Дробно-пропорциональный преобразователь частоты
Использование: в радиотехнике, в приемно-лередающей и измерительной аппаратуре Сущность изобретения: дробно-пропорциональный преобразователь частоты содержит фильтр нижних частот 1. управляемый генератор 2. управляемый делитель 3 частоты, элемент задержки 4. накапливающий сумматор 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, фазовые делители 7,8, управляемые инверторы 9,10, сумматор 11. Уменьшение искажений выходного сигнала путем уменьшения паразитной фазовой модуляции при расширении диапазона частот входных синалов и расширении диапазона изменения коэффициента преобразования частоты достигается благодаря цепи коррекции, включающей ЦАП 6, управляемые инверторы 9, 10, элементы задержки 4. фазовые детекторы 7,8 и сумматор 11 2 ил
И()ММЙ яию- TExlN%lN иьЛИОтекА
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4944243/09 (22) 11.06.91 (46) 15.10.93 Бюп. N() 37-38 (71) Московский физико-технический институт (72) Кушпет ДВ, Лилеин АЛ. Терентьев АС. (73) Кушпет Дмитрий Васильевич; Пилеин
Александр Леонидович, Терентьев Апександр
Сергеевич (54) ДРОБНО-ПРОПОРЦИОНАПЬНЫЯ АРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Иаюпьэование: в радиотехнике, в приемно-передающей и измерительной аппаратуре. Сущность изобретения: дробно-пропорциональный преобразователь частоты содержит фильтр ниж)мх частот (is) (и) 2001517 С1 (5l) 1, управляемый генератор 2. управляемый делитель
3 частоты, элемент задержки 4. накапливающий сумматор 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, фазовые делители 7,8, управляемые инверторы 9,1 О, сумматор 11. Уменьшение искажений выходного стгнала путем уменьшения паразитной фазовой модуляции при расширении диапазона часто входных овалов и расширении диапазона изменения коэффициента преобразования частоты достигается благодаря цепи коррекции включающей ЦАП 6, управляемые инверторы 9, 10, элементы задержки 4. фаювые детекторы 7,8 и сумматор
11. 2ил
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовзно е приемопередающей и измерительной аппаратуре.
Целью изобретения является уменьшение искажений выходного сигнала путем уменьшения паразитной фаэовой модуляции при расширении диапазона частот входных сигналов и расширении диапазона изменения коэффициента преобразования частоты.
На фиг. 1 представлена функциональная схема дробно-пропорционального преобразователя чзстоты; на фиг 2 а.з,в,г,д, е,ж,з,и,к,л — временные диаграммы его работы.
Дробно-пропорциональный преобразователь частоты содержит (фиг.1) фильтр нижних частот (ФНЧ) 1, управляемый генератор 2, управляемый делитель 3 частоты, элемент задержки 4, накапливающий сумматор (Н X) 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, первый и второй фазоеые детекторы (ФД) 7, 8, первый и второй управляемые инверторы 9, 10, сумматор 11. На фиг, 1 позициями 12, 13, 14, 15 обозначены соответственно выход, вход целой части коэффициента преобразования частоты, вход дробной части коэффициента преобразования частоты и сигнальный вход дробно-пропорционального преобразователя частоты, На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы в случае, когда .. . лая и дробная части коэффициента преобразования частоты, поступающие на входы 13, 14, K«„, =4, Кдр, = 1,а накапливающии сумматор— деухразрядный (двоичный). На фиг. 2а показана выходная последовательность, поступающая на выход 12. частота которой fz =
- Kf> - 4 — f<, де f> — частота входного
4 сигнала (фиг.2б), поступающего на вход 15, Дробно-пропорциональный преобразователь частоты работает следующим образом, В отсутствии сигнала на выходе переноса HZ 5 в управляемом делителе 3 частоты производится деление частоты выходного сигнала е число раэ, равное К« .
Сигналы переноса от HZ5 (фиг.2е), поступающие нв управляющий вход управляемого делителя 3, увеличивают коэффициент деления на единицу. после чего вновь устанавливается прежний коэффициент деления.
Выходной сигнал управляемого делителя 3 и этот же сигнал, задержанный на один период выходной частоты, показаны соответственно на фиг,2г,д. ФД 7 и 8 показаны соответственно на фиг.2е,ж. В Н Z5 с частотой сигнала, поступающего на его тактовый вход, производится суммирование своего
55 содержимого с числом Кдр, поступающим на вход 14. Значения суммы S и переноса Р показаны соответственно на фиг.2з,б.
ЦАП 6 преобразует значение суммы накапливающего сумматора 5 в аналоговую форму. Сигналы прямого и инверсного выходов ЦАП 6 показаны на фиг.2и,к соответственно, Частота выходного сигнала управляемого делителя 3 совпадает с частотой входного сигнала, однако ввиду дробности коэффициента деления и дискретности цифровых устройств выходные импульсы управляемого делителя 3 следуют неравномерно (фиг.2г), Их непосредственное сравнение в фазовом детекторе 7 с входным си злом, приводит к появлению низкочастотными паразитной составляющей, которая не устраняется ФНЧ 1 и приводит к паразитной фаэовой модуляции выходного сигнала управляемого генератора 2.
Низкочастотный шум на входе ФНЧ 1 усгоаняется цепью коррекции, включающей цифроаналоговый преобразователь 6, управляемые инверторы 9 и 10, элемент задержки 4, фазовые детекторы 7 и 8 и сумматор
11. При этом используется тот факт, что сумма в накапливающем сумматоре 5 представляет собой текущую ошибку временного положения импульсов. Выходной сигнал сумматора 11 показан на фиг. 2л, Работа цепи коррекции основана на вевовом суммировании фазовых рассогласований между входным сигналом и двумя сигналами, имеющими фиксированный сдвиг фаз.
Фаза сигнала на вь ходе управляемого делителя 3 имеет две составляющие. ф — сдвиг фаз между входным сигналом и выходным сигналом управляемого делителя при отсутствии шума дробности, x — фазовый шум. возникающий в результате дискретной работы цифровых устройств.
Если принять за единицу измерения фазы период выходного сигнала, то на выходе элемента задержки 4 получим сигнал с фазой:
p+ x — 1.
В процессе взвешенного суммирования на выходе сумматора 11 получается сигнал, постоянная составляющая которого равна: ф= (1 — X)(p+ х)+ X ( + х — Х вЂ” Xp+Xrp-Xõ+Õõ= p+ х — Х, где X и (1 - Х) — весовые множители, получаемые на выходах ЦАПа 6 в соответствии с числовым кодом X на его входе. В заявляемом устройстве используется тот факт, что число на выходе суммы накапливающего 2001517 Формула изобретения дРОБнО-пРОпОРциОнАльный пРеОБРАзОВА- тора являются соответственно входом 35 тельчАстоты, содержащий последователь- целой части коэффициенте преобразовано соединенные фильтр нижних частот и ния частоты и входом дробной части коэфуправляемый генератор, элемент задерж- фициента преобразования частоты ки, УпРавлЯемый делитель частоты, накап- дробно-пропорционвльного преобраэова40 ливающии сумматор, тактовый вход теля частоты отлфьэющийся 76М что которого соединен с выходом элемента за- целью уменьшения искажений выходного держки, цифроаналоговый преобразова- сигнала путем уменьшения пврвзитной фатель, вход которого подключен к выходу зовой модуляции при расширении диапасуммы накапливающего сумматора, пер 45 зона частот входных сигналов и вый фазовый детектор и сумматор, при расширении диапазона изменения коэфэтом выход переноса накапливающего фициента преобразования частоты, введесумматора соединен с управляющим вхо- ны второй фазовый детектор, первый вход дом управляемого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом ïåðкоторого соединен с информационным 50 вого фазового детектора. первый и второй входом элемента задержки, первый вход управляемые инверторы. сигнальные вхофаэового детектора является сигнальным ды которых соединены соответственно с входом дробно-пропорционального преоб- - прямым и инверсным выходами цифроанаразователя частоты. выход управляемого логового преобразоаэтеля, при этом управгенератора соединен с тактовыми входами 55 ляющие входы первого и второго элемента задержки и управляемого дели- управляемых имверторов соединены с вытеля частоты и является выходом дробно- ходами соответственно пврвого и второго пропорционального преобразователя фазовых детекторов, выходы первого и частоты, числовые входы управляемого де- второго упрввляемых инверторов соединелителя частоты и накапливающего сумма- ны с соответствующими входами сумматосумматора 5, равное входному коду Х ЦАПа 6, равно текущей фазовой ошибке х, в результате чего на выходе сумматора 11 получаем сигнал, постоянная составляющая которого характеризует текущее фазовое рассогласование и не содержит шума. Этот сигнал подается на вход ФНЧ 1, который срезает высшие гармоники и определяет динамические свойства петли фазовой автоподстройки (ФАПЧ). Отфильтрованный сигнал управляет управляемым генератором 2, приводя частоту выходного сигнала в соответствии с частотой входного сигнала и заданным коэффициентом деления. Дробно-пропорциональный преобразователь частоты позволяет уменьшить фазовую модуляцию выходного сигнала при расширении диапазона частот входных сигналов и расширении диапазона изменения коэффициента преобразования К. (В прототипе полоса частот входных сигналов ограничена вторым фильтром, который выделяет первую гармонику меандра и поэтому допустимо не более чем трехкратное изменение частоты входного сигнала). Цепь коррекции одинаково работоспособна на всех частотах, выходящих за шумовую полосу петли ФАПЧ, точная работа цепи коррекции е прототипе обеспечивается только при малом сдвиге фаз между двумя сигналами. Это условие выполняется только тогда, когда коэффициент преобразования К достаточно большой. Если используется 8-ми разрядный ЦАП, то в прототипе при K - 8 точность компенсации фазового шума 5 определяется ЦАПом и равна — 0.004 256 периода выходного сигнала, при К - 4 ошибка уже составляет 0,045 периода. е при К=2 цепь коррекции вообще перестает рабо- . тать. В дробно-пропорциональном преоб10 разсвателе частоты даже при таких малых K цепь коррекции остается работоспособной и в соответствии с расчетами обеспечивает высокую точность компенсации фазового 15 256 шум;à — — периода выходного сигнала. Кроме того, в прототипе в фазовом детекторе сравниваются входной сигнал и сигнал, прошедший через второй фильтр, которыЯ вносит дополнительную задержку, эавися20 щуо от частоты и параметров фильтра. В результате выходной сигнал получает дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты входного сигнала. В данном устройстве е фазовых детекторах сравниваются 25 непосредственно цифровые сигналы без предварительной фильтрации. Это обеспечивает жесткую привязку непосредственно выходного сигнала к входному и устраняет дополнительный сдвиг фаз, 30 (56) Авторское свидетельство СССР N. 1631721, кл, Н 031 7/18. 1988. И И и m ю ю 2001517 б) в) е) э) к) Фиг, 2. Составитель Н.Чеканова Редактор Н,Сильнягина Техред М Моргентал Корректор М.Самборская Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Заказ 3132 Производственно издательский комбинат "Патент". r. ужгород ул а эринд. 101 рв, выход которого подключен к входу фильтра нижних часгот, вторые входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами соответственно элемента задержки и управляемого делителя частоты, 
