Цифровой синтезатор частот Советский патент 1992 года по МПК H03B19/00 

1ГТЛ01&

VJ

О

f

.{-.

м

о ел

Изобретении откосится к радиотехнике и может Ьыт использовано о приемопередающих рздиоустройствах и в нзмсритель- ной технике.

Целью изобретения является улучшение спектральной чистоты FUXOAHUX ко- ie- бзииЯ.

На фиг,1 изображена электрическая структурная схема цифрового синтезатора частот; на фиг.2 -призер выполнения генератора линейно изменяющегося напряжения; на фиг.З - временные диаграммы работы t енерзтороа линейно изменяющегося напряжения.

Цифровой синтезатор со держит генератор 1 опорной частоты, D-триггор 2, перзый генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 3, второй ГЛИН 4, компаратор 5, блок 6 установки кеда 6 частоты, накапливающий сумматор (НС) 7, регистр 8 памяти, вычитательЭ кодоз, цифрозналого- вый преобразователь(ЦАП) 10, источник постоянного напряжения (1 ПН) 11.

Первый и второй ГЛИН 3 и 4 состоят из управляемого резистора 12. электронного ключа 13, конденсатора 14.

Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.

Пусть частота генератора 1

fo - Fc Р.

где FC - шаг сетки выходных частот;

Р - натуральное число, разное емкости НС 7. выходная чистота синтезатора

fA Fc Q.

где Q - цифровой код выходной частоты на выходе блока 6 установки кода.

Код Q требуемой выходной частоты поступает на НС 7 и на вход ЦАП 10. Напряжение с его выходов, пропорциональное Q, равное по величине и противоположное по знаку, поступает соответственно на вторые входы первого и второго ГЛИН 3 и 4 в качестве напряжения питания схемы, причем на второй вход первого ГЛИН 3 поступает напряжение положительной полярности с первого выхода ЦАП 1Q. а на пторой вход второго ГЛИН 4 - напряжение отрицательной полярности с второго выхода ЦАП 10. Оба напряжения рззны по величине и про- тиаоположны по знзку.

С частотой f0 в НС 7 осуществляется сложение чисел Q. При переполнении НС 7, т.е. когдэ t-я сумма чисел Q превысит емкость Р НС 7, на его выход гс-зникэет сигнал переполнения (фиг.35). по которому в

регистра 8 фиксируется кед числа Si, записанного в НС 7 в момент переполнения. За Р тактои опорной частоты генератора 1 на

выходе НС 7 произойди Q переполнений и

fA-fo-Q/P.

Одновременно импульс переполнения с выхода НС 7 поступит на D-вход D триггера

2, импульс на выходе которого (фиг.Зв) появится строго в момент прихода тактового импульса с выхода генератора 1, тем самым исключается временная нестабильность импульсов переполнения с выхода НС 7, появляющаяся вследствие разного времени суммирования чисел Q. Код Si на выходе НС 7 вычисляется по формуле

20

Si-ЛЧС{ }

где I - номер такта;

{х} - операция выделения дробной части числа х, {х} х -

х - операция выделения целой части числа х.

Код Si показывает, на какую часть периода То 1/fo необходимо сдвинуть импульс переполнения с выхода НС 7 в сторону опе- реженил, при этом

,o. Q IP; { а

Первый ГЛИН 3, второй ГЛИН 4, компаратор 5 и ИПН 11 предназначены для калиброванного сдвига импульса переполнения в сторону запаздывания. Поэтому код текущей задержки xi в данном случае необходимо вычислять по формуле

xi (Q-Si)/Q.

Эта формула показывает, что цифровой код задержки является функцией номера Q синтезируемой частоты.

Эту операцию производит вычитатель 9 кодов, первый ГЛИН 3 и второй ГЛИН 4 запускаются одновременно, но в противо- фазе (фиг.Зг). Для этого на вход опорного напряжения первого ГЛИН 3 подается отрицательное напряжение - Еп от ИПН 7, а на вход опорного напряжения второго ГЛИН 4 подается положительное напряжение от ИПН 11..

Одновременно на второй вход первого ГЛИН 3 подастся положительное напряжение -1-Сц с первого выхода ЦЛП 10. а на второй сход второго ГЛИН 4 подается

отрицательное напряжение -Ец с второго выхода 1ДЛП 10. причем оба напряжения равны по величине и противоположны по знаку.

Напряжения, формируемые на выходе ..-о ГЛИН 3 и.эторого ГЛИН 4. поступают нз ахи,; - компаратора 5. При равенстве напряжений на его входах на выходе компаратора 5 воспроизводится перепад напряжения (фиг.Зд).

При изменении кода управления xi на

Q-1

Q

до О

)изменение

выходе Еычмтэтеля 9 кодов от

(Si изменяется от 0 до ---

интернзлз времени задержки составит.величину сна зависимости от значения кода Q на выхода плокаб установки кода. Нелинейность псрпого ГЛИН 3 и второго Г7ГИН 4 тэк;ке но влияет HP время задержки. Действительно, если выходное напряжение первого ГЛИН 3

Ui(t) -En + (Е„ + Ец) 1 - ехр{-1з/г), а выходное напряжение сторого ГЛИН 4

U2(t) + E,t) exp(-t3/r)-En, то при ргвг/мств-э нзпряхений Ui и U2

t3 rlp{0,5).

Время задержки о не является функцией номг.рз Q выходной частоты, что по- звог.Р.йт синтезировать с.втку частот в сколь угодно широком диапазоне значений; Солее того, измгкбние тз не зла..ситот нелинейности первого и второго ГЛИН 3 и 4.

На практике первый и второй ГЛИН 3 и 4, всегда оОлздзют тсй :-;ли иной степенью нелинейности.

В настоящее время при длительности изменена напряжение робочего участка первого и второго ГЛИН 3 и 4 100-200 не удается достигнуть кйлкмейности ка сдого ГЛИН 3 и 4 порядка 1%, что ограничивает величину получаемого выигрыша, эта величина не превышает 40 дБ.

Данная структура цифрового синтеза- тора частот позволяет на той же элементной базе при существующей нелинейности первого и второго ГЛИН 3 и 4 дополнительно компенсировать влияние нелинейности каждого из ГЛИН 3 и 4 не менее чем на 20 дБ.

Таким образом, благодаря компенсации влияний нелинейности первого и слгоро- го ГЛИН 3 и 4 пояепяется возможность

0

5

0

5

0

5

0

5

0 5

синтеза выходной частоты с результирующим уровнем помеховых составляющих, уменьшенным до величины минус 80-90 дБ, т.е. с более высоким качеством выходного колебания.

Формула изобретения

1. Цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, D-триггер, первый генератор линейно изменяющегося напряжения и компаратор, последовательно сое-, диненные блок установки кода частоты, накэплисающий сумматор и регистр памяти, ци-фроаналоговый преобразователь, поразрядные входы которого подключен к соответствующим поразрядным выходам блока установки кодз частоты, а первый выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом первого генератора линейно изменяющегося напряжения, выход генератора опорной частоты подключен к тактовому входу накапливающего сумматора, выход переноса которого соединен с D-входом D-триггера и с тактовым входом регистра памяти, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения спектральной чистоты выходных колебаний, введены вычитатель кодов, второй генератор линейно изменяющегося напияжен я и источник постоянного напряжения, выходы сигналов отрицательной и положительной полярности которого подключены к входу опор;.ого напряжения соответственно пг-р- вого генератора линейно измекякэщегося нзгтряжс кия и второго генерпторз линейно изменяющегося напряжения, первый и ото- рой входы и выход которого соединены соответственно с выходом D-триггера. с вторым выходом цифроэналогсг .ого прооб- разоиателя и с вторым входом компэраторз, кодовый пыхо/ч вычитателя кодов подключен к кодовым входам первого и второго генераторов линейно изменяющегося напряжения, а первый и второй разрядные входы вычитателя кодов соединены соответственно с разрядным выходом регистра памяти и с разрядным выходом блока установки частоты.

2. Синтезатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что каждый из генераторов линейно изменяющегося напряжения содержит последовательно соединенные управляемый резистор и конденсатор, параллельно которому включен электронный ключ, вход управления которого является первым входом генератора линейно изменяющегося напряжения, управляющий РХОДуправляемого резистора является кодовым входом генератора линейно изменяющегося напряжения, первый вход управляемого резисторз и второй вход конденсатора являютсяизменяющегося напряжения, первый вход

соответственно сторым входом и входомконденсатора является выходом генератора

опорного напряжений генератора линейно линейно изменяющегося напряжения.

ПерВып вход

Фи г. г

I I

ЕЛ I

Фиг.3