезатор работает следующим образом.Сигналы на выходе БУМ 6 изменяются при изменении состояния первого счетного триггера 2. При этом происходит переключение мультиплексора 7, т.е, один из ключей, выполненных на псрвом и втором элементах И 23. 24, закрывается логическим нулем, а другой открывается логической единицей, При каждом переключен и мультиплексора 7 происходит дискретное изменение частоты следования и пульсов на его выходе Если сигнал на втором управляющем вход; н ло ическому нулю, то переключениеультиплексора 7 происходит так, что на о выходе интервал между двумя соседними импульсами уменьшается на половину псриода (фиг 2 ч, точка с), По. следовательность импульсов как бы "сжимается", средняя частота их следования растет. Если на втором управляющем входе логическая единица, то при переключении мультиплексора 7 и гервэл между двумя соседними импульсами на его выходе увеличивается на пслпериода (фиг, 2 ч, момент т 2), последовател ь ность "раста ги вается", частота снижаегся.Управление работой мультиплексора 7 производит БУМ 6,Установка и сброс первого и второго ВЯ-триггеров 21 и 22 производится низким уровнем си налов с выходов первого, второго. третьего и четвертого элементов ИЛИ 1720. Выходы первого счетного триггера 2 подключены на первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ 17 - 20 таким образом, чтобы при смене состояния первого счетного триггера 2 на противоположное первый и второй РС-григгеры 21 и 22 также поменяли свое состояние на противоположное при соответствующих сигналах на остальных входах первого, второго, третьегои четвертого элементов ИЛИ 17-20, которые стробируются иг пульсами с второго тактового входа, Это;,елается для запрета переключений первого и второго ЯЯ-триггеров 21 и 22 в моменты времени, когда на второй тактовый гход устройства и на входы ключей мультиплексора 7 постуают импульсы, В противном случае форма импульсов на выходе мультиплексора 7 может быть искажена, Первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ 17-20 стробируются также сигналами с выходов первого, второго, третьего и четвертого элементоь И 13-16, 1626316Если имеет место режим увеличениячастоты (фиг. 2 з, и), то ключи на логическихэлементах И 13, 15 открыты и пропускаютна выход сигналы второго счетного триггера4 (фиг. 2 к, м), Благодаря этому сигналы высокого уровня на входах В первого и второгоВЯ-триггеров 21, 22 (фиг, 2 о, р) затягиваютсяна время длительности импульса на выходах второго счетного триггера 4 (фиг, 2 б, в),Следовательно сброс первого и второго ВЯтриггеров 21, 22 затягивается на это же время (фиг. 2 у, ф). Поэтому если произошласмена состояния первого счетно о триггера2 и сразу же за этим моментом (фиг. 2, момент 11), следует импульс с второго тактового входа, то эапирание соответствующегоключа будет задержано (в данном примереключа на втором элементе И 24 мультиплексора 7). Импульс с второго тактового входапройдет на выход мультиплексора 7, произойдет "сжатие" последовательности (фиг2 р, ч).Аналогично при режиме уменьшениячастоты будут затягиваться моменты появления низких уровней на входах Я первогори второго ВБ-триггеров 21, 22 (фиг, 2 л, н, п,с) и соответственно моменты отпиранияключей на первом и втором элементах И 23,24 мультиплексора 7 (фиг, 2 у, ф), Лишниеимпульсы не будут проходить на выход".мультиплексора 7 (фиг. 2 ц, ч, момент 12)произойдет "растяжение последовательности.Стробирующие импульсы с второго тактового входа цифрового синтезатора частоты проходят через элемент 12 задержки дляуравнивания времени распространения логических сигналов, поступающих на вторыеи третьи входы первого, второго, третьего ичетвертого элементов ИЛИ 17 - 20, В противном случае возможны ложные срабатывания первого и второго ВЯ-триггеров 21, 22 исбои в работе цифрового синтезатора частоты.Частота "сжатий" ("растяжений") последовательности на выходе мультиплексора 7и, следовательно, величина перестройки частоты следования импульсов на выходе мультиплексора 7 определяются частотой сменысостояний первого счетного триггера 2, Последняя в свою очередь пропорциональнауправляющему коду Еу.Знак перестройки определяется логическим сигналом на втором входе БУМ 7, Поднесущей здесь подразумевается сигнал счастотой 1 т 2 /2 на выхоДе мУльтиплексоРа 7.Неравномерная последовательность с выхода мультиплексора 7 поступает на делитель 8 для сглаживания фазовыхфлуктуаций,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Средняя частота следования импульсовна входе первого счетного триггера 2 равнаг ь1МсГДЕ 1 т 1 - таКтОВав ЧаСтста НаКОПИтЕЛЬНОГОсумматора 1;Йс - его емкость;2 у - управляющий код НС 1,Несущая частота, т,е, частота следования импульсов на первом и втором сигнальных входах мультиплексора 7, равнатт 2тн = - ,2где тт 2 - тактовая частота на втором тактовом входе цифрового синтезатора частоты,При одном изменении состояния первого счетного триггера 2 положение импульсов в последовательности на выходемультиплексора 7 изменится на величину1 1ЛО= - =тт 2 2 тнПри двух изменениях состояния первого счетного триггера 2 положение импульсов изменится на величинуЛ 12 =2 Л 11 = - ,1нт,е. на один период несущей частоты, Этозначит, что по приходу двух импульсов навход первого счетного триггера 2 на некотором интервале Т число импульсов в выходной последовательности мультиплексора 7изменитсц на единицу(на этом же интервале Т). По ому частота на выходе мультиплексора 7 равна2-1 н- .2Если обозначить коэффициент деленияделителя 8 через по, то выражение для выходной частоты устройства следующее,т 2 - 212 б г 1Дискрет перестройки частоты и диапазон ее изменения равны соответственнот 12 пдсД 2)с, Л т 1пдВ цифровом синтезаторе частоты можно обеспечить любую несущую частоту, ограниченную сверху только быстродействиеминвертора 3, второго счетного триггера 4, демультиплексора 5, БУМ 6 и мультиплексора 1.Емкость НС 1 определяется только диапазоном перестройки частоты.Неравномерность расстановки импульсов выходного сигнала во времени определЯетсЯ значением тактовой частоты 1 т 2, ПРиизменении выходной частоты от нуля домаксимума величина фазовых скачков в вы 1626316 8ходном сигнале будет изменяться соответственно от О до 3",0"Э О ;) м у и д 1 3 О б р е т е 11 и Я1,1 ифровГ)и си)ггезатор част) Гы, сод ржаЩИй; гПГИВВ:ОЩГй СУГЛМатОР И ДЕЛИТЕЛЬ 1)СГ . . 1111 ОТО 1 КОДОВЫИ И ТКТОЦЫвходь нг)л 1)в 1)щего сумматора Явля)отСЯ СООТГ,.:С11 О:Г)ДГ)Б)-М И ПЕГРЬ 1 М ГВКГ)Въм ВходаГ 1 и )иф)10 ВОГО синтезаторачасто гы, 0 Г л и 1 а ю щ Г и с я тем, что, сцелью расшиг 1)ич диац зона вьходньх частот, Введе) ь послед)эват ел ьно соединенные перВ):; сче 1)ый три гер. блокупр )в )-1 я Г п)1 к.с.,")Г)м и му;,ьтг 1 г)лексор, пзс;1СГ)с; и " 1,); и)Верто о, 1)1): сг т);1 и 11)иг рдезуд,1кг )Г 1 г)еп ь)1 и Втог)Г) ВыходыКОТОРС)Г " ),Г.ГЕ 1 СГГ)Ге 1 ГЗ 1. .,Рвому и Втер.1, Г.)1)::.1 ьь Вкала)Г 1 мул) тиПЛЕКСПРЛСЛ ОРОй УПОГ:ЯЮЩИйВХОД КООРОГГ. ." 1",)Г ,Н СООТН" 1 С )ВЕН 1 О Г;ВХОДОГ ДОЛ 1 Г;)1 ЧЗ ) Г)Т)1 , С ВТОР)М ГЫХОдом блок), у 1 равлеия мультиплексором,второй и третий Входы которого подключены соо 1 ВОГствен)о к инверсному Выходупервого счетого триггера и к прГ)ГОГлу вь)- ходу вторг)го т 1 Ого триггера,;т" ергыйвход блока уг)р-.вления мультипексоромобьод), ; г м 1)ходом демул),) иплексора и сол) 1 с иВерсным Выходо)" второго счетно) ) 1 риггера, тактовые Входыинвергора, д-Г)уг.типлексора и блока управлеия Г 1 ульплексором обьед)лгены иявлчютсч )гор., так)т)вм Входом цифрового синтеза Ора Встоты, пятьй вход блокауправлния Глс, иплоксорОГи Г 1 вляется уг)- равлающиГ. Входом цифрового синтезаторачастоты, а Выход переполнения накапливающего сумматора соединен со счетным вхо, ДОМ ПЕРВО О СЯЕтНОГП тРИГГЕРа.2. Си и Озвтг)р по 1-. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, то демуль 1 иплексор содержит первый и гзто 1)ой злеманты И, перГый вход ивыход первого элемента И являюгся соответственно первым входом и первым Выходом демультиплексора, первый вход ивыход второго элемента И является соответственно Г)порым ходом и вторым выходомдемультиплексора, второй вход первогоэлемен Га И соединен с вторым входом второго элемента И и является тактов ям входом демультиплексора,3, Синтезатор по и, 1, о тл и ч а ю щи йс я тем, что блок управления мультиплексором содержит посГ)г;довательно спединен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ные инвертор, первый элемент И. первый элемент ИЛИ и первый ВЗ-триггер, последоВательно соединенные второй элемент И и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные третий элемент И, третий элемент ИЛИ и второй ВЯ-триггер, последовательно соединенные четвертый элемент И и четвертый элемент ИЛИ, второй вход которогообьединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, вторым входом второго элемента ИЛИ и вторым входом третьего элемента ИЛИ и подключен к выходу элемента задержки, вход которого является тактовым входом блока управления мультиплексором выход Второго элемента ИЛИ соединен с Я-входом пер)Г О ЯЯ-триггера, выход которого является первым выходом блока управлеия )мультиплексором, Выход четвертого элемента ИЛИ подключен к Б-входу второго ЙК-триггера, выход которого является вторым вьходом блока управления муль 1 иплексором, третий вход первого элемента ИЛИ соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ и является первым входом блока управления мультиплексором, третий вход второго элемента ИЛИ подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ и является вторым входом блока управления мультиплексором, второй вход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента Л и Является третьим входом блока управ- ения мультиплексором, первый вход третьего элемента И подключен к первому Входу четвертого элемента И и является четвертым входом блока управления мультиплексором, второй вход третьего элемента И соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к Второму входу второго элемента И, к второму входу четвертого элемента И и является пятым входом блока управления мультиплексором,4. Синтезатор по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что мультиплексор содержит последовательно соединенные первый элемент И и элемент ИЛИ и второй элемент И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого является выходом мультиплексора, первый Вход первого элемента И и первый вход второго элемента И являются соответственно первым и вторым управляющими входами мультиплексора, второй вход первого элемента И и второй вход второго элемента И являются соответственно первым и вторым сигнальными входами мультиплексора.1626316 ггпу l Л Л н П Л Г ч Составитель Ю,КовалевТехред М.Моргентал Корректор М,Пож дактор А,Мотыль каз 282 Тираж 448 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4ытиям при ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гсгаоина, 10