Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H03D7/18 H03C3/10 

Наиболее близким к предлагаемому ял- ляетси ЦСЧ с ЧМ, содср-тм.цда последовательно соединеннее УГ, ДЛКД, фазовш : модулятор (ФМ}, первый фа.-овый детектор. ФНЧ. выход которого подключая к упрс ;;:-:ющ гиу входу УГ, последовательно соединение опорный генератор (О Г) с, делитель частош с Ф-иксчрозгкным коэффициентом деления (), последовательно соединенные источник модул/.рующйго сиг- нала, управляемый аттенюачХ р, первый мн- всрто р. интегратор, выход которого подключен к управляющему сходу первого ФМ, а токже Блок установки частоты, выход которого подключен кустгнозочному сходу ДПКД и к упрагляющгмуеходу управляемого аттенюатора. Пр и этом выход источника модулирующего сигнала подключен также к второму {модулирующему} входу УГ. В этом ЦСЧ для формированкя ЧМ сигнала в ши- рокой полосе модулирующих частот используется двухточечный метод, когда модулирующий сигнал подается на УГ и одновременно на вход Ф№ в цепи обратной связи после ДПКД. чтобы компенсировать отклонение фазы импульсов с выхода ДПКД из-за реакции кольца ИОАПЧ на модуляцию УГ 2.

Однако практически этз компенсация бывает не полной, что приеодмт кискажени- ям ЧМ сигнала vi объясняется следующим. Особенность фазовой модуляции в ЦСЧ состоит в том, что тзк называемое несущее колебание представляет собой поток очень коротких импульсов со скважностью Q 1000 и более. В то же время компенсирующий сигнал аналоговый, изменяющийся в широком диапазоне модулирующих частот. При этом часть частотных составляющих ЧМ сигнала УГ не передается импульсами с пыходэ ДПКД, особенно, если частота сравнения fcp ниже частоты модулирующего сигнала. Значит, эти частотные составляющие уже не надо компенсировать. Однако компенсирующий аналоговый сиг- нал содержат все частотные составляющие. Поэтому дополнительная модуляция е ФМ темп частотными составляющими, которые уже не нздо компенсировать, приводит к перекомпенсации и, следовательно, к ис- кажениям.

Трудно получить плоскую результирующую амплитудно-частотную модуляционную характеристику (АЧМХ) системы интегратор - фазовый модулятор в широком диапазоне модулирующих частот, так как АЧМХ интегратора должна быть линойно- падающ.чя, а ФМ - линейно йозрсстающзя. Плоскую (не заг.исящую от частоты) резуль- тируюи1,-, - АЧМХ системы имтефзтор - фазозый модулятор можно получить только в сравнительно узком частотном диапазоне, А когда модулирующие частоты изменяются из несколько порядков, получить плоскую АЧМХ практически очень сложно, связано с необходимостью иметь большой динамичп- ский диапазон модулирующего и интегратора.

При понижении модулирующей частоты до нулевой, уровень модулирующего сигнала на интеграторе должен теоретически возрастать до бесконечности, т.е. модулирующие частоты, близкие к нулевой, не передаются через интегратор. Это приводит к искажениям ЧМ сигнала на выходе ЦСЧ, особенно с низкочастотной области модулирующего сигнала.

Целью- предлагаемого изобретения является уменьшение нелинейных искажений и расширение нижней границы диапазона модулирующих частот .

Поставленная цель достигается тем, что в цифрозой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержгэщий последовательно соединенные управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый модулятор, первый фазовый детектор и фильтр нижних частот, выход которого подключен к управляющему входу управляемого генератора, последовательно соединенные опорный генератор и делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор, первый инпертор и интегратор, выход которого подключен к управляющему входу первого фазового модулятора, выход источника модулирующего сигнала соединен также с модулирующим входом управляемого генератора, установочный вход делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к управляющему входу управляемого аттенюатора и соединен с выходом блска установки частоты, между выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления и вторым входом первого фазового детектора введены последовательно соединенные второй фазопый детектор, полосовой фильтр, ключ, усилитель, второй инвертор и второй фазопый модулятор, а также индикатор синхронизма, вход и выход которого подключены соответственно к выходу второго фазового детектора и к управляющему входу ключа, второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого фазе зого модулятора, а сигнальный вход второго фозового модулятора подключен к

выходу делителя чсслоты с фиксированным ко ффми.иентом деления.

Нг чертеже приподснз структурная элохтри оскс--; cxi M устройст;.

О .нтсз.-исп частот содержит последе- вэгепь:; ссе мненине УГ 1, ДПКД 2, пер- р,-;и ом 3, порами ФД 4 и ФНЧ 5, L-ЫХОД которого подключен к управляющему входу VT 1, последовательно соединенные опорной, генератор 5 и ДФКД 7, последователь- но соедимамнч иг.тс них 8 модулирующего сигнала, у пра-ячеями аттенюатор 9, пер- шлй инвертор 10 и интегратор 11, выход которого подсочек к упг-золяющаму сходу первого ФМ 3, счход источи /, 0 модул и ру- Ю1цего сигнала ггк;,-:с с модулирующим ьходом УГ 1, установочный вход ДПКД 2 подключен к управляющему входу управляемого аттенюатора 9 и соединен с выходом блока 12 установки частоты, Сип- тепатор также содержит последогзгельно соединенные второй ФД 13, полосоиой фильтр 14, ключ 15, усилптпль 16, второй инвертор 17, второй фазовый модулятор 10, г, индикатор синхронизма 19, сход и выход которого подключены соответственно к выходу второго ОД 13 и к управляющему входу ключа 15, перзый и второй входы второго ФД 13 соединены соответственно с выходом ДФКД 7 и с выходом первого ОМ 3, сигнальный вход и выход второго ФМ 18 соединены соответственно с выходом ДФКД 7 и вторим входом ФД 4.

Синтезатор частот с чзстотной модуляцией работает следующим образом.

В режиме синхронизма без подачи модулирующего напряжения сигнал с управляемого генератора 1 с частотой fyr поступает нэ вход ДПКД 2, где делится по частоте на коэффициент деления N. С выхода ДПКД 2 сигнал в виде коротких импульсов с частотой fyr/N поступоет на первый вход первого ФМ 3. Эти короткие импульсы проходят через ФМ 3 и поступают нэ первый вход первого ФД 4, на второй вход которого через ДФКД7 и второй ФМ 18 поступает опорный сигнал с ОГ 6. С выхода ФД 4 медленно меняющееся управляющее напряжение через ФНЧ 5 поступает на первый управляющий вход У Г 1 и подстраивает его по частоте и фазе под оперный генератор б.

При подаче модулирующего напряжения от источника 8 на второй управляющий вход УГ импульсы на первом входе ФМ 3 будут промодулмроЕэны о соответствии с частотой яодулкции УГ 1. На второй вход ФМ 3 с выхода источника 8 через управляемый аттенюатор 9, инвертор 10 и интегратор 11 поступйст модулирующее напряжение, которое осуществляет обратную модул я ц:-; ю фазы импульсов п соответствии с изменениями информационного сигнала от источника 0. Причем с помощью управляемого атпзню атора 9 и инвертора 10 подбирается такой уровень сигнала смещения, чтоЬы компенсировать фазооую модуляцию импульсов на выходе ДПКД 2. Изменение коэффициента передачи управляемого аттенюатора 9 осуществляется од- ьч)йре;- .анно с изменением коэффициента ДПКД 2 с помощью кода, поступающего от блока установки чостоты 12.

В-рс;зу; ьтате с выхода первого ОМ 3 на первый г,ход первого ФД 4 должны поступать импульсы без фззосой модуляции, т.е. реакци:; кольца ИФДПЧ на модулирующее ьозмущ низ УГ 1 должна быть снята.

Однако практически из-за неточной установки аттенюатора, влияния дестабилизирующих факторов и, главное, неполной взаимной компенсации характеристик ФМ и интегратора импульсы на еыходе ФМ 3 будут иметь остаточную модуляцию по фазе, особенно в области нижних частот. Эти импульсы с остаточной модуляцией по фазе поступают на первый вход первого ФД 4 и второй4вход второго ФД 13, нэ перзый вход которого поступают опорные импульсы с выхода ДФКД 7. В результате сравнения этих двух потоков импульсов на выходе второго ФД 13 формируется напряжение рас- согласссония их по фазе, которое через полосовой фильтр 14, ключ 15 (открытый в режиме синхронизма по разрешающему сигналу от индикатора синхронизма 19), усилитель 16 и второй инвертор 17 поступает на управляющий сход второго ФМ 18, на второй вход которого поступают опорные импульсы с ДФКД 7.

Таким образом, на ьыходе ФМ 18 из-за модулирующего действия напряжения ошибки с ФД 13 опорные импульсы будут промодулированы по фазе точно также, как и импульсы с выхода первого ФМ 3. В результате сравнения зтих двух потоков импульсов с одинаковой остаточной модуляцией по фазе на выходе первого ФД 4 нз будет сигнала огнибки (реакции кольца) от модулирующего воздействия на УР 1, т.е. кольцо ИФАПЧ будет как бы полностью разомкнуто по модуляции. А это означает, что но будет искажений ЧМ сигнала из выходе ЦСЧ, и полоса модулирующих частот при этом значительно расширяется в сторону низких частот.

В переходном режиме по запрещающее му сигналу от индикатора синхронизма 19 15 и дополнительное кольцо не работает. При зтом сохртняетсп высокое

Гыс.тродейсг:;.„;о г. а, е обычном ЦСЧ боз модул и ци и.

Если исхо.;;; л ь ил того, что в предложенном ЦСЧ есть точки модуляции, то можно назвз 1 сто ЦСЧ с Ч.М по трехточечному методу.

Применение такой трехточсчной модуляции дзет следующие преимущества по ср -в:-сч; ,ю с /. : гтлной дсухточечной.

i

1. Диапазон модулирующих частот разбивается по ic :-.;., ь еденил модулирующего и компенсирующих воздействий на три по/ Лияпззснг-: киселе, средняо и низкие частоты. Это разработку и регулировку ЧМ ЦСЧ, так как введение ЧМ в ЦСЧ при широком л; vr-sn-c.CHO модул ноющих частот приводит к поколению иекижений и противоречий между динамиче .:ми и модул йцис иными эго характеристиками. Ди- намические характеристики ззвисят от выбранного показателя колебательности системы ИФАПЧ, определяющего переходный процесс {характер выбросов АЧМХ). Например, для повышения быстродействия необходимо увеличивать до определенного значения показатель колебательности, но при этом трудно отрегулировать известный ЦСЧ так, чтобы АЧМХ была росная (плоская) во псем широком диапазоне модулирующих частот. Можно расширить АЧМХ в область нижних частот, но тогда появится подьемы и провалы на средних частотах. Можно выровнять АЧМХ на срьдяих частотах, но при этом сократится диапазон нижних частот или там появится подъем и т.д. При этом система становится чувствительной к малейшему разбзяаксу каналов введения ЧМ, который неизбежно может быть при воздействии дестабилизирующих факторов,

В предлагаемо:., ЦСЧ с трехточечной модуляцией можно делать независимый выбор динамических и модуляционных параметров. С помощью РЛ орсй точки модуляции в цепи обратной связи после ДПКД можно скомпенсировать реакцию кольца на средних и частично (грубо) на низких частотах, а с помощью третьей точки в допопммтельтст контуре окончательно скомпенсировать все оставшиеся неточности во всем диапазоне и особенно на низких частотах, т.е. сделать точную компенсацию.

2. В дополнительном контуре кет интегратора, а знэччт, можно компенсировать очень низкие чг. глоты. Здесь, конечно, нельзя пропустить постоянную составляющую через пблосо зол фильтр 14, но значение переходной в полосовом фипьтре 14 можно выбрать к-ж, чтобы пропустить практически неоОхо.чнмыг низкие частоты (кзк,

например, при модуляции по цифровому кч- налу).

3, Поскольку дополнительный контур от- п .батын;:отоставшиеся неточности компен- сации, то уровни сигналой рассогласования с выхода ФД 13 и девиация фазы импульсов в ФМ 1& о удут очень малыми. А при малых уровнях можно получить более высокую разрешающую способность, линейность и оы- сокую точность компенсации.

На OCHODG предлагаемой схемы ЦСЧ был разработан макет, испытания которого подтвердили отмеченные выше выводы.

Таким образом, применение прсдлзгае- мого ЦСЧ с ЧМ позаолиет уменьшить искажения выходного ЧМ сигнала, расширить диапазон модулирующих частот в область нижних частот при сохранении заданного быстродействия.

Формула изобретения

Цифрозой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазосый модулятор, первый фазозый детектор и фильтр нижних частот, выход которого

подключен к управляющему входу управляемого генератора, последовательно соединенные опорный генератор и делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор, первый инвертор и . интегратор, выход которого подключен к управляющему входу первого фазового модулятора, выход источника модулирующего

сигнала соединен также с модулирующим входом управляемого генератора, установочный вход целителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к управляющему входу управляемого аттенюатора и соединен с выходом блока установки частоты, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений v. р«сш , нижней границы диапазона модулирующих частот, между выходом делителя частоты с фиксированными коэффициентом деления и вторым входом, первого фазового детектора введены последовательно соединенные второй фазовый детектор; полосовой фильтр, ключ, усилитель,

второй инвертор и второй фазовый модулятор, а также индикатор синхронизма, вход и еуход которого подключены соответственно к выходу второго фазоппто детектора и к управляющему входу ключа, второй вход второго базового детектора соединен с вы.ходом персого фазового модулятора, а сиг- подключен к выходу делителя частоты с фик- .-. иальныйкход второго фазового модулятора сированным коэффициентом деления.