СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК H03B23/00 H03K5/156 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих системах, а также в измерителях частотных характеристик радиоустройств.

Известен цифровой синтезатор частоты [1], в котором используют генератор управляющего напряжения на базе интегральной микросхемы МС 1648 (фирмы MOTOROLA) с подключаемым к нему варикапом. В этом генераторе путем изменения управляющего напряжения варикапа изменяют выходную частоту синтезатора. Недостатком такого синтезатора является узкий диапазон изменения выходной частоты, что потребует для получения заданного диапазона изменения частоты (девиации) нескольких таких устройств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемым способу и устройству является цифровой генератор качающейся частоты [2], содержащий задающий генератор, мультиплексор, реверсивный счетчик, два управляемых делителя частоты, цифровой компаратор, дифференцирующую цепь, счетчик и счетный триггер, в котором реализуется способ, заключающийся в том, что формируют высокочастотные импульсы и на цифровой генератор подают сигналы задания закона изменения частоты.

В этом генераторе управление законом изменения частоты обеспечивается путем изменения режима работы реверсивного счетчика в зависимости от требуемого закона изменения частоты. Недостатком известного способа является невозможность получения плавного изменения частоты, т.к. в нем не обеспечивается совместное использование аналогового и цифрового метода обработки информации. Недостатком известного генератора является низкая частота формируемого сигнала из-за того, что в выходной цепи задающего генератора установлены управляемый делитель частоты и счетчик, которые снижают его выходную частоту. Если увеличивать выходную частоту за счет увеличения частоты задающего генератора, то необходимо будет увеличивать быстродействие управляемого делителя частоты, что связано с использованием более быстродействующей элементной базы. Новая элементная база имеет другие логические уровни "1" и "0", что в свою очередь потребует ввода новых элементов - согласователей уровней.

Это усложняет устройство и не позволяет его реализовать методами интегральной технологии в виде одной микросхемы.

Другими недостатками известного устройства является ограничение функциональных возможностей из-за того, что формируемый выходной сигнал нельзя подвергнуть (при необходимости) дополнительной частотной модуляции. Тогда одновременно с проверкой усилителей высокой и промежуточной частоты можно было бы поверять детектор и усилитель низкой частоты не на фиксированной частоте, а в полосе частот.

Кроме того, при совместной работе нескольких широкополосных приемопередающих систем необходимо, чтобы генератор качающейся частоты на заранее заданных частотных отрезках не выдавал на выход сигнала, чтобы не мешать прохождению в этом же частотном отрезке сигналу другого генератора качающейся частоты.

Технический результат заключается в обеспечении расширения верхнего частотного диапазона формируемой частоты и функциональных возможностей путем создания новых режимов работы, в которых обеспечивается низкочастотная модуляция и при необходимости исключение прохождения выходного сигнала.

Указанный результат достигается способом, заключающимся в том, что формируют высокочастотные импульсы и подают сигналы задания закона изменения частоты на цифровой генератор, преобразуют высокочастотные импульсы в аналоговый сигнал, амплитуда которого изменяется по соответствующему закону, причем данный сигнал является управляющим плавного изменения средней частоты при формировании импульсов качающейся частоты, а воздействие на высокочастотные импульсы производят путем выбора временных параметров программируемой линии задержки, причем при изменении частоты сигнала производят дополнительную модуляцию, а в заранее заданных участках частотного диапазона запрещают выдачу сигналов несущей частоты путем сравнения параметров сигнала с заранее заданными параметрами до момента их совпадения.

Эта задача решается также за счет того, что в цифровой генератор качающейся частоты, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, первый управляемый делитель частоты и первый счетчик, последовательно соединенные второй управляемый делитель частоты и дифференцирующую цепь, последовательно соединенные реверсивный счетчик и первый цифровой компаратор, мультиплексор и счетный триггер, вход которого подключен к первому входу мультиплексора и к выходу дифференцирующей цепи, второй вход мультиплексора соединен с выходом счетного триггера, первый и второй выходы мультиплексора соединены соответственно с входом предварительной установки и входом управления направления счета реверсивного счетчика, третий и четвертый входы мультиплексора являются входами соответственно сигналов логического нуля и логической единицы цифрового генератора качающейся частоты, а адресный вход мультиплексора соединен с информационными входами второго управляемого делителя частоты и реверсивного счетчика и являются информационным входом цифрового генератора качающейся частоты, введены цифроаналоговый преобразователь, второй третий и четвертый цифровые компараторы, три схемы И, RS - триггер, счетчик и память констант, в которой записаны начальные и конечные значения частот частотных отрезков, а мультиплексор снабжен дополнительным входом и двумя выходами, причем задающий генератор выполнен в виде программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью, а первый счетчик выполнен реверсивным, причем аналоговый вход программируемой линии задержки с цифровым и аналоговыми входами и с положительной обратной связью соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход первого счетчика, который выполнен реверсивным, соединен с входом цифроаналогового преобразователя и со входами второго и третьего цифровых компараторов, выход реверсивного счетчика соединен с цифровым входом программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью и с входом четвертого цифрового компаратора, второй выход первого счетчика, который выполнен реверсивным, соединен со входом второго управляемого делителя частоты и третьим входом реверсивного счетчика, второй выход которого соединен с дополнительным входом мультиплексора, первый дополнительный выход которого подключен к счетному входу счетчика, ко вторым входам всех цифровых компараторов подключена память констант, в которой записаны начальные и конечные значения частот частотных отрезков, выходы первого и третьего цифровых компараторов через соответственно первый и второй входы первой схемы И соединены с S входом RS-триггера, выходы второго и четвертого цифровых компараторов через соответственно первый и второй входы второй схемы И соединены с R входом RS-триггера, выход которого через первый вход третьей схемы И подключен к усилителю мощности, второй вход третьей схемы И соединен с выходом программируемой линии задержки с цифровым и аналоговыми входами и с положительной обратной связью, третий вход второй схемы И подключен ко второму дополнительному выходу мультиплексора, адресный вход мультиплексора соединен с информационными входами памяти констант, первого счетчика, который выполнен реверсивным, счетчика, инверсные выходы которого соответственно соединены с параллельными входами первого управляемого делителя частоты.

На чертеже приведена структурная электрическая схема цифрового генератора качающейся частоты.

Генератор содержит задающий генератор, выполненный в виде программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью (ПЛЗ) 1, мультиплексор 2, счетный триггер 3, первый счетчик, который выполнен реверсивным (РС) 4, реверсивный счетчик (РС) 5, счетчик 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, первый управляемый делитель частоты (УДЧ) 9, второй управляемый делитель частоты (УДЧ) 8, дифференцирующую цепь (ДЦ) 10, первый цифровой компаратор (ЦК) 13, второй, третий и четвертый цифровые компараторы (ЦК) соответственно 12, 11, 14, память констант, в которой записаны начальные и конечные значения частотных отрезков (ПК) 15, схемы И 16 (вторая), И 17 (первая), И 18 (третья), RS-триггер 19, усилитель мощности 20.

Способ формирования импульсов качающейся частоты заключается в следующем.

Закон изменения сигнала задается путем подачи сигналов заданного закона изменения частоты на мультиплексор 2 цифрового генератора в цифровой форме. Задающий генератор выполнен в виде программируемой линии задержки 1 и осуществляет формирование высокочастотных импульсов. Формируемые ПЛЗ 1 на выходе высокочастотные импульсы преобразуются с помощью ЦАП в аналоговый сигнал, амплитуда которого изменяется по линейному закону, причем данный сигнал поступает на управляющий вход ПЛЗ 1 и позволяет осуществлять плавное изменение средней частоты сигнала путем выбора и изменения временных параметров ПЛЗ 1, при этом изменение временных параметров приводит к изменению не только средней частоты сигнала, но и к изменению длительности и скважности высокочастотных импульсов.

При этом при изменении частоты сигнала может осуществляться дополнительная модуляция.

Кроме того, в заранее выбранных участках частотного диапазона можно осуществлять запрет выдачи сигналов несущей частоты до момента совпадения параметров сигнала с заранее заданными параметрами сигнала.

Более детально данные процессы будут указаны при описании работы цифрового генератора качающейся частоты.

Задающий генератор - программируемая линия задержки с положительной обратной связью обеспечивает формирование импульсной последовательности с меняющимся периодом следования импульсов в зависимости от закона изменения величины ее задержки по двум входам - аналоговому, управляемому напряжением с выхода ЦАП 7, и дискретному, управляемому двоичным кодом с РС 5. Частота задающего генератора 1 поступает на выход устройства через усилитель мощности 20 и схему И 18, на второй вход которой приходит сигнал разрешения с RS-триггера 19. Одновременно эта частота поступает на счетный вход РС 4. Управление РС 4, 5 в этом режиме осуществляется от счетного триггера 3. В исходном состоянии счетный триггер 3 находится в нулевом состоянии, поэтому состояния РС 4, 5 начнут уменьшаться. Начнет уменьшаться и задержка ПЛЗ 1, что приведет к росту частоты выходного сигнала. Для изменения девиации частоты выходного сигнала выходной сигнал с РС 4 поступают на вход УДЧ 8, который при переполнении выдает короткий импульс, сформированный ДЦ 10 на переключение счетного триггера 3 в состояние "I". РС 4, 5 начинают работать в режиме сложения, а выходная частота устройства спадает по линейному закону. Этот процесс продолжается до переполнения УДЧ 8, при этом импульс переполнения, поступающий через ДЦ 10, устанавливает счетный триггер 3 в исходное состояние. Таким образом на выходе цифрового генератора качающейся частоты выходная частота вначале возрастает по линейному закону от минимального до максимального значения, а затем наоборот с дискретностью изменения периода, равного периоду выходной частоты на выходе УДЧ 4. Значение выходной частоты может регулироваться в широких пределах в зависимости от разрядности РС 5 и значения управляющего кода, записываемого в него. УДЧ 9 определяет период модуляции, а РС 5 и УДЧ 8 определяет среднюю частоту и величину девиации соответственно.

Предлагаемый генератор качающейся частоты работает следующим образом.

Информационный сигнал содержит информацию о двоичном коде периода, величине и средней частоте девиации, законе качания выходной частоты, режиме дополнительной модуляции выходного сигнала, режиме формирования частотных отрезков, а также сигналы сброса и строб записи этой информации в реверсивные счетчики 4, 5, УДЧ 8, 9, память констант 15, мультиплексор 2, счетчик 6.

Реверсивные счетчики 4, 5, УДЧ 8, 9, RS-триггер 19 и счетный триггер 3 устанавливаются в исходное состояние "0".

Перед началом работы с помощью информационного сигнала в реверсивные счетчики 4, 5, и УДЧ 8, 9 заносится код начальной установки, счетчик 6 устанавливается в "0", а на управляющие входы мультиплексора 2 поступает четырехразрядный код.

В зависимости от значения кода управления мультиплексора 2 цифровой генератор качающейся частоты может работать в девяти режимах:
Код управления 0000 - частота на выходе ступенчато возрастает, а затем ступенчато спадает по линейному закону.

Код управления 0100 - частота ступенчато возрастает по линейному закону от минимального до максимального значения, после чего происходит ее скачкообразный возврат к первоначальной частоте.

Код управления 0010 - частота ступенчато уменьшается по линейному закону от максимального до минимального значения, после чего происходит ее скачкообразный возврат к первоначальной частоте.

Коды управления 0000, 0100, 0010 соответствуют режиму работы задающего генератора без дополнительной модуляции. При введении дополнительной модуляции в каждом из указанных режимов в младшем разряде соответствующих кодов устанавливается "I". Тогда код 0001 будет соответствовать режиму работы, обозначенному кодом 0000, но с дополнительной модуляцией. Точно также коды 0101, 0011 будут соответствовать режимам работы, обозначенным кодами 0100 и 0010, но с дополнительной модуляцией.

При необходимости формирования частотных отрезков, в которых на выходе устройства отсутствует выходной сигнал, в каждом из указанных шести режимов в соответствующих кодах управления в старших разрядах вместо "O" выдается "I". Тогда коды управления 1000, 1100, 1010 будут соответствовать режимам работы генератора с формированием частотного отрезка, но без дополнительной модуляции. Коды 1001, 1101, 1011 будут соответствовать режимам работы генератора с формированием частотных отрезков и с дополнительной модуляцией.

Таким образом предлагаемый генератор качающейся частоты может работать в девяти режимах.

При значении кода управления мультиплексора 2, равном 0000, его первый вход отключен от первого выхода, а второй вход подключается к второму выходу, при этом выход дифференцирующей цепи 10 отключен от входа предварительной установки реверсивных счетчиков 4,5, а выход счетного триггера 3 подключен через мультиплексор 2 к входу управления направлением счета реверсивных счетчиков.

При значении управляющего кода мультиплексора 2, равном 0100, его первый вход подключается к первому выходу, а третий вход ко второму выходу, при этом выход УДЧ 8 через ДЦ10 подключается к входам предварительной установки РС 4. 5, а выход счетного триггера 3 отключается от выхода 2 МП2, используемого для управления направлением счета РС 4, 5, на которые в этом случае поступает сигнал логического "0".

Реверсивные счетчики 4, 5 работают на вычитание и выходная частота устройства будет линейно возрастать от минимального до максимального значения до момента переполнения УДЧ 8. Импульс переполнения, сформированный ДЦ 10, восстанавливает первоначальный код, занесенный в РС 4, 5, и выходная частота скачкообразно возвращается к начальному значению. Продолжение работы в этом режиме происходит так же, как и в предыдущем. При значении кода управления мультиплексора 2, равном 0010, его первый вход подключен к первому выходу, как во втором режиме, а четвертый вход через вход 2 МП2 подключается ко входам предварительной установки РС 4, 5, а на входы управления направлением счета РС 4, 5 поступает сигнал логической "1". РС 4, 5 работают на сложение и выходная частота спадает от максимального значения до минимального по линейному закону до момента переполнения УДЧ 8. Импульс переполнения УДЧ 8 восстанавливает первоначальный код в РС 4, 5 и выходная частота скачкообразно возвращается к исходному значению.

Расширение функциональных возможностей обеспечивается введением новых режимов работы, в которых осуществляются дополнительная модуляция выходного сигнала и формирование во всем диапазоне качания частоты заданных участков, в которых на выходе устройства отсутствует выходной сигнал.

Дополнительная модуляция осуществляется с помощью счетчика 6, на вход которого в этом режиме работы через мультиплексор 2 поступает выходной сигнал РС 5. При появлении в младшем разряде кола управления мультиплексора 2 "единицы" его дополнительный вход подключается к первому дополнительному выходу и выходной сигнал РС 5 поступает на счетный вход счетчика 6. Инверсные выходы счетчика 6 подключены к параллельным входам УДЧ 9 и при начальной установке счетчика 6 в "0" на входах УДЧ 9 присутствуют все "единицы". При этом коэффициент деления счетчика равен "1" и поступающая на его вход частота проходит без деления на выход. При поступлении на счетный вход счетчика 6 импульсов число единиц на входе УДЧ 9 начнет уменьшаться, что приведет к возрастанию его коэффициента деления и увеличению периода девиации. При заполнении счетчика 6 коэффициент деления будет иметь максимальное значение и соответственно максимальное значение будет иметь и период девиации. При переполнении счетчика 6 и установке его в "O" на входах УДЧ 9 будут все "I" и коэффициент деления снова станет равным "I". Период девиации будет иметь минимальное значение, после чего снова начнет увеличиваться. Таким образом периодическое изменение коэффициента деления УДЧ 9 будет приводить к периодическому изменению модулирующей частоты.

Формирование частотных участков, в которых на выходе устройства отсутствует выходной сигнал, осуществляется при появлении в старшем разряде кода управления мультиплексора 2 "единицы" и его третий вход отключается от второго дополнительного выхода, а подключается к нему четвертый вход и на третьем входе И 16 появится уровень "I", который откроет эту схему.

В процессе работы генератора качающейся частоты реверсивные счетчики 4, 5, в каждый момент времени содержат двоичный ход, который однозначно определяет текущее значение частоты выходного сигнала. Поэтому для формирования частотного отрезка, в течение которого на выходе устройства будет отсутствовать сигнал, необходимо в память констант записать начальное и конечное значения частот этого отрезка в виде двоичных кодов - констант. Записанные константы поступают на вторые входы цифровых компараторов 11 - 14, на первые входы которых приходят двоичные коды с реверсивных счетчиков 4 и 5. Сигналы с выходов компараторов 11, 13 поступают на входы схемы И 17 и при их совпадении на ее выходе появится сигнал, который включит RS-триггер 19, на выходе которого сформируется низкий уровень строба. Высокий уровень строба формируется по выключению RS-триггера 19 сигналом с выхода схемы И 16, входы которой соединены с цифровыми компараторами 12, 14, формирующими сигналы при появлении частоты окончания частотного отрезка. Сформированный таким образом строб поступает на вход схемы И 18 и запрещает прохождение сигнала на вход усилителя мощности 20 и через него на выход всего устройства.

Таким образом в заданном частотном отрезке будет сформирована пауза, в течение которой на выходе устройства будет отсутствовать сигнал.

Источники информации
1. "ВЧ-компоненты фирмы МОТОРОЛА", Selection Guid RF Product, SG 46/D, 1997.

2. Авторское свидетельство СССР N I1601736, H 03 B 23/00, 1988.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих системах, а также в измерителях частотных характеристик радиоустройств. Техническим результатом предлагаемого способа формирования импульсов качающейся частоты является расширение верхнего частотного диапазона изменения выходной частоты и функциональных возможностей путем создания новых режимов работы, в которых обеспечивается низкочастотная модуляция и исключение прохождения выходного сигнала. Расширение верхнего частотного диапазона решается за счет выполнения задающего генератора в виде программируемой линии задержки с положительной обратной связью. Цифровой генератор качающейся частоты содержит задающий генератор, два управляемых делителя частоты, реверсивный счетчик, первый счетчик, который выполнен реверсивным, дифференцирующую цепь, счетчик, четыре цифровых компаратора, мультиплексор, счетный триггер, три схемы И, RS-триггер, память констант и усилитель мощности. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования импульсов качающейся частоты, заключающийся в том, что формируют высокочастотные импульсы с помощью программируемой линии задержки с положительной обратной связью, которые преобразуют в аналоговый сигнал, амплитуду которого изменяют по линейному закону и плавно изменяют в соответствии с ним среднюю частоту высокочастотных импульсов. 2. Цифровой генератор качающейся частоты, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, первый управляемый делитель частоты и первый счетчик, последовательно соединенные второй управляемый делитель частоты и дифференцирующая цепь, последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифровой компаратор, мультиплексор и счетный триггер, вход которого подключен к первому входу мультиплексора и выходу дифференцирующей цепи, второй вход мультиплексора соединен с выходом счетного триггера, первый и второй выходы мультиплексора соединены соответственно с входом предварительной установки и входом управления направления счета реверсивного счетчика, третий и четвертый входы мультиплексора являются входами соответственно сигналов логического нуля и логической единицы цифрового генератора качающейся частоты, а адресный вход мультиплексора соединен соответственно с информационными входами второго управляемого делителя частоты и реверсивного счетчика и является информационным входом цифрового генератора качающейся частоты, отличающийся тем, что в него введены цифроаналоговый преобразователь, второй, третий и четвертый цифровые компараторы, три схемы И, RS-триггер, память констант, усилитель мощности и счетчик, при этом мультиплексор снабжен дополнительным входом и двумя дополнительными выходами, причем задающий генератор выполнен в виде программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью, первый счетчик выполнен реверсивным, причем его вход предварительной установки и вход управления направления счета соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, а аналоговый вход программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход первого счетчика, который выполнен реверсивным, соединен со входом цифроаналогового преобразователя и входами второго и третьего цифровых компараторов, выход реверсивного счетчика соединен с цифровым входом программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью и с входом четвертого цифрового компаратора, второй выход первого счетчика, который выполнен реверсивным, соединен со входом второго управляемого делителя частоты и третьим входом реверсивного счетчика, второй выход которого соединен с дополнительным входом мультиплексора, первый дополнительный выход которого подключен к счетному входу счетчика, при этом ко вторым входам всех цифровых компараторов подключена память констант, а выходы первого и третьего цифровых компараторов через соответственно первый и второй входы первой схемы И соединены с S-входом RS-треггера, выходы второго и четвертого цифровых компараторов через соответственно первый и второй входы второй схемы И соединены с R-входом RS-триггера, выход которого через первый вход третьей схемы И подключен к усилителю мощности, второй вход третьей схемы И соединен с выходом программируемой линии задержки с цифровым и аналоговым входами и с положительной обратной связью, третий вход второй схемы И подключен ко второму дополнительному выходу мультиплексора, адресный вход мультиплексора соединен с информационными входами памяти констант первого счетчика, который выполнен реверсивным, и счетчика, инверсные выходы которого соединены с параллельными входами первого управляемого делителя частоты.