Генератор синусоидальных сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03B23/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для генерирования как частотно-модулированных, так и многочастотных колебаний при проверке многоканальных приемоусилительных устройств, а также в устройствах измерительной техники.

Цель изобретения - обеспечение формирования многочастотного сигнала в виде эквидистантной сетки частот с управляемыми частотами и шагом сетки.

Цель достигается тем, что в генератор синусоидальных сигналов качающейся частоты (ГССКЧ), содержащий генератор тактовых импульсов, последовательно соединенные первый делитель частоты с пе- ременным коэффициентом деления (ДЧПКД), счетчик, блок программируемого постоянного запоминания (БППЗ), коммутатор, управляемый инвертор кодов, функциональныйпреобразовательицифроаналоговый преобразователь (ЦАП),

регистр длительности сигналов, выход которого подключен к управляющему входу первого ДЧПКД, регистр разности частот, выход которого подключен к второму входу блока умножения кодов, регистр начальной часто- ты, выход которого подключен к второму входу сумматора, формирователь сигналов управления, первый выход которого подключен к установочному входу счетчика, второй в ыход -куправляющему входу ком мутатора, третий выход - к управляющему входу управляемого инвертора кодов, другой информационный вход коммутатора подключен к выходу счетчика, а функциональный преобразователь состоит из накапливающего сумматора, последовательно поразрядно соединенных первого управляемого инвертора кодов, блока постоянного запоминания и второго управляемогоинверторакодов, информационный вход накапливающего сум- матора является первым информационным входом функционального преобразователя, введены второй ДЧПКД, регистр установки числа составляющих многочастотного сигнала, выход которого подключен куправляюще- му входу второго АЧПКД, последовательно поразрядно включенные регистр установки шага сетки многочастотного сигнала, первый и второй накапливающие сумматоры, включенный последовательно с ЦАП фильтр ниж- них частот (ФНЧ), выход генератора тактовых импульсов подключен к входу второго ДЧПКД и к выходу синхронизации второго накапливающего сумматора, выход второго ДЧПКД подключен к входу первого ДЧПКД, к перво- му установочному входу второго накапливающего сумматора, и входам синхронизации первого накапливающего сумматора и накапливающего сумматора функционального преобразователя, вход которого является входом синхронизации функционального преобразователя, четвертый выход формирователя сигналов управления подключен к второму установочному входу второго накапливающего сумматора, а также введен в состав функционального преобразователя сумматор, первый вход которого подключен поразрядно к выходу накапливающего сумматора, а второй вход, кото- рый является вторым информационным входом функционального преобразователя, - поразрядно к выходу второго накапливающего сумматора, выход сумматора с первого по (п-1) разряды подключен к входу первого управляемого инвертора кодов, а n-й (старший) разряд - к управляющему входу, второго управляемого инвертора кодов и к входу старшего разряда ЦАП.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема генератора синусоидальных сигналов; на фиг.2 - электрическая схема формирователя сигналов управления; на фиг.З - электрическая схема накапливающего сумматора; на фиг,4 - временные диаграммы работы первого и второго накапливающих сумматоров для случая когда число составляющих многочастотного сигнала m 5.

Генератор синусоидальных сигналов (ГСС) содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов (ТИ), второй делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления (ПЧКД), первый делитель 3 ПЧКД, счетчик 4, блок 5 программного постоянного запоминания (ППЗ), коммутатор 6, управляемый инвертор 7 кодов, блок 8 умножения кодов (УК), сумматор 9, функциональный преобразователь 10, ЦАП 11 и фильтр 12 нижних частот (НЧ), выход счетчика 4 подключен также к второму входу коммутатора 6, формирователь 13 сигналов управления (СУ), первый выход которого подключен к установочному входу счетчика 4, второй выход - к управляющему входу коммутатора 6, третий выход - к управляющему входу управляемого инвертора

7кодов, регистр 14 установки числа состав- ляющих многочастотного сигнала (УЧСМЧС), выход которого подключен к управляющему входу второго делителя 2ЧПКД, регистр 15 длительности сигнала (ДС), выход которого подключен к управляющему входу первого делителя 3 ЧПКД, регистр 16 разности частот (РЧ), выход которого подключен к второму входу блока

8УК, регистр 17 начальной частоты (НЧ), выход которого подключен к второму входу сумматора 9, последовательно соединенные регистр 18 установки шага сетки частот многочастотного сигнала (УШСЧМЧС) первый накапливающий сумматор 19 и второй накапливающий сумматор 20, Функциональный преобразователь 10 содержит последовательно поразрядно включенные накапливающий сумматор 21, информационный вход которого является первым информационным входом функционального преобразователя 10, сумматор 22, первый управляемый инвертор 23 кодов, блок 24 постоянного запоминания (ПЗ) и второй управляемый инвертор 25 кодов, выход которого является информационным выходом функционального преобразователя 10, выход второго накапливающего сумматора 20 подключен к второму входу сумматора 22, вход которого является вторым информационным входом функционального преобразователя 10, выход сумматора 22 с первого

по (п-1) разряды подключен к входу первого управляемого инвертора 23 кодов, а п-й (старший) разряд к управляющему входу второго управляемого инвертора 25 кодов и к входу старшего разряда ЦАП 11, четвер- тый выход формирователя 13 СУ подключен к второму установочному входу второго накапливающего сумматора 20, выход генератора 1 ТИ подключен также к входу синхронизации накапливающего суммато- ра 20, выход второго делителя 2ЧПКД подключен также к входу синхронизации накапливающего сумматора 21, который является входом синхронизации функционального преобразователя 10, к входу синхронизации первого накапливающего сумматора 19 и к первому установочному входу второго накапливающего сумматора 20.

ГСС может работать в одном из следую- щих режимов работы: ТОН - частота синусоидальных сигналов на выходе ГСС имеет постоянное значение й)0 .определяемое кодом на выходе регистра 17УНЧ;

ЛЧМ-Н -частота синусоидальных сиг- налов на выходе ГСС нарастает по линейному закону от значения Ш0 до значения ft макс со0 + й)д , где значение U)R определяется кодом на выходе регистра 16 РЧ, а длительность сигнала Тс - кодом на выходе регистра 15 ДС;

ЛЧМ-С -частота синусоидальных сигналов на выходе ГСС спадает по линейному закону от значения Шмакс )ддо значения оь;

ГЧМ-Н - частота синусоидальных сигналов на выходе ГСС нарастает по гиперболическому закону, хранящемуся в блоке 5 ППЗ, от значения до значения Ш макс +0)р. :

ГЧМ-С - частота синусоидальных сигналов на выходе ГСС спадает по гиперболи- ческому закону от значения +О)Д до значения ;

МЧС - многочастотный сигнал на выходе ГСС, для которого число синусоидальных составляющих m определяется кодом на выходе регистра 14 УЧСМЧС, а шаг сетки частотой Аи) - кодом на выходе регистра 18 УШСЧМЧС.

В режиме ТОН выходной сигнал ГСС определяется выражением

Увых (t) Do COSO)0 t. (1)

в режимах ЛЧМ-Н, ЛЧМ-С, ТЧМ-Н, ГЧМ-С - выражением

UBbix(t) U0 COS (Оо Т + р ( t ) ,

в режиме МЧС - выражением

5 10 15

20 2530

35

40

50

45

55

UBbix(t) U0 2 cos(cob+«Aft))t, (3)

i 1

s

в выражениях (1), (2), (3)

Do - амплитуда выходного сигнала;

t - текущее значение фазы выходного сигнала начальной частоты ш0 ;

(р (t) - заранее заданный закон изменения фазы выходного сигнала;

m - число составляющих многочастотного сигнала;

А у - шаг сетки частот многочастотного сигнала.

Режим работы ГСС определяется состоянием на выходах формирователя 13 сигналов управления, электрическая схема которого приведена на фиг.2 в соответствии с таблицей.

В режиме ТОН нулевой код с выхода счетчика 4 через коммутатор 6, управляемый инвертор кодов и блок 8 УК поступает поразрядно на первый вход сумматора 9, на второй вход которого с выхода регистра 17 УНЧ поступает поразрядно код начальной частоты ub . С выхода сумматора 9 код начальной частоты УО поступает на первый информационный вход функционального преобразователя 10 (вход накапливающего сумматора 21), на второй информационный вход (второй вход сумматора 22) которого поступает поразрядно нулевой код с выхода второго накапливающего сумматора 20. В функциональном преобразователе Ю код начальной частоты ftfo преобразуется сначала накапливающим сумматором 21 в код текущего значения фазы t с частотой дискретизации 0)2., поступающей на вход синхронизации функционального преобразователя 10 (вход синхронизации накапливающего сумматора 21) с выхода генератора 1 ТИ, так как в этом режиме коэффициент деления второго делителя 2 ЧПКД равен единице. Код текущего значения фазы t с выхода накапливающего сумматора 21 через сумматор 22 и первый управляемый инвертор 23 кодов поступает на вход блока 24 ПЗ, в соответствии с которым на выходе блока 24 ПЗ формируются мгновенные значения выходного сигнала Увых (t) Uo cos Wo t. Так как в блоке 24 ПЗ хранятся значения cos ом в диапазоне значений от 0 до 90°, переход из квадранта в квадрант осуществляется первым и вторым управляемыми инверторами 23 и 25 кодов по изменению состояний (п-1)-го и n-го (старшего) разрядов на выходе сумматора 22, поступающих соответственно на управляющие входы этих инверторов и на вход старшего разряда ЦАП 11. Коды мгновенных значений выходного сигнала с частотой дискретизации ад поступают поразрядно с выхода функционального преобразователя 10 на вход ЦАП 11, который преобразует их в аналоговый сигнал, который через фильтр 12 НЧ поступает на выход ГСС, при этом на выходе ГСС формируется сигнал Увых (t) Uo cos too t.

В режимах формирования синусоидальных сигналов качающейся частоты (ЛЧМ- Н, ЛЧМ-С, ТЧМ-Н, ГЧМ-С) тактовые импульсы частотой C.YI с выхода генератора 1 ТИ через второй делитель 2 ЧПКД, коэффициент деления которого в этих режимах равен единице, поступают на вход первого делителя 3 ЧПКД, выполненного по схеме реверсивного счетчика, т.е. работающего в режиме обратного счета, при этом на выходе первого делителя 3 ЧПКД период следования импульсов То будет пропорционален коду, поступающему на вход делителя с выхода регистра 15 ДС, т.е.

То N3T2,(4)

где N3 - код на выходе регистра 15 ДС;

период следования импульсов на выходе генератора 1 ТИ.

С выхода делителя 3 ЧПКД импульсы с периодом следован Т0 поступают на вход синхронизации счетчика 4, время заполнения которого

Тс 2КТ0 2KN3T2,(5)

где 2К - информационная емкость счетчика 4, при этом время Тс равно длительности формируемого сигнала.

При линейном законе изменения частоты формируемого сигнала (режимы ЛЧМ- Н, и ЛЧМ-С) с выхода счетчика 4 код, линейно изменяющийся от 0 до заполнения счетчика 4, через коммутатор 6 и управляемый инвертор 7 кодов поступает на первый вход блока 8 УК. При изменении частоты формируемого сигнала по гиперболическому закону (режимы ГЧМ-Ч и ГЧМ-С) с выхода счетчик 4 код, линейно изменяющийся отО до заполнения счетчика 4, поступает на вход блока 5 ППЗ, в котором трансформируется в код, изменяющийся по заданному закону, который с выхода блока 5 ППЗ через коммутатор 6 и управляемый инвертор 7 кодов поступает на первый вход блока 8 УК.

На второй вход блока 8 УК в режимах ЛЧМ-Н, ЛЧМ-С, ГЧМ-Н, ГЧМ-С с выхода регистра 16 РЧ поступает код, пропорциональный разности частот шл. В результате перемножения кодов, поступающих на входы блока 8 УК, на выходе блока 8

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

УК формируется код текущего значения девиации частоты выходного сигнала 11Вых (t), который с выхода блока 8 УК поступает на первый вход сумматора 9. На второй вход сумматора 9 также как и в режиме ТОН поступает код начальной частоты Ш0 .С выхода сумматора 9 суммарный код текущего значения частоты формируемого сигнала поступает на первый информационный вход функционального преобразователя 10, работа которого не отличается от работы в режиме ТОН, при этом на второй информационный вход функционального преобразователя 10 в этих режимах с выхода накапливающего сумматора 20 поступает нулевой код.

В результате на выходе ГСС формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (2),

В режиме МЧС формирования многочастотного сигнала код начальной частоты Ш0 с выхода регистра 17 УНЧ через сумматор 9 поступает на первый информационный вход функционального преобразователя 10, так как в этом режиме на второй вход сумматора 9 поступает с выхода счетчика 4 через коммутатор 6, управляемый инвертор 7 кодов и блок 8 УК нулевой код. Код начальной частоты преобразуется накапливающим сумматором 21 в код текущего значения фазы w0 t сигнала начальной частоты ш0 с периодом дискретизации Тг т, соответствующем частоте следования импульсов с выхода второго делителя 2 ЧПКД, поступающих на вход синхронизации функционального преобразователя 10 (вход синхронизации накапливающего сумматора 21). Код текущего значения фазы CDO t сигнала начальной частоты с выхода накапливающего сумматора 21 поступает на первый вход сумматора 22. Код шага сетки Aw с выхода регистра 18 УШСЧМЧС поступает на информационный вход первого накапливающего сумматора 19, на выходе которого формируется код текущего значения дополнительной фазы Дш t первой составляющей многочастотного сигнала с частотой дискретизации Tr m. С выхода первого накапливающего сумматора 19 код t поступает на информационный вход второго накапливающего сумматора 20, на выходе которого последовательно через время Тг формируются коды мгновенных значений

дополнительных фаз i До t (i 1m) для

всех m составляющих многочастотного сигнала с периодом дискретизации Тд. Период дискретизации Тд выбирается исходя из условий, определяемых теоремой Котельнико- ва, т.е.

T T2m 0+mAto №

С периодом Тд второй накапливающий сумматор 20 по первому установочному входу (см. фиг.З) импульсами, поступающими с выхода второго делителя 2 ЧПКД, устанавливается в ноль, после чего повторяется очередной цикл последовательного формирования дополнительных фаз Acut m составляющих многочастотного сигнала, но уже для исходного значения кода текущего значения дополнительной фазы для первой составляющей многочастотного сигнала, соответствующего моменту времени tj.

На фиг.4 приведены временные диаграммы работы: а - первого накапливающего сумматора 19 и б - второго накапливающего сумматора 20 для случая формирования многочастотного сигнала с числом составляющих m 5. Сформированные коды мгновенных значений дополнительных фаз iAcut с выхода накапливающего сумматора 20 поступают на второй информационный вход функционального преобразователя 10 (второй вход сумматора 22), на выходе сумматора 22 последовательно формируются коды мгновенных значений фаз для m составляющих многочастотного сигнала с периодом дискретизации Тд, которые через первый управляемый инвертор 23 кодов поступают на вход блока 24 ПЗ, с выхода которого сформированные коды мгновенных значений для m составляющих мгногочастотного сигнала поступают на вход ЦАП 10 и преобразуются в мгновенные значения выходного аналогового сигнала Увых t, определяемого выражением (3), который через фильтр 12 НЧ поступает на выход ГСС.

В генераторе синусоидальных сигналов реализован режим формирования многочастотного сигнала с эквидистантной сеткой частот в соответствии с выражением (3), что позволяет использовать его в встроенных системах автоматизированного контроля не в одной, а в нескольких точках амплитудно- частотной характеристики (АЧХ) многоканальных приемоусилительных устройств при существенном сокращении временных затрат на контроль и корректировку АЧХ в процессе их эксплуатации.

Формула изобретения

Генератор синусоидальных сигналов, содержащий генератор тактовых импульсов, последовательно соединенные первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, счетчик, блок программируемого постоянного запоминания, коммутатор, управляемый инвертор кодов, блок умножения кодов, сумматор, функциональный преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, регистр длительности сигнала, регистр разности частот, регистр начальной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора, формирователь управляющих сигналов, при этом выход регистра длительности сигнала подключен к управляющему входу первого делителя с переменным коэффициентом деления, а установочный вход счетчика, управ0 ляющий вход коммутатора и управляющий вход управляемого инвертора кодов подключены к соответствующим выходам формирователя управляющих сигналов, другой разрядный вход коммутатора подключен к

5 выходу счетчика, выход регистра разности частот подключен к другому входу умножителя кодов, при этом функциональный преобразователь содержит накапливающий сумматор, последовательно соединенные

0 первый управляемый инвертор кодов, блок постоянного запоминания и второй управляемый инвертор кодов, выход которого является выходом функционального преобразователя, информационный вход и

5 вход синхронизации накапливающего сумматора функционального преобразователя являются соответственно первым информационным входом и входом синхронизации функционального преобразо0 вателя,отл ичающийся тем, что, с целью обеспечения формирования многочастотного сигнала в виде эквидистантной сетки частот с управляемыми частотами и шагом сетки, в него введены второй делитель час5 тоты с переменным коэффициентом деления, последовательно соединенные регистр установки шага сетки частот многочастотного сигнала, первый накапливающий сумматор и второй накапливающий сумматор, фильтр

0 нижних частот, регистр установки числа составляющих многочастотного сигнала, выход которого подключен к управляющему входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, в функцио5 нальном преобразователе между выходом накапливающего сумматора и входом первого управляемого инвертора кодов введен сумматор, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входу синхро0 низации второго накапливающего сумматора и к входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к входу первого делителя частоты с переменным коэффици5 ентом деления , к входу синхронизации функционального преобразователя, к первому установочному входу второго накапливающего сумматора и к входу синхронизации первого накапливающего сумматора, а другой информационный вход сумматора функ/7

ь

ционального преобразователя является вторым информационным входом функционального преобразователя, выход цифроа- налогового преобразователя подключен к входу ФНЧ, второй установочный вход второго накапливающего сумматора подключен к дополнительному выходу формирователя управляющих сигналов, вход сигнала старшего разряда цифроаналогового преобразователя соединен с выходами сигнала старшего разряда сумматора, функционального преобразователя и с управляющим входом второго управляемого инвертора кодов функционального преобразователя,

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проверке многоканальных приемоусилительных устройств, а также в устройствах измерительной и вычислительной техники. Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1 , два делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 2, 3, счетчик 4, блок программируемого постоянного запоминания 5, коммутатор 6, управляемый инвертор кодов 7, блок умножения кодов 8, сумматор 9, функциональный преобразователь 10, цифроаналоговый преобразователь 11, фильтр нижних частот 12, регистр 13 установки числа составляющих многочастотного сигнала, регистр 14 длительности сигнала, формирователь управляющих сигналов 15, регистр 16 разности частот, регистр 17 начальной частоты, регистр 18 установки шага сетки многочастотного сигнала, два накапливающих сумматора 19, 20. Функциональный преобразователь 8 содержит накапливающий сумматор 21, сумматор 22, два управляемых инвертора кодов 23, 25, блок постоянного запоминания 24. Все перечисленные блоки соединены следующим образом: 1-2-3-4-5-6-7-8-9-21-22-23-24-25-11-12, 13-2-20-22, 18-19-20, 1-20, 2-19, 2-20, 2-21, 14-3, 15-4, 15-6, 15-7, 15-20, 16-8, 17-9,22-25, 22-11. Введение ДПКД 2, регистров 13, 18, накапливающих сумматоров 19, 20, сумматора 24 обеспечивает последовательное формирование кодов мгновенных значений фаз составляющих многочастотного сигнала, при этом осуществляется управление частотами и шагом сетки. 4 ил., 1 табл. сл с ч CJ -N IOO чэ

- о лит, + о#HCf 0/ MV4V-f

онныи fjroff

Sfod синхронизации

flepGbtij ycmcfMO- ffv ft/e/ ёход

Bmooouустсгно- fbvuua&rod

2,

Фиг. «7

Фиг, 4

ts

t