СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ Российский патент 1998 года по МПК H03L7/16 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи.

Известен синтезатор частот (СЧ), содержащий последовательно соединенные опорный генератор (ОГ), первый делитель частоты (ДЧ), импульсно-фазовый детектор (ДИФ), фильтр нижних частот (ФНЧ), генератор, управляемый напряжением (ГУН) и второй делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом импульсно-фазового детектора (Левин В.А. Малиновский В.Н. Романов С.К. Радио и связь, 1989, с.9).

Недостатком известного СЧ является то, что в этом устройстве может возникать режим биений, при котором частота выходного сигнала непрерывно изменяется во времени, что приводит к ухудшению спектральной частоты выходного сигнала СЧ (см. там же, с. 11).

Причиной непрерывного изменения частоты выходного сигнала служит прохождение входных сигналов ДИФ на вход, что приводит к непрерывному изменению частоты ГУН и к ухудшению спектральной чистоты выходного сигнала СЧ. Пояснить это можно на следующем устройстве.

Известен СЧ, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, первый ДЧ, ДИФ, ГУН, второй ДЧ, выход которого соединен со вторым входом ДИФ, который выполнен в виде последовательно соединенных первого повторителя напряжения первого управляемого ключа и второго повторителя напряжения, выход которого является выходом ДИФ, причем вход первого повторителя напряжения через второй управляемый ключ соединен с шиной "корпус" и с первой обкладкой первого конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной "корпус", вход второго повторителя через второй конденсатора соединен с шиной "корпус", а вход первого повторителя напряжения через генератор стабильного тока соединен с шиной питания, причем вход второго управляемого ключа является первым входом ДИФ, а вход первого управляемого ключа является вторым входом ДИФ (Манасевич В. Синтезаторы частот теория и проектирование. пер. с англ. под ред. Галина А.С. М. Связь, 1979, с. 234, 287-288).

Прохождение входных сигналов ДИФ с частотой сравнения на выход проявляется в виде пульсаций напряжения. Величина напряжения пульсаций на выходе ЖДИФ определяется напряжением (см. там же)

где
I_н- ток нагрузки;
T_выб период импульсов выборки;
C_зап емкость 2-го конденсатора, запоминающего напряжение.

Это выражение показывает, что напряжение пульсаций присутствует в выходном напряжении ДИФ и поступает на управляющий вход ГУН, управляя его частотой, что приводит к непрерывному изменению частоты ГУН и к ухудшению спектральной чистоты выходного сигнала.

Наиболее близким к изобретению является СЧ, содержащий последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением, и первый делитель частоты, последовательно соединенные опорный генератор и второй делитель частоты, первый и второй D-триггеры, первый и второй управляемые ключи, первый и второй резисторы, конденсатор, фильтр, повторитель напряжения, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, а выход соединен с входом генератора, управляемого напряжением, выход которого является выходом синтезатора частот, выход первого делителя частоты соединен с тактовым C-входом первого D-триггера, и R-входом второго D-триггера, входы первого и второго D-триггеров соединены с шиной "корпус", D-вход первого D-триггера соединен с инвертирующим выходом второго D-триггера, D-вход второго D-триггера соединен с инвертирующим выходом первого D-триггера и входом управления первого управляемого ключа, а выход второго делителя частоты соединен с тактовым С-входом второго D-триггера и R-входом первого D-триггера, неинвертирующий выход второго D-триггера соединен с входом управления второго управляемого ключа, первый вывод первого управляемого ключа через первый резистор соединен с шиной питания, первый вывод второго управляемого ключа через второй резистор соединен с шиной "корпус", а вторые выводы первого и второго управляемых ключей объединены и соединены с выходом повторителя напряжения и первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого через фильтр соединена с шиной питания (авт.св. N 985929, кл.H 03 L 7/00, 1982).

В известном СЧ на управляющем входе ГУН присутствуют пульсации, под действием которых частота ГУН непрерывно перестраивается а это в конечном счете приводит к ухудшению спектральной чистоты выходного сигнала СЧ.

Так, например, напряжение пульсаций на входе ГУН при следующих параметрах: I_н=1 мкА, T_выб=2мс, C_зап=0,47 мкФ равно

При крутизне управления ГУН 600 кГц/В паразитное отклонение частоты (ПОЧ) выходного сигнала СЧ составляет 1,2 кГц. Такое ПОЧ неприемлемо в СЧ, применяемых в аппаратуре средств связи, например, использующих однополосную модуляцию. По ГОСТ 19896-84 ПОЧ не должен превышать 10-50 Гц.

Выполнение генераторов тока на резисторах приводит к тому, что при изменении напряжения управления ГУН изменяются токи заряда и разряда конденсатора C_зап, что не позволяет сделать характеристику управления ГУН линейной. При этом не удается обеспечить широкий диапазон перестройки ГУН и, следовательно, сужает диапазон перестройки частоты выходного сигнала СЧ (см. Левин В. А. Малиновский В.Н. Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки, М. Радио и связи, 1989, с. 218)
Технический результат, который может быть обеспечен изобретением, заключается в улучшении спектральной чистоты выходного сигнала СЧ.

Для этого СЧ, содержащий последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением, и первый делитель частоты, последовательно соединенные опорный генератор и второй делитель частоты, первый и второй D-триггеры, первый и второй управляемые ключи, первый и второй резисторы, конденсатор, фильтр, повторитель напряжения, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, а выход соединен с входом генератора, управляемого напряжением, выход которого является выходом синтезатора частот, выход первого делителя частоты соединен с тактовым C-входом первого D-триггера и R-входом второго D-триггера, входы первого и второго D-триггеров соединены с шиной "корпус", D-вход первого D-триггера соединен с инвертирующим выходом второго D-триггера, D-вход второго D-триггера соединен с инвертирующим выходом первого D-триггера и входом управления первого управляемого ключа, а выход второго делителя частоты соединен с тактовым C-входом второго D-триггера и R-входом первого D-триггера, неинвертирующий выход второго D-триггера соединен с входом управления второго управляемого ключа, первый вывод первого управляемого ключа через первый резистор соединен с шиной питания, первый вывод второго управляемого ключа через второй резистор соединен с шиной "корпус", а вторые выводы первого и второго управляемых ключей объединены и соединены с выходом повторителя напряжения и первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого через фильтр соединена с шиной питания, введены N управляемых ключей, где N 1, 2, 3. первые выводы которых объединены и соединены с объединенными вторыми выводами первого и второго управляемых ключей, вторые выводы объединены и соединены с шиной "корпус", а на N-входах управления введенных управляемых ключей установлено напряжение логического нуля, первый управляемый ключ выполнен на p-канальном полевом транзисторе, второй управляемый ключ выполнен на n-канальном транзисторе, затворы p-канального и n-канального полевых транзисторов являются входами управления первого и второго управляемых ключей соответственно, истоки p-канального и n-канального полевых транзисторов являются первыми выводами первого и второго управляемых ключей соответственно, а стоки p-канального и n-канального полевых транзисторов являются вторыми выводами первого и второго управляемых ключей соответственно, а каждый из выведенных управляемых ключей выполнен на n-канальном транзисторе, затвор которого является входом управления каждого введенного управляемого ключа, сток и исток n-канального управляемого полевого транзистора являются первым и вторым выводами введенного управляемого ключа соответственно.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема С4.

Синтезатор содержит ГУН 1, первый ДЧ 2, первый D-триггер 3, ОГ 4, второй ДЧ 5, второй D-триггер 6, первый и второй управляемые ключ 7 и 8, первый и второй резисторы 9, 10, N управляемых ключей 11, конденсатор 12, фильтр напряжения 14 и ФНЧ 15.

Синтезатор частот работает следующим образом.

ГУН 1 вырабатывает сигнал, частота которого делится первым ДЧ 2, ОГ 4 вырабатывает опорный сигнал, частота которого делится вторым ДЧ 6. В кольце ФАПЧ частоты выходных сигналов ДЧ 2 и ДЧ 6 одинаковы. Предположим, что сигнал с ДЧ 2 опережает по фазе сигнал с ДЧ 5. Пусть в исходном состоянии на выходах D-триггеров 3 и 6 уровни напряжений соответствуют лог. 0, а на инверсных выходах уровня напряжения соответствуют лог. 1. Импульс, поступающий на тактируемый C-вход первого D-триггера 3 и на R-вход второго D-триггера 5, устанавливает на выходе первого D-триггера 3 напряжение лог. 1 т.к. D-триггера соединен с инверсным выходом второго D-триггера 5 и не изменяет логического состояния второго D-триггера 6. Второй импульс, поступающий с ДЧ 5 на тактируемый C-вход второго D-триггера 6 и на R-вход первого D-триггера 3, возвращает первый D-триггер 3 и исходное состояние и не изменяет логического состояния второго D-триггера 6, т.к. в момент прихода второго импульса на D-входе второго D-триггера 6, соединенном с инверсным выходом первого D-триггера 3, был уровень лог. 0. На управляющий вход первого управляемого ключа 9 поступает сигнал, длительность которого равна разности между временем поступления первого и второго импульсов с выходов ДЧ и ДЧ 5 соответственно. В результате этого конденсатор 12 разряжается, вызывая увеличение напряжения на входе и соответственно на выходе повторителя напряжения 14, которое, в свою очередь, подстраивает частоту ГУН 1. В результате действия кольца ФАПЧ частота выходного сигнала ГУН 1 постепенно подстраивается.

В режиме, когда фазы выходных сигналов ДЧ 2 и ДЧ 5 совпадают, первый и второй управляемые ключи 7 и 8 разомкнуты и нет необходимости подстраивать частоты ГУН 1, напряжение на конденсаторе не должно изменяться. Реальные же управляемые ключи в разомкнутом состоянии имеют ток утечки, максимальные значения которого достигают величины единиц микроампер. Причем ток утечки первого управляемого ключа 7 разряжает конденсатор 11, а ток второго управляемого ключа 8 заряжает его. На практике значения этих токов не равны, например, при различных температурах токи утечки управляемых ключей отличаются в общем случае в N раз, где N 1, 2, 3, Результирующий ток равен разности токов утечки первого и второго управляемых ключей. Для компенсации тока утечки первого управляемого ключа между точкой объединения обоих управляющих ключей введены в общем случае N управляемых ключей, где N 1, 2, 3,
Введенные N ключи находятся в разомкнутом состоянии за счет того, что на их управляющих входах установлено напряжение лог. 0. Благодаря введению N управляемых ключей удается скомпенсировать ток утечки управляемого ключа 7, что, в свою очередь, стабилизирует напряжение на конденсаторе 12. Кроме того, введение N управляемых ключей позволяет уменьшить влияние дестабилизации напряжения на конденсаторе 12 из-за утечки тока через сопротивление между обкладками конденсатора 12.

Таким образом, стабилизация напряжения на конденсаторе 12 в момент совпадения фаз двух сравниваемых частот СЧ в системе ФАПЧ позволяет стабилизировать напряжение, действующее на входе ГУН 1, что уменьшает спектральную чистоту выходного сигнала СЧ.

Выполнение управляемых ключей в виде n-и p-канальных полевых транзисторов позволяет использовать первый и второй управляемые ключи 7 и 8 как стабилизаторы тока заряда и разряда конденсатора 11, что позволяет линеаризировать характеристику управления ГУН 21 и тем самым расширить диапазон выходных частот ГУН и СЧ в целом.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи. Синтезатор частот содержит генератор 1, управляемый напряжением, первый делитель частоты (ДЧ) 2, первый D-триггер 3, опорный генератор 4, второй ДЧ 5, второй D-триггер 6, первый и второй управляемые ключи 7 и 8, первый и второй резисторы 9 и 10, N управляемых ключей 11, конденсатор 12, фильтр 13, повторитель напряжения 14 и фильтр нижних частот 15. Компенсация тока утечки первого выполненного на p-канальном полевом транзисторе управляемого ключа 7 при помощи N управляемых ключей, выполненных каждый на n-канальном полевом транзисторе, стабилизирует напряжение на конденсаторе 12, что в свою очередь улучшает спектральную частоту выходного сигнала синтезатора частот. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением, и первый делитель частоты, последовательно соединенные опорный генератор и второй делитель частоты, первый и второй D-триггеры, первый и второй управляемые ключи, первый и второй резисторы, конденсатор, фильтр, повторитель напряжения, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, а выход соединен с входом генератора, управляемого напряжением, вход которого является выходом синтезатора частот, выход первого делителя частоты соединен с тактовым C-входом первого D-триггера и R-входом второго D-триггера, S-входы первого и второго D-триггеров соединены с шиной "Корпус", D-вход первого D-триггера соединен с инвертирующим выходом второго D-триггера, D-вход второго D-триггера соединен с инвертирующим выходом первого D-триггера и входом управления первого управляемого ключа, а выход второго делителя частоты соединен с тактовым C-входом второго D-триггера и R-входом первого D-триггера, неинвертирующий выход второго D-триггера соединен с входом управления второго управляемого ключа, первый вывод первого управляемого ключа через первый резистор соединен с шиной питания, первый вывод второго управляемого ключа через второй резистор соединен с шиной "Корпус", а вторые выводы первого и второго управляемых ключей объединены и соединены с входом повторителя напряжения и первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого через фильтр соединена с шиной питания, отличающийся тем, что введены N управляемых ключей, где N 1, 2, 3, первые выводы которых объединены и соединены с объединенными вторыми выводами первого и второго управляемых ключей, вторые выводы объединены и соединены с шиной "Корпус", а на N-входах управления введенных управляемых ключей установлено напряжение логического нуля. 2. Синтезатор по п. 1, отличающийся тем, что первый управляемый ключ выполнен на p-канальном полевом транзисторе, второй управляемый ключ выполнен на n-канальном полевом транзисторе, затворы p-канального и n-канального полевых транзисторов являются входами управления первого и второго управляемых ключей соответственно, истоки p-канального и n-канального полевых транзисторов являются первыми выводами первого и второго управляемых ключей соответственно, а стоки p-канального и n-канального полевых транзисторов являются вторыми выводами первого и второго управляемых ключей соответственно, а каждый из введенных управляемых ключей выполнен на n-канальном полевом транзисторе, затвор которого является входом управления каждого введенного управляемого ключа, сток и исток n-канального управляемого полевого транзистора являются первым и вторым выводами каждого введенного управляемого ключа соответственно.