Синтезатор частот Советский патент 1984 года по МПК H03L7/18 

Изобретение относится к радиотех нике, в частности к системам пассив ного цифрового синтеза частот и может, быть.использовано для формирова ния сетки частот, а также радиосвяз измерительной технике, телеметрии и W3. Известны устройства пассивного цифрового синтеза частот путем сложения потоков двухуровневых сигналов, в которых исходный поток имйульсов с эталонной частотой поступает последовательно на ряд . делителей частоты. Потоки импульсов с входа и выхода делителей поступают на соответствующие ключи-счетчики, которые имеют по два входа и од ному выходу. Выходные импульсы дели теля служат метками времени, которы делят поток входных импульсов на па ки. Счетчик, ориентируясь по этим меткам, ведет счет импульсов в каждой пачке и в зависимости от нужной частоты не пропускает на выход ни о ного импульса или пропускает нужное число импульсов, выбирая их так, чт бы обеспечивалось йесовпадение моментов времени появления импульсов на выходах любых двух ключей. Все потоки складываются с помощью элемента ИЛИ и образуют общий поток им пульсов со средней частотой, требуемой Г1. Недостатком устройств является наличие в спектре большего количест ва побочных составляющих. Известны также устройства оптималь ного цифрового синтеза с потоком дву уровневых импульсов, в которых с целью минимизации cy яvIapнoй мощности всех побочных составляющих в спектре выходного сигнала осуществляется выбор из исходного потока импульсов эталонной частоты импульсов, ближайший к импульсам гипотети ческой последовательности, содержащие последовательно соединенные г нератор импульсов эталонной частоты fg и делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), управ ляющий вход и выход которого подклю чены соответственно к выходу и входу анализатора Анализатор представляет собой вычислитель, програм мируемый кодом с устройства управле ния и вырабатывающий сигнал переключения коэффициента деления ДПКД, который принимает значения N и N+1 Си . . Недостатком устройств является го, что для существенного подавления побочных составляющих необходимо выбирать большие значения N, что ограничивает диапазон выходных частот. Наиболее близким к изобретению является синтезатор пассивного цифрового синтеза частот с потоком ; двухуровневых импульсов с коррекцией, ;содёржав1Ий генератор импульсов {ГИ) эталонной частоты, соединенный с входом ДПКД, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения (ГПН), и анализатор, первый выход которого соединен |С управляющим входом ДПКД, а вто1рой - с входом ЦАП, второй вход анализатора соединен с устройством управления (УУ). Выходы ЦАП и ГПН подключены к входам компаратора, выход которого является выходом устройства. Анализатор оперирует кодами, поступающими с УУ, с тактовой частотой, формируемой на выходе ДПКД согласно рппеделенному алгоритму. В результате анализатор вырабатывает сигналы управления ДПКД, изменякнцие .его коэффициент деления. При отношении частот f. .f вых где N - целое число; а/& - несократимая дробь, коэффициент деления ДПКД устанавливается равным N, а со стороны УУ на вход анализатора поступают коды Числа айв. Кроме сигнала управления делителем, анализатор формирует с каждым i-м тактом код А,. , пропорциональный модулю /l-ti+i отклонения времени появления импульса на выходе ДПКД с номером i-fl от соответствующего ему гипотетического, Наличие такой исчерпывающей информации от (i +1 -м импульсе еще до его появления позволяет внести соответствующую коррекцию и приблизить (1+1)-й импульс к соответстствующеМУ гипотетическому, Такую коррекцию можно осуществить с помощью линии задержки, управляемой кодом А- с выхода анали5(атора, которая реализуется с помощью ГПН, ЦАП и компаратора. Анализатор передает информацию о i в цифровом виде на ЦАП, который преобразует ее в постоянное напряжение и направляет на один из входов компаратора. С поступлением выходного импульса ДПКД с номером i+1 на ГПН выходное напряжение последнего начинает линейно нарастать. Скорость нарастания при этом должна быть такова, чтобы за время равное Т достигалось напряжение, пропорциональное коду И, Компаратор в момент достижения равенства напряжений на его входах выдает короткий импульс, который в отличие от (i+11 -го импульса на выходе ДПКД имеет 4tj+i- О , Поскольку временные параметры импульсного сигнала и его спектральные характеристики взаимообусловлены, остаточная величина At-. определяет уровень подавления побочных составляющих, содержащихся в спектре реального сигнала в отличи от спектра гипотетического сигнала Г23. Основная погрешность известног устройства определяется погрешностью ГПН, что является его недостатком. Цель изобретения - уменьшение уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала,синтезатора пассивного синтеза частот. Для достижения указанной цели устройство, содержащее последова тельно соединенные ГИ опорной частоты и ,,. управляющий вход которого соединен с первым выходом анализатора, первый вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход анализатора соединен с ЦАП, введены сумматор, распределитель импульсов, тактируемая линия задержки, вход которой подключен к выходу делителя с переменным коэффициентом, тактовый вход линии задержки соединен с выходом ГИ,а выход - с первым входом распре делителя- импульсов, второй вход которого соединен с выходом ДПКД, а выходы - с входами синхронизации ЦАП, информационные входы которого соединены соответственно первый с выходом сумматора, второй с вторым выходом анализатора и первым входом сумматора, а третий с вторым выходом блока управления и вторым входом сумматора, причем выход ЦАП является выходом устройства. Введенные элементы и связи позволяют откорректировать импульсную последовательность, вырабатываемую ДПКД, путем преобразования последней в многоуровневый сигнал. При ST ведичина уровней пропорциональна фазовой (временной) коррекции. На фиг. 1 представлена структурная схема синтезатора частот; на фиг.2 - структурная схема анализато типа накапливающего сумматора; на фиг. 3 - 6 - временные диаграмг и, поясняющие работу устройства. Синтезатор частот (фиг.1) содержит ГИ 1, выход которого соединен с ДПКД 2, управляющий вход которого подключен к первому выходу 3 анализатора 4, управляющие входы 5 и 6 которого соединены с выходами блока 7 управления, и ЦАП 8, между вхо дами 9-12 которого и входом ДПКД включены тактируемая линия 13 задер ки , тактовый вход которой соединен с выходом «генератора 1, и распределитель 14 импульсов, второй вход которого соединен, с выходом линии 1 задержки и тактовым входом 15 анали затора 4, второй выход 16 и управляющий вход 6 которого соединегал с входами сумматора 17, выход и входы которого подключены к входам и ЦАП выход 19 которого является выходом устройства. Анализатор типа накапливающего сумматора (фиг.2) содержит сумматоры 20 и 22, регистр 21 и ключ 23. Устройство работает следуюо1им образом. Рассмотрим работу кольца ГИ 1 ДПКД 2 - анализатор 4. При соотношениичастот -fi. N + -2-, где 1 - целое чиcлof 0t несократимая дробь, коэффициент деления ДПКД 2 устанавливают равным N , а со стороны блока 7 управления на кодовые входы 5 и 6 анс лизатора 4 поступают коды си чисел а и Q соответственно. Сигнал с выхода ДПКД 2 поступает на тактовый вход 15 регистра 21, в который заносится код числа, формируекый на выходе сумматора 20, С . выхода регистра 21 код числа поступает на вход сумматора 22, где происходит его сравнение с кодом числа и . Кроме того, выходы регистра 21 и сумматора 22 соединены с входами ключа 23, который управляется сигналом переноса, фopмиpye вJм на выходе 3 сумматора 22. Если число,записанное в регистр 21, меньше Q , сигнал переноса отсутствует, и ключ 23 пропускает это число на вход сумматора 20. Если это число больше или равно Q, на выход 3 поступает сигнал переноса, и ключ 23 пропускает на вход сумматора 20 код с выхода сум.матора 22, который соответствует числу, равному разности числа, записанного в регистр 21, и числа Q., При этом коэффициент деления ДПКД 2 становится равным N+1. В следуквдем такте ключ 23 и коэффициент деления ДПКД 2 возвращаются в исходное состояние, поскольку в регистр 21 записывается число, меньшее Q. Временные диаграммы (фиг.З) : поясняютработу кольцаГИ 1-ДПКД 2 анализатор при , Q 5 и Число на выходе ключа 23 изменяется с периодичностью, определяемой 8 тактовыми импульсами. Таким образом, формируемая ДПКД 2 импульсная последовательность имеет период Т , внутри которого располагается & импульсов. Если эту импульсную последовательность подать на триггер, получим импульсный сигнал с частотой , периоV. т ,;дом 2 , внутри которого Кладывается также 0. импульсов. Методика коррекции фазы основана на следующих положениях. Спектр периодического сигнала со стоит из набора гармонических составлякхцих с частотой, 5Л -|-, где Т - период сигнала, и может быть записан как S((nSlt+V), пгО где С - амплитуда гармоники с част той nS ; #п - фаза гармоники с частотой . п - номер гармони ки, Если из исходного периодического сигнала сформировать М сигналов, сдвинутых относительно исходногои время „, ., где m 0, М и линейно их просуммировать, то получим периодический сигнал, спектр которого имеет вид ,1. () где К - номер гармоники частоты Мй; CK - П-Кт Таким образ.ом, в результирукхдем сигнале будут содержаться гармоники с частотой, кратной МЯ, амплит да которых в М раз больше амплитуды соответствующих гармоник в исход ном сигнале {фиг.4). В отличие от исходного сигнала, содержащего гармоники с частотами, кратными Й а-, результирующий сигнал, сфо мированный при , содержит только гармоники с 4acTOTaNM, кратными 4S. Итак, выходной сигнал ДПКД 2 обладает периодичностью, внутри которой укладывается Q импульсов. Пуст tg - временной интервал между передними фронтами двух соседних импульсов сигнала с частотой , .лежащих внутри периода 2, где С 1 а-1. Сформируем из исходной импульс ной последовательности еще (Я -1) последовательностей со сдвигом отно сительно исходной на (- Вно полученные импульсные последователь ности линейно просуммируем с исходной. В качестве исходной (фиг 5) взята импульсная последовательность полученная в предыдущем примере М( , 2 3 -|-- ; маштаб уменьшен . вых . Ь в 2 раза ). В результате сложения получен многоу| ровнеи й импульсный сигнал, обладающий рядом закономерностей: а, результирующий сигнал имеет тот же период, что и исходный (в данном случае 2 I; б } количество импульсов внутри периода результирукнцего сигнала равно Q ; Bj каждый импульс в общей случае имеет три уровня} г t наибольший уровень каждого импульса имеет постоянное для всех импульсов значение пропорциональное в (в дальнейшем, для простоты рассмотрения, равное и) ; д два остсшьных уровня принимают значения, лежащие внутри интервала от О до 61 . Из временных диаграмм (фиг. 5) видно, что результирующий сигнал совпадает с исходиым сигналом, сдвинутым на некото{ яй временной интервал, за исключением интервалов времени, равных Тд , следующих сразу за передним и задним фронтаь исходной последовательности, на которых и возникает амплитудная деформация. Анализ показывает, что изменение уровня ступенек импульсов результирующего сигнаша Sj(t), связанных по времени с передним и задним фронтсм задержанной исходной последовательности S(t-t), подчиняется следующей закономерности: амплитуда передней ступеньки равна G) -А ; амплитуда задней ступеньки равна А I, где 1 - номер импульса на выходе ДПКД 2) А - число, код которого фop в pyeтcя на выходе ключа 23 анализатора 4 предыдущим (i -1) -м тактовым импульсом. Предлагаемое устройство позволяет создать сигнги с рассмотренными выше cвoйcтвa в, не прибегая к формированию М сдвинутых одна относительно другой последовательностей. Импульсный сигнал с выхода ДПКД 2 (фиг.1) поступает иа тактируемую опорным сигналом линию 13 задержки, на выходе которой формируется, импульсная последовательность, сдвинутая относительно входиой , где TO - период опорного сигнала. Входная и выходная импульсные последовательности линии 13 задержки поступают на распределитель 14 импульсов, где разбиваются на четыре импульсных потока (фиг.6). Коды числа А. и fit поступают на входы ЦАП 8 непосредственно и через cyNwaTop 17, который фор1иирует код числа И-Ат. С появлением импульсов на .входе 9 ЦАП 8 формирует напряжение, пропорциональное коду числа fl-A,, с появлением импульса на входе 10 - напряжение, пропорциональное коду числа и, с появлением импульса на входе 11 - напряжение, пропорциональное коду числа А, с появлением импульса на входе 12 - напряжение, пропорциональное коду нуля. Тактовый вход анализатора 4 связан с выходом линии 13 задержки, что позволяет обновлять информацию на выходе 16 после того, как она воспринята ЦАП 8.

Коды УУ 7 и коэффициент деления ДПКД 2 рассчитываются с учетом того, что на выходе ДПКД 2 должна формироваться частота, равная 2fg, . Временные диаграммы (фиг.б)

поясняют работу устройства .

|

отношения

2

eux

Из динамики работы предлагаемого устройства следует, что основным источником погрешности является ЦАП, коэффициент нелинейности которого ниже нелинейности ГПН.

Изобретение создает возможность для построения синтезаторов частот . на основе пассивного синтеза с уровнем подавления побочилх составляющих, превьяиающим известные образцы на 30-50 дБ.

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов опорной частоты и делитель с переменным коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с первым выходом анализатора, первый вход которого «. соединен с первым выходом блока управления, второй выход анализатора соединен с цифроаналоговым преобразователем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала, в него введены сумматор, распределитель импульсов, тактируемая линия задержки, вход которой подключен к выходу делителя с переменным коэффициентом деления, тактовый вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом распределителя импульсов,, второй вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, а выходы - с входами синхронизации цифро-аналогового преобразователя, информационные входы которого соединены соответственно первый с выходом сум. матора, второй с вторым выходом j анализатора и первым выходом сумма(Л тора, а третий с вторым выходом блока управления и вторым входом сумматора, причем выход цифроаналогового преобразователя является выходом устройства.

Hill IMt tltnt tlUM

I II I I I - - ft,i,, I; Ь Ь л I

St

&i(t-t,}

So(tt,)

I i i i I i 11 i) i I IИ И И 111 (111 i i n 11111

З ЛЩI II {I I tIII

A«/5 I I iI jf f It I

ebf.3 IItII

Bii.fff IIIII

e.ffI t I I I

S.J2 IIII

Фиг J If If IT l« I I I jr .r ,. ,d.fs