Синтезатор частот

 

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов опорной частоты и делитель с переменным коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с первым выходом анализатора, первый вход которого «. соединен с первым выходом блока управления , второй выход анализатора соединен с цифроаналоговым преобразователем , отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала, в него введены сумматор , распределитель импульсов, тактируемая линия задержки, вход которой подключен к выходу делителя с переменным коэффициентом деления, тактовый вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом распределителя импульсов,, второй вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, а выходы - с входами синхронизации цифро-аналогового преобразователя, информационные входы которого соединены соответственно первый с выходом сум . матора, второй с вторым выходом j анализатора и первым выходом сумма (Л тора, а третий с вторым выходом блока управления и вторым входом сумматора, причем выход цифроаналогового преобразователя является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Н 03 7 18 . ъ в Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ping. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3489126/18-21 (22) 07.07.82 (46) 07.04.84. Бюл. 9 13 (72) В,С.Островский (53) 621.372.632.001(088.8) (56) 1. Шапиро Д.Н., Паин A.A. Основы теории синтеза частот. М., "Радио и связь", 1981.

2. Патент США 9 3976945, кл, 328-14, 1976 (прототип ). (54 ) (57) СИНТЕЭАТОР ЧАСТОТ, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов опорной частоты и делитель с переменным коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с первым выходом анализатора, первый вход которого i соединен с первым выходом блока управления, второй выход анализатора соединен с цифроаналоговым преобразователем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала, в него введены сумматор, распределитель импульсов, тактируемая линия задержки, вход которой подключен к выходу делителя с переменным коэффициентом деления, тактовый вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом распределителя импульсов,. второй вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, а выходы — с входами синхронизации цифро-аналогового преобразователя, информационные входы которого соединены соответственно первый с выходом сумС2 матора, второй с вторым выходом Е анализатора и первым выходом сумматора, а третий с-вторым выходом блока управления и вторым входом сумматора, причем выход цифроаналогового преобразователя является выходом устройства.

10 84

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к системам пассивного цифрового синтеза частот и может быть использовано для формирона" ния сетки частот, а также радиосвязи, измерительной технике, телеметрии др °

Известны устройства пассивного цифрового синтеза частот путем сложения потоков двухуровневых сигналов, в которых исходный поток импульсов с эталонной частотой поступает последовательно на ряд . делителей частоты. Потоки импульсов с входа и выхода делителей поступают на соответствующие ключи-счетчи35 ки, которые имеют по два входа и одному выходу. Выходные импульсы делителя служат метками времени, которые делят поток входных импульсов на пачки. Счетчик, ориентируясь по этим меткам, недет счет импульсон н каж- 4@ дой пачке и н зависимости от нужной .частоты не пропускает на выход ни одного импульса или пропускает нужное число импульсов, выбирая нх так, чтобы обеспечивалось Йесовпадение моментов времени появления импульсов на выходах любых двух ключей. Все потоки складываются с помощью элемента ИЛИ и образуют общий поток импульсов со средней частотой, равной ЗО требуемой Г1 3.

Недостатком устройств является наличие в спектре большего количества побочных составляющих.

Известны также устройства оптималь- 35 ного цифрового синтеза с потоком двухуровневых импульсов, в которых с целью минимизации суммарной мощности всех побочных составляющих н спектре выходного сигнала осущест- дП вляется выбор из исходного потока импульсов эталонной частоты импульсон, ближайший к импульсам гипотетической последовательности, содержащие последонательно соединенные генератор импульсов эталонной частоты и делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), управляющий вход и ныход которого подключены соответственно к выходу и входу анализатора. Анализатор пред ставляет собой вычислитель, программируемый кодом с устройстна управления и вырабатывающий сйгнал переключения коэффициента деления ДПКД, Который принимает значения N u 55

0+1 ГП .

Недостатком устройств является то, что для существенного подавления побочных составляющих необходимо выбирать большие значения 60

М, что ограничивает диапазон выходных частот.

Наиболее близким.к изобретению является синтезатор пассивного цифрового синтеза частот с потоком

992 2 двухуровневых импульсов с коррекцией, содержащий генератор импульсов (ГИ ) эталонной частоты, соединенный с входом ДПКД, выход которого соединен с нходом генератора пилообразного напряжения (ГПН), и анализатор, первый выход которого соединен

l с управляющим входом ДПКД, а второй - с входом ЦАП, второй вход анализатора соединен с устройством управления (УУ). Выходы ЦАП и ГПН подключены к входам компаратора, выход которого является выходом устроЯства. Анализатор оперирует кодами, поступающими с УУ, с тактовой частотой, формируемой на выходе ДПКД .согласно определенному алгоритму.

В результате анализатор вырабатывает сигналы управления ДПКД, изменяющие .его коэффициент деления.

При отношении частот а

-и —

ЬЫК где И - целое число; а(й - несократимая дробь, коэффициент деления ДПКД устанавливается равным М, а со стороны уу . на нход анализатора поступают коды числа а и Й . Кроме сигнала упранления делителем, анализатор формирует с каждым i M тактом код Ai+,, пропорциональный модулю д, „ отклонения времени появления импульса на выходе ДПКД с номером i+1 от соответствующего ему -гипотетического.

Наличие такой исчерпывающей информации от (ie1) -и импульсе еще до его появления позволяет внести соответствующую коррекцию и приблизить (i +1)-й импульс к соответстствующему гипотетическому. Такую коррекцию можно осуществить с помощью линии задержки, управляемой кодом А; с выхода анализатора, которая реализуется с помощью ГПН, ЦАП и компаратора, Анализатор передает информацию о д ;+1 в цифровом виде на ЦАП, который преобразует ее н постоянное напряжение и направляет на один из входов компаратора. С поступлением выходного импульса ДПКД с номером i+1 на ГПН выходное напряжение последнего начинает линейно нарастать. Скорость нарастания при этом должна быть такова, чтобы за время равное То достигалось напряжение, пропорциональное коду L, Компаратор в момент достижения равенства напряжений на его входах выдает короткий импульс, который в отличие от (i+11 ão импульса на выходе ДПКД имеет д ; „- О .

Поскольку временные параметры импульсного сигнала и его спектральные характеристики взаимообусловлены, остаточная величина дФ оп1+1 ределяет уровень подавления побочных составляющих, содержащихся в

1084992

20 спектре реального сигнала в отличие от спектра гипотетического сигнала Е2).

Основная погрешность известного устройства определяется погрешностью ГПН, что является его не- 5 достатком.

Цель изобретения — уменьшение уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала, синтезатора пассивного синтеза частот.

Для достижения указанной цели 5 устройство, содержащее последовательно соединенные ГИ опорной частоты и ДПКД,.управляющий вход которого соединен с первым выходом анализатора, первый вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход анализатора соединен с ЦАП, введены сумматор, распределитель импульсов, тактируемая линия задержки, вход которой подключен к выходу делителя с переменным коэффициентом, тактовый вход линии задержки соединен с выходом

ГИ,а выход — с первым входом распределителя. импульсов, второй вход ко- 25 торого соединен с выходом ДПКД, а выходы — с входами синхронизации

ЦАП, информационные входы которого соединены .соответственно первый с выходом сумматора, второй с вторым 30 выходом анализатора и первым входом сумматора, а третий с вторым выходом блока управления и вторым входом сумматора, причем выход ЦАП является выходом устройства. 35

Введенные элементы и связи позволяют откорректировать импульсную последовательность, вырабатываемую

ДПКД, путем преобразования последней в многоуровневый сигнал. При этом40 ведичина уровней пропорциональна фазовой (временной) коррекции.

На фиг. 1 представлена структурная схема синтезатора частот; на фиг.2 — структурная схема анализатора типа накапливающего сумматора; на фиг, 3 — 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Синтезатор частот (фиг.1) содержит ГИ 1, выход которого соединен с ДПКД 2, управляющий вход которого 50 подключен к первому выходу 3 анализатора 4, управляющие входы 5 и 6 которого соединены с выходами блока 7 управления, и ЦАП .8, между входами 9 — 12 которого и входом ДПКД 2 55 включены тактируемая линия 13 задержки, тактовый вход которой соединен с выходом генератора 1, и распределитель 14 импульсов, второй вход которого соединен. с выходом линии 13 щ задержки и тактовым входом 15 анализатора 4, второй выход 16 и управляющий вход 6 которого соединены с входами сумматора 17, выход и входы котоРого подключены к входам и ЦАП 8, 65 выход 19 которого является выходом устройства.

Анализатор типа накапливающего сумматора (фиг.2) содержит сумматоры 20 и 22, регистр 21 и ключ 23.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу кольца ГИ 1

ДПКД 2 — анализатор 4.

При соотношении частот

fo &

N + вык

Ф где К - целое число;

Сигнал с выхода ДПКД 2 поступает на тактовый вход 15 регистра 21, в который заносится код числа, формируемый на выходе сумматора 20. С выхода регистра 21 код числа поступает на вход сумматора 22, где происходит его сравнение с кодом числа .6t . Кроме того, выходы регистра 21 и сумматора 22 соединены с входами ключа 23, который управляется сигналом переноса, формируемым на выходе 3 сумматора 22.

Если число, записанное в регистр

21, меньше 9 сигнал переноса отсутствует, и ключ 23 пропускает это число на вход сумматора

20. Если это число больше или равно 8 на выход 3 поступает сигнал переноса, и ключ 23 пропускает на вход сумматора 20 код с выхода сумматора 22, который соответствует числу, равному разности числа, записанного в регистр 21, и числа Q., При этом коэффициент деления ДЦ 2 становится равным К+1. В следующем такте ключ 23 и коэффициент деления

ДПКД 2 возвращаются в исходное состояние, поскольку в регистр 21 записывается число, меньшее Й .

Временные диаграммы (фиг.3) поясняют работу кольца ГИ 1-ДПКД 2— ! Е . анализатор при а=2, 6 =5 и ---<2 вы

= 3+ ---.

Число на выходе ключа 23 изменяется с периодичностью, определя емой 9 тактовыми импульсами.

Таким образом, формируемая ДПКД 2 импульсная последовательность имеет период Т, внутри которого располагается Я импульсов. Если эту импульсную последовательность подать на триггер, получим импульс вь, ный сигнал с частотой вь,, перио—. Т

2 дом 2, внутри которого кладывается также Q импульсов.

1084992

30

Методика коррекции фазы основана на следующих положениях.

Спектр периодического сигнала состоит из набора гармонических со ставляющих с частотой, кратной

Я = ---- где Т - период сигнала, 23

T и может быть записан как

S(t}= . Е C„caw (nStt+4 ), о=О где С - амплитуда гармоники с частои той nQ;

Чп — фаза гармоники с частотой пЯ; п - номер гармоники.

Если из исходного периодического сигнала сформировать М сигналов, сдвинутых относительно исходногона время 1„,= —, где ю = О, М вЂ” 1, rnТ

М и линейно их просуммировать, то получим периодический сигнал, спектр которого имеет вид где К вЂ” номер гармоники частоты МЯ;

Ск= С rlKÙ

Таким образом, в резуль тирующем сигнале будут содержаться гармоники с частотой, кратной МЯ, амплиту- 3

-35 да которых в М раз больше амплитуды соответствующих гармоник в исходном сигнале (фиг.4), В отличие от исходного сигнала, содержащего гармоники с частотами, кратными 40

Я = ж--, результирующий сигнал, сфор2 мированный при М=4, содержит только гармоники с частотами, кратными 4Я.

° Итак, выходной сигнал ДПКД 2 обладает периодичностью, внутри которой укладывается Я импульсов. Пусть

Ф} — временной интервал между передними Фронтами двух соседних нм1 пульсов сигнала с частотой — ф .лежащих внутри периода 2, где =1, 8-1. Сформируем из исходной импульсной последовательности еще (8 -1) последовательностей со сдвигом атно- 55 сительно исходной на = - . Вновь

I) полученные импульсные последовательности линейно просуммируем с исходной. В качестве исходной (фиг. 5) 6О взята импульсная последовательность> полученная в предыдущем примере

2 — © — = 3 — — —; маштаб уменьшен еь х в 2 раза ).

В результате сложения получен мно. гоу ровневый импульсный сигнал, обладающий рядом эакоиомерностейг

a) результирующий сигнал имеет тот же период, что и исходный (в данном случае 2т); б ) количество импульсов внутри периода результирующего сигнала равно Я в) каждый импульс в общей слуg чае имеет три- уровня;

r} наибольший уровень каждого импульса имеет постоянное для всех импульсов значение пропорциональное 6 (в дальнейшем, для простоты рассмотрения, равное Я}; д) два остальных уровня принимают значения, лежащие внутри интервала от 0 до 9 .

Из временных диаграмм (фиг. 5) видно, что результирукщий сигнал совпадает с исходным сигналом, сдвинутым на некоторый временной интервал, за исключением интервалов вре1 мени, равных T д - .--, следующих сразу эа передним и задним фронтами исходной последовательности, на которых и возникает амплитудная деформация. Анализ показывает, что изменение уровня ступенек импульсов результирующего сигнала s (t), связанных по времени с передним и задним фронтом задержанной исходной последовательности $ (t-t„), подчиняется следующей закономерности: амплиту« да передней ступеньки равна Я -A амплитуда задней ступеньки равна

A}, где - номер импульса на выходе ДПКД 2} А .} — число, код которого форм руется на выходе ключа 23 анализатора 4 предыдущим (i -1) -м тактовым импульсом.

Предлагаемое устройство позволяет создать сигнал с рассмотренными выше свойствами, не прибегая к формированию М сдвинутых одна относительно другой последовательностей.

Импульсный сигнал с выхода ДПКД 2 (фиг.1) поступает на тактируемую опорным сигналом линию 13 задержки, на выходе которой формируется импульсная последовательность, сдвинутая относительно входной íà T3= Т, где

То — период опорного сигнала. Входная и выходная импульсные последовательности линии 13 задержки поступают на распределитель 14 импульсов, где разбиваются на четыре импульсных потока (фиг.б). Коды числа A н и поступают на входы ЦАП 8 непосредственно и через суьматор 17, который формюрует код числа Й -А1.

С появлением импульсов на .входе 9

ЦАП 8 формирует напряжение, пропорциональное коду числа 8-А, с появлением импульса на входе 10 — напряжение, пропорциональное коду чис1084992 ла и, с появлением импульса на входе 11 — напряжение, пропорциональное коду числа A с появлением импульса на входе 12 — напряжение, пропорциональное коду нуля. Тактовый вход анализатора 4 связан с выходом линии 13 задержки, что позволяет обновлять информацию на выходе 16 после того, как она воспринята ЦАП 8, Коды УУ 7 и коэффициент деления ДПКД 2 рассчитываются с учетом того, что на выходе ДПКД 2 должна формироваться частота, равная

2 1,щ . Временные диаграммы (фиг. б ) поясняют работу устройства для со-! с отношения

2Ееых

Из динамики работы предлагаемого устройства следует, что основным источником погрешности является

ЦАП, коэффициент нелинейности которого ниже нелинейности ГПН.

Изобретение создает возможность для построения синтезаторов частот на основе пассивного синтеза с уровнем подавления побочных составляющих, превышающим известные образцы на 30-50 дБ.

1084992

L Jtl ll lI lilt it ti lit lilt li llll litti l

ЛФIЮФРУЯ г Ь 4 l 4 ю 4 с 4

Яу . g

Р т . lllllllllltll)))fltltitltlt))ltllil а.» юю ) (i

1 1 1 1 1 1 1 1 1

Ьи 8) I t f l

Аи 1Р 1 I 1 дЫ // 1 1 1 Ьм. 1Р 1 I

Фи». 4

Составитель С.Клевцов

Редактор О.Юрковецкая Техред О.Иеце Корректор Л,Пилипенко

Заказ 2036/54 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4