Цифровой синтезатор частот

 

Цифровой синтезатор частот относится к электронно-вычислительной технике, предназначен для синтеза сигналов с частотной модуляцией и может использоваться в радиолокации, адаптивных широкополосных системах связи. Цифровой синтезатор частот содержит генератор тактовых импульсов, блок задержки, блок постоянного запоминания, счетчик с предварительной установкой, умножитель кодов, накопитель, преобразователь кодов, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и регистр памяти. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия. 4 ил.

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике, предназначено для синтеза сигналов с частотной модуляцией (ЧМ) и может быть использовано в радиолокации, адаптивных широкополосных системах связи.

Известны цифровые синтезаторы частот, содержащие два блока постоянного запоминания, два накопителя, два регистра памяти, счетчик с нижних частот, генератор тактовых импульсов, блок задержки, преобразователь кодов /1/.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому является цифровой синтезатор частот, содержащий два блока постоянного запоминания, накопитель, умножитель кодов, счетчик с предварительной установкой, преобразователь кодов, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, генератор тактовых импульсов и блок задержки /2/.

Однако известные синтезаторы частот не обеспечивают возможности быстрого управления частотой и скоростью изменения частоты.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности синтезатора частот и повысить его быстродействие.

Положительный эффект - увеличение скорости изменения частоты по сравнению с существующими синтезаторами частот - достигается за счет введения дополнительной операции суммирования при вычислении фазы сигнала и исключения двух операций суммирования перед перемножением входных кодов. Для этого последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок задержки, последовательно соединенные блок постоянного запоминания, счетчик с предварительной установкой и умножитель кодов, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, регистр памяти, накопитель, преобразователь кодов, при этом счетный вход счетчика с предварительной установкой соединен с первым выходом блока задержки, третий, четвертый и пятый выходы которого подсоединены к тактовым входам записи множимого, множителя и произведения умножителя кодов соответственно, входы блока постоянного запоминания и выход фильтра нижних частот являются соответственно входом и выходом синтезатора частот, причем выходы счетчика с предварительной установкой подключены к входам множимого умножителя кодов, выходы произведения которого соединены с информационными входами накопителя, выходы которого подключены к информационным входам преобразователя кодов, выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, тактовый вход накопителя подключен к шестому выходу блока задержки, а выход сигнала старшего знакового разряда накопителя соединен с входом управления инверсией преобразователя кодов, входы регистра памяти является входом цифрового синтезатора частот, а второй выход блока задержки соединен с тактовым выходом регистра памяти.

Подобного технического решения ни в научно-технической, ни в патентной литературе выявлено не было.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового синтезатора частот. На фиг. 2 - графики и изменения циклической частоты во времени. Фиг. 2а - в гетеродине приемника, фиг. 2б - в модуле передатчика, фиг. 2в - на выходе приемника.

Цифровой синтезатор частот содержит: 1. Генератор тактовых импульсов 2. Блок задержки 3. Блок постоянного запоминания 4. Счетчик с предварительной установкой 5. Умножитель кодов 6. Накопитель 7. Преобразователь кодов 8. Цифроаналоговый преобразователь 9. Фильтр нижних частот
10. Регистр памяти
Цифровой синтезатор частот содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 1 и блок задержки 2, последовательно соединенные блок постоянного запоминания 3, счетчик с предварительной установкой 4, входы множимого умножителя кодов 5, выходы произведения умножителя кодов 5 и входы накопителя 6, преобразователь кодов 7, цифроаналоговый преобразователь 8, фильтр нижних частот 9, причем старший разряд накопителя 6 подключен ко входу управления инверсий преобразования кодов 7. Выходы регистра памяти 10 подключены ко входам множителя умножителя кодов, а первый выход блока задержки 2 подключен к тактовому входу счетчика 4, второй - к тактовому входу регистра памяти 10, третий, четвертый и пятый - к тактовым входам множимого, множителя и произведения умножителя кодов 5 соответственно, шестой выход блока задержки 3 подключен к тактовому входу накопителя 6. Входами цифрового синтезатора частот являются адресные входы блока постоянного запоминания 3 и входы регистра памяти 10, а выход фильтра нижних частот 9 является выходом устройства.

Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.

На адресные входы блока постоянного запоминания 3 поступает адрес выборки X_i, определяющий синтезируемого частотно-модулированного сигнала, одновременно код Y_i из управляющей ЭВМ записывается в регистр памяти 10. Генератор тактовых импульсов 1 формирует синусоидальный сигнал опорной частоты f_т, а блок задержки 2 осуществляет преобразование сигнала в тактовые импульсы формы "меандр" и разнесение по времени последовательности тактовых импульсов на 1. ..6 выходах, при этом обеспечивается снижение шумов переключения счетчика 4, умножителя кодов 5 и накопителя при неопределенных состояниях на их выходах.

На выходе счетчика с предварительной установкой 4 код числа X обновляется в соответствии с тактовой частотой f_т
X = X_i + T,
где X_i - константа, записанная в блоке постоянного запоминания 3;
T - номер тактового импульса (T = 0, 1, 2, 3...).

Тогда на выходах произведения умножителя кодов 5 код произведения с каждым последующим тактовым импульсом изменяется следующим образом:
П = X^* Y = (X_i + T)^* Y_j.

С выхода умножителя кодов 5 код произведения поступает на входы накопителя 6, который в данном синтезаторе частот является фазовым вычислителем. На выходах накопителя 6 код суммирования изменяется следующим образом:
S = П^* T = (X_i + T)^* Y_j^* T = X_i^* Y_j^* T + Y_j^* T².

Старший разряд результата суммирования с накопителя 6 поступает на вход управления инверсией преобразователя кодов 7. Остальные N старших разрядов (N - число разрядов ЦАП) через преобразователь кодов 7 поступает на соответствующие входы цифроаналогового преобразователя 8, который формирует аналоговый ступенчатый сигнал "пилообразной" формы, если отключен знаковый разряд Ssgn и сигнал "треугольной" формы, если подключен знаковый разряд Ssgn.

Фаза синтезируемого сигнала изменяется по закону
ϕ = S = X^*_iY^*_iT+Y^*_iT².

Необходимо отметить, что результат суммирования изменяется в интервале
S = 0...2N, что соответствует изменению фазы ϕ = 0...2.

Если принять ω₀= X^*_iY_i - начальная циклическая частота,
0.5ωʹ = Y_i - скорость изменения циклической частоты,
Δt = T, то тогда фаза будет изменяться по формуле
ϕ = ω₀t+0,5ωʹt².

Аналоговый сигнал проходит ФНЧ 9, который пропускает на выход синтезатора частот только первую гармонику сформированного сигнала. В результате разработанное устройство синтезирует сигнал, амплитуда которого изменяется по формуле
u(t) = U_msin(ω₀t+0,5ωʹt²),
где U_m - максимальная амплитуда синтезируемого сигнала.

Особенностью заявленного синтезатора частот является то, что его можно использовать для передачи информации. Необходимо два таких синтезатора частот, один из которых используется в качестве модулятора передатчика, а другой - в качестве гетеродина приемника.

Изменение частоты в приемнике происходит по формуле
ω₀(t) = X_i0Y_i0+Y_i0t.

Изменение частоты в передатчике происходит по формуле
ω₁(t) = x_i0Y_i1+Y_i1t.
где Y_j1 = Y_i0 + c;
Y_i1 - код частоты информационного сигнала;
c - код информационного символа.

Следовательно, в приемнике можно выделить разностный сигнал
.

Таким образом, изменяя код множителя Y_i в синтезаторе передатчика, можно передавать информационное сообщение синтезированным ЧМ-сигналом (фиг. 2а, 2б, 2в).

Литература
1. Патент РФ 2058659, кл. H 03 B 19/00, 1996.

2. Авторское свидетельство СССР 1774464, кл. H 03 B 19/00, 1992.

Формула изобретения

Цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок задержки, последовательно соединенные блок постоянного запоминания, счетчик с предварительной установкой и умножитель кодов, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, регистр памяти, накопитель, преобразователь кодов, при этом счетный вход счетчика с предварительной установкой соединен с первым выходом блока задержки, третий, четвертый и пятый выходы которого подсоединены к тактовым входам записи множимого, множителя и произведения умножителя кодов соответственно, входы блока постоянного запоминания и выход фильтра нижних частот являются соответственно входом и выходом синтезатора частот, отличающийся тем, что выходы счетчика с предварительной установкой подключены к входам множимого умножителя кодов, выходы произведения которого соединены с информационными входами накопителя, выходы которого подключены к информационным входам преобразователя кодов, выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, тактовый вход накопителя подключен к шестому выходу блока задержки, а выход сигнала старшего знакового разряда накопителя соединен с входом управления инверсией преобразователя кодов, входы регистра памяти являются входом цифрового синтезатора частот, а второй выход блока задержки соединен с тактовым входом регистра памяти, выходы которого подключены к входам множителя умножителя кодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2