Генератор сигнала с дискретной частотной модуляцией
ГЕНЕРАТОР СИГНАЛА С ДИСКРЕТНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержа1ций генератор импульсов опорной частоты, первый делитель частоты с переменным коэф(| 1циентом деления, выход которого подключен к первому: входу первого импульсно-фазового детектора, выход которого подключен к входу первого фильтра нижних частот, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а также первьш и второй генераторы Р1мпульсов, управляемые напряжением, выходь которых подключены соответственно к первому и второму входам электронного коммутатора , отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и фазы выходного сигнала при одновременном расширении функциональных возможностей из-за произвольной установки частоты, в него введены первый делитель частоты,. триггер, первый и второй датчики адреса, первый и второй запоминающие блоки, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, второй делитель частоты с переменнь1м коэффициентом деления, второй импульсно-фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, первый и второй суммирующие усилители, второй -делитедь частоты и третий фильтр нижнихчастот , причем вход первого делителя частоты соединен с , выходом генератора импульсов опорной частоты, выход - со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго датчиков адреса и соответственно к первому и второму управляющим входам электронного коммутатора, выход которого через (Л второй делитель частоты и третий фильтр нижних частот соединён с выходной шиной, при этом выходы первого и второго датчиков адреса соединены соответствен1;о с входами первого и второго запоминающих блоков , выходы которых соединены соотсд to ветственно с входами первого и второго цифро-аналоговых преобразовао to телей и управляющими входами первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго генераторов импульсов, управляемых напря жением, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго суммирующих усилителей, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров нижних частот, а вторые входы - к выходам первого и второго цифроаналоговых преобразо
COI03 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3667291/24-21 (22) 28.11.83 (46) 23.04.85. Бюл, № 15 (72) Б.А. Пашков (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621 ° 397(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 939937, кл. Н 04 L 15/28, 03.03.72.
2. Авторское свидетельство СССР № 760433, кл. Н 03 К 7/06, 28. 09.78 (прототип). (54) (57) ГЕНЕРАТОР СИГНАЛА С ДИСКРЕТНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий генератор импульсов опорной частоты, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к первому входу первого импульсно-фазового детектора, выход которого подключен к входу первого фильтра нижних частот, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а также первый и второй генераторы импульсов, управляемые напряжением, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам электронного коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и фазы выходного сигнала при одновременном расширении функциональных возможностей из-за произвольной установки частоты, в него введены первый делитель частоты, триггер, первый и второй датчики адреса, первый и второй запоминающие блоки, первый и второй пифро„„SU„„1152092 А
4(з1) H 04 L 27/10 // Н 04 L 27/12 аналоговые преобразователи, второй делитель частоты с переменнь1м коэффициентом деления, второй импульсно-фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, первый и второй суммирующие усилители, второй делитель частоты и третий фильтр нижних частот, причем вход первого делителя частоты соединен с . выходом генератора импульсов опорной частоты, выход — со счетным входом триггера, . прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго датчиков адреса и соответственно к первому и второму управляющим входам электронного коммутатора, выход которого через второй делитель частоты и третий фильтр нижних частот соединен с вы- ( ходной шиной, при этом выходы первого и второго датчиков адреса соединены соответственно с входами первого и второго запоминающих блоков, выходы которых соединены соответственно с входами первого и вто- фф рого цифро-аналоговых преобразова- ф ф телей и управляющими входами первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго генераторов импульсов, управляемых напря жением, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго суммирующих усилителей, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров нижних частот, а вторые входы — к выходам первого и, второго цифроаналоговых преобразо1152092!
О вателей соответственно, причем выход второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с первым входом второго импульснофазового детектора, второй вход ко1
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в импульсных системах.
Известен генератор сигнала с дискретной частотной модуляцией, содержащий генератор. опорной частоты, блок коммутации и синтезатор частот Ñ13.
Недостатки устройства — сложность и невозможность получения произвольного набора частот, так как сигнал каждой частоты формируется отдель-. ной цепью.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гене- 15 ратор сигнала с дискретной частотной модуляцией, содержащий генератор импульсов опорной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен 20 к первому входу импульсно-фазового детектора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, à 2s также первый и второй генераторы импульсов, управляемые напряжением, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам электронного коммутатора, первый и второй блоки выборки и хранения, входы которых соединены с выходом фильтра нижних частот, а выход — с входом соответствейно первого и второго генераторов импульсов, управляемых напряжением, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго электронного коммутатора, выход которого соединен с входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а также блок синхронизации, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго блоков выборки и хранения, первого и второторого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход — с входом второго фильтра нижних частот.
2 го электронных коммутаторов и делителя частоты с переменным коэффициентом деления 2).
Недостатком известного устройства является недостаточная стабильность частоты и фазы выходного сцгнала, .связанная с тем, что обратная связь в системе ФАП4 для каждого из двух генераторов импульсов, управляемых напряжением, замкнута не постоянно.
Кроме того, функциональные возмож- ности устройства небольшие, так как нельзя устанавливать произвольный порядок перебора частот.
Цель изобретения — повышение стабильности частоты и фазы выходного сигнала при одновременном расширении функциональных возможностей изза произвольной установки частоты.
Поставленная цель достигается тем, что в генератор сигнала с дискретной частотной модуляцией, содержащий генератор импульсбв опорной частоты, .первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к первому входу первого импульсно-фазового детектора, выход которого подключен к входу первого фильтра нижних частот, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а также. первый и второй генераторы импульсов, управляемые напряжением, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам электронного коммутатора, введены первый делитель частоты, триггер, первый и второй датчики адреса, первый и второй запоминающие .блоки, первый н второй цифро-аналоговые преобразователи, второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, второй импульсно-фазовьп детекторо и второй фильтр нижних частот, Первый и второй сумиируюшие усидите1152092 4 ли, второй делитель частоты и третий фильтр нижних частот, причем вход первого делителя частоты соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, выход — со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам соответственно первого и второго датчиков адреса и соответственно к первому и второму управляющим входам 1О электронного коммутатора, выход которого через второй делитель частоты и третий фильтр нижних частот соединен с выходной шиной, при этом выходы первого и второго датчиков адреса соединены соответственно с входами первого и второго запоминающих блоков, выходы которых соедйнены соответственно с входами первого и второго цифро-аналоговых преобразователей и управляющими входами первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго генера- ZS торов импульсов, управляемых напряжением, входы которых соединены .соответственноавыходами первого и второго суммирующих усилителей, первые входы которых подключены соответ-Зф ственно к выходам первого и второго фильтров нижних частот, а вторые входы — к выходам соответственно первого и второго цифро-аналоговых преобразователей, причем выход второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с первым входом второго импульсно-фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора импуль-4О сов опорной частоты, а выход — с. входом второго фильтра нижних частот, Благодаря указанным особенностям в устройстве осуществляется произвольная установка частоты по кодам, 4S, записанным в запоминающие блоки.
При этом обратная связь ФАПЧ для каждого иэ генераторов импульсов, управляемых напряжением, замкнута непрерывно, что обеспечивает улучшение стабильности частоты и фазы выходного сигнала.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.
Генератор сигнала с дискретной частотйой модуляцией содержит генератор 1 импульсов, .опорной часто1ы, первый делитель 2 частоты с перемейным коэффициентом деления, первый импульсно-фазовый детектор 3, первый фильтр 4 нижних частот, первый и второй генераторы 5 и 6 импульсов, управляемый напряжением электронный коммутатор 7, первый делитель 8 частоты, триггер 9, первый и второй датчики 10 и 11 адреса, первый и второй запоминающие блоки 12 и 13, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 14 и 15, второй делитель 16 частоты с переменным коэффициентом деления, второй импульсно-фазовый детектор 17, второй фильтр 18 нижних частот, первый и второй суммирующие усилители 19 и 20, второй делитель 21 частоты, третий фильтр 22 нижних частот, выходную шину 23, Выход генератора 1 соединен с входом первого делителя 8, выход которого соединен с входом триггера 9, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам соответственно первого и второго датчиков 10 и 11 и соответственно к первому и второму управляющим входам электронного коммутатора 7, выход которого через второй делитель 21 и третий фильтр
22 соединен с выходной шиной 23, Выходы датчиков 10 и 11 соединены с входами запоминающих блоков
12 и 13 соответственно, выходы которых соединены с входами ЩИ 14 и 15 соответственно и управляющими входами делителей 2 и 16 соответственно, выходы которых подключены к первым входам импульсно-фазовых детекторов
3 и 17 соответственно, вторые входы которых соединены с выходом генератора 1, а выходы — через фильтры 4 и 18 соответственно с первыми входами суммирующих усилителей 19 и 20 соответственно, вторые входы которых соединены с выходами ЦАП 14 и 15 соответственно, а выходы — с первым и вторым входами электронного коммутатора 7.
Для пояснения принципа действия генератора сложного сигнала введены следующие обозначения:
-,частота генератора 1, Тр1/f .. период опорного сигнала;
К вЂ” коэффициент деления делителей 8 и 21;
1152092
pf - шаг дискРетности частотной сетки на выходе генераторов
5 и Ь, uf=f :
t — длительность элемента сложO ного сигнала, из условия 5 ортогональности по частоте
t =1/af; . — номер элемента в последовательности сложного сигнала
i=1,2,3, ..., Ь;
1О
L — общее число элементов .в периоде;
f — поднесущая частота заполне1 ния i-го элемента на выходе
УГ, f„=N hf
N. — число, управляющее частотой, 1 на выходе запоминающих блоков 12 и 13,, И„. — целое число;
А — амплитуда сложного сигнала на 20 выходе генератора, A=const;
U. — выходное напряжение ЦАП t4
1 и 15 при подаче на его входы числа N„., U,.=N„dU;
ДУ вЂ” шаг квантования напряжения на выходе ЦАП 14 и 15, Ж- hf;
Т вЂ” длительность периода повторения сложного сигнала, T=Lt 3 ЗО
P — - полоса сложного ДЧИ-сигнала
Г=ЬЬЕ при значении К=1, Гк=Р/К при К>1 ° — длительность переходного прои цесса смены частоты в систе- З ме ФАПЧ.
С учетом введенных обозначений аналитическая запись одного периода формируемого устройством сложного сигнала с дискретной частотной моду- 40 ляцией может быть представлена в следующем виде
l. sic (27tN;aK (t-(i 1 о)
1 при (i-1) t < t it, гце гесС с) 0 при (-1) „ 1 срезающая функция.
55 Осциллограмма такого сигнала приведена на фиг. 1 (осциллограммы
2у ° 2о) .
Работа генератора сложного сигнала осуществляется следующим образом.
Предварительно, для обеспечения необходимого порядка перебора элементов с различными значениями поднесущих частот f. в запоминающие
1 блоки 12 и 13 записывают программу в виде последовательности чисел N;, управляющих частотой.
При поступлении импульсов с генератора 1 с периодом То.на вход делителя 8 на его вь ходе формируются импульсы с периодом, в К раз большим, т.е. с длительностью элементов сложного сигнала t =КТ (фиг. 2а,6).
На.осциллограммах фиг. 2 для наглядности выбрано значение К=2. Эти импульсы вызывают переключение триггера 9, в результате чего с его выходов Q u Q поступают имйульсы с периодом 2t, и длительностью to на входы датчиков 10 и 11 и входы управления электронного коммутатора 7. В результате, на выходах параллельного кода датчиков 10 и 11 появляются коды адресов, поступающие на адресные входы запоминающих блоков 12 и 13, и на их выходах появляются соответствующие этим адресам выборки чисел N,. управляющих частотой сложного ДЧМ-. сигнала (N =
f, / f). При этом в моменты поступления нечетных импульсов: i=1 3,5, 7 ... (фиг. 2Б) появляются новые числа с выходов второго запоминающего блока 13 (фиг. 2и),-а при четных: i=2,4,6,8,... — с .выходов первого запоминающего блока 12 (фиг. 23).
В результате в системах ФАПЧ-синтезаторов, обведенных на фиг. 1 штриховыми линиями, поочередно начинаются процессы установки новых значений выходных синтезируемьгх частот f
Этот процесс протекает следующим образом. Например, в момент прихода первого от начала координат импульса i=1 (фиг. 26) на выходе запоминающего блока 12 появляется число N, а на выходе первого ЦАП 14 — напряжение U z =И ЬЦ f, которое через сум мирующий усилитель 1.9 поступает на вход управления частотой генератора
5 и быстро устанавливает частотч на его выходе f., близкую к требуемой при этом величина ошибки (f, -fz, определяется погрешностью ЦАП и нелинейностью характеристики управления частотой генератора 5 (фиг, "2*, а,,н), 7 1 1 52092 8
Сигнал с этой частотой с выхода
/ генератора 5 поступает на счетный вход первого делителя 2, и частота, поделенная в И раз, с его выхода
af =f /N поступает на первый вход 5 имйульсно-фазового детектора 3, на второй вход которого поступает сигнал опорной частоты и с генератора 1. В импульсно-фазовом детекторе 3 происходит запоминание разности фаз этих колебаний, и напряжение, пропорциональное этой разности, поступает через фильтр (например, пропорционально интегрирующий фильтр 4) на первый вход суммирующего усили- 15 теля 19, осуществляя подстройку частоты f до требуемой частоты f> и сведение разности фаз между этими сигналами до У/2, как в обычной системе ФАПЧ. При этом коэффициентом де- 20 пения К делителей 8 и 21 частоты должны выбираться одинаковыми и такими, чтобы обеспечить завершение переходного процесса (на осциллограммах показан штриховой линией) в сис- 2 теме ФАПЧ за время täñÊÒ, К31 (фиг. 2ж 3 л,м) . В момент прихода Вто» рого от начала импульса с выхода дервого делителя в К раз (фиг. 2F) сигнал с выхода Q счетного триггера 3g отпирает первый канал А коммутатора 7, и колебания с установившейся частотой f (и фазой) поступают на вход второго делителя 21 частоты в
К раз, при этом поделенная в К раз частота f>/Ê поступает на выход устройства через третий фильтр 22 нижних частот, выделяющий первые гармоники поделенных частот сигнала на выходе делителя (фиг, 2н,о).
Фильтр нужен тогда, когда форма сигнал на выходе коммутатора 11 отличается от синусоидальной. Одновременно в момент прихода второго импульса импульс с выхода триггера аналогично поступает на вход второго датчика 11 .адреса, при этом с его выходов на адресные входы второго запоминающего блока 13 поступает код адреса, и в системе ФАПЧ второго синтезатора начинается переходной процесс установки частоты и фазы сигнала с частотой f (осциллограммы фиг. 2и-2м) . После завершения в нем переходного процесса с выхода дели-. теля 8 поступает очередной импульс (третий от начала, i=3), при этом коммутатор 7 переключается сигналом с инверсного выхода триггера 9, снова подключая выход второго генератора 6 к выходу коммутатора 7, и его выходной сигнал поступает на делитель 21 и далее через фильтр 22— на выходную шину 23.
В дальнейшем процесс протекает аналогично, сигналы с выходов триггера поочередно вводят новые значения адресов и соответственно новые числа N; (с четными номерами i для первого синтезатора и с нечетными i — для второго, а выходы генераторов 5 и 6 с задержкой, равной КТО, т.е. после завершения в них переходных процессов, поступают поочередно через коммутатор 7 и далее через делитель 21 и фильтр 22 на выходную шину 23. Таким образом, на выходе устройства формируется когерентный сигнал с мгновенным изменением частоты и фиксированными начальными фазами л/2 без скачков фазы (фиг. 2м}.
При этом значения частот на выходе
Равны 4 вью =f /К, где К71
1152092
1152092
ВНИИПИ Заказ 2342/44 Тц аж 659 Подписное
Филиал ППП "Патент", г.Уътород, ул.Проектная, 4
