Синтезатор с коммутируемой полосой пропускания кольца фазовой автоподстройки частоты Российский патент 2024 года по МПК H03B5/24 

Настоящее изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в современных радиоприемных и радиопередающих устройствах аппаратуры радиосвязи, где требуется применение устройств формирования высокочастотных колебаний, перестраиваемых по частоте на дискретном множестве высокостабильных частот.

К синтезаторам частот на основе однокольцевой схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) предъявляются весьма жесткие современные требования одновременно к динамическим и спектральным характеристикам, которые в большинстве случаев бывает невозможно выполнить, так как они являются взаимно противоречивыми.

Известно, что система ФАПЧ ведет себя как фильтр нижних частот (ФНЧ) по отношению к шумам сигнала опорного генератора (ОГ) частоты и фильтр верхних частот (ФВЧ) по отношению к шумам выходного сигнала генератора, управляемого напряжением (ГУН). Если необходимо подавить шумы колебания опорной частоты до требуемых значений, надо использовать узкополосное кольцо ФАПЧ. Но в этом случае не будут выполняться требования по быстродействию и компенсации собственных шумов ГУН, так как для этого нужно широкополосное кольцо ФАПЧ.

Техническая область применения колец фазовой автоподстройки частоты с переключаемой полосой пропускания находится, главным образом, в области систем радиосвязи, в которых требуется быстрое переключение частотного канала. Такой синтезатор можно также выгодно использовать в случае скачкообразной перестройки рабочей частоты в устройствах радиосвязи.

Из существующего уровня техники синтеза частот известно устройство схемы фазовой автоподстройки частоты с переключаемыми фильтрами нижних частот с широкой и узкой полосами пропускания, описанное в патенте на полезную модель RU 100348, H03L 7/10. Технический результат состоит в улучшении функциональных характеристик синтезатора частот с возможностью работы в двух режимах: с улучшенным спектральными характеристиками с узкополосным ФНЧ и с улучшенным быстродействием с широкополосным ФНЧ. Недостатком данного технического решения является то, что управление коммутацией между узкополосным ФНЧ и широкополосным ФНЧ посредством соответствующих коммутаторов не предусматривает быстрого процесса переключения на требуемый режим работы.

Известно устройство схемы фазовой автоподстройки частоты с переключаемыми ФНЧ, описанная в патенте US 4510461, H03L 7/10. Технический результат состоит в том, что частотный диапазон синхронизации расширен до нескольких декад с помощь включения в кольцо ФАПЧ множества переключаемых фильтров нижних частот. Недостатком устройства является тот факт, что для обеспечения широкого диапазона рабочих частот необходима сложная схема и использование детекторов поддиапазона (как выше, так и ниже) для обнаружения, когда конкретный поддиапазон ГУН превышен в любом направлении, чтобы можно было выбрать новое подключение ФНЧ к ГУН.

Известен синтезатор частот с ФАПЧ, описанный в патенте US 4546329 H03L 7/06, в котором используются ФНЧ с переключением на широкую полосу пропускания в режиме перестройки и узкую полосу пропускания в режиме синхронизма (захвата). Технический результат состоит в том, что ФНЧ обеспечивает широкую полосу пропускания кольца ФАПЧ при перестройке сигнала по частоте и узкую полосу пропускания кольца ФАПЧ в режиме захвата для улучшения чистоты спектра выходного сигнала.

Недостаток данного технического решения состоит в том, что при переключении с широкой полосы на узкую полосу пропускания и наоборот, такие синтезаторы обычно имеют переходной процесс управляющего напряжения ГУН, длительность которого растянута во времени из-за коммутации подключения различных резисторов к конденсатору ФНЧ.

Синтезаторы частот, используемые в устройствах радиосвязи включают в себя генератор, управляемый напряжением, и генератор опорной частоты, соединенные вместе в кольцо фазовой автоподстройки частоты. ГУН представляет собой электронный генератор, предназначенный для формирования колебаний с управлением их частоты напряжением, подаваемым на управляющий вход. Частота колебаний на выходе ГУН зависит от величины приложенного постоянного напряжения. Частота выходного сигнала ГУН делится делителем с целочисленным переменным коэффициентом деления или с дробным переменным коэффициентом деления (ДПКД/ДДПКД) до частоты, сравнимой с поделенной опорной частотой ОГ делителем с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД).

Частотно-фазовый детектор с зарядовой накачкой (ЧФД/ЗН) сравнивает фазу сигнала с выхода ДФКД с фазой сигнала с выхода ДПКД/ДДПКД. Разность фаз приводит к появлению сигнала фазовой ошибки на выходе ЧФД/ЗН. Обычно этот сигнал ошибки представляет собой либо положительный, либо отрицательный импульс тока заряда с длительностью, равной разности фаз, причем направление тока заряда зависит от направления ошибки. Преобразование фазовой ошибки в ток заряда осуществляется устройством зарядовой накачки (ЗН), названным так, чтобы указать, что ток заряда закачивается в конденсаторы фильтра нижних частот. ФНЧ фильтрует импульсы тока сигнала ошибки, чтобы получить усредненную фазовую ошибку, которая поступает на управляющий вход ГУН.

Кольцо ФАПЧ представляет собой замкнутую систему с отрицательной обратной связью. Если частота ГУН дрейфует, то сигнал ошибки будет увеличиваться/уменьшаться, управляя частотой ГУН в противоположном направлении, чтобы уменьшить ошибку. Таким образом, выходной сигнал ГУН синхронизируется с сигналом опорной частоты ОГ на другом входе ЧФД/ЗН.

Практические аспекты проектирования касаются количества времени, в течение которого синтезатор частот может переключаться с одной частоты на другую, времени захвата при первом включении и уровня фазовых шумов в выходном сигнале. Если спроектировать синтезатор частот со сравнительно широкой полосой пропускания кольца ФАПЧ, что и требуется для быстродействующего синтезатора, то шумы сигнала ОГ после повышения частоты путем умножения пропорционально коэффициенту деления ДПКД/ДДПКД до выходной частоты, будут определять основные шумы на выходе синтезатора.

Обычно после захвата частоты на выходе ЧФД/ЗН ток имеет вид коротких импульсов тока сигнала ошибки, а на вход ГУН после сглаживания этих импульсов фильтром нижних частот должно поступать постоянное напряжение без пульсаций. В состоянии захвата функцией ФНЧ кольца ФАПЧ, расположенного между выходом ЧФД/ЗН и управляющим входом ГУН, является выделения управляющего напряжения с минимально возможными пульсациями. Любые пульсации на входе ГУН естественным образом вызывает паразитную частотную модуляцию выходного сигнала ГУН. Повышенная фильтрация в ФНЧ заставит ГУН реагировать на изменения медленно, вызывая дрейф и медленное время захвата кольца ФАПЧ, а пониженная фильтрация вызывает увеличение фазового шума и другие проблемы с гармониками частоты сравнения на ЧФД/ЗН. Таким образом, фильтрующая способность ФНЧ (ширина полосы фильтра) оказывает решающее значение на эффективность работы кольца ФАПЧ синтезатора частот.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является синтезатор с коммутируемой полосой пропускания кольца фазовой автоподстройки частоты по патенту US 5175729, H04B 1/40, HO3L 7/00, принятый за прототип.

На фиг. 1 приведена структурная схема прототипа, где введены следующие обозначения:

1 - делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления (ДПКД/ДДПКД);

2 - частотно-фазовый детектор/зарядовая накачка (ЧФД/ЗН);

3 - делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД);

4 - опорный генератор (ОГ);

5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

6 - контроллер;

7.1 - повторитель напряжения (ПН);

Кл1÷Кл4 - с первого по четвертый управляемые ключи;

8 - широкополосный фильтр нижних частот (ШФНЧ);

9 - узкополосный фильтр нижних частот (УФНЧ);

С1÷С4 - с первого по четвертый конденсаторы;

R1, R2 - первый и второй резисторы;

10 - схема коммутации (СК).

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления 1, частотно-фазовый детектор/зарядовая накачка 2 и генератор, управляемый напряжением 5, выход которого является выходом синтезатора и соединен с входом ДПКД/ДДПКД 1. Выход опорного генератора 4 соединен со входом делителя с фиксированным коэффициентом деления 3, выход которого соединен со вторым входом ЧФД/ЗН 2. Схема коммутации 10 содержит повторитель напряжения 7.1, неинвертирующий вход которого соединен с выходом ЧФД/ЗН 2. Инвертирующий вход повторителя напряжения 7.1 соединен с его выходом и управляемым выводом первого ключа Кл1, вывод которого подключен к управляемому выводу третьего ключа КЛ3, вывод которого соединен с выходом ЧФД/ЗН 2. При этом управляемый вывод третьего ключа Кл3 подключен к выходу «в захвате» контроллера 6. Управляемые выводы первого Кл1, второго Кл2 и четвертого Кл4 ключей соединены с выходом «перестройка» контроллера 6. Выводы второго Кл2 и четвертого Кл4 ключей соединены с общей шиной. Кроме того, вывод третьего ключа Кл3 соединен с первым выводом ШФНЧ 8, являющимся точкой соединения первого С1 и второго С2 конденсаторов. Другой вывод второго конденсатора С2 через первый резистор R1 соединен с другим выводом первого конденсатора С1 и управляемым выводом четвертого ключа Кл4 и является вторым выводом ШФНЧ 8. Вывод первого ключа Кл1 соединен с первым выводом УФНЧ 9, который подключен к точке соединения третьего С3 и четвертого С4 конденсаторов. Другой вывод четвертого конденсатора С4 через второй резистор R2 соединен с другим выводом третьего конденсатора С3 и общей шиной. Кроме того, точка соединения четвертого конденсатора С4 и второго резистора R2 соединена с управляемым выводом второго ключа КЛ2.

Кольцо ФАПЧ включает в себя ШФНЧ 8, УФНЧ 9, схему коммутации 10, которая определяет какой из двух фильтров ШФНЧ 8 или УФНЧ 9 подключается к входу (цепи управления) ГУН 5, а также ЧФД/ЗН 2, первый вход которого является входом цепи обратной связи кольца ФАПЧ.

Работает устройство-прототип следующим образом.

На первый вход (являющийся входом обратной связи кольца ФАПЧ) ЧФД/ЗН 2 с выхода ДПКД/ДДПКД 1 подается поделенный по частоте выходной сигнал ГУН 5. Ключи Кл1÷Кл4, входящие в состав схемы коммутации 10, используются для соединения или развязки ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 с цепью управления ГУН 5. Переключение ключей Кл1÷Кл4 управляется контроллером 6 с помощью сигналов «перестройка» и «в захвате». Выходной сигнал ГУН 5 подается по цепи обратной связи в ЧФД/ЗН 2 после деления по частоте посредством делителя ДПКД/ДДПКД 1. ЧФД/ЗН 2 обнаруживает разность частот и фаз между опорным сигналом с выхода ДФКД 3 и выходным сигналом ГУН 5, поделенным по частоте делителем ДПКД/ДДПКД 1. Эта разность частот и фаз преобразуется в сигнал управления, который затем подается на вход ГУН 5 и подстраивает ГУН 5 на соответствующую частоту, но он содержит шумовые составляющие, которые должны быть отфильтрованы на входе ГУН 5 для стабильной работы на требуемой частоте. Два фильтра ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 используются для обеспечения этой необходимой фильтрации. При первоначальном запуске кольца ФАПЧ необходим ФНЧ для быстрого захвата. Широкополосный фильтр ШФНЧ 8 обеспечивает требование быстрого захвата. Однако, ШФНЧ 8 пропускает нежелательный шум, перемещающийся по цепи управления и проходящий на вход ГУН 5, вызывая помехи и низкое качество выходного сигнала. В режимах работы кольца ФАПЧ, где требуется более высокая степень качества выходного сигнала, необходимо использовать более узкополосный ФНЧ. Фильтр УФНЧ 9 с узкой полосой пропускания обеспечивает требуемую частотную характеристику, однако это связано с большим временем захвата кольца ФАПЧ.

Схема коммутации 10 под управлением контроллера 6 предварительно заряжает конденсаторы С3 и С4 УФНЧ 9 выходным током повторителя напряжения 7.1. При этом ШФНЧ 8 остается соединенным с цепью управления ГУН 5. При смене рабочей частоты выходного сигнала синтезатора предварительная зарядка конденсаторов С3 и С4 УФНЧ 9 заканчивается, когда наступает время для его соединения с цепью управления ГУН 5 после достижения режима захвата с помощью Кл.3. Эта предварительная зарядка приводит к значительному уменьшению времени отработки сигнала управления фильтром УФНЧ 9. Выработанный сигнал рассогласования с выхода частотно-фазового детектора подается на источники тока заряда и/или разряда зарядовой накачки (на фиг. 1 не показаны, входят в ЧФД/ЗН 2) в зависимости от знака сигнала ошибки. В рамках своей работы зарядовая накачка подает ток заряда или разряда в схему коммутации 10 для предварительной зарядки с помощью ПН 7.1 конденсаторов С3 и С4 УФНЧ 9.

Управляющим сигналом первого ключа Кл1 является сигнал «перестройка» с выхода контроллера 6. Ключ Кл1 используется для перезарядки конденсаторов С3 и С4, которые являются запоминающими элементами фильтра УФНЧ 9. Управляющим сигналом третьего ключа Кл3 является сигнал «в захвате» от контроллера 6.

Когда на кольцо ФАПЧ с выходов контроллера 6 подаются команды для перестройки на определенную частоту, управляющие сигналы «перестройка» и «в захвате» являются соответственно с высоким и низким уровнем. При высоком уровне сигнала управления «перестройка» выводы Кл1, Кл2, Кл4 находятся в замкнутом состоянии. Ключ Кл1 соединяет выход ПН 7.1 с двумя конденсаторами С3 и С4, и в это время конденсаторы С3 и С4 начинают заряжаться через ПН 7.1. С помощью ключа Кл2 в замкнутом состоянии резистор R2 отключается от цепи заземления конденсатора C4, тем самым обеспечивая зарядный ток для конденсаторов С3 и С4. Поскольку ключ Кл3 находится в разомкнутом положении, то фильтр УФНЧ 9 отсоединяется от цепи управления ГУН 5. Вместо этого с помощью ключа Кл4 в замкнутом состоянии фильтр ШФНЧ 8 соединяется с цепью управления ГУН 5. С подсоединенным фильтром ШФНЧ 8 в цепи управления ГУН 5 устраняются пульсации в цепи управления. Контроллер 6 управляет сигналами «перестройка» и «в захвате» для перехода в низкий или высокий уровни. Это приводит к размыканию ключей Кл1, Кл2, Кл4, а ключ Кл3 замыкается.

Замкнутое состояние ключа Кл1 отключает конденсаторы С3 и С4 от повторителя напряжения 7.1, обеспечивающего их предварительную зарядку. Разомкнутое состояние ключа Кл2 отключает общую шину («землю») из соединения конденсатора С4 и резистора R2, чтобы позволить этим двум компонентам функционировать в качестве фильтра УФНЧ 9. Разомкнутое состояние ключа Кл4 отключает «землю» от фильтра ШФНЧ 8, что делает его плавающим. С другой стороны, замкнутое состояние ключа Кл3 соединяет фильтр УФНЧ 9 с цепью управления ГУН 5. С фильтром УФНЧ 9 в схеме ФАПЧ будет устранено большое количество компонентов шума, возникающих на входе ГУН 5.

Когда при перестройке частоты к цепи управления ГУН 5 подключен фильтр ШФНЧ 8, запоминающие элементы С3 и С4 фильтра УФНЧ 9 заряжаются до точного управляющего напряжения через ПН 7.1 и первый ключ Кл1. Предварительная зарядка фильтра УФНЧ 9 эффективно уменьшает время его выхода на требуемое управляющее напряжение. Когда зарядка завершена, что обозначено управляющим напряжением на выходе фильтра УФНЧ 9, равным значению выходного сигнала фильтра ШФНЧ 8, фильтр ШФНЧ 8 оперативно отключается и заменяется на узкополосный фильтр УФНЧ 9, чтобы обеспечить сигнал управления ГУН 5 с выхода УФНЧ 9.

Недостатком устройства прототипа является то, что в момент переключения двух фильтров с ШФНЧ на УФНЧ возникает нежелательный переходной процесс перезарядки конденсаторов схемой коммутации, приводящий к снижению быстродействия синтезатора при перестройке частоты выходного сигнала.

Задача - повышение быстродействия синтезатора при перестройке частоты выходного сигнала при сохранении фазовой стабильности, а также снижение энергопотребления и упрощение устройства.

Для решения поставленной задачи в синтезатор с коммутируемой полосой пропускания кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), содержащий последовательно соединенные делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления (ДПКД/ДДПКД) и частотно-фазовый детектор с зарядовой накачкой (ЧФД/ЗН), а также генератор, управляемый напряжением (ГУН), выход которого является выходом синтезатора и соединен с входом ДПКД/ДДПКД; выход опорного генератора (ОГ) соединен со входом делителя с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), выход которого соединен со вторым входом ЧФД/ЗН; схему коммутации, состоящую из первого повторителя напряжения, выход которого соединен с объединенными управляемыми выводами первого и второго ключей, при этом неинвертирующий вход первого повторителя напряжения соединен с выходом ЧФД/ЗН; инвертирующий вход первого повторителя напряжения соединен с его выходом, кроме того, ко входу ГУН подсоединен вывод третьего ключа, к управляемому выводу которого подключен выход контроллера «в захвате»; выход контроллера «перестройка» соединен с управляемыми выводами первого и второго ключей; широкополосный фильтр нижних частот (ШФНЧ) состоит из последовательно соединенных второго конденсатора и первого резистора, параллельно которым включен первый конденсатор, причем точка соединения выводов первого и второго конденсаторов является первым выводом ШФНЧ, соединенным с выходом ЧФД/ЗН; узкополосный фильтр нижних частот (УФНЧ) состоит из последовательно соединенных четвертого конденсатора и второго резистора, параллельно которым включен третий конденсатор, причем точка соединения выводов третьего и четвертого конденсаторов является первым выводом УФНЧ, соединенным с выводом первого ключа, точка соединения второго резистора и третьего конденсатора соединена с общей шиной, второй вывод УФНЧ подключен к точке соединения четвертого конденсатора и второго резистора, согласно изобретению, в схему коммутации введен второй повторитель напряжения, выход которого соединен с управляемым выводом второго ключа, при этом инвертирующий вход второго повторителя напряжения соединен с его выходом, а его неинвертирующий вход соединен со вторым выводом ШФНЧ, подключенным к точке соединения второго конденсатора и первого резистора, причем точка соединения первого конденсатора и первого резистора подключена к общей шине; второй вывод УФНЧ соединен с выводом второго ключа; выводы первого и третьего ключей объединены; управляемый вывод третьего ключа соединен с выходом ЧФД/ЗН.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где приняты следующие обозначения:

1 - делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления (ДПКД/ДДПКД);

2 - частотно-фазовый детектор/зарядовая накачка (ЧФД/ЗН);

3 - делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД);

4 - опорный генератор (ОГ);

5 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

6 - контроллер;

7.1, 7.2 - первый и второй повторители напряжения (ПН);

Кл1÷ Кл4 - с первого по четвертый управляемые ключи;

8 - широкополосный фильтр нижних частот (ШФНЧ);

9 - узкополосный фильтр нижних частот (УФНЧ);

С1÷С4 - с первого по четвертый конденсаторы;

R1, R2 - первый и второй резисторы;

10 - схема коммутации (СК).

Предлагаемый синтезатор содержит последовательно соединенные делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления 1 и частотно-фазовый детектор/зарядовая накачка 2, а также генератор, управляемый напряжением 5, выход которого является выходом синтезатора и соединен с входом ДПКД/ДДПКД 1. Выход опорного генератора 4 соединен со входом делителя с фиксированным коэффициентом деления 3, выход которого соединен со вторым входом ЧФД/ЗН 2. Схема коммутации 10 содержит первый 7.1 и второй 7.2 повторители напряжения, причем неинвертирующий вход первого ПН 7.1 соединен с выходом ЧФД/ЗН 2 и первым выводом ШФНЧ 8, подключенным к точке соединения первого С1 и второго С2 конденсаторов. Точка соединения первого конденсатора С1 и первого резистора R1 подключена к общей шине («земле»). Неинвертирующий вход второго ПН 7.2 подключен к точке соединения второго конденсатора С2 и первого резистора R1 и является вторым выводом ШФНЧ 8.

Инвертирующие входы первого 7.1 и второго 7.2 повторителей напряжения соединены с их выходами и объединенными управляемыми выводами первого Кл1 и второго Кл2 ключей. Вывод первого ключа Кл1 соединен с выводом третьего ключа Кл3, входом ГУН 5 и первым выводом УФНЧ 9, подключенным к точке соединения третьего С3 и четвертого С4 конденсаторов.

Выход контроллера 6 «в захвате» соединен с управляемым выводом ключа Кл3. Выход «перестройка» контроллера 6 соединен с объединенными управляемыми выводами первого Кл1 и второго Кл2 ключей. При этом вывод второго ключа Кл2 подсоединен к точке соединения четвертого конденсатора С4 и второго резистора R2 и является вторым выводом УФНЧ 9. Точка соединения второго резистора R2 и третьего конденсатора С3 подключена к общей шине («земле»).

Кольцо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) выполнено с переключаемой широкой или узкой полосой пропускания и состоит из опорного генератора 4, ДФКД 3, ЧФД/ЗН 2, ШФНЧ 8, УФНЧ 9, схемы коммутации 10, состоящей из первого 7.1 и второго 7.2 повторителей напряжения и ключей Кл1÷Кл3, ГУН 5 и цепи обратной связи с выхода ГУН 5 через ДПКД/ДДПКД 1 на вход ЧФД/ЗН.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сигнал опорной частоты от ОГ 4 делится с помощью ДФКД 3 и поступает на вход ЧФД/ЗН 2, в котором он сравнивается с выходным сигналом ГУН 5, поделенным ДПКД/ДДПКД 1. ЧФД/ЗН 2 обеспечивает ток на основе результата сравнения частоты опорного сигнала и частоты выходного сигнала ГУН 5. Этот ток преобразуется в управляющее напряжение ГУН 5 в пассивных RC-цепях фильтров ШФНЧ 8 и УФНЧ 9. Функция кольца ФАПЧ заключается в регулировке управляющего напряжения, подаваемого на ГУН, 5 до тех пор, пока частота сигнала обратной связи, деленная ДПКД/ДДПКД 1, не совпадет с частотой опорного сигнала ОГ 4, поделенной ДФКД 3.

Пассивный фильтр ШФНЧ 8 на RC-элементах требуется для того, чтобы кольцо ФАПЧ быстро входило в захват после изменения рабочей частоты. Напряжение на конденсаторах С3 и С4 фильтра УФНЧ 9 устанавливается равным напряжению на конденсаторах С1 и С2 быстродействующего фильтра ШФНЧ 8 с помощью повторителей напряжения 7.1 и 7.2. Таким образом, «медленный фильтр», то есть фильтр УФНЧ 9 с более узкой полосой, ведет себя точно так же, как и «быстрый» (то есть фильтр с широкой полосой) ШФНЧ 8. Кольцо ФАПЧ работает с коротким временем установления захвата. Если установлена новая рабочая частота, то в этот момент можно переключиться на «медленный» фильтр УФНЧ 9. При этом устанавливается настолько узкая полоса пропускания кольца ФАПЧ, что на ГУН 5 может быть подан модулирующий сигнал для осуществления широкополосной частотной модуляции. Из-за высокого импеданса «быстрый» фильтр ШФНЧ 8 больше не влияет на поведение кольца ФАПЧ. Качество выходного сигнала кольца ФАПЧ улучшается за счет низкой граничной частоты среза кольца автоподстройки частоты. При этом можно переключаться между двумя фильтрами ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 в установившемся режиме синхронизма, не нарушая работу кольца ФАПЧ.

ШФНЧ 8 устанавливает фиксированное верхнее значение ширины полосы пропускания кольца ФАПЧ и подключается к выходу ЧФД/ЗН 2. УФНЧ 9 определяет нижнюю полосу пропускания кольца ФАПЧ. Контроллер 6 переключает повторители напряжения 7.1 и 7.2 между двумя фильтрами ШФНЧ 8 и УФНЧ 9.

Первый ПН 7.1 служит для обеспечения быстрой перезарядки конденсаторов С3 и С4 с целью повторения напряжения на конденсаторах С1 и С2 соответственно, а второй ПН 7.2 - для быстрого повторения напряжения в точке соединения С4 и R2, как в точке соединения С2 и R1.

Схема включения ШФНЧ 8 состоит из параллельной цепи: конденсатора С1 и последовательной цепи из конденсатора С2 и резистора R1. Значения этих элементов схемы выбраны для обеспечения высокой частоты среза, например, 300 кГц для этого фильтра нижних частот. Вышеупомянутая параллельная цепь, которая далее упоминается как первая параллельная цепь, подключается между выходом ЧФД/ЗН 2 и общей шиной («землей»).

Схема включения УФНЧ 9 также состоит из параллельной цепи, состоящей из конденсатора С3 и последовательной цепи из конденсатора С4 и резистора R2. Это параллельное соединение упоминается ниже, как вторая параллельная цепь и подключается между входом ГУН 5 и «землей». Значения элементов второй схемы УФНЧ 9 задаются для обеспечения низкой частоты среза, например, 1 кГц этого фильтра нижних частот.

В случае изменения частоты в кольце ФАПЧ, первый Кл1 и второй Кл2 ключи замкнуты, а ключ Кл3 разомкнут. В результате напряжение на конденсаторах С3 и С4 с помощью повторителей напряжения 7.1 и 7.2 устанавливается равным напряжению на конденсаторах С1 и С2 ШФНЧ 8. Каждый повторитель напряжения 7.1 и 7.2 представляет собой операционный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующим входом.

Таким образом, УФНЧ 9 не оказывает влияния на управляющее напряжение ГУН 5, поэтому эффективна только первая схема ШФНЧ 8 с широкой полосой пропускания, и кольцо ФАПЧ работает с коротким временем установления новой рабочей частоты.

После установления рабочей частоты, например, через 10 микросекунд, ключ Кл3 замыкается, а ключи Кл1 и Кл2 размыкаются. ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 теперь соединены последовательно через ключ Кл3. В результате эффективна низкая частота среза УФНЧ 9 и частота среза кольца ФАПЧ настолько низка, что ГУН 5 можно модулировать по частоте для передачи данных.

Эта схема переключения двух фильтров исключает переходные процессы переключения таким образом, что ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 соединены с цепью управления кольца ФАПЧ. Время, с которым управляющие сигналы контроллера 6 «перестройка» и «в захвате» включаются и выключаются, имеет важное значение для работы кольца ФАПЧ. Это время должно быть тщательно рассчитано, поскольку оно предназначено для быстрой перестройки на желаемую частоту в кратчайшие сроки. Переключение двух фильтров ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 является эффективным, поскольку оно обеспечивает быстрое время захвата без ущерба для функционирования кольца ФАПЧ. Использование двух фильтров ШФНЧ 8 и УФНЧ 9 позволяет получить соответствующие характеристики для достижения высоких требований к получению низкого уровня шума в кольце ФАПЧ.

В предлагаемом устройстве кольцо ФАПЧ выполнено с возможностью переключения полосы пропускания в соотношении один к ста и более.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать синтезатор на основе системы фазовой автоподстройки частоты с переключаемой полосой пропускания кольца ФАПЧ. В результате могут быть реализованы простые синтезаторы с высоким быстродействием и качеством выходного сигнала.

В кольце ФАПЧ могут использоваться существующие интегральные микросхемы однокольцевой фазовой автоподстройки частоты для построения быстродействующих простых синтезаторов частот с хорошей чистотой спектра выходного сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в современных радиоприемных и радиопередающих устройствах аппаратуры радиосвязи. Технический результат - повышение быстродействия синтезатора при перестройке частоты выходного сигнала при сохранении фазовой стабильности, а также снижение энергопотребления устройства. Для этого в схему коммутации введен второй повторитель напряжения, выход которого соединен с управляемым выводом второго ключа, при этом неинвертирующий вход второго повторителя напряжения соединен со вторым выводом широкополосного фильтра нижних частот (ШФНЧ). Инвертирующий вход второго повторителя напряжения соединен с его выходом; точка соединения первого конденсатора и первого резистора соединена с общей шиной, а второй вывод узкополосного фильтра нижних частот (УФНЧ) соединен с выводом второго ключа. 2 ил.

Синтезатор с коммутируемой полосой пропускания кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), содержащий последовательно соединенные делитель с целочисленным или дробным переменным коэффициентом деления (ДПКД/ДДПКД) и частотно-фазовый детектор с зарядовой накачкой (ЧФД/ЗН), а также генератор, управляемый напряжением (ГУН), выход которого является выходом синтезатора и соединен с входом ДПКД/ДДПКД; выход опорного генератора (ОГ) соединен с входом делителя с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), выход которого соединен со вторым входом ЧФД/ЗН; схему коммутации, состоящую из первого повторителя напряжения, выход которого соединен с объединенными управляемыми выводами первого и второго ключей, при этом неинвертирующий вход первого повторителя напряжения соединен с выходом ЧФД/ЗН; инвертирующий вход первого повторителя напряжения соединен с его выходом, кроме того, ко входу ГУН подсоединен вывод третьего ключа, к управляемому выводу которого подключен выход контроллера «в захвате»; выход контроллера «перестройка» соединен с управляемыми выводами первого и второго ключей; широкополосный фильтр нижних частот (ШФНЧ) состоит из последовательно соединенных второго конденсатора и первого резистора, параллельно которым включен первый конденсатор, причем точка соединения выводов первого и второго конденсаторов является первым выводом ШФНЧ, соединенным с выходом ЧФД/ЗН; узкополосный фильтр нижних частот (УФНЧ) состоит из последовательно соединенных четвертого конденсатора и второго резистора, параллельно которым включен третий конденсатор, причем точка соединения выводов третьего и четвертого конденсаторов является первым выводом УФНЧ, соединенным с выводом первого ключа, точка соединения второго резистора и третьего конденсатора соединена с общей шиной, второй вывод УФНЧ подключен к точке соединения четвертого конденсатора и второго резистора, отличающийся тем, что в схему коммутации введен второй повторитель напряжения, выход которого соединен с управляемым выводом второго ключа, при этом инвертирующий вход второго повторителя напряжения соединен с его выходом, а его неинвертирующий вход соединен со вторым выводом ШФНЧ, подключенным к точке соединения второго конденсатора и первого резистора, причем точка соединения первого конденсатора и первого резистора подключена к общей шине; второй вывод УФНЧ соединен с выводом второго ключа; выводы первого и третьего ключей объединены; управляемый вывод третьего ключа соединен с выходом ЧФД/ЗН.