Цифровой генератор колебаний переменной частоты Российский патент 2023 года по МПК H03K3/80 

Область техники к которой относится изобретение

Изобретение относится к импульсной технике и радиотехнике и может использоваться для формирования косинусоидальных колебаний с двумя значениями частоты, в частности сигналов с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ сигналов) в системах передачи дискретной информации.

Уровень техники

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой генератор колебаний переменной частоты, содержащий первый управляемый делитель частоты, тактовый вход которого является тактовым входом цифрового генератора, второй управляемый делитель частоты и D-триггер, D-вход которого является информационным входом цифрового генератора, прямой выход D-триггера соединен с управляющим входом первого управляемого делителя частоты, инверсный выход D-триггера соединен с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, выход которого подключен к С-входу D-триггера, при этом выход первого управляемого делителя частоты соединен с входом формирователя треугольных импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу второго управляемого делителя частоты, а второй выход является выходом цифрового генератора [1].

Известный цифровой генератор колебаний переменной частоты позволяет формировать сигнал без разрыва фазы с двумя значениями частоты и с индексом модуляции D=0,5.

Однако, формируемый сигнал представляет собой ступенчатую аппроксимацию треугольного колебания. Поэтому его спектр недостаточно быстро убывает с увеличением расстройки частоты. Следовательно, недостатком известного цифрового генератора колебаний переменной частоты является недостаточная спектральная эффективность формируемых сигналов.

Кроме того, в известном устройстве не синхронизированы циклы работы первого и второго управляемых делителей частоты, поэтому начальная фаза формируемого треугольного колебания однозначно не определена. При этом дополнительным недостатком известного цифрового генератора колебаний переменной частоты является низкая точность формирования выходного сигнала.

Технический результат состоит в повышении спектральной эффективности формируемых сигналов за счет формирования МЧМ сигналов с начальными фазами .

Дополнительный технический результат заключается в повышении точности формирования косинусоидальных колебаний в пределах одного символа формируемых МЧМ сигналов.

Раскрытие сущности изобретения

Для достижения указанного технического результата в цифровой генератор колебаний переменной частоты, содержащий первый управляемый делитель частоты, тактовый вход которого является тактовым входом цифрового генератора, второй управляемый делитель частоты и D-триггер, D-вход которого является информационным входом цифрового генератора, прямой выход D-триггера соединен с управляющим входом первого управляемого делителя частоты, инверсный выход D-триггера соединен с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, выход которого подключен к С-входу D-триггера, введены дешифратор начальной фазы и цифро-аналоговый генератор косинусного колебания, выход которого является выходом цифрового генератора, при этом тактовый вход цифро-аналогового генератора косинусного колебания соединен с тактовым входом второго управляемого делителя частоты и с выходом первого управляемого делителя частоты, выход текущего значения фазы цифро-аналогового генератора косинусного колебания подключен к информационному входу дешифратора начальной фазы, синхровход которого соединен с С-входом D-триггера, с входом сброса первого управляемого делителя частоты и с выходом второго управляемого делителя частоты, при этом выход дешифратора начальной фазы подключен к входу сброса цифро-аналогового генератора косинусного колебания.

Предлагаемый цифровой генератор колебаний переменной частоты обеспечивает повышение точности формирования МЧМ сигналов с повышенной спектральной эффективностью.

Предлагаемый цифровой генератор колебаний переменной частоты может быть реализован с помощью известных функциональных элементов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого цифрового генератора колебаний переменной частоты.

На фиг. 2 показана таблица сопоставления числовых последовательностей на входе и выходе цифро-аналогового генератора косинусного колебания, а также значения формируемого на его выходе МЧМ сигнала.

На фиг. 3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого цифрового генератора колебаний переменной частоты.

Цифровой цифровой генератор колебаний переменной частоты (фиг. 1) содержит тактовый вход 1, информационный вход 2, D-триггер 3, первый управляемый делитель частоты 4, второй управляемый делитель частоты 5, дешифратор 6 начальной фазы, цифро-аналоговый генератор 7 косинусного колебания и выход 8.

Тактовый вход 1 устройства подключен к тактовому входу первого управляемого делителя 4 частоты. Информационный вход 2 устройства соединен с D-входом D-триггера 3, С-вход которого подключен к выходу второго управляемого делителя 5 частоты, а также к входу сброса первого управляемого делителя 4 частоты и к синхровходу дешифратора 6 начальной фазы. Прямой выход D-триггера 3 соединен с управляющим входом первого управляемого делителя 4 частоты, инверсный выход D-триггера 3 соединен с управляющим входом второго управляемого делителя 5 частоты. Выход первого управляемого делителя 4 частоты соединен с тактовым входом второго управляемого делителя 5 частоты и с тактовым входом цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания. Выход текущего значения фазы цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания подключен к информационному входу дешифратора 6 начальной фазы, выход которого соединен с входом сброса цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания. Выход цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания является выходом цифрового генератора. Осуществление изобретения

Предлагаемый цифровой цифровой генератор колебаний переменной частоты формирует МЧМ сигналы с начальными фазами и функционирует следующим образом.

С тактового входа 1 устройства тактовые импульсы (фиг. 3,6) с частотой следования подают на тактовый вход первого управляемого делителя 4 частоты.

С информационного входа 2 устройства входной информационный сигнал (фиг. 3,6) поступает на D-вход D-триггера 3, на прямом и инверсном выходах которого получают модулирующие сигналы (фиг. 3,в) и (фиг. 3,г), границы символов которых определяются поступающими на его С-вход синхроимпульсами (фиг. 3,е) с частотой следования где L - число уровней L аппроксимирующего ступенчатого напряжения (на фиг. 3 для удобства отображения сигналов приняты значения L=8, n=2).

Сформированные синхронные модулирующие сигналы (фиг. 3,в) и (фиг. 3,г) подают с прямого и инверсного выходов D-триггера 3 на управляющие входы соответственно первого управляемого делителя 4 частоты и второго управляемого делителя 5 частоты.

Первый управляемый делитель 4 частоты имеет переменное значение n или (n+1) коэффициента деления частоты в зависимости от значения «1» или «О» синхронного модулирующего сигнала (фиг. 3,в), поступающего на его управляющий вход.

На выходе первого управляемого делителя 4 частоты получают тактовые импульсы (фиг. 3,д) с частотами следования или в зависимости от значения модулирующего сигнала (фиг. 3,в), поступающего на его управляющий вход.

Тактовые импульсы (фиг. 3,д) с частотами следования или подают на тактовые входы второго управляемого делителя 5 частоты и цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания.

Второй управляемый делитель 5 частоты имеет переменное значение L(n+1) или Ln коэффициента деления частоты в зависимости от значения «1» или «0» синхронного модулирующего сигнала (фиг. 3,г), поступающего на его управляющий вход.

На выходе второго управляемого делителя 5 частоты при любых значениях «1» или «О» синхронного модулирующего сигнала (фиг. 3,г) формируют последовательность (фиг. 3,е) синхроимпульсов с частотой следования определяющих границы символов выходного МЧМ сигнала (фиг. 3,ж).

Синхроимпульсы (фиг. 3,е) с частотой следования также подают с выхода второго управляемого делителя 5 частоты на вход сброса первого управляемого делителя 4 частоты, что обеспечивает синхронное формирование на его выходе в течение длительности символа L(n+1) или Ln тактовых импульсов (фиг. 3,д) в зависимости от значения «1» или «О» управляющего сигнала (фиг. 3,в).

Тактовые импульсы (фиг. 3,д) с выхода первого управляемого делителя 4 частоты подают на тактовый вход цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания, начальное состояние цикла счета которого на границах символов формируемого МЧМ сигнала контролируют с помощью импульсов (фиг. 3,и) управления, подаваемых на вход сброса цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания.

Для формирования МЧМ сигналов с заданными значениями начальной фазы на границах символов необходимо обеспечить синхронизацию цикла счета цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания с синхроимпульсами (фиг. 3,е). С этой целью сигналы (фиг. 3,з) с выхода текущего значения фазы цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания подают на информационный вход дешифратора 6 начальной фазы.

Если сигналы (фиг. 3,з) имеют значения «1111» или «0111», то дешифратор 6 начальной фазы не пропускает на свой выход синхроимпульсы (фиг. 3,е). Если сигналы (фиг. 3,з) имеют другие значения, то дешифратор 6 начальной фазы пропускает на свой выход синхроимпульсы (фиг. 3,е). В результате на выходе дешифратора 6 начальной фазы получают импульсы управления - сигнал (фиг. 3,и), который принимает значение либо «0» (нет синхроимпульса), если сигналы (см. фиг. 3,з) на его входах имеют значения «1111» или «0111», либо значение «1» (есть синхроимпульс) в других случаях. Импульсы (фиг. 3,и) управления, обеспечивающие начальное состояние цикла счета цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания, подают на вход сброса последнего.

Цифро-аналоговый генератор 7 косинусного колебания формирует аппроксимацию косинусоидального колебания в виде ступенчатой функции (фиг. 3,ж). При наличии на информационном входе устройства символа "0" выходной сигнал цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания содержит n полупериодов аппроксимирующего колебания на длительности одного символа, а при наличии на информационном входе устройства символа "1" - (n+1) полупериод аппроксимирующего колебания на длительности одного символа.

Число уровней L аппроксимирующего ступенчатого напряжения на длительности одного полупериода определяет точность аппроксимации выходного синусоидального колебания и устанавливается заранее при выборе типа ЦАП. Расчеты показывают, что при L=2 (аппроксимация косинусоидального колебания прямоугольными импульсами типа "меандр") погрешность аппроксимации составляет примерно П≈10%. При увеличении L точность аппроксимации резко возрастает. Так, при L=4 П≈2,5%, а при L=8 П≈0,6%). Дальнейшее увеличение значения L не дает значительного повышения точности формирования выходного сигнала.

Таблица соответствия многоразрядных кодов с числом двоичных разрядов, равным log₂ 2L (при значении L=8 число разрядов равно D=4), а также значения формируемого на выходе цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания МЧМ сигнала (фиг. 3,ж) с начальной фазой представлена на фиг. 2.

В результате на выходе цифро-аналогового генератора 7 косинусного колебания получают МЧМ сигнал 19 (фиг. 3,ж) без разрыва фазы с начальными фазами

Таким образом достигается положительный технический результат - повышение спектральной эффективности формируемых сигналов по сравнению с прототипом, формируемый сигнал которого представляет собой ступенчатую аппроксимацию треугольного колебания.

Дополнительный технический результат заключается в повышении точности формирования косинусоидальных колебаний в пределах одного символа формируемых МЧМ сигналов.

Источники информации

1. Цифровой генератор колебаний переменной частоты: Авт. свид. СССР №1636998 / Аношкин А.В., Куприйчук Д.И., Фирсов О.В.; опубл. 23.03.1991, Бюл. №11. - 4 с.

Изобретение предназначено для использования в импульсной технике и радиотехнике, в цифровых устройствах формирования косинусоидальных колебаний с двумя значениями частоты, в частности сигналов с минимальной частотной манипуляцией. Технический результат - повышение спектральной эффективности формируемых сигналов за счет формирования сигналов с минимальной частотной манипуляцией с начальными фазами представляющих собой аппроксимацию непрерывных косинусоидальных колебаний различных частот ступенчатой функцией времени, причем точность формирования выходного сигнала определяется числом ступеней аппроксимирующей функции. Для этого устройство содержит тактовый вход 1, информационный вход 2, D-триггер 3, первый управляемый делитель частоты 4, второй управляемый делитель частоты 5, дешифратор 6 начальной фазы, цифроаналоговый генератор 7 косинусного колебания и выход 8. 3 ил.

Цифровой генератор колебаний переменной частоты, содержащий первый управляемый делитель частоты, тактовый вход которого является тактовым входом цифрового генератора, второй управляемый делитель частоты и D-триггер, D-вход которого является информационным входом цифрового генератора, прямой выход D-триггера соединен с управляющим входом первого управляемого делителя частоты, инверсный выход D-триггера соединен с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, выход которого подключен к С-входу D-триггера, отличающийся тем, что введены дешифратор начальной фазы и цифроаналоговый генератор косинусного колебания, выход которого является выходом цифрового генератора, при этом тактовый вход цифроаналогового генератора косинусного колебания соединен с тактовым входом второго управляемого делителя частоты и с выходом первого управляемого делителя частоты, выход текущего значения фазы цифроаналогового генератора косинусного колебания подключен к информационному входу дешифратора начальной фазы, синхровход которого соединен с C-входом D-триггера, с входом сброса первого управляемого делителя частоты и с выходом второго управляемого делителя частоты, при этом выход дешифратора начальной фазы подключен к входу сброса цифроаналогового генератора косинусного колебания.