Цифровой синтезатор частот

 

СП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ » 565372

Союз Советских

Сощиапистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.04.74 (21) 2017505/09 с присоединением заявки Уев (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.07.77. Бюллетень K 26 (45) Дата опубликования описания 04.08.77 (51) Ц Кл Н 03В 3/04

Государственный комитет

Свввтв Министров СССР

an делаи изобретений н открытий (53) УДК 621.373. .42 (088.8) (7 ) Авторы изобретения

В. Г. Фадеев и В. В. Ллешивцев (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к синтезаторам частоты, предназначенным для получения дискретного множества высокоста бильных частот.

Известен цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно включенные, делятель частоты с переменным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор, фильтр ниж mx частот, управляющий элемент, автогенератор, опорный генератор, выход которого через делитель частоты с постоянным коэффициентом делевия соединен со,вторым входом импульсно-фазового детектора и щ новременно через последовательно соединенные истомин к такто во и частоты, первый коммута тор, первый счетчик,и дискретный конденсатор — с вторым вхо|дом авто генератора (1).

Однако известный цифровой синтезатор частот я меет большое время перестройки с частоты,на частоту.

С целью уменьшения времвни .перестройки в предлагавмый цифровой .синтезатор частот между вторым |выходом импульсно-фазового детектора и входом дел ителя частоты с переменным коэффициентом деления включены последовательно соединенные устройство установки нуля, устройство управления и второй коммутатор, вто|рой и третий входы которого соединены соответственно с выхода ми автогвнератора и источника тактовой частоты, 2 а к второму входу устройства управления подключен первый вход импульсно-фазо во го детектора, при этом второй вход первого коммутатора соединен с вторым выходом устройства управления, а выход устройства установки нуля соединен также с вторым входом перьвого счетчика и с первым входом второго счетчика, второй вход которого подсоединен к выходу источника тактовой часто10 ты, а выход второго счетчика через третий коммутатор подключен к третьему входу первого ком мутатора, цри этом второй вход третьего коммутатора совдинен с выходом первого,счетчика.

15 На фиг. 1 изобраоквна структурная электрическая схема предлагаемого цифрового синтезатора частот; на фиг. 2 — функциональные зависимости емкост|и кондеясатора (С) капура автогвнератора от коэффипивнта деления (К),делителя с .переменным:коэффицие.tòîì; зависимости емкости дискретного конденсатора от коэффициента деления делителя с переменным .коэффициентом деления о е 3 ко р р екци и; 3 ависим сесть ем кости ДБОкр ет25 ного конденсатора от коэффициента деления делителя с пврвмепным коэффициентом введением коррекции.

Цифровой синтезатор часто содержит последовательно включенные делитель 1 ча30 стоты с .переменным коэффициентом деления, 3 импульсно-.фазсвый детектор 2, фильтр 3 ниж(них частот, управляющий эле(мент 4, авпотенератор 5, o(llopHbIA генератор 6, выход кото(рого через, делитель 7 частоты с постоянным коэффициентом деления соединен с вто.рым входом импулыоно-фазового детектора 2 и одновременно через последовательно сое динеиные источник 8 та(кто(вой ча(стоты,,перlabIA юм(мутатор 9, пер(вый счетчлк 10 и дискретный кондеисатор 11 — с вторым (вхо(дом а(вгогенератора 5, между.,BTO(pbIM выходам импульсно-фа завого детектора 2 и вхо(дом делителя 1 частоты,с переменны(м ко эффициен(том деления:включены последо(ваTельно соединенные устрой(ства 12 устаяовки нуля, устройство 13 уиравлония и вгорой (ком(м(утатор 14, второй и третий axo(@bi IOTopoTo соединены соогветствен(но с,выхо(дом автоте нерато(ра 5 и источника 8 та(ктовой частоты, а к второму

Bxop) устройства 13 уиравления подключен пер(вый вход им(пульсно-.фазо(вого детектора 2, при этом вто(рой вход пер(ваго коммутатора 9 соединен с вторым выхо(дом устрой(отва 13 упра вления, выхс(д уст(рой(ства 12 ycTaiHOB(zH куля ооединен та(кже с вторым входo.,l пер|во(го счетчика 10 и с перовым вхо(до(м второго счетчика 15, второй вхад которого по(дсоединен к выходу источника 8 TBKTo(BQA ча(стоты, а выход второго счетчика 15 через трет(ий ком(мутатор 16 подключен к третьему входу первого коммутатора 9, при этом второй axolp третье го коммутатора 16,соединен с выходом .первого счетчика 10.

Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.

В момент включения или при,переключении частоты ои(нтезагора iHB выхо(де им(пулысНо-фазс(вого детектора 2 появляется переменная соста вляющая. В этот момент устройство

12 устаис(вки нуля генерирует импульс, который устанавливает первый счетчик 10, второй счетчик 15 и уст(ройство 13 упра(вления а исходное,положение («зануление») .

Второй коммутатор 14 коман(дой с устройcT1ва 13 упра влен(ия подключает к iaxo(py делителя 1 частоты на(пря(жвния тактовой ча(стоты.

Делитель 1 частоты начинает производить отсчет импульсов тактовой частоты. Ка(к только на выходе делителя 1 частоты появляется пер(вый с момента за нулеиия и(млулнс, устройство 13 уп(ра(вления отпирает первый коимутатар 9, при этом (им(пулысы та ктовой частоты поступают на вхо(д пер(вого счетчика 10, пос ледний начинает производить отсчет.

Так .ка(к им(пульсы такто(вой частоты поступают одHOIBpeMBHIHо на вхОд, делителя 1 частоты и .на первый счетчик 10, то кол(ичеспво импульсов, п(рошедших через II(plablfl ком(мутатор 9 н(а первый счетчик 10 за вовремя, ра(вное интервалу между первым и вто ры(м HMпульсами с выхода делителя 1 ча|сготы, ра(в Ho уста(но(вле(иному на делителе 1 ча(стоты коэффициентуу:делен(ия.

Имиулысы, прошедшие на .первый счетчик

10, устана(вливают его разряды в состояния, зависящие от кол(ичества импульсов, при этом срабаты(вают соот(вет(опвующие (коммутаторы дискрепного ко(иде(исатора 1:1, кото(рые включает набор емко(сти, соопветст(в(ующий вы(б5 ранному коэфф(и(циенту деления в делитель 1 частоты с переменньгм коэффициенгс(м деления, т, е. требуемой частоте.

Ка(к толнко с делителя 1 ча(стоты на устройство 13 упра(вления (гр(ихс(дит второй им10 пульс, устройство 13 запирает пер(вый коммутатор 9 и переключает второй коммутатор 14 в исходное положение. Прохождение-импульсов та(ктавой ча(стоты на делитель 1 частоты и на первый счетчик 10 прекращается, а втоI5 рой коммутатор 14 подключает к входу делителя 1 частоты напряжение автогенератора 5, в результате чего замыкается кольцо фазовой автоподстройки частоты.

Таким образом, время грубой (настрой(ки

20 не превышает интер(вала между двумя импульсами с Bbixoya делителя 1 ча|стоты.

Однако емкость дискретного конденсатора может изменяться только по линей(ному зако н(у (фиг. 2б), а ча(стога .и емкость колебательного контура овяза ны нелиней(ным соотн(ошеиием. Из сравнения (фиг. 2 а, б) видно, что максимальное расхож(дение в середине и на концах, диапазона может быть значителыным, это рез(ко ухудшает точность грубой настройЗО ки, увеличивает полосу ох(ватыва ния с(истемы фазовой а(втоподстройки, что, в свою очередь, ухудшает фазовую стабильность синтезатора.

Для IIO(Bbi(HIBH(HH точности грубой настройки .в предлагаемое устройство допгол ня(тельно

З5 введены второй счетчик 15 и третий коммутатор 16, кото(рые работают следующим образом.

В момент отсчета первым (счетчико(м 10 количества им(п(ульсо(в,,pa(aloe половине (д иа40 пазо(на синтеза(гора, с его выхода на (вход

TIpBTbåão коммутатора 16 поступает сигнал управления, отп(ирающий его на время, равное половине и нтер(вала между импулнсами с делителя ча(стоты. Третий коммутато(р 16,пропу45 скает выхо(дные импульсы второго счетчика 16 на запрещающий вход первого (коммутаго ра 9.

Учитывая, что (второй счетчик 15 имеет небольшой коэффициент деления, например 6, 5р каждый IIIBcTQA им(пульс с |выхода второго счетчика 15 поступает на эап рещающ(ий вход первого ко|ммутатора 9, при поотуплении котор(ого после(дний запирается на время, равное длительности импульса тактовой частоты, 55 Из общего количества,импулысов, ра(вного установлен(ному коэфф(ициенту деления делителя 1 ча(стоты, на(чин(ая с середины диапазона, каж(дый шестой импульс не п(ропуокается на первый счетчик 10.

50 Та(к(им образом, крутизна за висимасти емкоспи от коэффициента деления (фиг. 2, в) уменьшает(ся, а за(висимость (приобретает точку перегиба, (начиная с К, равного полов(ине К „. Наличие перегиба зависимости позволяет более точно пр(ибл(иэитыся к требуемой завиеимосли ем кости от коэффициента делеиия делителя 1 частоты. Ка к,видно из графика, аппроксимация |нелинейной функции нспользуестя двумя отрез кажи;прямой.

Для улучшения приближения можно вместо двух отрезков использовать 7р!Н и более, применив две и более цепей каррепя ни, наст,ройки, состоящих из счетчика и коммутатора, используя выходы соответствующих раз р дов первого счетч:ика 10.

Как только за ка нчнвается этап грубой на=трой ки, кольцо фазавой ввтапад1спройии

<<схватывает» частоту генератора и подстраи вает ее до требуемого значения.

Общее время перестройки синтезатора равно сум ме времени грубой настройки и времени установления,в кольце фазовой автоподспройки ча1с Поты.

Время грубой настройки определяется величиной тактовой частоты и коэффициентом деления дел ителя 1 частоты. С увелячением тактовой частоты быстродейст в ие возрастает.

При существующих типах делителей (микро схемные делителями) верхняя частота деления огра н ичена 100 МГц, при этам, время прубой настройки исчисляется м и красекундами.

Дальнейшее уменьшение времени грубой настройки лишено эра(ктическаго смысла, посколыку нремя 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;втспсдстрой ки в пределах ее полосы,захвата, т. е. пра ктически достигается теоретический предел по уменвшению времени лерестройки. 5

6

Формула изобретения

ЕЬфровой синтезатор частот, содержащ|ий последовательно включенные делитель частоты с переменным коэффициентам деления, импулисно-:фазовый детектор, филь пр нижних частот, управляющий элемент и автагенератар, а также опорный генератор, выход которого через делитель частоты с востоянным коэффициентом деления соединен со вторьвм входом им пулыоно-фазового де.пектора и одновременHo через последовательно соедвнен ные источник тактовой ча1стоты, первый ком мутатор, пер|вый счетчик и дискретный канден сатор .со вторьпм вхадам автогенератара, о т л и ч ающ ий ся тем, что, с целью у мень шения времени перестройки, в него между вторым выходом импульсно-фазового детектора и входом делителя частоты с,перемененным коэффициентом деления иклгачены последовательно соединенные устройство устаиовки нуля, устройспво управления и второй каммутатор, второй и третий вхс1ды,которого соединены соопветсгвенно с выходами автогенератара и источника тактовой частоты, а;ко;второму входу усПройспва управления подключен первый вхад импульсно-фазового детектора, при этом второй вход первого каммутатора соединен со вторым выходом у стройства управления, а выхад устройства устанааки нуля соединен также со втарым вхадсм,первого счетчика и с первым входом второ го счетчика, второй вход которого псдсоединел к выходу источника та|ктавой частоты, а выход второго счетчика через третий коммутатор лодключен к третьему выду первого каммутатора, при этом второй вход третьего каммутатора соединен с выходом первого счетчика.

Источники информации, принятые во внима,ние .п.ри зКслертизе:

1, Патент США № 3538450, кл. 331-10, 1968 г. фиг. 2

Составитель Г. Серова

Техред 3. Таранеико

Корректор Л. Котова

Редактор T. Янова Заказ 5257

Подписное

МОТ, Загорский филиал

Изд. № 578 Тираж 1077

НПО Государственного комитета Совега Министров СССР по делам изобретений н открытий

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