Цифровой синтезатор частот

СП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ565372 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 19.04.74 (21) 2017505/09с присоединением заявки Мо -(45) Дата опубликования описания 04.08.77 щу, р(о 1) Ц,Кл Н 03 В 3/04 Государстввииый комитет Свввта Мииистров СССР во делаи ивооретоиий в открытий(54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ 1Изобретение относится к радиотехнике, в частности к синтезаторам частоты, предназначенным для получения дискретного множества высокостабильных частот.Известен цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно включенные, деля- тель частоты с переменным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор, фильтр нижвих частот, управляющий элемент, авто- генератор, опорный генератор, выход которого через делитель частоты с постоянным коэффициентом делевия соединен со,вторым входом импульсно-фазового детектора и щновременно через последовательно соединенные истоминк тактовой частоты, первый коммута тор, первый счетчик,и дискретный конденсатор - с вторым входом автогенератора Ц,Однако известный цифровой синтезатор частот осмеет большое время перестройки с частоты,на частоту.С целью уменьшения времени,перестройки в предлагаемый цифровой синтезатор частот между вторым выходом импульсно-фазового детектора и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления включены последовательно соединенные устройство установки нуля, устройство управления и второй коммутатор, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами автогенератора и источника тактовой частоты,2а к второму входу устройства управленияподключен первый вход импульсно-фазовогодетектора, при этом второй вход первого коммутатора соединен с вторым выходом устройЪ ства управления, а выход устройстваустановки нуля соединен также с вторымвходом первого счетчика и с первым входомвторого счетчика, второй вход которого подсоедпнен к выходу источника тактовой часто 10 ты, а выход второго счетчика через третийкоммутатор подключен к третьему входу первого коммутатора, цри этом второй вход третьего коммутатора соединен с выходом первого,счетчика.15 На фиг, 1 изобраиена структурная электрическая схема предлагаемого цифровогосинтезатора частот; на фиг. 2 - функциональные зависимости емкости кондеясатора(С) капура автогенератора от коэффициента20 деления (К),делителя с переменным коэффициентом; зависиаюсти емкости дискретногокоядецсатора от коэффициента деления делителя с переменным коэффициентом деленияоез коррекции; заансимость емкости дпскрет 25 ного конденсатора от коэффициента деленияделителя с переменным коэффициентом введением коррокции,Цифровои синтезатор часто содержитпоследовательно включенные делитель 1 ча 30 стоты с псременпым коэффициентом деления, 3импульсно-фазовый детектор 2, фильтр 3нижних частот, управляющий элемент 4, авпо.генератор 5, опорный генератор 6, выход котэрого через, делитель 7 частоты с постоянным коэффициентам деления соединен с вторым входом импульогю-фазового детектора 2и одновременно через последовательно сое.диненные источник 8 тактэвой частотыпервый комэгутатор 9, первый счетчлк 10 и дискретный колделсатор 11 - с вторым вхэдамавтогенератара 5, между,втэрьгм выходом импульсно-фазавого детектора 2 и входэм делителя 1 частоты,с переменным коэффлциелтомделения включены последовательно соедлкекные устройства 12 устаяовли нуля, устролство 13 улравления и второй;каммутатор 14,второй и третий входы которого соединенысоответсгвенно с,вьгходом автотенератэра 5 иисточника 8 тактэвой частоты, а к второмувходу устройства 13 члравления пэдключакпервый вход импульсно-фазавого детектора 2,при этом второй вход первого коммутатора 9соединен с вторым выходом у 1 стройетва 13 управления, выхад устройства 12 устаноак(и нуля соединен также с вторььм входом первогосчетчика 10 и с первьгм вхэщэм второго счетчика 15, второй вхад которого пэдсоелинен квыходу лсточника 8 тактовой частоты, а выход второго счетчика 15 через третий коммутатор 16 подключен к третьему входу первапокоммутатора 9, при этом второй вхОд третье.го коммутатора 1 б,соеликвк с выходом первого счетчика 10.Цифровой синтезатор частот работает следующим образам.В момент включения или при,переключен(ли частоты синтезатора на выходе импульсно-фазавого детектора 2 появляется переменная составляющая. В этот момент устройство12 установки нуля генерирует импульс, который устанавливает первый счетчик 10 второйсчетчик 15 и устройспво 13 управления н исходкое,положение,зануление) .Второй коммутатор 14 ломаядай с успройст 1 ва 13 управления подключает к вхэду делителя 1 частоты напряжения тактовой частотььДелитель 1 частоты начинает производитьотсчет импульсов тактовой частоты. Кик только на выходе делителя 1 частоты появляепсяпервый с момента занулеиия имлулнс, устройство 13 уп(равления отпирает первый кэимутатэр 9, нри этом импульсы тактавой частотыпоступают ка вход петрваго счетчика 10, последний начинает производить отсчет,Так ка(к импульсы тактовой частоты поступают эднавременно на вход,делигеля 1 частоты и на первый счетчик 10, то коллчеспвоимпульсов, прошедших через первьгй коммутатор 9 на первый счетчик 10 за вовремя, равное интервалу между первым и вторьпм импульсами с выхода делителя 1 частоты, равноустанавлелному на делителе 1 частосгы коэффициенту деления.Ициулысы, прошедшие на первый счетчик10, устанавливают его разряды в состояния,зависящие от коллчества импульсов, при этом срабатывают соот 1 ветспвующие коммутаторы длскрепного конденсатора 1:1, которые включает набор емкости, соопветствующий выб ранному коэффициенту деления в делитель 1частоты с переменкьгм коэффициентам деления, т, е. пребуемой частоте.Как толнко с делителя 1 частоты на устройство 13 управления ирихэдит второй лм пульс, у 1 стройство 13 запирает первый коммутатор 9 и переключает второй коммутатор 14 в исходное положение. Прохождение импуль.сав тактэвой частоты на делитель 1 частоты и на первый счетчик 10 прекращается, а вто рой коммутатор 14 подключает к входу дели.теля 1 частоты напряжение автогенератора 5, в результате чего замыкается кольцо фазовой автоподстройки частоты.Таким образом, время грубой настройки 20 не превышает литервала между двумя импульсаии с выхода делителя 1 частоты.Однако емкость дискретного конденсатораможет изменяться только по линейнаму закону (фиг. 2 б), а частога,и емкость колебатель ного коктура связанны нелинейным соотлашением. Из сравнения фиг. 2 а, б) видно, что максимальное расхож 1 дение в середине и на кыцах диапазона может быть значителыным, это резака уху 1 дшавт точность грубой настрой- ЗО ки, увеличивает поласу схватывания аисте(мыфазовой автаподстройки, что, в свою очередь, ухудшает фазавую стабильность синтезатора.Для повышен(ия точности грубой настройки в предлагаемое у 1 стройство допголнлтелыно З 5 введены второй счетчик 15 и третий коммутатор 16, которые работают следующим образом.В момент отсчета перовым счетчикам 10юличества иипульсовраувкое половине диа назона слнтезанора, с его выхода на входтретьего коънмутатара 16 поступает сигнал управления, отллрающий его на время, равное половине интервала между импулнсами с делителя частоты. Третий коммутатор 16,прапу скает выхэдные лмпулнсы второго счетчлка 16на запрещающий вход перваго кам 1 мутато ра 9.Учитывая, что второй счетчик 15 имеет небольшой коэффициент деления, например 6, 5 О каждый шестой импульс с выхода второгосчетчика 15 поступает на эапрещающий вход первого коммутатара 9, при поступлении катарого последний заплрается на время, равное длительности имтгульса тактовой частоты, 55 Из общего количества,импулысав, равного установленнаму коэффициенту деления делителя 1 частаты, начинная с середины диапазона, каждый шестой импульс не лрапуокается на первый счетчик 10.60 Таилм образом, крутизна завлслмасти емколи от коэффициента деления (флг. 2, в) уменьшаепся, а зависимэсть приобретает точку перегиба, начиная с К, равного половнике К, Наличие перегиба зависимостями позволяет более точно приблиэитыся к требуемойзависимости емкости от коэффициента делевия делителя 1 частоты. Как,видно из графика, аппроксимация нелинейной функции используестя двумя отрезка 1 ми;прямой.Для улучшения приблииения можно вместо двух отрезков дспользавать три и более, лримендв две и более цепей коррепцмии, наст,ройки, состоящих из счетчика и коммутатора, используя выходы соотвепствующих раз 1 рдов первого счетчика 10.Как только заканчивается этап грубой на:тройки, кольцо фазовой ввтопод 1 спройии схватывает частоту генератора и падстраявает ее до требуемого значения. Общее время перестройки синтезатора равно сум 1 ме времени грубой настройки и времени установления,в кольце фазовой автоподспройки ча 1 стоты. Время грубой настройки определяется величиной тактовой частоты и коэффициентом деления делителя 1 частоты. С увелячением тактовой частоты быстродействие возрастает. При существующих типах делителей (микросхеиные делителями) верхняя частота деления ограничена 100 МГц, при этом, время грубой .настройки исчисляется микросекундами, Дальнейшее уменьшение времени грубой настройки лишено дра(ктического смысла, посколыку время установления в кольце фавовой автападстройки частоты с делителя 1 частоты исчисляется миллисекундами. В предлагаемой схеме цифрового синтезатора величина времени перестройки определяется, в основном, системой точной фазовой а;втсподстройки в нрсделах ее полосы,захвата, т, е, праюически достигается теоретический предел по уменвшению времени лерестройки. 5 10 15 20 25 30 35 40 6Формула изобретенияЕЬфровой синтезатор частот, содержащий последовательно включенные делитель частоты с переменным коэффициентам деления, имлудцсио-фазовый детектор, фильвр нижних частот, управляющий элемент и автагенератар, а также опорный генератор, выход кого- рого через делитель частоты с постоянным коэффициентом деления соединен со вторьвм входом иппулыоно-фазового депектора и одновременно через последовательно соедвненные источник тактовой чаСтоты, первый коммутатор, первый счетчик и дискретный каиденсатор со вторым входам автогенератора, отли ч ающийся тем, что, с целью уменьщения времени перестройки, в него между вторым выходом импульсно-фазового детектора и входом делителя частоты с,перемененным коэффициентом деления эклтачены последовательно соединенные устройство установки нуля, устройспво управления и второй коммутатор, второй и третий вхс 1 ды,которого соединены соопветственно с выходами автогенератора и истощника тактовой частоты, а,ко;второму входу успройспва управления подключен первый вхад импульсно-фазового детектора, при этом втарой вход первого коммутатора соединен со вторым выходом устройства управления, а выхад устройства устанааки нуля соединен также со втарым входам,первого счетчика и с перовым входом 1 второго счетчика, второй вход которого псдсоединеп к выходу источника тактавой частоты, а выход второго счетчика через третий комюутатар подключен к третьему выду первого каммутатора, при этом второй вход третьего коммутатора соединен с выходом первого счетчика.Источники информации, принятые во внимание при зкслертизе:1, Патент США3538450, кл, 331-10, 1968 г,Составитель Г. Серовехред 3, Тараненко аказ 5257 Изд.578 НПО Государственно по делам и 113035, Москва, Тираж 1077комитета Совета Министров СССретений и открытий-35, Раушская наб., д. 4/5 дписное Т, Загорский филиал едактор Т. Янова Корректор Л. Котова