Синтезатор частот Советский патент 1987 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в пр ег опередающих и контрольно-измерительных устройствах.

Целью изобретения является расширение диапазона выходных сигналов при уменьшении уровня сигналов паразитных частот.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема синтезатора частот; на фиг.2 - пример выполнения формирователя кодовых сигналов.

Синтезатор частот содержит частотно-фазовый детектор (ЧФД) 1, управляемый генератор 2, смеситель 3, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 4, первый коммутатор 5, опорный генератор 6, генератор 7 гармоник, первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) 8, второй ДФКД9, формирователь 10 кодовых сигналов, частотный дискриминатор 11, второй коммутатор 12, первый ключ 13, второй ключ 14, третий ключ 15, четвертый ключ 16, первый фильтр 17 нижних частот, второй фильтр 18 нижних частот. При этом формирователь 10 содержит D-триггеры 19-29 по числу входных разрядов кода и элемент ИЛИ 30, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31-38 по количеству разрядов выходного кода на первом выходе формирователя 10.

Синтезатор частот работает следующим образом.

Выходной сигнал управляемого генератора 2 с частотой f. поступает на первый вход смесителя 3. Сигнал опорного генератора 6 частоты fo в импульсной форме поступает на вход генератора 7 гармоник, в котором формируется сетка опорных частот с крупным шагом. С выхода генератора 7 гармоник сигнал с частотой f fo К, где К - коэффициент умножения частоты в генераторе 7 гармоник, поступает на второй вход смесителя 3. С выхода смесителя 3 .поступает сигнал промежуточной частоты f, f , - f. После деления по частоте в N раз в ДПКД4 получаем сигнал частоты сравнения f fj/N, который поступает на первый вход первого коммутатора 5 и на второй вход второго коммутато- ра 12. На второй вход первого коммутатора 5 и на первый вход второго коммутатора 12 поступает при этом

fo. На

первый вход частотного дискриминатора 11 поступает сигнал с частотой 5- 2/W где М - коэффициент деления первого ДФКД8, равный коэффициенту деления второго ДФКД9. На второй вход частотного дискриминатора 11 поступает сигнал f fj/M. Набор частоты выходного сигнала выполняется при реализации функции

fi

fo K±f -N,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

т.е. набор частоты может производится как с верхней настройкой управляемого генератора (f,fg К) относительно установленного значения частоты генератора гармоник 7, так и с нижней настройкой ().

Набор частоты производится управляющим сигналом в виде двоичного кода частоты, поступающего на вход формирователя 10. В формирователе 10 код частоты выходного сигнала с помощью, например, D-триггеров 19-29, элементов ИЛИ 30 и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31-38 преобразуется в коды и уровни управляющих сигналов для ряда узлов синтезатора частот. С первого выхода формирователя 10 .двоичный код коэффициента N поступает на управляющий вход ДПКД4, а с второго выхода он поступает на управляющий вход генератора 7 гармоник.

С третьего выхода формирователя 10 управляющий сигнал с логическим уровнем О или 1 поступает на управляющие входы первого и второго коммутаторов 5, 12 и на управляющий вход третьего ключа 15. С четвертого выхода формирователя 10 управляющий сигнал, являясь инверсным по отношению к сигналу с третьего выхода, поступает на управляющий вход четвертого ключа 16.

Пусть f,f. Для обеспечения этих условий работы на третьем выходе формирователя 10 присутствует сигнал 1, а на четвертом выходе - сигнал О . Так как , то на первом выходе частотного дискриминатора 11 обеспечивается уровень 1, а на втором выходе - соответственно уровень О. В соответствии с установленным уровнем сигнала на управляющем входе третьего ключа 15, равным 1, и независимо от уровня сигнала на его сигнальном входе сигнал с уровнем

о с его выхода через первый фильтр

17 удерживает первый ключ 13 в замкнутом состоянии, а сигнал с выхода первого коммутатора 5 поступает на второй вход ЧФД 1.

В соответствии с установленным уровнем управляюо1его сигнала на управляющем входе четвертого ключа 16, равным О, на его выходе устанавливается уровень сигнала в зависимости от уровня сигнала на втором выходе частотного дискриминатора 11 , и при сигнале, равном О, на его втором выходе на выходе четвертого ключа 16 будет уровень О, который через второй фильтр 18 обеспечивает замкнутое состояние для второго ключа 14.

Сигнал с уровнем 1, поступающий с третьего выхода формирователя 10 на управляющие входы первого 5 и второго 12 коммутаторов 5, 12, устанавливает их в такое состояние, при котором импульсные сигналы с вторых входов первого и второго коммутаторо 5, 12 поступают на их выходы. При этом сигнал опорного генератора 6 с частотой fg поступает на второй вход

на втором входе частотного дискрими- 25 натора 11, что вызывает изменение уровней сигнала на его выходах. Сигнал с уровнем О с первого выхода частотного дискриминатора 11 не изменяет состояние третьего ключа 15 и

ЧФД1, а сигнал ДПКД4 с частотой еле- зо первый ключ 13 остается замкнутым,

дования f поступает на первый входСигнал с уровнем 1 с второго выЧФД1. При совпадении по частоте частотного дискриминатора 11

фазе входных сигналов ЧФД1 на его вы-изменяет состояние четвертого клюходе уровень управляющего сигнала ос-ча 16, сигнал с выхода которого разтается неизменным и частота управляю-мыкает второй ключ 14 (отключает перщего генератора 1 будет соответство-„ый яхоп ЧФП1 от вьтхппя втопогп кпмвый вход ЧФД1 от выхода второго коммутатора 12). При этом сигнал с выхода ДПКД4 не поступает на первый вход ЧФД1 и на этом входе устанавливается сигнал с уровнем О. Так как частота f На втором входе ЧФД1 пре- вьш1ает частоту сигнала на его первом входе, то на выходе ЧФД1 вырабатывается отрицательное приращение управ- с ляющего сигнала, которое перестраивает управляемый генератор 2 вверх по частоте. При достижении равенства f( f и соответственно f f и временном расхождении передних фронтов импульсов на первом и втором входах частотного дискриминатора 11, на его выходах появляются короткие импульсы. Во втором фильтре 18, выполненном, например, в виде RC-цепочвать установленному значению.

При незначительных изменениях частоты управляемого генератора 2 fy под действием дестабилизирующих факторов (например, в сторону увеличения) изменяется (в сторону увеличения) проме- лгуточная частота fj и, следовательно.

С выхода ДПКД4. Так как j. на первом входе ЧФД1 стачастота f частота f ла вьшге частоты f на втором входе ЧФД1, то на его выходе управляющий сигнал получит положительное приращение,, по действиям которого частота f управляемого генератора 2 получает отрицательное приращение и возвращается к установленному значению.

Перестройка частоты f, управляемого генератора 2 мелким шагом прозводится изменением коэффициента деения N ДПКД4 посредством изменения младших разрядов кода на входе формирователя 10.

13599094

Перестройка частоты крупным шагом осуществляется при помощи изменения

старших разрядов кода на входе формирователя 10. При этом изменяется код номера гармоники, поступающего с второго выхода формирователя 10 на управляющий вход генератора 7 гармоник. Частота генератора 7 гармоник изменится с f на f в случае изменения частоты на весь диапазон рабочих час- тот. Промежуточная частота на выходе смесителя 3 изменится с f . , перейдет нулевое значение и установится на f

в области зеркальных настроек.

Одновременно скачкообразное изменение (повышение) частоты генератора 7 гармоник с f, на f вызывает скач- кообразное изменение (повышение)

частоты с f на f сигнала первого ДФКД8 на первом входе частотного дискриминатора 11. Частота сигнала f станет превышать частоту сигнала f,

О

на втором входе частотного дискрими- натора 11, что вызывает изменение уровней сигнала на его выходах. Сигнал с уровнем О с первого выхода частотного дискриминатора 11 не изменяет состояние третьего ключа 15 и

первый ключ 13 остается замкнутым,

„ый яхоп ЧФП1 от вьтхппя втопогп кпм0

вый вход ЧФД1 от выхода второго коммутатора 12). При этом сигнал с выхода ДПКД4 не поступает на первый вход ЧФД1 и на этом входе устанавливается сигнал с уровнем О. Так как частота f На втором входе ЧФД1 пре- вьш1ает частоту сигнала на его первом входе, то на выходе ЧФД1 вырабатывается отрицательное приращение управ- с ляющего сигнала, которое перестраивает управляемый генератор 2 вверх по частоте. При достижении равенства f( f и соответственно f f и временном расхождении передних фронтов импульсов на первом и втором входах частотного дискриминатора 11, на его выходах появляются короткие импульсы. Во втором фильтре 18, выполненном, например, в виде RC-цепоч0

ки, производится интегрирование коротких импульсов и их уровень на выходе второго фильтра 18 незначителен, и при. поступлении коротких импульсов не изменяется состояние второго ключа 14. После увеличения временного расхождения между передними фронтами импульсов на входах частотного дискриминатора 11 на выходе второго фильтра, 18 сигнал достигает уровня О с задержкой на с (врем задержки второго фильтра 18), после чего он изменит состояние второго ключа 14 на .замкнутое.

В связи с тем, что частота f на втором входе ЧФД1 продолжает оставать-- ся выше частоты сигнала ДПКД4 на первом входе ЧФД1, изменение состояние второго ключа 14 не отразится на изменении уровня и направлении приращения управляющего сигнала и также не отразится на работе кольца автоподстройки. На выходе ЧФД1 будет провень сигналов изменится на инверсньй. В соответствии с этим частота f управляемого генератора 2 должна занять нижнее значение относительно частоты f| генератора 7 гармоник. Инвертировать код управляющего сигнала ДПКД4 необходимо для сохранения направления

перестройки частоты. I

Поступающий с третьего выхода формирователя 10 сигнал с уровнем О устанавливает первый 5 и второй 12 коммутаторы в состояние, при котором входные импульсные сигналы передают- 5 ся с первого входа на выход. Этот же сигнал с уровнем О поступает на управляющий вход третьего ключа 15. С четвертого выхода формирователя 10

10

сигнал с уровнем 1 обеспечивает на должаться рост отрицательного прира- 20 выходе четвертого ключа 16 уровень

щения управляющего сигнала и продолжаться перестройка управляемого генератора 2 вверх по частоте. Когда частоты и фазы сигналов ДПКД4 и опор 0 независимо от уровня сигнала на его сигнальном входе. На начало перестройки частота f, имеет верхнюю

настройку относительно частоты f

ного генератора 6 станут равными меж- 25 соответственно f f ду собой, на выходе ЧФД1 приращение . первом выходе частотного управляющего сигнала прекратится и в

и

В соответствии

дискриминатора 11 сохраняется сигнал с уровнем 1, а на втором - уровень О. При этом на выходе третьего ключа 15 устанавливается уровень 1, которым размыкается первый ключ 13, а второй ключ 14 остается в замкнутом состоянии. При этом сигнал опорного генератора 6 с частотой чекойце автоподстройки установится режим синхронизации, при котором частота f, управляемого генератора 2 соответствует значению, заданному кодом на входе формирователя 10.

Задержку Г второго фильтра 18 целесообразно выбирать такой величины, чтобы за время задержки Г частота f управляемого генератора 2 стала вьше частоты f генератора 7 гармоник, Н о не превысила устанавливаемого значения f| . В противном случае избыточная настройка затем будет отрабатываться основным кольцом автоподстройки, что приведет к увеличению времени настройки синтезатора частот.

Аналогичным образом выполняться работа в установившемся режиме автоподстройки и с нижней настройкой частоты управляемого генератора 2 относительно частоты генератора 7 гармоник (fj-ifj). Для этого необходимо изменить старший разряд двоичного кода входного сигнала формирователя to на инверсный. При этом на первом выходе формирователя 10 код N коэффициента деления Д ПКД4 изменится на инверсный, а код коэффициента умножения К генератора 7 гармоник остается без изменения. На третьем и четвертом выходах формирователя 10 уровень сигналов изменится на инверсньй. В соответствии с этим частота f управляемого генератора 2 должна занять нижнее значение относительно частоты f| генератора 7 гармоник. Инвертировать код управляющего сигнала ДПКД4 необходимо для сохранения направления

перестройки частоты. I

Поступающий с третьего выхода формирователя 10 сигнал с уровнем О устанавливает первый 5 и второй 12 коммутаторы в состояние, при котором входные импульсные сигналы передают- ся с первого входа на выход. Этот же сигнал с уровнем О поступает на управляющий вход третьего ключа 15. С четвертого выхода формирователя 10

0 независимо от уровня сигнала на его сигнальном входе. На начало перестройки частота f, имеет верхнюю

и

частотного

В соответствии

соответственно f f . первом выходе частотного

дискриминатора 11 сохраняется сигнал с уровнем 1, а на втором - уровень О. При этом на выходе третьего ключа 15 устанавливается уровень 1, которым размыкается первый ключ 13, а второй ключ 14 остается в замкнутом состоянии. При этом сигнал опорного генератора 6 с частотой через второй коммутатор 12 поступает на первый вход ЧФД1. На второй вход ЧФД1 поступает с выхода первого ключа 13 сигнал О. Частота f на первом входе ЧФД1 превышает частоту сигнала на его втором входе и на выходе ЧФД1 появляется положительное приращение управляющего сигнала, которое перестраивает управляемый генератор 2 вниз по частоте. Когда f( станет ниже f и соответственно f станет ниже fj-, на первом выходе частотного дискриминатора 11 установится уро- О,

вень

а на его втором выходе

уровень 1 . Этот сигнал с уровнем О через первый фильтр 17 с задерж-. кой на t- поступает на управляющий вход первого ключа 13 и переводит его в замкнутое состояние для передачи- сигнала с частотой f, с выхода пер- вого коммутатора 5 и на второй вход ЧФД1. В этот момент частота f,, на первом входе ЧФД1 еще превьппает частоту сигнала f на его втором входе, поэтому на выходе ЧФД1 состояние не

изменится и будет продолжаться рост положительного приращения управляющего сигнала, обеспечивающего перестройку управляемого генератора 2 вниз по частоте. Снижение частоты f будет продолжаться до момента совпадения частот и фаз сигналов Д1ВД4 и.опорного генератора 6. После этого на выходе ЧФД1 приращение управляющего напряжения.прекращается и в кольце автоподстройки устанавливается состояние синхронизма, а частота управл;1емого генератора 2 получает новое установившееся значение.

Использование в синтезаторе частот как верхней, так и нижней настроек управляемого генератора 2 относительно частоты генератора 7 гармоник позволяет значительно расширить диапазон выходных сигналов и. полностью исключить формирование ложных выходных частот.

Форму л а- из обретения

Синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, генератор гармоник, смеситель, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и первый коммутатор, последовательно соединенные частотно-фазовьш детектор и управляемый генератор, выход которого подключен к второму входу смесителя, выход генератора гармоник соединен также с входом первого делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого подключен к первому входу частотного дискриминатора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона выходных сигналов при уменьшении уровня сигналов паразитных частот.

5

0

0

введены второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый ключ, формирователь кодовых сигналов, последовательно соединенные второй коммутатор и второй ключ, последовательно соединенные трети11 ключ и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные чет; ертый ключ и второй фильтр нгшних частот, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, выход которого соединен с первым входом частотно-фазового детектора, выход перg вого фильтра 1ижних частот подключен к.управляющему входу первого ключа, сигнальный вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого коммутатора и с вторым входом частотно-фазового детектора, первый вход первого коммутатора объединер с вторым входом второго коммутатора, второй вход первого коммутатора объединен с первьт входом второго ком5 мутатора и соединен с выходом опорного генератора, вход и выход второго делителя частоты с фиксированным коэффи-i - циентом деления соединены соответственно с выходом управляемого генератора и вторым входом частотного дискриминатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам третьего четвертого ключей, первый и второй выходь формирователя кодовых сигналов подключены соответственно к управляющим входам делителя частоты с переменным коэффициентом деления и генератора гармоник, управляющий вход первого коммутатора объединен с управляющими входами второго коммутатора и третьего ключа и подключен к третьему выходу формирователя кодовых сигналов, четвертый выход которого соединен с управляющим входом четвертого

ключа.

0

5

0

Редактор М.Келемеш

Составитель Ю.Ковалев Техред И.Попович

Заказ 6164/56Тираж 900 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Д/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Пожо

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает расширение диапазона выходных сигналов при уменьшении уровня сигналов паразитных частот. Синтезатор содержит частотно-фазовый детектор 1, управля емый г-р 2, смеситель 3, делитель 4 с переменным коэф. деления (КД), коммутаторы 5 и 12, опорный г-р 6, г-р 7 гармоник, делители 8 и 9 с фиксированным КД, формирователь 10 кодовых сигналов, частотный дискриминатор 11, ключи 13-16, фильтры 17 и 18 нижних частот. Формирователь 10 содержит D-триггеры по числу входных разрядов кода (РК) и эл-т ИЛИ, эл-ты ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ по кол-ву выходных РК на 1-м выходе формирователя 10. Использование в синтезаторе как верхней, так и нижней настроек г-ра 2 относительно частоты г-ра 7 позволяет значительно расширить диапазон выходных сигналов и полностью исключить формирование ложных выходных частот. 2 ил. с 9 (Л 04/5/