Устройство автоподстройки частоты Советский патент 1989 года по МПК H03L7/00 

О5 СЛ

Изобретение относится к радиотехнике и м. б. использовано для стабилизации частоты колебаний СВЧ-генераторов в радиолокации, радионавигации, радиоизмерительных приборах. Цель изобретения - повышение надежности работы в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов. Устр-во содержит г-р 1 радиоимпульсов с электронной перестройкой несу1цей частоты, ответвитель 2, аттенюатор 3, эталонный резонатор 4, амплитудный детектор 5. В устр-во для достижения цели введены пиковый квантователь 6, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения, распределитель 9, реверсивный счетчик 10 и ЦАП 11. Устр-во может надежно работать в широком диапазоне скважности и длительности выходных импульсов - от нескольких наносекунд вплоть до непрерывной генерации. При непрерывной генерации вход синхронизации г-ра 1 не используется, а на синхровходы распределителя 9 и пикового квантователя 6 с точки зрения повышения быстродействия, желательно подавать импульсы максимально возможной частоты. 2 3. п. ф-лы, 2 ил. S (Л

ФиеЛ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для стабилизации частоты колебаний сверхвысокочастотных генераторов в радиолокации, радионавигации, радиоизмерительных приборах, в частности для стабилизации транзисторных импульсных СВЧ-генераторов, имеющих значительные уходы по частоте и работающих в широком диапазоне изменения скважности генерируемых импульсов.

Цель - повыщение надежности работы в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства автоподстройки частоты; на фиг. 2 - структурная электрическая схема возможных вариантов распределителя, пикового квантователя и источника опорного напряжения устройства автоподстройки частоты.

Устройство автоподстройки частоты содержит генератор 1 радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты, от- ветвитель 2, аттенюатор 3, эталонный резонатор 4, амплитудный детектор 5, пиковый квантователь б, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения, распределитель 9, реверсивный счетчик 10 и цифро- аналоговый преобразователь 11.

Распределитель 9 содержит первый триггер 12 первый и второй элементы 2 И-НЕ 13 и 14, второй триггер 15, третий триггер 16, первый и второй элементы 2 ИЛИ 17 и 18, дополнительный реверсивный счетчик 19, четвертый триггер 20 и пятый триггер 21, третий -и четвертый элементы 2 ИЛИ 22 и 23 соответственно. Пиковый квантователь 6 содержит дополнительный компаратор 24 и дополнительный триггер 25, резистор 26 и конденсатор 27, а источник опорного напряжения 8 - дополнительные резисторы 28 и 29, образующие потенциометр.

Устройство автоматической подстройки частоты работает следующим образом.

В исходном состоянии, например, при включении питания на разрядных выходах реверсивного счетчика 10 имеется произвольный код, величина которого зависит от склонности триггеров реверсивного счетчика 10 приходить в нулевое или единичное состояние при включении питания. Цифроаналоговый преобразователь 11 преобразует код в напряжение соответствующей величины. На синхровход генератора 1 подаются положительные импульсы, и фронтом импульса запускается генератор 1, который формирует серию высокочастотных импульсов несущей частоты, соответствующей напряжению на управляющем входе генератора. Высокочастотные импульсы поступают на выход устройства, а часть мощности через ответвитель 2 и аттенюатор 3 подается на вход эталонного резонатора 4,

5

имеющего малые уходы центральной частоты резонансной характеристики при изменении температуры окружающей среды. При включении питания код реверсивного счетчика 10, а следовательно, напряжение цифроаналогового преобразователя 11 и частота генератора 1 могут не соответствовать области резонанса эталонного резог натора 4. В этом случае импульсы на выходе пикового квантователя 6 будут отсутствовать, и устройство работает в режиме поиска частоты генератора 1. В случае, если при включении питания код реверсивного счетчика 10, а следовательно, напряжение цифроаналогового преобразователя 11 и частота генератора 1 соответствуют области резонанса и при этом продетектирован- ные амплитудным детектором 5 импульсы достаточной амплитуды, то устройство переходит в режим слежения.

В процессе слежения устройство рабо0 тает так, что на выходе амплитудного детектора 5 всегда поддерживается максимальное значение амплитуды импульса, что соответствует центральной частоте эталонного резонатора 4.

На дополнительном выходе пикового квантователя 6 формируется напряжение, соответствующее усредненному значению напряжения, создаваемого импульсом на его выходе. При этом сглаживание импульсов с выхода дополнительного триггера 25

0 получается с помощью С-цепи, образованной резистором 26 и конденсатором 27. Этот дополнительный 25 триггер устанавливается по S-входу в единичное состояние отрицательным импульсом с инверсного выхода дополнительного компаратора 24 в том

5 случае, если импульс, действующий на входе пикового квантователя 6 после запуска генератора 1 фронтом синхроимпульса, пре- выщает напряжение на инверсном входе дополнительного компаратора 24. При этом конденсатор 27 начинает заряжаться через

0 резистор 26, и напряжение на инверсном входе дополнительного компаратора 24 повышается. С приходом следующего фронта синхроимпульса на С-вход дополнительного триггера 25 благодаря нулевому уровню

на информационнном Д-входе он устанавливается в исходное нулейое состояние. Спустя небольшой промежуток времени, равный задержке прохождения импульса генератора 1 по цепи до входа пикового квантователя, дополнительный триггер 25 снова уста0 навливается или не устанавливается в единичное состояние, если напряжение на конденсаторе 27 стало больше амплитуды следующего импульса на входе пикового квантователя 25. При этом конденсатор 27 начинает разряжаться до тех пор, пока

5 его напряжение вновь не станет ниже. Постоянная времени цепи из резистора 26 и конденсатора 27 устанавливается достаточно больщой, чтобы при самой низкой возможной частоте синхроимпульсов напряжение на конденсаторе 27 от импульса к импульсу изменялось в небольших пределах. Таким образом, пиковый квантователь 6 отслеживает среднее значение амплитуд входных импульсов, и на выходе формируются импульсы квантования относительно полученного среднего уровня.

В режиме поиска напряжение, поступающее с дополнительного выхода пиковов единичное состояние. В результате второй элемент 2ИЛИ 18 открыт для прохождения импульсов на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 19, а первый элемент 2ИЛИ 17 закрыт. При переполнении дополнительного реверсивного счетчика 19 при обратном счете на его выходе появляется отрицательный импульс, благодаря которому пятый триггер 21 на период между двумя импульсами на вхого квантователя 6 на вход компаратора 7, Ю де С устанавливается в нулевое состояние, меньще напряжения источника 8, и на вы-запрещающее прохождение одного из импульсов на второй выход распределителя 9. Запрет на прохождение импульса появляется через каждые 2 периодов синхроимпульсов, где К. - число разрядов дополнительного реверсивного счетчика 19. Поэтому в режиме поиска на первом выходе расходе компаратора 7 действует нулевой поступающий на управляющий вход распределителя 9. При этом независимо от уровня на информационном входе распредели- .г теля 9 последний распределяет синхроимпульсы, действующие на синхровходе, так, что, на одном из выходов распределителя 9, например на первом, этих импульсов имеется большее число, чем на втором.„ ..„,..

В результате суммирования большего числа 2Q следующим образом, импульсов, чем вычитания, код реверсивного счетчика 10 напряжение цифроаналого- вого преобразователя 11 постепенно повышается, частота генератора 1 изменяетпределителя 9 появляется в среднем большее число импульсов, чем на втором выходе. В режиме слежения устройство работает

источника 8. В этом случае распределитель 9 распределяет синхроимпульсы между суммирующим и вычитающим выходами реверсивного счетчика 10 уже с учетом имНа управляющий вход распределителя 9 поступает единичный уровень, так как ампли, -г- - туда импульсов при подходе к центральной

ся и приближается к резонансной частоте 5 частоте эталонного резонатора 4 повы- эталонного резонатора 4. При этом ампли- шается и становится больше напряжения туда продетектированного напряжения на - - входе пикового квантователя 6 повыщает- ся и, следовательно, повышается напряжение на входе компаратора 7. В момент пре-. „ .„ ,.. , „ „,..

вышения напряжения источника 8 компа- зо пульсов на первом выходе пикового кван- ратор 7 срабатывает, и на. его выходе по-тователя 6. Как и в режиме поиска на выходах распределителя импульсы появляются попеременно. При этом в случае появления импульса на первом выходе, код реверсив,, ,j-,- f- ного счетчика 10 и напряжение на выходе

ной зоне, то счетчик насчитывает макси- 35 Цифроаналогового преобразователя И уве- мальное число, а затем самообнуляется,личиваются на один дискрет, а затем при нои его код начиная с нулевого, снова начи-ступлении импульса с второго выхода раснает повышаться до значения, соответствую-пределителя 9 на вычитающий вход ревершего резонансной зоне эталонного резона-сивного счетчика 10 на один дискрет уменьтора 4. Напряжение источника 8 устанав-шаются. Это приводит к тому, что частота

ливают так, чтобы оно было меньше на- 40 генератора 1, соответственно попеременно

является уровень, который переводит распределитель в режим слежения. Если при включении питания код счетчика 10 оказался больше кода, соответствующего резонансименьшей расчетной амплитуды импульсов амплитудного детектора 5.

Распределитель 9 работает в режиме поиска следуюшим образом. Первый тригна один дискрет то увеличивается, то уменьшается. Если это изменение частоты соответствует левой части резонансной характе- . . .ристики, то амплитуда импульсов на выходе гер 12 делит синхроимпульсы на счетном амплитудного детектора, соответствующая входе на две последовательности с умень-большей частоте генератора 1, будет боль- щенной вдвое частотой, одна из которыхше амплитуды, соответствующей меньщей формируется на выходе первого элемен-частоте. Поэтому на первом выходе пикового та 2И-НЕ 13, а другая - на выходе второ-квантователя 6 будет больще импульсов пре- го элемента 2И-НЕ 14. Импульсы этихвышения, соответствующих большей частоте последовательностей поочередно проходят50 генератора, большему напряжению преобра- через элементы 2ИЛИ 22 и 23 на выходызователя и большему коду реверсивного счет- распределителя 9. Если триггеры 20 и 21чика 10. В результате распределитель 9 рас- всегда находятся в единичном состоянии,пределяет на первый выход большее число то число импульсов на выходе распреде-импульсов, чем на второй, и среднее зна- лителя 9 в среднем одинаково. Однако,чение кода реверсивного счетчика 10 уве- так как в режиме поиска на управляющие55 личивается. И наоборот, если изменение час- входы триггеров 15 и 16 поступает нуле-тоты на выходе генератора 1 соответствует вой уровень, то второй триггер 15 устанав-правой части резонансной характеристики ливается в нулевое, а третий триггер 16 -то этом приводит к постепенному уменьв единичное состояние. В результате второй элемент 2ИЛИ 18 открыт для прохождения импульсов на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 19, а первый элемент 2ИЛИ 17 закрыт. При переполнении дополнительного реверсивного счетчика 19 при обратном счете на его выходе появляется отрицательный импульс, благодаря которому пятый триггер 21 на период между двумя импульсами на входе С устанавливается в нулевое состояние, запрещающее прохождение одного из импульсов на второй выход распределителя 9. Запрет на прохождение импульса появляется через каждые 2 периодов синхроимпульсов, где К. - число разрядов дополнительного реверсивного счетчика 19. Поэтому в режиме поиска на первом выходе рас„ ..„,..

следующим образом,

пределителя 9 появляется в среднем большее число импульсов, чем на втором выходе. В режиме слежения устройство работает

источника 8. В этом случае распределитель 9 распределяет синхроимпульсы между суммирующим и вычитающим выходами реверсивного счетчика 10 уже с учетом им частоте эталонного резонатора 4 повы- шается и становится больше напряжения - - . „ .„ ,.. , „ „,..

пульсов на первом выходе пикового кван- тователя 6. Как и в режиме поиска на выхо генератора 1, соответственно попеременно

на один дискрет то увеличивается, то уменьшается. Если это изменение частоты соотшению кода реверсивного счетчика 10. В районе центральной части эталонного резонатора 4 измерение частоты соответствует попеременно то левой, то правой части. Также возможно, когда большее и меньшее значения частоты генератора 1 строго симметричны относительно центральной час-. тоты эталонного резонатора 4. Это приводит к равенству среднего числа импульсов, распределяемых между первым и вторым выходами распределителя 9. Чем меньше крутизна регулировочной характеристики генератора I и больше разрядность реверсивного счетчика 10 и цифроаналого- вого преобразователя 11, тем меньше изменение частоты на выходе генератора 1. Распределитель 9 в режиме слежения работает следующим образом. Триггеры 15 и 16 запоминают по срезу импульса, поступающего на их сйнхровхбды /С наличие или отсутствие импульсов превышения, поступающих на Д-входы этих триггеров и соответствующих предыдущему синхроимпульсу на входе распределителя 9. Если изменение частоты генератора 1 соответствует левой части резонансной характеристики, тО третий триггер 6 переходит в единичное состояние чаще, чем второй триггер 15, и на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 19 поступает в среднем больщее число импульсов. При этом код дополнительного реверсивного счетчика 19 уменьщается, а на его выходе появляется импульс, по которому пятый триггер 21 устанавливается в нулевое состояние и, как и в режиме поиска, при этом осуществляется запрет на прохождение одного импульса на второй выход распределителя 9, что приводит к увеличению среднего значения кода реверсивного счетчика 10. Среднее значение частоты смещается в правую часть резонансной характеристики и это ведет к тому, что уже второй триггер 15 распределителя 9 начинает срабатывать чаще, код дополнительного реверсивного счетчика 19 начинает увеличиваться, и в момент переполнения по импульсу на выходе дополнительного реверсивного счетчика 19 четвертый триггер 20 переходит в нулевое состояние и запрещает прохождение одного импульса на первый выход распределителя 9.

Дополнительный реверсивный счетчик 19 служит для устранения ложных изменений частоты генератора в области центральной частоты эталонного резонатора 4, когда амплитуды импульсов на выходе амплитудного детектора 5 настолько близки друг к другу, что становится существенным влияние внутренних щумов элементов пикового квантователя 6. Статистическая обработка (усреднение) с помощью дополнительного реверсивного 19 повышает точность настройки генератора 1 на центральную частоту эталонного резонатора 4.

При этом несколько снижается быстродействие устройства, однако, так как основным дестабилизирующим фактором для генератора 1 является изменение температуры

среды, которая не может изменяться скачком, то на практике больших требований по быстродействию в режиме слежения не предъявляется. Быстродействие в предлагаемом устройстве прямо пропорционально частоте синхроимпульсов и величине дискрета по частоте генератора 1.

Таким образом, предлагаемое устройство может надежно работать в широком дипазоне скважности и длительности выходных импульсов - от нескольких наносекунд

5 вплоть до непрерывной генерации. При непрерывной генерации вход синхронизации генератора 1 не используется, а на синхро- входы распределителя 9 и пикового квантователя 6 с точки зрения повышения быстродействия желательно подавать импульсы

0 максимально возможной частоты.

Формула изобретения

генератор радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты, ответвитель, аттенюатор, эталонный резонатор и амплитудный детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы уст0 ройства в широком диапазоне изменения скважности и длительности генерируемых радиоимпульсов, в него введены между выходом амплитудного детектора и входом управления частотой генератора радиоимпульсов с электронной перестройкой несу5 щей частоты последовательно соединенные пиковый квантователь, распределитель, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные источник опорного напряжения и компара.„ тор, выход которого подключен к управляющему входу распределителя, при этом дополнительный выход пикового квантователя подключен к другому входу компаратора, синхровходы пикового квантователя и распределителя соединены с синхровходом гене5 ратора радиоимпульсов с электронной перестройкой несущей частоты и образуют син- хровход устройства автоподстройки част-оты.

5 инверсный выходы - с первыми входами соответственно первого и второго элементов 2И-НЕ, выход первого элемента 2И-НЕ соединен со счетными входами второго и

четвертого триггеров, с первыми входами первого и третьего элементов 2ИЛИ, а выход второго элемента 2И-НЕ - со счетными входами третьего и пятого триггеров, с первыми входами второго и четвертого элементов 2ИЛИ, установочный вход нуля второго и установочный вход единицы третьего триггеров являются управляющим входом распределителя, а их информационные входы - входом распределителя, вторые входы первого и второго элементов 2ИЛИ соединены с инверсными выходами соответственно второго и третьего триггеров, а выходы - соответственно с суммирующим и вычитающим входами дополнительного реверсивного счетчика, выходы переноса прямого и обратного счета которого соединены с информационными входами, соответственно четвертого и пятого триггеров, вторые входы третьего и четвертого элементов 2 ИЛИ соединены с инверсными выходами

В;.2

соответственно четвертого и пятого триггеров, а выходы являются соответствующими выходами распределителя.

0

Фиг. 2